围压对碳酸盐岩储层饱和度指数影响实验研究

陈春宇，梁利喜，刘向君，杨超，张永清

（油气藏地质及开发工程国家重点实验室，西南石油大学，四川 成都 610500）

0 引 言

在以Archie公式为核心的储层含油气饱和度评价方法中，岩电参数a、b、m、n是计算储层含油气饱和度的基础[1－6]。其中饱和度指数n变化规律的研究一直是岩石物理学家和测井解释分析家所关注的问题。围压是影响阿尔奇参数的重要因素，围压对饱和度指数n的影响研究也是学者们一直探寻的问题。王建等[7]学者做了油驱水条件下围压对砂岩饱和度指数的影响实验，得出了饱和度指数n随围压增加逐渐减小的结论；向丹等[8]在对川西洛带浅层气藏岩电参数模拟研究中也得到了随围压的增加饱和度指数n逐渐减小的规律。赵文杰等[9]人在对砂岩油驱水条件下围压对饱和度指数n的影响研究中，得出了饱和度指数n随围压的增加而增大的结论。相对砂岩而言，碳酸盐岩具有孔隙结构复杂、非均质性强等特点。目前针对碳酸盐岩储层开展围压对电阻率和饱和度指数影响的研究较少。本文对取自川西飞仙关和石炭系地层井下岩心开展了模拟地层条件的岩电实验，研究了围压对低孔隙度低渗透率碳酸盐岩电阻率及饱和度指数的影响。

1 孔隙结构特征及地层水特性

1.1 岩心孔隙结构特征及孔隙度

实验岩心为3组。第Ⅰ组选自飞仙关地层，岩心非常致密，岩心裂缝和孔洞欠发育，孔隙度分布范围为0.65%～1.00%；第Ⅱ、Ⅲ组均选自石炭系地层，岩心裂缝和孔洞较发育，孔隙度范围为2.60%～6.80%。各组岩心孔隙度见表1。

表1 岩心孔隙度

1.2 地层水特性

根据原始地层水分析资料配制3组岩心相对应的模拟地层水，其特征参数见表2。

表2 实验模拟地层水特征参数

2 围压对岩心电阻率的影响及影响机制

2.1 围压对岩心电阻率影响规律

选取典型的溶洞和裂缝发育的Ⅱ-113、Ⅱ-116岩心和溶洞欠发育的Ⅱ-76岩心。在岩心孔隙度和地层水特性分析基础上建立了各组岩心不同含水饱和度，进行不同围压下的电阻率测试分析，通过试验研究分析对比这2类不同孔隙结构碳酸盐岩岩心在不同围压和饱和度下的电阻率变化规律。实验中所得到的围压对电阻率影响规律见图1至图3。

对比分析图1至图3可知，由于溶孔、裂缝发育，孔隙度较大，岩心Ⅱ-113和Ⅱ-116在不同饱和度下的电阻率普遍比岩心Ⅱ-76低很多。岩心Ⅱ-113、Ⅱ-116在低饱和度时电阻率大约为Ⅱ-76的1／10，高饱和度点电阻率大约是Ⅱ-76的1／5～1／3。岩心在同一饱和度下其电阻率随施加的围压变化而变化。在低含水饱和度阶段时其电阻率随所施加的围压增大而减小；在岩心中含水饱和度阶段时，岩心电阻率随围压增大而先减小再略微增大；在岩心高含水饱和度阶段时，岩心电阻率随所加围压增大略微增大，对于溶孔、裂缝发育的Ⅱ-113、Ⅱ-116岩心这一特征更为明显。

岩心在不同饱和度状态下，其电阻率随饱和度的增加而降低。大多数岩心含水饱和度小于50%时，随着含水饱和度的增加其电阻率下降幅度较大。岩心含水饱和度大于50%时，随着含水饱和度的增加其电阻率下降幅度较小。

2.2 围压对岩心电阻率影响机制分析

碳酸盐岩孔隙空间分布具有较强的非均质性，在低含水饱和度阶段，岩心内部孔隙和孔洞中的地层水量少且相对比较分散，故连续性差。随着围压增加，原本孤立的孔隙空间被压缩，分散的少量地层水变得相对连续，增加了岩心中导电通路，故该阶段电阻率随围压增大而减小。

在中含水饱和度阶段，岩心孔隙和缝洞饱和的地层水逐渐增多。随围压增加岩心中饱和水先由于孔隙空间进一步压缩而汇集，岩心电阻率减小，但减小幅度降低；再随围压增大岩心中裂缝逐渐闭合及孔洞空间继续压缩，使得岩心中少量地层水被挤压溢出，岩心部分喉道被截断，导致一些电流通道被截断，故电阻率增加。

在高含水饱和度阶段，岩心中地层水量大且非常连续，随围压增加，初期电阻率基本保持不变，随着饱和地层水不断溢出和部分孔隙喉道被截断，岩心电阻率逐渐增加，围压越大增加的幅度越小，该现象与砂岩实验规律相吻合。

3 围压对饱和度指数n的影响

基于阿尔奇理论，利用不同含水饱和度下的电阻率实验结果分析得到了各围压下的饱和度指数n。饱和度指数n与围压呈指数关系且相关性较好（见图4至图6）。

（1）随围压增大，不同地层不同孔隙结构的3组碳酸盐岩岩心均表现出相同规律，即饱和度指数n逐渐减小；围压越大，饱和度指数n减小的幅度越小。

图6 第Ⅲ组岩心饱和度指数随围压变化图

（2）从数据分析得知，3组岩心孔隙度关系为φⅠ＜φⅡ＜φⅢ；饱和度指数n大小关系为nⅠ＞nⅡ＞nⅢ。即相同围压下，低孔隙度低渗透率碳酸盐岩孔隙度越大，饱和度指数n越小。

4 结 论

（1）低孔隙度低渗透率碳酸盐岩在低饱和度阶段电阻率随围压的增加而减小；中含水饱和度阶段，随着围压的增大电阻率先减小再略微增加；在高饱和度阶段，电阻率随围压增加略微增大。

（2）围压相同条件下，低孔隙度低渗透率碳酸盐岩孔隙度越大，饱和度指数n越小。

（3）随围压增加，饱和度指数n减小，且随围压增大，饱和度指数变化幅度降低。

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[8]向丹，张筠，黄大志.川西洛带浅层气藏岩电参数模拟研究[J].天然气工业，2005，25（8）：18－20.

[9]赵文杰，李厚裕.饱和度历史、围压和润湿性对饱和度指数的影响[J].国外测井技术，1997，12（6）：16－22.