基于变岩电Pickett图版低孔隙度低渗透率储层流体评价

白松涛, 万金彬, 徐风, 郭煜锴, 马越蛟, 李慧莹

(1.中国石油集团测井有限公司油气评价中心, 陕西 西安 710077; 2.冀东油田勘探开发研究院,河北 唐山 063004; 3.长庆油田分公司技术监测中心, 陕西 西安 710018)

0 引 言

由于低孔隙度低渗透率储层具有比常规砂岩储层复杂的孔隙结构,这种复杂的孔隙结构表现为岩石在相同孔隙度条件下,渗流能力差异显著[1]。对该类复杂孔隙结构储层开展含油性评价,对储量计算、开发方案编制及产能预测等都有重要指导意义。目前,常用的2种图版均基于Archie公式以图解形式评价地层含油性:①适用于含泥质较少地层的Hingle交会图[2](电阻率—孔隙度交会图),这种方法不适用于含较多粘土的地层;②双对数坐标中绘制电阻率—孔隙度的Pickett交会图法[3],该方法带有经验性,只适用于与储集层邻近的泥岩具有相同或相近地层水的地区。2种图版均以相同岩性、水性且储层含油性受物性和电性控制作为前提。

本文通过分析低孔隙度低渗透率储层岩电实验数据特征,结合储层压汞孔隙结构特性实验,建立变岩电参数计算模型,在此基础上对Pickett交会图进行改进,建立储层分类条件下的变岩电参数饱和度图版,采用变岩电Pickett交会图对研究工区进行流体判别,取得较好的应用效果。

1 低孔隙度低渗透率储层岩电数据特征

阿尔奇公式在岩石电学研究及利用电测井资料进行油气储集层评价中具有重要实际意义[4]。阿尔奇建立其模型时是以海相纯砂岩地层为基础,未考虑泥质、成岩作用、温度、压力、矿化度等影响,随着研究的地质对象的复杂,Archie公式越来越不适应实际情况,石玉江等[5]提出在泥质低孔隙度低渗透率情况下,表征F—φ关系的m值明显出现变化,程道解等[6]在低孔隙度低渗透率岩电响应的数值近似模拟中,结合压汞资料,发现岩电实验资料和孔隙结构具有较好的一致性,形成了F—φ关系图版上的储层孔隙结构分区评价认识。

通常,岩石的导电能力主要与岩石孔隙流体带电离子的浓度有关,即与孔隙流体矿化度直接相关[7],在阿尔奇公式中通常认为n值接近于2,而在低孔隙度低渗透率储层中,当b归一化时,n值的范围为1.1～2.65。李秋实[8]通过公式推导得出影响n值变化较大的原因在于受复杂的孔喉结构的影响,即在低孔隙度低渗透率储层中,随着储层品质由好到差发生变化,n值由低到高变化。

2 变岩电参数计算及Pickett图版的改进

2.1 低孔隙度低渗透率储层品质与岩电参数关系

低孔隙度低渗透率储层具有非均质性强的特点,其孔隙结构是控制岩性油气藏流体分布和有效渗流能力的重要因素,比宏观物性更能反映储层本质特征,同时对储层的电性特征、产液性质和产能大小都有重要的影响。万金彬等[9]利用岩心实验及试油资料将储层孔隙结构由好到差分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ这4种通用类型,并通过孔隙度和渗透率组合的储层品质因子(reservoir quality ingredient)RQI对储层孔隙结构进行定量评价。

通过选取与文献[9]相同地区具有代表性的27颗岩心进行配套物性、压汞和岩电实验,对比分析确定,低孔隙度低渗透率储层中不同的孔隙结构控制不同地层因素及电阻增大率,且具有明显的聚类特征(见图1),表现为不同储层品质的F—φ关系:在Ⅰ类储层中,由于储层孔隙结构相对较好,孔隙结构不是其主控因素,因此F与φ符合阿尔奇规律;而在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类储层中,由于存在孔隙结构较差/小孔隙储层,随着φ降低F变化率呈现下降趋势,在孔隙度变化较宽的范围内,双对数坐标中的F与φ呈现明显的非线性相关,出现非阿尔奇现象。图2所示为不同储层品质的Sw—I关系图,表明岩电实验中,随着含水饱和度的降低,岩石中的大孔隙喉道逐渐被几乎不导电的物质取代,导电流体主要存在于小的孔隙喉道中,此时岩石电阻率主要受孔隙曲折性的控制。岩石的非均质性越强,孔隙结构越复杂,岩石电阻率越高,实际岩心实验也验证了Ⅰ类储层偏于左下方,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类储层依次偏于右上方。

图1 不同储层品质的F—φ关系图

图2 不同储层品质的Sw—I关系图

2.2 变岩电参数计算模型

根据岩电实验数据可以得到孔隙度与地层因素的关系。F为低孔隙度渗透率砂岩的地层因素,它与有效孔隙度φ的关系一般为F=a/φm,但该形式只适用于φ>15%的纯砂岩地层[10]。在实际测井解释工作中发现,低孔隙度低渗透率储层段用基于岩电参数的阿尔奇方程计算的低孔隙度低渗透率储层含油饱和度与实际饱和度偏离较大[11]。为此,基于低孔隙度低渗透率地层的导电机理假设,推导出了逐点计算m值的方法,并结合低孔隙度低渗透率砂岩岩电参数实验结果,给出了低孔隙度低透透率砂岩含油饱和度测井计算变m值模型。由于储层品质因子能够反映储层的孔隙结构特征,因此,采用了胶结指数m与储层品质因子RQI的对数关系

F=1/e(C1×ln RQI+C2)×ln φ

(1)

式中,F是地层因素,无量纲;RQI为储层品质因子,无量纲;C1、C2为系数。

进一步结合Archie公式,利用最小二乘法,即可以求得基于RQI的变m值公式

m=C1×lnRQI+C2

(2)

式中,m为胶结指数,无量纲。

同理,可以得到基于RQI的变n值公式:

n=B1×lnRQI+B2

(3)

式中,n为饱和度指数,无量纲;B1、B2为系数。

对于JD油田××井区储层饱和度参数计算,采用分段式变m多元回归法,计算模型精度高。图3所示,胶结指数m随着储层品质因子RQI增大而增大,受岩石后期胶结及其他成岩作用程度不同,Ⅰ类储层孔隙结构与Ⅱ、Ⅲ类、Ⅳ类储层孔隙结构差别较大,因此,该地区的m与RQI呈分类正相关关系。对于低孔隙度低渗透率储层,不同的孔隙结构储层具有不同的I—Sw变化关系[11],对于研究工区的饱和度指数n与RQI相关性,由图4可知,b=1时,所得饱和度指数基本上随着储层品质因子增大而减小,孔隙结构越好,n值越小;孔隙结构越差,n值越大。由图4可知,Ⅰ类储层的n值基本小于2,分布区间约为0.9～1.8,Ⅱ类储层n值基本在2附近,其分布区间约为1.5～2.5,Ⅲ类储层n值分布区间约为2～3,Ⅳ类储层n值分布区间为>3。

图3 胶结指数m与储层品质因子RQI关系图

图4 饱和度指数n与储层品质因子RQI关系图

2.3 基于变岩电参数的Pickett交会图

图5 定m、n值计算饱和度图版(Pickett图版)

图6 Ⅰ类储层品质的变m、n值饱和度图版

图7 Ⅱ类储层品质的变m、n值饱和度图版

图8 Ⅲ类储层品质的变m、n值饱和度图版

在地层水电阻率不变、储层岩性均一条件下,采用定m、n值绘制孔隙度—电阻率双对数坐标交会图版,即常规Pickett交会图进行储层流体判别(见图5)。当实际地层受孔隙结构影响时,胶结指数m、饱和度指数n随着储层品质因子RQI的增大而呈不同的趋势,因此,以储层孔隙结构评价为基础,采用分储层品质变m、n值方法计算饱和度,研究与测井曲线参数相互关系,建立储层品质因子控制流体判别技术,形成不同的储层品质控制的含油性评价图版。如图6至图8分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层的变岩电参数的Pickett交会图,与定m、n图版对比有较大的差别,尤其是在低孔隙度低渗透率区域饱和度线呈现发散现象,说明储层电性对含油性的响应特征更敏感,并且随着储层品质变差饱和度线逐渐上移,在低孔隙度区域储层品质变差饱和度线逐渐趋于平行,而在高孔隙度区域相同饱和度条件下储层品质越差,储层电性越高,且逐渐与定m、n计算饱和度线重叠。

2.4 变岩电Pickett图版的流体性质判别

通过定m、n与Ⅰ类变岩电Pickett图版(见图9)重叠可知,当储层含水饱和度达到85%时,在高孔隙度部分,图版上2条线基本重叠,说明电性响应特征基本相同,而在低孔隙度部分,变岩电饱和度线明显向下弯曲,等同于相同电性条件下,定m、n值计算含水饱和度偏大,同理可以得到在含水饱和度在65%时具有类似的现象;而当储层含水饱和度分别为45%、25%、5%时,2种饱和度线存在交叉点,处于交叉点左方,即孔隙度较大时,相同电性及物性条件下,定m、n计算的含油饱和度偏小,而处于交叉点右方,即孔隙度较小时,相同电性及物性条件下,定m、n计算的含油饱和度偏大。

图9 定m、n与Ⅰ类储层变m、n饱和度线对比图

进一步对比不同储层品质条件下的变岩电Pickett图版(见图10)可知,Ⅰ类储层孔隙度由大变小时,饱和度线逐渐发散,而Ⅲ类图版饱和度线弯曲度减小趋于直线;2种饱和度线均在不同饱和度时均有交叉现象,2种图版在含油饱和度35%线基本重合,符合相同饱和度条件下,储层品质越差,其电性越高的认识,在饱和度线分别为55%、75%、95%时具有类似特征。而当储层含油饱和度在15%时,交叉点左方储层Ⅰ类储层饱和度线位于Ⅲ类储层上方,这种现象显然不符合常规的孔隙结构越好,储层导电性越低的特性,通过与实际生产结合发现,在东部渤海湾多个油田中深层勘探开发过程中,存在许多高电阻率水层,这类低对比储层现象排除了矿化度差异,目前较难解释[11],通过不同储层品质的变岩电参数图版数值模拟,分析其原因是流体导电性受孔隙结构控制后,水层孔隙结构差,迂曲度大,进而表现出水层电阻率比孔隙结构较好的油层电阻率高的电性特征。

图10 Ⅰ类与Ⅲ类储层变m、n饱和度线对比图

3 低孔隙度低渗透率储层流体性质评价应用

依据上述理论,建立研究区的不同类型储层变岩电Pickett图版流体性质评价标准(见表1)。

表1 不同类型储层变岩电Pickett图版流体判别标准

为进一步验证上述变岩电模型及新Pickett图版的正确性和实用性,以JD油田××井区G××井处理成果为例(见图11)。第1、3、4道为常规9条测井曲线,第5、6道为基于储层分类计算孔隙度、渗透率值,第7道为定m、n值计算饱和度和变m、n值计算饱和度,可知在低孔隙度渗透率储层中变m、n值计算的含水饱和度小于定m、n值计算结果,第8道为储层分类结果曲线。主要目的层分别为146、147、148、150号层;结论分别为油层、差油层、油层、干层、差油层。分析:146、148号储层孔隙结构较好,属于Ⅱ类储层,在Ⅱ类储层变岩电Pickett图版中(见图12),属于油层范围;147号储层泥质较多,电性较高,物性较好属于Ⅲ类储层;150号储层物性、渗透性差,储层较薄,属于Ⅲ类储层,在Ⅲ类储层变岩电Pickett图版中(见图13),属于油层范围。实际资料处理说明该方法在低孔低渗储层的饱和度计算中能够得出更符合实际情况的结论。

图11 JD油田××井区××井储层变岩电饱和度处理成果图

图12 ××井区××段Ⅱ类储层变岩电Pickett图版

图13 ××井区××段Ⅲ类储层变岩电Pickett图版

4 结论与认识

(1) 以储层参数分类计算为基本指导思想,通过建立储层品质因子与m、n相关的变岩电参数计算模型,实现了岩电参数的高精度建模,所得变岩电参数更符合低孔隙度低渗透率储层复杂孔隙结构的导电特性。

(2) 以变岩电参数模型为基础,改进常规Pickett图版,形成不同储层品质控制的变岩电Pickett流体性质评价图版,结合数值模拟,得出低孔低渗储层受复杂孔隙结构主控因素影响的饱和度差异特点,解释了受孔隙结构控制出现的高电阻率水层现象,具有一定的指导和推广应用意义。目前,该饱和度流体性质评价图版在其他复杂油气藏识别有效储层与干层、油层与水层等判别难题中还有待进一步验证。

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