复杂断块底水油藏低电阻率油层成因分析及识别方法

2017-04-24李辉陈松秦培莉余贝贝徐凤兰

测井技术 2017年6期

李辉, 陈松, 秦培莉, 余贝贝, 徐凤兰

(1.中国石油大港油田勘探开发研究院, 天津 300280; 2.中国石油大港油田第一采油厂, 天津 300280; 3.中国石油渤海钻探工程有限公司油气井测试分公司, 河北廊坊 065007)

0 引言

港东二区六断块为一复杂断块底水油藏,1966年投入开发,目前已经进入开发后期,采出程度高,综合含水高。随着开发工作的不断深入,低电阻率油层逐渐引起了重视。前人对环渤海湾地区4个油田第三系低电阻率油层开展研究工作,曾将油层与相邻水层的深电阻率比值(即电阻率增大率)小于2,甚至与水层电阻率相同的油层定义为低电阻率油层[1]。近年来,低电阻率油层作为老油田挖潜和新增储量的目标之一备受关注[2]。关于低电阻率油层的识别,已提出许多方法,主要是利用常规测井资料及测井新技术识别低电阻率油层。另外,核磁共振测井技术、薄层评价技术及核磁共振烃检测方法也都成为识别低电阻率油层的重要测井手段[3]。本文在前人研究的基础上,分析了港东二区六断块低电阻率油层的成因,提出了适合该地区复杂断块油藏低电阻率层的识别方法。

1 地质背景

港东油田为发育在港东主断层下降盘上的逆牵引背斜构造,二区六断块位于港东油田西部,马棚口断层南侧,断块北部被马棚口断层遮挡,南部敞开,构造完整,为较平缓的鼻状构造。主力目的层系为上第三系明化镇及馆陶组、下第三系东营组。其中馆陶组地层厚度200～450 m,地层分布稳定,为上第三系完整沉积旋回的下部粗段,底部与下伏地层呈角度不整合接触,与上覆明化镇组地层呈整合接触关系。

二区六断块馆陶组属于砂质辫状河沉积,储层岩石类型以细砂岩为主,其次为中砂岩及粗粉砂岩。按岩石组分属于岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩,成分成熟度和结构成熟度均较低,填隙物以泥质胶结为主。

2 低电阻率油层成因分析

通过对二区六断块馆陶组岩心、测井资料以及试油投产资料综合分析,结合区域沉积环境、储层特征、地层水性质,认为该区低电阻率油层成因主要为黏土附加导电性、薄层和咸水泥浆侵入。其中黏土附加导电性和薄层是与岩性有关的内因,而泥浆侵入型的低电阻率油层是由泥浆性质和浸泡时间等外在因素导致。

2.1 黏土附加导电性低电阻率油层成因

黏土附加导电性低电阻率油层形成有3个条件,储层成岩程度较低,属于成岩早期;储层岩性偏细,泥质含量相对增加;储层地层水矿化度较低,一般在3 000～5 500 mg/L之间。这3个条件具有递进关系,成岩程度低,黏土矿物成分以蒙脱石和无序伊蒙混层为主,具有高阳离子交换量[4](见表1);储层岩性偏细,使得岩石比表面积增大,增加了岩石颗粒表面对水的束缚能力;在储层地层水低矿化度条件下,突出了黏土附加导电性对储层电性的贡献,使油层电阻率绝对值降低幅度较大。在成岩程度较低的浅层储层中,黏土附加导电性是油层电阻率降低的主要因素。

表1 常见黏土矿物的阳离子交换容量

按歧口凹陷成岩阶段划分,研究区港东二区六断块馆陶组储层主要处于早成岩阶段,同时该区储层成分成熟度低,较高的泥质含量增加了岩石颗粒表面对水的束缚能力,加之二区六断块的地层水矿化度较低,突出了黏土附加导电性对储层电性的贡献,分析认为黏土附加导电性是导致储层电阻率较低的一个主要因素。

2.2 薄层引起的低电阻率油层成因分析

油层厚度不是影响储层电阻率的决定性因素,但由于储集层的厚度薄,测井仪器的纵向分辨率不高,造成了测井值受周围泥岩的影响,从而使油层的电阻率呈现出低值,在解释工作中通常被看作含油水层或干层而被漏掉。

港东二区六断块的馆陶组储层多发育厚砂层,由于河道的横向迁移导致的水动力条件发生变化,厚砂层内部岩性并不均匀,在厚砂层中也夹有一些薄砂层,受测井仪器的垂向分辨力的影响,薄砂层的电阻率值也将受到影响,容易形成薄层低电阻率油层。这类低电阻率油层厚度一般小于2 m,沉积时水动力较弱或是砂体的尖灭方向,岩性较细,泥质较重,再加上层薄,深电阻率测井受围岩的低电阻率影响大,从测井资料很难判别储层的含油性。

2.3 泥浆侵入型低电阻率油层成因

钻井过程中,钻井液对渗透性地层的侵入不可避免,这种影响会导致井周围储集层的径向电阻率发生变化。研究区早期钻井多数使用咸水泥浆,并且钻井过程中泥浆比重相对偏高,当高矿化度钻井液钻遇低矿化度地层水油层时,由于钻井液的侵入使得油层电阻率大幅度降低,油层电阻率增大率小于2,有的接近水层甚至低于水层电阻率,从而形成低电阻率油层[5]。该类型的低电阻率油层属于外因引起的低电阻油层,其使得油层电阻率成倍下降[6-9]。通过对二区六钻井资料统计(见表2),可以看出,该区老井中存在咸水泥浆侵入现象。

表2 咸水泥浆钻井参数统计表

3 低电阻率油层识别评价

3.1 泥浆侵入型低电阻油层识别方法

对泥浆侵入形成的低电阻油层采用电阻率动态响应数值模拟方法求取相关参数。电阻率动态响应数值模拟通过输入流体、岩性及侵入时间等参数,模拟单感应、双感应、双侧向等测井动态响应,计算出地层真电阻率、侵入半径、流体饱和度等地层参数。实验研究结果表明,钻井液侵入井周地层的过程可以用近似的达西定律和渗流方程描述

(1)

式中,r为侵入半径,m;r0为井眼半径,m;Kmc为泥饼渗透率,×10-3μm2;μ为孔隙流体黏度,mPa·s;φ为地层孔隙度,%;Sor为残余油饱和度,%;Δp为侵入压差,MPa;t为浸泡时间,d。

式(1)表明,对于咸水泥浆侵入型低电阻率油层,浸泡时间、钻井液与地层流体的压力差、孔隙度、含水饱和度等这几种因素对地层电阻率影响明显。

利用电阻率动态响应数值模拟方法确定H1井馆陶组电阻率。该井电阻率测井采用双感应测井系列,740～1 030 m井段进行了重复测井,2次测井时间间隔为12 d,且第1次为及时测井。该井7号层顶部第1次测井深感应电阻率值为16 Ω·m,间隔为12 d后对该层进行重复测井,深感应电阻率值降为8.5 Ω·m。对该层采用电阻率动态侵入校正方法校正(见图1)。从图1中可以看出当侵入时间为0 d时对应的深感应电阻率值即为地层真电阻率,由此可以得出7号层的真电阻率为16.4 Ω·m,与第1次及时测井测量的深感应电阻率16 Ω·m基本一致。利用电阻率测井动态响应数值模拟计算法进行咸水泥浆侵入影响校正是评价低电阻率油层的有效手段。

图1 H1井馆陶组深、中感应电阻率侵入校正图

3.2 岩性低电阻率油层识别方法

通过分析二区六断块馆陶组测井资料,当常规油气层岩性一致时,深电阻率是邻近水层电阻率的2倍以上,其自然电位幅度较邻近水层小;当储层岩性变细时,电测曲线表现为自然伽马值增高、自然电位幅度变小,其电阻率值也随之降低。由此说明该区低电阻率油层电阻率与自然伽马和自然电位曲线密切相关。针对这种情况,可以重构1条电阻率曲线,有效消除岩性对电阻率值的影响[10]。具体方法为首先对自然伽马曲线和自然电位曲线进行测井资料归一化处理,然后利用归一化后的自然伽马、自然电位与目的层段的电阻率曲线进行迭代生成1条新的电阻率曲线,重构后的电阻率曲线可定量评价低电阻率油层。其响应方程:Rt,r=f(GR′、SP′、Rt),GR′、SP′分别为归一化处理后的自然伽马、自然电位值,Rt为目的层段电阻率值。

图2为H2井电阻率曲线重构图。从图2中可以看出,38号层与底部41号层水层相比较自然伽马值明显偏大,自然电位幅度略为变小,电阻率值为6.5～8 Ω·m,电阻率增大率为1.3～1.6,原解释为油水同层。通过对38号层与41号层采用电阻率曲线重构后,41号层水层段重构的深电阻率与实测电阻率基本重叠,岩性偏细的38号层重构的深电阻率值为14～19 Ω·m,电阻率增大率为2.8～3.8,呈标准油层特征,因此,38号层重新评价为油层。

图2 H2井电阻率曲线重构图*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

(1) W-S公式计算地层含水饱和度。港东油田馆陶组黏土矿物的附加导电性对低电阻率油层的形成有一定的影响,根据岩心分析化验资料作出了孔隙黏土中可交换的阳离子交换浓度(QV)与泥质含量的关系图版(见图3),求得阳离子交换浓度情况下采用W-S公式计算地层含水饱和度

(2)

B=4.6(1-0.6e-0.77/Rw)

(3)

式中,Sw为地层含水饱和度,%;φ为地层孔隙度,%;Rt为地层电阻率,Ω·m;Rw为地层水电阻率,Ω·m;QV为孔隙黏土可交换阳离子浓度,meq/mL;B为平衡离子的电化学当量电导;m、n、a、b分别为胶结指数、饱和度指数、匹配系数。

其中,QV是利用图3计算出的孔隙黏土中可交换的阳离子浓度

(4)

图3 港东油田阳离子交换浓度与泥质含量关系图

图4 束缚水饱和度与孔隙度关系图

图5 束缚水饱和度与泥质含量关系图

(2) 束缚水饱和度的计算。当储层岩性变细时,束缚水饱和度高,电性降低使得油层难以识别。对于这种类型低电阻率油层,束缚水饱和度的求取至关重要。利用核磁共振资料提取出毛细管束缚水饱和度、泥质含量、孔隙度等参数,分别建立了束缚水饱和度与孔隙度、泥质含量关系图(见图4、图5)。从图4、图5中可以看出相关性均较好。因此,对束缚水饱和度与泥质含量、孔隙度关系进行了二元回归,利用其回归公式作为该区束缚水饱和度解释模型,其响应方程为

Swi=-1.26885φ+0.738443Vsh+66.7363

r=0.9312

(5)

式中,Swi为束缚水饱和度,%;φ为孔隙度,%;Vsh为泥质含量,%。

应用建立的双水模型对H3井进行处理(见图6),该井30、无3、31号层电阻率增大率为1.0～1.5,自然伽马值明显偏高,自然电位幅度明显偏小,属岩性细黏土附加导电成因的低电阻率油层。32号层底部计算的含水饱和度远大于束缚水饱和度,综合评价为水层;30、无3、31号层计算的含水饱和度与束缚水饱和度基本相等,综合评价为油层;32号层顶部计算的含水饱和度与束缚水饱和度差值介于油层和水层之间,该层综合评价为油水同层。无3、31号层合采,试采初期,产油18.07 t/d,产水3.03 m3/d。由此可见经双水模型处理的含水饱和度和束缚水饱和度能较好地识别研究区储层的流体性质。