东营凹陷低渗透砂岩油藏地层水电阻率对饱和度计算的影响

2017-05-08耿斌蔡进功闫建平王端平王敏周德志梁强

测井技术 2017年2期

耿斌, 蔡进功, 闫建平, 王端平, 王敏, 周德志, 梁强

(1.同济大学海洋与地球科学学院, 上海 200092; 2.中石化胜利油田勘探开发研究院, 山东东营 257015;3.西南石油大学地球科学与技术学院, 四川成都 610500; 4.中石化胜利油田分公司, 山东东营 257001)

0 引言

东营凹陷南斜坡在古近纪时期,强烈的构造活动导致南部构造坡折规模大,形成了河流、三角洲、浊积扇、滩坝等沉积相[1]。期间物源充足,南斜坡在大型鼻状构造背景上经成岩作用的改造形成了沙三段浊积、沙四段滩坝多套重要的低渗透油气储集体。关于缓坡带低渗透砂岩成藏期次及其分布规律[2-3]、储层物性演化及控制因素[4]等已有较明确的认识,但针对饱和度评价方面,测井计算与测试结果一直存在较大的差异,使得该区低渗透砂岩油藏饱和度评价成为测井研究亟需解决的难题。

饱和度评价是油气储集层定量评价的核心,基于测井资料获取储层油气饱和度有多种方法,其中应用最为广泛的有2种,一是基于阿尔奇公式及其各种扩展模型;另一种是基于地区岩心分析建立相应的经验统计公式。阿尔奇公式对大多数储层饱和度计算都有比较好的适应性[5],许多学者对低渗透砂岩储层饱和度计算进行了较多研究[6-8],大多基于孔隙结构的差异(不同油层)对阿尔奇公式中岩电参数的影响讨论饱和度计算的相关问题,实际在油、水层地层水电阻率对饱和度计算的影响及原因分析方面研究较少。前人对于地层水电阻率Rw的相关研究[9-10]主要是关于取值方法,常用的有水分析资料测定法及典型水层反算法2种。当存在地层水分析资料时,可以直接根据水分析资料测定换算;当缺乏实际地层水分析资料时,通常是寻找同层位典型水层认为其Sw=100%,再基于Archie公式进行反算Rw,进而实现对其他储层的饱和度解释。典型水层反算法在储层饱和度解释中得到广泛应用,其前提是同一油水系统中的油层和水层在水性上一致,即Rw相等,但针对东营凹陷南斜坡沙三段(Es3)浊积、沙四段(Es4)滩坝低渗透砂岩油藏,在实际工作中,依据该方法进行的饱和度解释常常面临一些矛盾和争议之处。本文以实际资料解释为基础,分析饱和度解释差异,初步探讨了其造成差异的原因,以及今后进一步研究的方向。

1 区域地质概况

东营凹陷位于渤海湾盆地济阳坳陷东南部,是一个从古新世发育起来的箕状断陷盆地。该区西靠青城凸起和滨县凸起,北邻陈家庄凸起,东临青坨子凸起,南靠鲁西隆起,勘探面积约5 700 km2,是中国东部最重要的富油凹陷之一[11]。东营凹陷沙三中-沙四上亚段是该区主要烃源岩层。其中沙四段纯下地层以泥岩和石膏质泥岩沉积为主,属于间歇性咸水湖泊沉积。沙四段纯上地层主要沉积了深灰色-灰黑色油页岩,属于常年闭流咸水湖泊性质[12]。沙三下亚段地层沉积了黑色页岩、油页岩等岩石,属于深湖相沉积。到沙三中亚段地层的岩石中包括了块状泥岩和粉砂岩,是湖盆水体变浅的结果。受当时水体深浅变化、伴随油气充注等方面的影响,地层水的盐度也存在差异,这是测井解释选取地层水电阻率时需要关注的问题。

2 饱和度解释中Rw值偏差的实例

2.1 典型水层反算法在油层含水饱和度解释中导致Sw计算值偏高

研究区A井目的层位为沙三下亚段,储层埋深约在3 200 m左右,属于低-特低渗透砂岩储层。

对该井目的层段的取心分析饱和度进行统计发现,含油饱和度和含水饱和度之和小于100%(见图1),这在砂岩地层中较为常见。主流观点认为在密闭取心条件下,若不考虑油气散失,其饱和度之和应为100%,即密闭取心分析的含水饱和度是准确的,含油饱和度由于降压脱气、油气散失等因素影响有所降低,通常将100%减去含水饱和度作为含油饱和度的准确值[13]。

图1 A井密闭取心层段So—Sw关系图

图5 B井测井曲线图*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

根据测井确定油层油气饱和度的可靠程度是通过对非渗滤油基泥浆钻井所取岩心进行分析后加以检验的。非渗滤油基泥浆能保证岩样处于天然饱和状态[14]。对该井目的层段密闭取心分析含水饱和度,并进行统计发现,岩石中残余水饱和度(即含水饱和度Sw)分布区间在30%～45%(见图2),因此对应得到该层段含油饱和度应该为55%～70%,也在一定程度上说明了该井虽然物性差但距离油源较近,从而具有较高的含油饱和度。

图2 A井密闭取心层段含水饱和度统计图

图3 A井岩电参数a—m关系图

图4 A井岩电参数b—n关系图

岩电参数a、b、m、n是基于Archie公式求取含水饱和度必需的参数。为更好地对比含水饱和度计算结果,对该层段岩石进行了岩电实验数据的测量,其中图3和图4显示的分别是岩电参数a—m和b—n的取值。较高的相关系数表明了实测的岩电参数具有良好的统一性,可用于下一步含水饱和度的定量解释。

对典型水层反算法获得Rw的应用效果展开分析。首先选取典型水层,B井和C井为A井同一层系的邻井,通过综合判别,B井44号层为典型的水层;再将44号层的含水饱和度假设为100%,基于Archie公式和前期确定的岩电参数进行反算,得到其地层水电阻率为0.06 Ω·m,典型水层的测井曲线参见图5。

图6 C井测井曲线图

同理,对图6中的典型水层进行反算得到其地层水电阻率约为0.07 Ω·m。从B井和C井反算的结果来看,二者差异不大。将该反算结果带入A井中进行油层的饱和度解释,解释结果表明,当地层水电阻率取值为0.06 Ω·m时,计算的油层含水饱和度主要分布区间在45%～60%,即油层含油饱和度集中在40%～55%之间,这与前期密闭取心分析的55%～70%结论有所矛盾。因此,当采用典型水层反算法时,将反算得到的地层水电阻率直接带入油层饱和度计算,会导致油层的含水饱和度计算值偏高(含油饱和度计算偏低)(见表1)。

表1 A井油层饱和度计算结果对比

2.2 油层水资料测定法在水层Sw解释中导致计算值偏低

表2为A井试油过程中来自目的层系油层压裂后获取的水样。在正常情况下,赋存在低渗透砂岩油层中的水不可动,但由于压裂的影响,使得储层内局部孔隙结构部分程度上得到改善,从而导致一部分束缚水得以释放。根据地层水资料测定得到2份水样的地层水电阻率均为0.039 Ω·m,将该值带入模型解释,其油层计算结果与密闭取心分析值有着较好的对应性,但是将其带入上述B井和C井的典型水层时,2口井中明显的水层其含油饱和度计算结果分别达到35%和22%。

分析表明,当存在油层压裂地层水分析资料时,将依据不同离子浓度折算的地层条件下的地层水电阻率带入油层可以得到较为合理的结果。但将Rw带入典型水层解释时,解释的Sw通常达不到80%,这种结果与水层的概念明显不符。

同时,2种不同方法得到的地层水电阻率之间的较大差异也显示了目前传统Rw取值方法中,同一层系油层、水层取同一套值可能会带来较大误差。

3 地层水Rw值偏差原因探究

3.1 从Archie公式推导

阿尔奇公式[15-16]

(1)

表2 A井水分析资料一览表

式中,Rw为地层水电阻率,Ω·m;φ为孔隙度,小数;Sw为含水饱和度,小数;a、b、m、n被称为阿尔奇参数,对于均质砂岩,m、n默认取值为2。

假设对于油层和水层而言,二者均遵循阿尔奇公式,即

(2)

(3)

当油层和水层均属同一岩性,物性也相差不大时,若地层水电阻率取值一致,则上述算式可表述为

(4)

得到

(5)

即储层饱和度仅与电阻率增大率有关,从式(5)出发,假设饱和度指数n=2,则电阻率增大率取值从1～10时,可分别得到一系列含水饱和度和含油饱和度值。表3为不同电阻率增大率条件下油水饱和度的相对关系。从表3中可以看出,只有当油层的电阻率增大率大于5以上,含油饱和度才大于55%,而通常情况下,电阻率增大率大于2即可判定为油层,因此该推理结果明显与实际情况不符。

表3 不同电阻率增大率下油水饱和度关系

上述分析表明,即使是同层位的储层,油层中的束缚水和水层中地层水水性也是有差别的。油层中的束缚水矿化度要高于水层中的地层水,即油层中的Rw要小于水层中的Rw。这一认识对于目前基于阿尔奇公式的测井定量解释意义重大,一方面它为前述在实际工作中普遍存在的矛盾提供了一个良好的解释;另一方面也可以更好地辅助今后储量计算工作,为以往采用典型水层反算法而低估的油气储量寻找到了理论依据。

3.2 从油气成藏水来源及演化差异分析

地层中地层水的化学特性是地理、地质环境变迁导致的地下水动力场和化学场经漫长、复杂演化的结果[17]。油层中地层水的化学特性可能等同于临近水层的化学特性,也可能与之完全不同,这取决于地层水与其宿主岩的形成时间[18]。

对陆相断陷盆地,地层水中离子的运移、聚集过程比较复杂[19]。陆相断陷盆地中的地层水是以原生水为主还是以外来水为主,取决于沉积后的地质运动与油气运移。在同一沉积体系的地质剖面上,地层水的化学特征既受控于沉积环境又受控于沉积后的成岩作用及构造运动,它与盆地中油气的生、聚、运、散有着十分密切的关系[20-22]。笔者通过多方调研和反复论证,提出一种新的认识,即认为其差异主要来源于成藏期含烃流体的影响。

不同成藏时期的含烃流体特征模式可总结为3个阶段。第1阶段(成藏前),储层岩石中饱含原始地层水,此时的地层水多为低矿化度;第2阶段(成藏时),裹挟着油气的流体逐渐充注到储层中,高矿化度含烃流体逐步驱替原低矿化度地层水,由于含烃流体的高矿化度影响以及油、水的重力分异,导致储层中垂向上矿化度自上而下显示为高矿化度到低矿化度的变化;第3阶段(成藏后),油水在重力作用下进一步分异,油气进一步聚集,油层水均为高矿化度水赋存于岩石微孔隙中,含水量较低,且与水层或围岩隔离,不易扩散或交换,因此得以继续保持成藏流体矿化度特征。而组成水层的矿化度的盐类物质由于扩散或与围岩交换,随时间推移,矿化度会逐步降低,从而导致了油、水层不同的矿化度表现。该解释可较好地诠释目前东营凹陷南坡饱和度解释所遇到的矛盾情况。

4 含油饱和度解释研究展望

传统的饱和度解释立足于阿尔奇公式计算含水饱和度Sw和含油饱和度So,通常更多关注公式中的岩电参数a、b、m、n,而对实际的地质情况考虑较少,在进行地层水电阻率Rw选值时,大都认为油层和水层数值相同。

但是针对东营凹陷南斜坡沙三段浊积、沙四段滩坝低渗透砂岩油藏,由于其与油源距离较近,就需要考虑油气充注、运移以及成藏后期各种地质作用对于地层水电阻率的影响。在油气充注过程中,原始流体中水分子携带的各种离子受油气运移影响较大,使得在该类油藏中油层水和地层水电阻率Rw差异较大。针对该类型的油气藏,进行饱和度评价时,在准确确定a、b、m、n岩电参数的基础上,还应重视Rw的合理选取。

需要在上述认识基础上进一步通过实验深入研究油层与水层离子类型、浓度及Rw之间的关系。在得到两者之间较为准确的计算方式或比例关系后,就能够较为准确地确定油层地层水电阻率值,从而提高研究区以及与之相似油藏的饱和度解释的准确性。

5 结论与认识

(1) 东营凹陷南斜坡低渗透砂岩油藏中饱和度评价对于储量精确估算、油藏开发具有重要作用。但是通过对比测井计算和实际测试结果发现两者存在较大差异,典型水层反算法在油层含水饱和度解释中导致Sw计算值偏高,而油层水资料测定在水层含水饱和度解释中又导致计算值偏低,获得准确的低渗透砂岩油藏饱和度成为测井研究的难题。

(2) 封闭体系中油气成藏后,油层水通常为高矿化度水,含水量较低,与水层或围岩隔离,不易扩散或交换,因此得以继续保持成藏流体矿化度特征。而水层水中的盐类物质由于扩散或与围岩交换,矿化度降低,从而导致了油、水层不同的矿化度表现。

(3) 为了使得测井计算饱和度结果更加准确,在关注岩电参数a、b、m、n的基础上,还应重视Rw的合理选取,并深入研究油层和水层地层水电阻率之间的关系,从而为该类型的低渗透砂岩油藏的饱和度解释工作提供可靠依据。

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