基于高温岩电实验的致密砂岩储层含油饱和度解释方法研究——以鄂尔多斯盆地南部延长组长8致密储层为例

白 远，康胜松，云彦舒，王振宇，谢旭强.

(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075；2.延安职业技术学院，陕西延安 716000；3.延长油田股份有限公司，陕西延安 716000；4.陕西省二氧化碳封存与提高采收率重点实验室，陕西西安 710075)

近年来，特低渗、致密等非常规油气藏的持续高效开发为我国能源需求的日益增长做出了巨大贡献[1]。致密砂岩油藏作为非常规油气资源的主要组成部分，已在鄂尔多斯盆地实现了规模化开发，展现出了良好的开发前景[1]。然而，致密砂岩储层埋藏深、储层高温、基质孔隙致密，且具有较强的温压敏感性与非均质性，对该类储层含油饱和度参数准确可靠的解释与评价，已成为致密砂岩油气藏储量精准计算与产能准确评价的重要前提。目前，针对致密砂岩储层含油性关键参数的测井解释主要通过基于常温常压的电阻率参数实验，利用阿尔奇公式建立其参数解释模型[2-7]，但阿尔奇公式中胶结指数、饱和度指数以及岩性系数受储层温度、压力影响大[8-10]，因此基于常温常压环境下的储层含油饱和度研究会造成其解释结果出现较大偏差，从而不能准确有效表征致密砂岩储层含油性特征。

本文针对以上问题，以鄂尔多斯盆地南部JJC地区长8致密砂岩油藏储层为研究对象，通过高温高压岩电实验，建立了地层因素与覆压孔隙度的数学模型，以及地层电阻增大率与含水饱和度的模型，最终正确解释致密砂岩储层含油饱和度，本文可为致密砂岩储层物性参数测井解释模型的建立提供思路和方法。

1 概况

鄂尔多斯盆地南部JJC地区长8致密砂岩油藏埋深1 208 m，地层温度53 ℃，上覆压力在23 MPa左右，储层常压岩心平均孔隙度7.9%、平均渗透率0.33×10-3μm2，为典型的致密砂岩油藏。对研究区FZ183、FZ184、FZ206等3口探井长8致密砂岩储层10个岩心样品采用SCMS-YD型柱塞样岩心实验系统，进行了高温覆压条件下的岩石电阻率参数测定(实验方法参照SY/T5385—2007《岩石电阻率参数实验室测量及计算方法》)，分别进行了地层因素测试(表1)以及饱和度指数测试(表2)。

表1 地层因素测试数据Table 1 Formation factor test data

2 参数求取

2.1 地层因素与孔隙度实验分析

除了储层含油性特征影响地层电阻率外，孔隙度和孔隙结构以及地层水矿化度也是影响因素[5]。地层因素(F)这一概念就是研究孔隙度和孔隙结构特性对电阻率的影响，依据Archie的实验证明地层因素与孔隙度两者存在如下关系(公式1)：。

F=R0/Rw=a/φm

(1)

式中：F，地层因素；Ro，岩石电阻率(全饱和水)，Ω·m； Rw，地层水电阻率，Ω·m。a，与岩性有关的岩性系数；m，胶结指数；Φ，孔隙度，%。

对于某一储层，a、m直接表示该储层特性，因此对地层因素与孔隙度之间关系研究，实际上就是对a和m值的准确求取。对上式两端取对数得(公式2)：

logF=loga-mlogφ

(2)

由公式2可知，对数坐标系中，地层因素和孔隙度表现为线性关系，该直线对横坐标轴的倾斜程度，即斜率为m，截距为loga。

表2 电阻增大率测试数据Table 2 Resistance increase rate test data

以3口探井中取得的10块岩心进行实验，模拟在该储层的上覆压力23 MPa，地层温度53 ℃以及地层水矿化度条件下，开展了地层因素与覆压23 MPa下的孔隙度测试，实验数据见表1，对测试的地层因素和覆压孔隙度做双对数散点图(图1)。

地层因素(F)和孔隙度(Φ)两者 符合(公式3)关系：

F=1.261/φ1.699(R2=0.973 7)

(3)

相关系数为0.9737，说明地层因素和孔隙度两者相关性好，同时可信度高。

通过高温覆压条件下的地层因素测试实验数据的分析和相关性研究，地层因素与孔隙度之间关系明确，a和m值通过拟合公式能准确得到。对于特定的储层，岩性系数和胶结指数也是固定的，通过拟合得到的公式3可以读取岩性系数为1.261，胶结指数为1.699，岩性系数a在砂岩储层中一般变化不大，接近于1；胶结指数m是对孔隙曲折度的校正，1.699主要说明它还是砂岩储层的范畴，小于玄武岩、安山等火山岩的曲折度。

图1 JJC区域长8高温地层因素与孔隙度关系图Fig.1 Relationship between high temperature formation factors and porosity in JJC area

2.2 电阻增大率与含水饱和度实验分析

岩层电阻率的因素较多[11]，为了建立其与含油饱和度的关系，设计电阻率指数，即电阻率增大系数(I)，依据Archie的实验证明存在如下关系(公式4)

(4)

式中：I，电阻率增大系数；Rt，岩层电阻率；Ω·m；Ro，Ro，岩石电阻率(全饱和水)，Ω·m，b，与岩性有关的岩性系数；n，饱和度指数(与油、水在孔隙中分布有关)；Sw，含水饱和度，%。

同样对上式两端取对数得(公式5)：

logI=logb-nlogsw

(5)

由公式5可知，对数坐标系中，地层因素和孔隙度表现为线性关系，该直线对横坐标轴的倾斜程度，即斜率为n，截距为logb。

同样在上覆压力23 MPa，地层温度53 ℃条件下，测35组高温电阻增大率(I)和含水饱和度(Sw)数据(表2)，做双对数散点图， I与Sw呈线性关系(图2)。

图2 JJC区域长8高温电阻率指数与含水饱和度关系图Fig.2 Relationship between high temperature resistivity index and water saturationin JJC area

经回归分析，确定出电阻增大率(I)和含水饱和度(Sw)的关系为幂函数曲线(公式6)：

(6)

公式6其相关系数大于97%。反映35组样品参数间相关性好，线性关系强。

通过电阻增大率与含水饱和度的测试实验数据的分析和，两者之间关系明确，b和n值通过拟合公式能准确得到。同样对于特定的储层，两者数值也是固定的，通过拟合得到的公式6可以读取岩性系数b为1.021，饱和度指数n为1.674，对于砂岩储层b值一般接近于1，n受储层所处温压系统影响，其值主要反映致密砂岩的特性。

2.3 地层水电阻率

在阿尔奇公式中还有一项重要参数地层水电阻率，其求取的准确度直接影响油水层评判的正确与否。JJC区域长8储层的地层水类型主要为CaCl2，矿化度在2 037.9～20 250.02 mg/l之间变化，pH值在6.15～7.89之间。地层水矿化度变化较大，导致地层水电阻率最大值可为最小值的数倍甚至相差数量级，且阿尔奇公式对其较为敏感，目前国内大部分研究，往往通过矿化度的数学平均，再查图版求取唯一地层水电阻率的值，这样往往导致最终解释含油饱和度与真实含油性误差较大，为了更加准确的求取地层水电阻率参数，首先对地层水矿化度平面的展布特征进行研究，寻找变化规律，在平面上进行分区域计算，纠正按照统一地层水参数进行饱和度计算的不合理性，从而提高饱和度解释的精确度。

根据40个地层水矿化度化验数据，研究JJC区长8储层的地层水电阻率的平面展布特征(图3)可以看出，区内的地层水矿化度变化较大，分区分带性明显，且基本上呈现南北低，中部高(地层水电阻率呈现出南北高，中部低)的特点。根据F48井的PVT实验数据，查图版得到相应的Ⅰ类地层水电阻率为1.073 4 Ω·m，Ⅱ类为0.451 4 Ω·m，Ⅲ类为0.280 5 Ω·m，Ⅳ类为0.205 4 Ω·m。Ⅳ类为0.202 3 Ω·m。

3 含油饱和度测井解释模型

3.1 模型求取

基于高温岩电实验的致密砂岩储层含油饱和度解释方法，分别获取本区长8油层组地层因素与孔隙度以及电阻增大率与含水饱和度的关系，通过数学模型的建立，分别求取了阿尔奇公式中四个关键参数a、b、m、n；Rt为深感应电阻率，φ通过测井曲线中声波时差计算得来，长8油层组平面上地层水电阻率分布的不同区域采用面积加权平均，最终利用Archie公式(公式7)，长8油层的平均含油饱和度为42.3%。

(7)

涉及的参数表3。

图3 JJC区域长8油层组地层水矿化度等值线图Fig.3 Contour map of formation water salinity of Chang 8 oil layer group in JJC area

表3 JJC区域长8油层组高温岩电参数表Table 3 High temperature rock electric parameter table of Chang 8 oil layer group in JJC area

3.2 方法验证

区域开展的密闭取心是获得储层含油饱和度最准确最直接的的方法，同时也可作为其他间接求取解释含油饱和度方法的验证参照[12-16]。密闭取芯资料来自FX183井，取心进尺10.5 m，共取得岩心10.3 m，收获率达到98.09%，现场做原油脱气失水试验，损失含水饱和度为2.5%，采用渗透率与含水饱和度关系模型获得的平均含水饱和度为56.3%，因此最终密闭取芯法获得含油饱和度为41.2%。为了更好的证明方法的先进性，最后利用该区域密闭取芯法求得的结果和常温岩电实验和高温岩电实验得到的含油饱和度进行对比表4。

表4 计算误差对比表Table 4 Computational error comparison table

显然，本区高温岩电测井解释长8油藏平均含油饱和度具有较高的精度，应用常温岩电法绝对误差和相对误差分别为11.1%和21.22%，基于高温岩电实验得到的含油饱和度与密闭取芯法得到含油饱和度两者吻合程度高，平均绝对误差和平均相对误差依次为1.2%和2.83%，绝对误差和平均相对误差分别提高9.9%和18.39%。

4 结论

(1)对于致密砂岩储层，由于其非均质性强以及物性较差等因素，储层含油性的计算也成为难点，通过基于高温覆压的实验方法，能更加模拟和接近储层地下的真实状况；

(2)对地层水电阻率参数的选取，消除了地层水矿化度变化较大带来的影响，采用矿化度展布特征分类研究方法，再根据PVT特征查图版得到，更加准确的对地层水电阻率进行求取；

(3)最终解释鄂尔多斯盆地南部JJC区域含油饱和度为42.3%，密闭取芯法解释为41.2%，常温岩电法为52.3%，其绝对误差和相对误差相比常温岩电法分别提高了9.9%和18.39%，与密闭取芯法解释的更加接近。因此文章提出的基于高温岩电实验的致密砂岩储层含油饱和度解释方法相比常规的常温岩电实验计算的含油饱和度更加精确，更能客观的反应储层含油性。