电压频率对低渗储层电阻率影响的研究

齐光峰

（中国石化胜利油田分公司技术检测中心，山东 东营 257000）

1 前言

随着油气田勘探开发技术的发展和普及，国内各类测井装备快速涌现，但尚未形成统一的标准，为各阶段测井资料分析、校正带来了较大困难。电阻率测井是分析地层中油水分布的常用技术手段，Archie公式描述了岩石的电阻率指数和含水饱和度之间的关系，但受到设备型号和低渗储层特征的影响，其测量结果需要校正以获得准确的反演解释。其中，电压频率是影响低渗储层电阻率测量结果的重要偏差因素之一，本文通过岩心实验探究了电压频率对不同性质岩心电阻率测量结果的影响差异，从而为准确认识低渗储层特征及油水分布提供支撑。

对于电压频率与电阻率的关系，学者针对不同岩性展开了广泛研究。1992年，Adisoemarta和 Morriss等学者研究了高渗砂岩在10Hz～1.3GHz之间的电阻率变化，研究发现，当电压频率在10Hz～10kHz之间，电阻率均会随着频率上升而下降，而当频率超过10kHz时候电阻率值基本保持不变。2009年，李克文和Sandler等采用裂缝砂岩岩样，分别在100Hz、1kHz和10kHz三个电压频率进行了实验，研究发现当含水饱和度高于25%时，频率对电阻率影响较小，但当含水饱和度低于25%时，频率对电阻率将产生明显影响，此时，频率越小电阻率指数越高。电压频率对于饱和岩石的电介质常数的影响已经被很多学者所研究。Knight and Nur基于8块砂岩岩心，研究了5Hz～4MHz不同电压频率下，其含水饱和度与介电常数的关系，研究发现介电常数与频率在含水饱和度变化的过程中存在幂次关系。目前，针对裂缝型低渗砂岩油藏，电压频率对电阻率测量结果的影响仍未受到广泛重视，存在较大研究和发展空间，亟需进一步完善相关理论。

据前人研究结果，电阻率测量结果受到电压频率和含水饱和度的复合影响，目前，所建立的相关模型尚未体现它们之间的关联。本文基于低渗岩心进行了不同电压频率和饱和度下的电阻率实验，定量研究在发育裂缝低渗储层中，不同含水饱和度下电压频率对电阻率测量结果的影响，为低渗储层油水分布的准确反演解释提供理论依据。

2 电阻率反演含水饱和度基本原理

Archie公式描述了岩石的电阻率指数和含水饱和度之间的关系，岩石电阻率随着含水饱和度减小而增大，两者存在如下函数关系：

式中，I是电阻率指数，小数；Ro是100%饱和水时的岩石电阻率，Ω·m；Rt是在某个特定的含水饱和度Sw下的电阻率指数；n和b是与岩石、流体性质相关的系数。

电阻率指数与含水饱和度曲线是一条双对数曲线，其纵坐标为I，横坐标轴的含水饱和度计算方式为：

式中，Sw为含水饱和度；ρw为水的密度，g/cm3；Δm为蒸发水质，g。

3 饱和度梯度岩心电阻率测试方法

3.1 实验装置

实验装置由柱塞泵、电阻率测量仪、流量计、油水计量装置等组成，可以在线驱替过程中测量不同电压频率、不同饱和度下的下岩石电阻率（图1）。

图1 岩石电阻率实验装置图

3.2 实验材料

（1）实验岩心：取自低渗砂岩储层岩心（表1）。（2）实验用水：现场地层水，矿化度为10236.7mg/L。（3）实验用油：现场原油，黏度7.3MPa·s，密度0.854×103kg/m3。

表1 实验岩心基础参数表

3.3 实验步骤

（1）对岩样进行洗油、洗盐等处理，烘干8h以上，称干重；（2）抽真空饱和水并称湿重；（3）采用油驱水方式制造不同含水饱和度岩心状态。即岩心从100%含水饱和度条件下开始驱替；（4）使用10KHZ电压频率实时测量岩石电阻率，同时，记录出水量及质量的变化；（5）改变电压频率为100kHz重复步骤1到步骤4；（6）对岩心进行造缝处理，重复步骤1到步骤5。

4 电压频率对电阻率测量结果影响规律

根据上述实验步骤，本文针对不同孔渗条件的基质岩心和裂缝岩心分别开展了2组，共计4组电阻率在线测量实验，研究了电压频率对两种类型岩心电阻率测量结果的影响。

4.1 电压频率对基质岩心电阻率影响

随着油驱水的进行，基质岩石的含水饱和度逐渐变小，实验在10kHz和100kHz两个电压频率分别进行连续测量，结果如图2和图3所示。

图2 基质岩石A电阻率指数vs.含水饱和度关系

图3 基质岩心B电阻率指数与含水饱和度关系曲线

由上图可知，低渗岩心的电阻率指数随着含水饱和度的降低逐渐增加，两者存在明显的负相关性，这与Archie公式的规律保持一致。在含水饱和度较高时，电压频率对电阻率测量结果的影响较微弱；当含水饱和度较低，即含有饱和度较高时，电压频率对电阻率测量结果有较为明显的影响，此时，使用低电压测量电阻率结果偏高。此时，如果现场不考虑测试电压频率的影响，使用高电压测量结果将得到过高的含油饱和度储层；使用低电压测量结果则会对储层含油饱和度反演过低。

对比图2和图3发现，相对高渗岩心A（k=35.17mD）在含水饱和度降低于24.4%时，电压频率对电阻率的测量差异逐步显现，在影响区间（＜24.4%）内，对电阻率值的影响程度在10%～50%；而相对低渗岩心B（k=15.28mD）影响区间较大（＜28.1%），区间内对电阻率测量值影响程度在20%～68%。此时，高电压频率下电阻率测量值明显偏小，且随着含水饱和度的进一步降低，这种差异愈加明显。两岩心的差异说明低渗岩心电阻率测量结果对于电压频率的改变更加敏感，因此，在现场测井过程中，对于渗透率较低的含油储层，尤其需要注意电压频率造成的影响以作出必要的校正处理。

4.2 电压频率对裂缝岩心电阻率影响分析

低渗储层往往裂缝较为发育，发育裂缝的储层能够形成较高的油气产能。在电阻率测井过程中，裂缝是必须考虑的因素，裂缝的存在将对电阻率值产生重要影响，为此，本次实验通过将岩心AB造缝，针对发育裂缝储层，研究了不同电压频率对电阻率测量结果的影响规律，实验结果如图4和图5所示。

图4 裂缝岩石A电阻率指数与含水饱和度关系曲线

图5 裂缝岩石B电阻率指数与含水饱和度关系曲线

对比基质岩心实验结果，裂缝岩心的电阻率指数明显小于基质岩心，说明裂缝的存在增加了岩心的导电性。裂缝岩心表现出同样的规律。在高含水饱和度时，电压频率对电阻率测量结果影响较小，而低含水饱和度即高含油饱和度时，电压频率对电阻率测量结果影响较大，且这种差异在低渗的裂缝岩心中更加明显。相对高渗裂缝岩心在影响区间（＜25.5%）内，100kHz比10kHz下的电阻率指数低50%～78%，随着含水率降低差距逐渐增大；低渗裂缝岩心B在影响区间（＜28.8%）内，100kHz比10kHz下的电阻率指数低52%～90%，在含水饱和度为0.20时达到最大值，即比10kHz下的电阻率指数低90%。与基质岩心相比，岩心AB造缝后影响区间均增加，电压影响程度增强，说明裂缝的存在进一步增加了电阻率对电压频率的敏感特性。

5 结语

（1）含水饱和度越小，储层电阻率越大，电压频率在高含水饱和度时对电阻率测量结果影响较小，在低含水饱和度时影响较大。

（2）电压频率对不同渗透率储层电阻率测量结果影响程度不同，针对低渗透率储层，其影响区间更大，且影响程度较相对高渗储层更加显著，随着含水饱和度的较低（含油饱和度的升高）愈加明显，分别采用10kHz和100kHz电压频率测量时，电阻率指数值测量值差异可到68%，因此，低渗储层更应注意不同电压频率下电阻率值的校正问题。

（3）裂缝的存在会降低储层的电阻率，同时，进一步扩展电压频率对电阻率测量值的影响区间，增大电压频率的影响程度，即裂缝会增加电阻率测量值对电压频率的敏感性。分别采用10kHz和100kHz电压频率测量时，电阻率指数值测量值差异最高可到90%。