大庆长垣薄差油水同层测井解释方法

2022-06-06马宏宇丁继伟王雪萍李金奉杨清山卢艳

测井技术 2022年2期

马宏宇,丁继伟,王雪萍,李金奉,杨清山,卢艳

(大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712)

0 引言

大庆长垣背斜SZ油田G油层油水同层段总体分布在1 175～1 225 m,地层厚度为25～50 m,具有相当数量的地质储量未系统开发,是油田重要的产量接替区块之一。与上部主力油层相比,G油层油水同层段具有物性差、储层厚度小、薄互层发育、含油饱和度低及储量丰度低的特点[1-3]。由于未作为主要开采目的层,一直未建立测井定量解释评价方法。为最大限度地发挥储量潜力,缓解上部特高水淹油层的产量压力,需要针对储层品质较差的薄差油水同层段开展精细量化解释方法研究,为油水同层段的补孔挖潜提供可靠依据。薄差油层由于含泥、含钙且砂泥互层发育增加了测井评价的难度,同层流体定量评价精度低,为突出储层流体信息响应,目前较为广泛的方法是对电阻率曲线进行影响因素校正后再进行定量评价,钙、泥质校正通常是在钙质和泥质含量求取基础上根据串并联导电原理或利用岩心分析数据建立相应的校正公式。对于层厚电阻率校正一般有3种途径[4-7]:①从测井仪器的电路和结构出发,通过其响应方程数值模拟后进行电阻率高分辨率处理;②利用模拟地层测井得到不同层厚的测井响应进行对比;③直接利用国外测井公司提供的电阻率校正图版。同层的定量解释仍然是以饱和度计算为核心,通过试油、生产动态、测井等资料建立量化函数关系,定性给出偏油偏水界限。储层含水饱和度求取主要是根据区域储层条件差异而标定不同的模型。同层产水率一般基于渗透方程根据相渗实验计算,但由于样品尺寸及实验条件的局限性[8-10],实验模型往往与储层实际动态情况不符。为突出储层流体响应特征,提高油水同层测井定量解释精度,提出一套适用于研究区的薄差层测井曲线校正方法,在此基础上计算储层可动水饱和度和确定产水率分级解释标准。

1 G油层薄差油水同层储层特征

G油层是在水退背景下形成的一套砂泥岩频繁交互的陆相河流-三角洲沉积,具有独特的大型浅水湖盆的沉积特点,砂泥岩互层分布薄而稳定。岩心资料分析表明,G油层岩性包括泥岩、粉砂质泥岩、含泥粉砂岩、泥质粉砂岩、钙质粉砂岩和粉砂岩;储层主要发育泥质粉砂岩、粉砂岩、钙质粉砂岩;含油性以饱含油、含油和油浸为主。储层有效孔隙度分布在18.0%～27.4%,平均值为24.2%;渗透率主要分布在2.0×10-3～601.4×10-3μm2,平均值为69.6×10-3μm2;G油层泥质含量主要在7.0%～35.7%,平均值为19.8%;黏土矿物主要为伊利石和高岭土。G油层孔喉半径平均为4.85 μm,粒度中值平均为0.07 mm。

2 测井响应影响因素分析及校正

SZ油田G油层砂体类型主要为前缘席状砂,纵向上与上部的主力油层相比,G油层岩性颗粒细,储层泥质、钙质含量高,厚度小于0.6 m的薄层、薄互层发育的储层比例达70%,而本地测井系列深电阻率的垂向分辨能力约0.6 m。由于储层测井响应受钙质、泥质及薄互层等因素的影响,岩电关系对应性差,测井解释结果与初期动态不匹配。

2.1 泥质含量校正

泥质砂岩储层的电阻率测井响应不仅与地层水电阻率、含水饱和度、有效孔隙度有关,而且和泥质含量与分布形式有关。研究区泥质分布形式以分散泥质为主,含量低于35%,相对于层状泥质砂岩,分散泥质砂岩中的黏土或泥质分散充填在砂岩粒间孔隙空间中,呈被膜状或孔隙桥状,地层的导电是孔隙中的地层水与分散泥质并联导电的结果。随着泥质含量增加,束缚水饱和度增高,储层导电性增强,电阻率降低,根据并联电路原理

(1)

式中,R0、Rw、Rsh、Rma分别为含泥质岩石、孔隙流体、泥质和岩石骨架的电阻率,Ω·m。由于Rma趋近于无穷大,根据欧姆定律有

(2)

式中,L、Lw、Lsh分别为含泥质岩石、孔隙流体、泥质的单位导电长度,m;A、Aw、Ash分别为含泥质岩石、孔隙流体、泥质的截面积,m2。假设导电长度一致,即L=Lw=Lsh,则有

(3)

(4)

进一步推导出泥质校正系数表达式为

(5)

式中,ksh为泥质校正系数,随泥质含量的增加校正系数增大。

2.2 钙质校正

G油层储层分散钙质含量在30%以下,钙质成分以嵌晶状充填于孔隙中,降低了储层孔隙度和渗透率,减小了孔隙半径,增大了导电路径迂曲度,导致含钙储层的电阻率明显升高。图1为与取心井物性和含油性相当的储层岩心分析钙质含量(VCa)与深侧向电阻率(Rd)之间关系。从图1中可以看出,深侧向电阻率随着钙质含量的增加迅速增大,其关系式为

Rd=12.611e3.32VCa(r=0.85)

(7)

式中,Rd为深侧向电阻率测量值,Ω·m;VCa为钙质含量,小数。

图1 钙质含量与深侧向电阻率的关系图

为消除钙质含量的影响,采用比值法对深侧向电阻率进行钙质影响校正,钙质校正系数kCa为式(8),钙质影响校正后的深侧向电阻率值Rd_Ca为式(9)

kCa=e3.32VCa

(8)

Rd_Ca=Rd/KCa

(9)

2.3 层厚影响校正

在不考虑工程环境因素影响的条件下,砂泥岩储层电阻率的幅值主要由储层岩性、物性、孔隙结构、流体饱和度、泥质含量等因素综合决定,另外不可忽视厚度因素的影响。就测井采集而言,储层厚度低于仪器纵向分辨率的都属于薄层范畴。当仪器通过薄储层时,其测量结果为薄层特性和围岩层特性的褶积,地层的测井显示特征变得模糊,测井读数失真,层越薄对电阻率的影响越大。目前研究区规模应用的测井系列深侧向电阻率纵向分辨率为0.6～0.7 m,G油层0.8 m以下薄层广泛发育,薄层、薄互层发育比例达72%,所以不能忽视本区层厚的影响因素校正。该文利用大量的检查井取心样品实验室分析数据,选取岩性、物性、含油性和孔隙结构接近的同类储层,考虑深探测电阻率纵向分辨能力,以0.8 m为界将样品所在储层分为薄层和厚层,对比其电阻率的差异。岩电参数及孔隙结构参数见表2。对比结果表明,厚度小于0.8 m的薄储层电阻率和厚度大于0.8 m的厚储层电阻率值差异明显,厚度大于0.8 m的厚层电阻率平均值为19.8 Ω·m,而薄层电阻率平均值只有13.4 Ω·m,相差近1.5倍,其差异主要是围岩对电阻率的影响造成的。为进一步确定不同层厚的电阻率校正系数,假设0.8 m以上厚层样品储层电阻率均值为真值,其他层厚样品储层的电阻率与其做比值,得到不同厚度储层电阻率校正系数(见图2)。由图2可见,当厚度大于0.8 m时,电阻率测井受层厚的影响较小;厚度小于0.8 m时,厚度越小,受围岩的影响越大,电阻率的测井值校正系数也就越大。

图2 电阻率层厚与校正系数图版

表2 不同厚度级别同类储层参数对比表

3 油水同层定量识别标准

3.1 变指数含水饱和度模型

根据研究区砂泥岩储层泥质分布特征及地层水矿化度低的特点,在电阻率校正基础上,饱和度的计算采用阿尔奇方程

(10)

式中,φe为有效孔隙度,小数;Rt为地层电阻率,Ω·m;Sw为含水饱和度,小数;a、b为岩性系数,常数;m、n分别为孔隙度指数、饱和度指数,常数;a、b、m、n由岩石物理实验确定。一般情况下孔隙度指数m受孔喉半径比、孔隙半径和泥质含量影响;饱和度指数n受油水分布、流体性质、岩石的孔喉结构、泥质含量及润湿性等的影响[11-16]。m值是骨架与孔隙网络所导致的孔隙曲折性的度量,同时,孔隙的曲折性引起饱和度微观分布的不均匀性,影响了电流在岩石中的流动方式。所以,孔隙度指数m和饱和度指数n与储层宏观参数孔隙度、渗透率必然存在一定关联性。

G油层取心样品岩电实验表明,在温度、压力和地层水矿化度相同条件下,该区孔隙度指数m和饱和度指数n值并非定值,而是与储层品质指数IRQ存在一定的线性关系,总体上表现出随着储层品质指数的增大而增大(见图3),根据数据分布趋势,以IRQ=1.2为界分类建立岩电参数和储层品质间的关系:当IRQ≤1.2时,关系见式(11);当IRQ>1.2时,关系见式(12)。

m=0.125IRQ+1.65,n=0.2273IRQ+1.55

(11)

m=0.0545IRQ+1.73,n=0.0353IRQ+1.76

(12)

图3 储层品质指数与m、n指数关系图

3.2 薄差油水同层产水率定量解释

油水同层的定量解释是以预测储层产水率为核心[17-19],关键是优选出与储层产水率匹配的测井参数。根据渗流理论,油水两相在储集层微观孔隙中的流动,主要取决于它们的相对渗透率。油、水的相对渗透率不仅与岩石本身物性有关,还取决于孔隙内多相流体各自的饱和度。根据研究区内不同物性储层样品油水两相相渗实验结合渗流理论得到:①物性好的高孔隙度高渗透率样品束缚水饱和度低,油水两相共渗范围大,反之,物性差的低孔隙度低渗透率样品束缚水饱和度高,油水两相流覆盖的共渗范围小;②与产水率密切相关的参数是可动水饱和度而非总的含水饱和度;③同样的可动水饱和度变化,物性越好产水率越低,物性越差产水率越高。基于上述油、水微观孔隙渗流规律认识,利用测井参数预测同层产水率时主要考虑储层内可动水的变化与储层本身物性,所以可以采用束缚水和可动水饱和度参数表征储层产水率。结合研究区试油资料、密闭取心井饱和度分析资料,利用可动水饱和度(Swm=Sw-Swi)与束缚水饱和度(Swi)参数,以试油产水率(FW)为模值,建立油水同层段产水率5级解释标准(见图4)。即以0≤FW<40%、40%≤FW<80%、80%≤FW<90%、90%≤FW<100%、FW=100%划分产水区间,根据测井数据精细解释储层参数,预测储层产水情况。

图4 油水同层段产水级别预测解释图版

4 现场应用效果

以B2井为例,该井同层段主要发育薄差储层,基于曲线校正及应用变指数饱和度模型计算的饱和度与岩心分析的含水饱和度进行对比,曲线形态一致性较好(见图5),平均绝对误差为5.9%,束缚水饱和度平均绝对误差为4.3%,测井解释1 186.3～1 197.2 m井段同层段产水以II级为主,属于偏油同层。射开后试油,日产油3.552 m3,日产水7.800 m3,产水率45.5%。

图5 B2井测井计算含水饱和度和岩心分析饱和度对比图*非法定计量单位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

SZ油田某典型区块G油层油水同层段一直未充分射孔,被确定为下一步挖潜增产对象。表3列举了部分补开同层段单采井,测井解释同层含水率与措施后初期生产动态符合率达81.8%,测井解释成果为同层段精细挖潜提供了有力支撑。在测井精细处理解释基础上,利用建立的油水同层测井解释标准预测含水级别,结合井网及注采关系对SZ油田D区块内的二次加密井优选潜力层进行补孔合采,初期平均单井日增油量为1.15 t,投产初期含水率下降2.2%,现场应用取得了较好效果。