某油田长3低渗透率低电阻率油层分析与识别方法

陈木银, 冯春珍, 文晓峰, 孙环宇, 杨映洲, 陈龙

(1.中国石油集团测井有限公司长庆事业部, 陕西 西安 710201; 2.长庆油田分公司第三采气厂, 陕西 西安 710021)

0 引 言

位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西南段的某油田主要发育的含油层系有延长组的长8储层和长3储层,其中长3储层属于三角洲沉积体系,以分流河道、天然堤、分流间洼地等3种沉积微相为主,其含油性受构造和岩性的双重影响,为构造-岩性复合圈闭油藏。砂体呈北东—南西向展布,宽度在3.0～13.0 km之间,平面上呈条带状,横向上小层砂体变化大,厚度在2～15 m之间,导致地层对比难度较大[1]。在平面上受地层水矿化度等因素变化的影响,许多油层常以低电阻率特征出现,识别难度大。本文从宏观与微观2个方面对该油层展开研究,分析主要控制因素,寻找有效低电阻率油层识别方法。

1 储层特征分析

受长3时期湖盆水体大规模收缩影响,各个地区的三角洲均明显地向湖心推进,河流为湖区带来丰富的碎屑物质,形成了良好的储集砂体。随河流动力及物源的变化,储层特性具有明显的差异。

1.1 储层岩石学特征

岩心观察和岩石薄片鉴定表明,按照Folk砂岩分类命名规则[2],研究区域的长3储层岩石以细粒岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩、岩屑砂岩为主,其次为少量的中砂岩。砂岩碎屑以石英为主,平均含量约为44.7%,其次为各类长石,平均含量约为16.6%,岩屑含量约占26.3%,重矿物所占的比例较小。岩石成分成熟度较高,碎屑分选性中等-好,次棱角状-次圆状。

填隙物是碎屑岩中碎屑颗粒间的杂基和胶结物,长3储层的填隙物主要为各种自生胶结物,泥质杂基含量较少,结构成熟度较高。整体上长3砂岩填隙物含量普遍较高,填隙物含量在3%～25.8%,平均11.2%左右,填隙物中以高岭石(1.38%)、水云母(3.02%)、铁白云石(2.34%)、硅质(3.31%)为主,绿泥石(0.43%)、铁方解石(0.48%)都不太发育。

图1 长3油层组孔隙类型柱状图

由岩石薄片鉴定、铸体薄片分析可知该地区长3储层孔隙包括粒间孔、长石溶孔、岩屑溶孔、晶间孔、粒间溶孔、微裂隙,平均面孔率5.49%,其中以粒间孔、长石溶孔、岩屑溶孔、晶间孔、粒间溶孔为主,有极少量的微裂隙(见图1)。次生溶蚀孔隙主要以长石溶孔和岩屑溶孔为主。从孔隙形状看,多以三角形或多边形粒间孔为主,也有一些长条形或不规则形状的孔隙。每个孔隙都有3～4条喉道与之相连。镜下观察原生孔隙主要是粒间孔隙及晶间孔隙(见图2)。

图2 ×井长3储层粒间孔发育特征

岩心压汞实验显示长3储层最大孔喉半径约为0.567 2～8.620 7 μm,中值半径为0.144 5～0.422 8 μm,中值压力为1.693 8～32.411 2 MPa,均值系数为12.61～13.87,分选系数为2.33～3.89,歪度系数为-0.203～1.08。表明储层的孔隙结构总体为细孔微喉型,孔隙总体上连通性一般,因此,储层物性常表现为低渗透特征(见图3)。渗透率主要分布在(0.1～10.0)×10-3μm2,其中(0.2～2.0)×10-3μm2约占整体的74%,而64%的储层渗透率小于1.0×10-3μm2(见图4)。

图3 部分井长3储层毛细管压力曲线图

图4 长3储层渗透率-频率直方图

1.2 储层测井响应特征

该油田长3储层测井响应特征总体可以概括为岩性纯、物性相对较好、电阻率低。其中自然伽马值在40～80 API;声波时差在230.0～245.0 μs/m,(见图5);密度值约为2.40～2.52 g/cm3,电阻率主要分布在6～16 Ω·m之间(见图6)。受地层水矿化度等因素变化影响,电阻率在整个研究区域变化较大。

图5 长3储层声波时差-频率直方图

图6 长3储层深电阻率-频率直方图

2 影响低电阻率的因素

2.1 泥质影响

从薄片分析可知,研究区域长3储层的黏土矿物主要为高岭石和水云母,并以颗粒包膜的形式存在。这些黏土矿物具有吸某些阳离子和阴离子并保持于交换状态的特性,可提高岩石的导电能力。黏土表面的束缚水也是造成低电阻率的一个重要因素。不同井区黏土含量的对比显示,在黏土类型相同的情况下,低电阻率区域的黏土含量通常要高于正常区域[3-4]。

2.2 地层水矿化度

在定量评价中,地层水电阻率是确定储层含水饱和度的一个重要参数,其值的高低主要取决于地层水矿化度、含盐成分以及温度等因素。研究区块16口井的试水资料显示,该层的地层水水型为CaCl2,矿化度在33～150 g/L之间变化,平均为98 g/L,而该地区长8储层地层水矿化度主要变化范围为30～60 g/L。为得到地层水电阻率,先用不同离子的换算系数图版求出所含各种盐类离子的换算系数,然后分别乘各离子的矿化度,得到各离子的矿化度,最后算出各离子上述乘积的总和,即是该地层水的等效NaCl溶液矿化度。然后用NaCl溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版求出地层水电阻率。计算结果表明,该地区长3储层地层水电阻率主要分布在0.02～0.05 Ω·m,北部个别井区达到0.09 Ω·m(见图7),这是造成长3储层测量电阻率低的一个重要因素(见图8)。

图7 地层水电阻率等值线图

图8 地层水电阻率与测量电阻率交会图

2.3 束缚水饱和度

对长3储层125块岩心进行了束缚水饱和度测试。实验结果表明,该地区长3储层束缚水饱和度在22.0%～48.9%之间变化,平均值34.7%,主要分布在33%～46%(见图9),束缚水饱和度受地层岩性、黏土矿物的种类与含量、孔喉结构、孔隙喉道半径等多种因素的影响。岩性相同的情况下,孔隙喉道半径越大,毛细管阻力越小,含烃饱和度越高,束缚水饱和度小。在其他因素相同情况下束缚水饱和度的大小影响测量电阻率的高低[5],图10为27口井长3的束缚水饱和度与测量电阻率的关系图。

图9 束缚水饱和度分布直方图

图10 束缚水饱和度与测量电阻率关系

2.4 其他因素

含油饱和度主要受含油高度、孔隙结构以及油水密度差等因素影响,油气最终能充注到到多大的孔隙中要取决于构造幅度和孔隙结构,而该地区长3储层属于低幅度构造,因此对油气充填影响很大。在钻井过程中淡水泥浆的侵入也容易造成油层电阻率的降低和水层电阻率的增高,从而导致油层与水层电阻率对比度较低[6]。

综合以上研究发现,该区块低电阻率油层的形成因素虽然有多种,但相对而言,高束缚水饱和度和高矿化度的地层水是其中的2个主要因素,在解释过程中要对以上因素的分布区域特征进行区分。

3 测井识别方法

3.1 交会图版法

通过对试油井的测井响应进行读值,在它们之间进行交会以制作能区分孔隙中流体性质的图版。选取长3储层的某一低电阻率区块进行研究,共选取了66口井81个层有试油资料的井进行储层测井值读取与分析,声波时差—电阻率交会图、孔隙度—含油饱和度交会图对选择区块内储层流体性质具有较好的识别能力(见图11、图12),能有效区分孔隙中的油、油水和水等流体性质,经过实际检验,该图版探井解释符合率在80%以上。

图11 声波时差—电阻率交会图

图12 孔隙度—含油饱和度交会图

3.2 核磁共振法

该油田长3储层分布范围广,地层水矿化度等因素变化大,导致常规测井解释图版应用效果具有区域局限性。核磁共振测量的是流体H核的弛豫时间,在原理上它不受测量电阻率的影响,能反映孔隙中流体性质[7]。一般水的T2小于200 ms,而油的T2则为460 ms,通过两者之间的差异设计双TW采集模式,当存在可动烃时就能计算出差谱信号,可以依据此特性直观判断含油性。除此之外还可以通过T2谱的位置对含油性进行判断,完全摆脱了常规测井通过电阻率判断含油性的局限性[8]。

图13中长3砂体厚11.3 m,从形态上看顶部(1 952.0～1 961.1 m)T2谱均分布范围较宽,为单峰特征且位置在油的分布区域。孔隙分布较集中,大中孔径所占比例相当,而且差谱信号较强,具有明显的含油特征。由核磁共振测井计算的总孔隙体积为13.31%,有效孔隙体积为12.43%,束缚水孔隙体积为2.97%,渗透率为2.52 μs/m2,从常规上看该层电阻率为13.2 Ω·m,处在油层标准之上,综合解释为油层。砂体下部1 962.0～1 964.0 m井段T2谱的特征与上部相比发生明显改变,谱虽然仍为单峰特征但位置明显前移动,含油信号明显没有砂体顶部好,含水信号增强,由核磁共振计算的总孔隙体积为12.63%,有效孔隙体积为11.24%,束缚水孔隙体积为3.99%,渗透率为1.27 μs/m2,从计算参数可以看出总孔隙度没有明显变化,束缚水体积增加较大,直接影响了电阻率和含油饱和度,常规电阻率为6.8 Ω·m,与顶部相比降低明显。经在1 953.0～1 956.0 m井段射孔试油,压裂后产油15.47 t,产水3.7 m3,与核磁共振分析结果较为一致。

图13 ×井长储层测井综合解释成果图*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

3.3 流体特性指数法

对于低渗透性地层,普通感应测井差异特征不明显。阵列感应测井具有分辨率高、探测深度大等优点。为减小岩性影响而突出流体响应特征,提出流体特性指数识别法,首先对反映流体特性的阵列感应测井差异特征进行定量描述,定义差异系数为

(1)

式中,R20、R30、R60、R90分别为2 ft纵向分辨率中20、30、60和90 in径向探测深度的电阻率。定义电阻率增大系数Kr和岩性纯度系数λ,以反映不同地区、不同层位的油水层标准差别和储层岩性,其中Kr计算公式为

Kr=R90/Row

(2)

式中,R90为2 ft纵向分辨率时90 in径向探测深度的电阻率;Row为地区油水层的大约分界值。λ由自然电位异常值反映,定义为

λ=SP/SSP

(3)

图14 流体特性指数与声波时差交会图

定义流体特性指数为F=λ×Er×Kr,该参数通过Er与Kr突出该储层流体对电阻率的影响,并用λ系数对岩性影响作了部分消除,使其更接近真实地反映流体性质。通过对该地区长3储层含不同流体情况下的F值的计算,制作了油水识别图版(见图14)。图15是该区一低电阻率油层,电阻率仅为5 Ω·m,通过计算,其流体指数F=0.89,处在油水区,试油获油4.3 t/d,水11.2 m3/d。

图15 ××井长3储层阵列感应测井特征图

4 结 论

(1) 某油田长3储层的填隙物含量及组成和孔隙结构的复杂性是造成储层渗透率低的主要原因,而高矿化度地层水和高束缚水饱和度是影响该区长3储层表现为低电阻率的2个重要因素,且呈一定的线性关系。

(2) 对该地区长3储层这种低对比度低电阻率油层,虽然常规测井交会图版仍有较好的识别能力,但单一的解释方法容易造成误判。核磁共振测井以其独有的原理可直观反映孔隙流体性质;阵列感应测井则以其丰富的信息为低电阻率油层识别提供了更多的手段。对这类低电阻率油层解释应充分考虑新技术的优势。

参考文献:

[1] 秦红, 王多云, 李树同, 等. 鄂尔多斯盆地镇北地区三叠系延长组长3油层组储油砂体成因及成藏特征研究 [J]. 天然气地球科学, 2006, 17(3): 391-396.

[2] 樊拥军, 王福生. 沉积岩和沉积相 [M]. 北京: 科学出版社, 2009.

[3] 杨双定, 许彧斐. 鄂尔多斯盆地三叠系低阻油层测井解释技术 [M]. 西安: 西安地图出版社, 2003.

[4] 黄质昌, 黄新平, 冷洪涛, 等. 东营凹陷DX176块低电阻率油层评价技术 [J]. 测井技术, 2010, 34(5): 457-461.

[5] 张晓明, 王晓红, 郑秀臣, 等. 铁边城地区深层低电阻率油层成因及测井识别技术 [J]. 测井技术, 2010, 34(4): 360-364.

[6] 中国石油勘探与生产分公司. 低阻油气藏测井评价技术及应用 [M]. 北京: 石油工业出版社, 2009.

[7] 肖立志. 核磁共振成像测井与岩石核磁共振及其应用 [M]. 北京: 科学出版社, 1998.

[8] 肖立志, 张元中, 吴文圣, 等. 成像测井学基础 [M]. 北京: 石油工业出版社, 2010.