电阻率比值法在苏里格低电阻率气层测井解释中的应用

赵璐阳,孙越,赵自民,黄胜,周萌,张润

(中国石油集团测井有限公司华北分公司,河北任丘062552)

0 引 言

苏里格气田位于靖边气田西侧的苏里格庙地区,整体上是一个大单斜的构造背景,构造幅度3～8 m/km,发育多排低缓鼻状隆起。气藏类型为构造岩性气藏,因而气水分布主要受沉积相和储层物性控制,没有统一的气水界面[1-5]。同时,目的层埋深3 000 m以下,成岩作用强烈,岩石骨架以及黏土矿物成分复杂,非均质性强,高地层水矿化度及高束缚水饱和度的特点具有有利的低电阻率气层形成条件。实际资料表明,部分气层电阻率接近区域水层或与水层电阻率相当,具有明显的低电阻率气层特点[6-9],使用常规测井资料难以准确识别气水层。再加上少量高电阻率水层夹杂其间,容易造成解释失误,导致部分井、层出现不同程度的产水,直接影响了新井部署和气田开发效果。

大量测井工作者对提高苏里格低电阻率气层、高电阻率水层解释的符合率进行了深入研究。以常规测井资料评价为例,从曲线重叠图技术、交会图图版技术、半定量及定量评价技术等方面进行全方位探讨[10-15],提出了适用于中国致密砂岩地层的一些识别与评价方法,见到了一定效果。但是,由于苏里格致密储层的特殊性,具有孔隙类型多样、孔隙结构变化大、非均质性强、含气不饱满等特点,使得测井曲线对岩性的响应容易掩盖对含气性的响应,导致一些比较好的含气性评价方法如中子—密度重叠法、声波时差差值法等使用效果不好。此外,一些方法由于从原理上就不具备识别低电阻率气层的依据,实际应用中解决不了问题。如自然电位—声波时差曲线重叠法,该方法主要反映储层物性,用来评价储层含气性没有效果。还有使用单电阻率曲线的一些重叠图及交会图,由于电阻率的高低已经不代表储层的含气性,用这些方法评价低电阻率气层,其效果并不明显。本文对低电阻率气层评价方法继续探索,进一步提高苏里格气田低电阻率气层的解释符合率,具有较大的现实意义。

1 苏里格低电阻率气层的成因分析及评价难点

国内外许多岩石物理学家对低电阻率油气层的成因进行研究[16-21]。主要有5点:①高束缚水饱和度可形成低电阻率油气层;②高、极高地层水矿化度可形成低电阻率油气层;③含有导电泥质条带或导电矿物可形成低电阻率油气层;④钻井液侵入可形成低电阻率油气层;⑤裂缝孔隙发育可形成低电阻率油气层。在苏里格气田,经过前人研究,已基本清楚了该区块低电阻率气层的成因机理。结果表明:高束缚水饱和度是苏里格气田形成低电阻率气层的最主要原因,由于致密储层微孔隙发育,在气源不丰富时毛细管压力的作用会导致天然气在运移的过程总是先进入孔径比较大、初始排替压力较小的孔隙当中。而储层中的微中、小孔隙中的水无法排出,使得致密储层的束缚水含量高,从而形成低电阻率油气层[6]。其次,当伊利石在孔隙中存在“桥式”分布模式时,可形成附加导电网络,能产生低电阻率气层[22]。再次,高矿化度地层水及钻井液侵入也能产生低电阻率气层,苏里格地层水分析资料统计,水型CaCl2的总矿化度主要分布在25～70 g/L之间,地层水电阻率为0.08 Ω·m左右,是产生低电阻率气层的基础。

当储层含气所导致的电阻率升高遇到高束缚水孔隙和黏土附加导电性孔隙时,电阻率总体表现为低电阻率特征,高电阻率是油低电阻率是水的传统评价方法已无法解决这一问题,这是当前低电阻率气层评价的难点。还有其他除电阻率以外的方法也能较好评价储层含气性,如中子—密度曲线重叠法、气测等,但苏里格气田的天然气充注不饱满所形成低饱和气藏及复杂的孔隙结构储层导致这些方法也存在局限性,并不能可靠的对气层进行识别。

因此,在总结传统评价方法的基础上创新提出一些新认识。如当前对阿尔奇公式的使用条件有了进一步认识,张洁等[23]认为电阻率和电阻变化率之间存在密切关系,为评价复杂孔隙的有效性提供依据。杨克兵等[2]认为低电阻率油气层与常规油气层的岩电参数有明显不同,岩电参数的不同才是导致计算失误,影响低电阻率油气层评价的关键因素,深化了对电阻率评价油气水层的认识。还有研究人员对使用电阻率评价油气层的方法进行总结,提出了不需要岩电参数、地层水电阻率、孔隙度等参数就能进行含油气性评价的方法。如杨克兵等[24]提出的电阻率比值法,该方法能评价低电阻率油气层,尽管理论上比较先进,但尚未获得广泛认可,其应用效果还有待于进一步检验。

针对苏里格低电阻率气层的评价难点,目前在常规测井资料领域也没有较好的方法,作为一个试验,该研究对电阻率比值法进行了实际应用,取得了很好的效果。结果表明,使用电阻率比值法,能够解决苏里格低电阻率气层、高电阻率水层的评价问题,气水层解释符合率提升到90%以上,提高了常规测井资料在油气水层评价中重要性。

2 电阻率比值法评价低电阻率油层

电阻率比值法是一种依据储层深电阻率与冲洗带电阻率比值识别储层含油性的新方法,与储层本身电阻率的高低无关[24]。其原理:假定含水饱和度为100%的纯水层其原状地层电阻率与地层冲洗带电阻率的比值为常数A,即A=Ro/Rxo,未知含水饱和度储层其原状地层电阻率与地层冲洗带电阻率的比值为B,即B=Rt/Rxo。如果油气层原状地层电阻率与冲洗带电阻率的比值是含油气饱和程度的反映,则A与B的比值可定义为储层含水程度。因为A是储层100%含水程度的反映,而B是储层含水程度不同时的反映,当储层为纯水层时,B≈A,实际资料表明,当储层含油性越高时,B值越大,越低时,B值越小,直到与纯水层相当。纯水层含水程度100%,纯油层含水程度可能接近0,与阿尔奇公式计算的含水饱和度Sw值的特点有相似性,可看作是一种视含水饱和度。假设储层视含水饱和度为Swa,则可用公式表示为

Swa=A/B=A/(Rt/Rxo)

(1)

式中,Swa为储层视含水饱和度,小数;A为常数,反映单井某一层段内纯水层特征值,小数;Rt为深探测电阻率,Ω·m;Rxo为冲洗带电阻率,Ω·m。

因此,电阻率比值法可以计算储层视含水饱和度,而视含水饱和度的高低与储层电阻率的高低无关,取决于深浅电阻率的比值,这就与阿尔奇公式有明显区别。可以看出,通过电阻率比值法计算的储层视含水饱和度,理论上可以有效识别评价低电阻率油气层。

依据大量单井资料进行计算,与试油资料相结合,得出了使用储层视含水饱和度评价油气水层的标准(见表1)。

表1 电阻率比值计算Swa油水层评价标准

3 苏里格气田的应用效果

依据电阻率比值法的评价原理,在苏里格气田进行了规模应用。主要从3个方面进行评价,针对水层、气层、低电阻率气层及高电阻率水层。

3.1 电阻率比值法对水层的评价效果

依据阿尔奇公式,完全侵入的纯水层深、冲洗带电阻率测井响应方程为

(2)

(2)

(3)

式中,Rw为原状地层水电阻率,Ω·m;Rmf为冲洗带地层水电阻率,Ω·m;φ为地层孔隙度,小数;Ro为深探测电阻率,Ω·m;Rxo为冲洗带电阻率,Ω·m。

因此,在钻井液配比基本稳定的情况下,理论上完全侵入的纯水层深、冲洗带电阻率的比值为一常数,这一常数即为某一层段内纯水层特征值A,是电阻率比值法计算该层段内的含水饱和度的基础和基本参数(见式1)。

由于苏里格气田为高矿化度地层水储层,钻井液滤液电阻率Rmf远大于地层水电阻率Rw,因此,在深中浅三电阻率曲线图上水层应表现为增阻侵入特征,即冲洗带探测电阻率Rxo大于深探测电阻率Rt。使用这一原理对苏里格气田的水层进行评价时,取八侧向电阻率为冲洗带探测电阻率Rxo,深感应电阻率为深探测电阻率Rt。在水层,八侧向电阻率大于深感应电阻率,二者具有明显的幅度差值。实际应用表明,这一规律在苏里格气田具有普遍性(见图1)。根据部分井读值的计算结果看,Rw/Rmf值变化范围在0.33～0.68之间,推出Rmf变化范围在0.12～0.25 Ω·m之间,考虑到地层的不完全侵入特点,对Rmf的估值与实际基本吻合。说明电阻率比值法对水层的电阻率曲线形态预测是科学的,根据冲洗带电阻率与深电阻率曲线能够对水层进行有效识别评价。

3.2 电阻率比值法对气层的评价效果

尽管电阻率比值法给出了计算公式,通过所计算参数视含水饱和度Swa来评价油气层,但是对曲线形态也是有要求的。一般表现为油气层电阻率比值≥2倍纯水层电阻率比值,如当纯水层表现为增阻侵入特征时,油气层应表现为减阻侵入或侵入特征不明显。这一原则在苏里格气田得到了验证,在储层含气时,具有明显的减阻侵入现象。图2是苏里格北区某井气层处理成果图,该井38号层深电阻率大于30 Ω·m,但冲洗带电阻率15 Ω·m左右,表明储层含气。根据电阻率比值法计算方法,该井段纯水层特征值确定为0.49,其计算公式经过计算储层视含水饱和度29%～53%之间,达到气层标准,单层测试日产气26 000余m3,与试气结论吻合。对苏里格地区多达300口井进行处理,气层解释符合率90%以上,见到了良好效果。

Swa=0.49/(Rt/Rxo)

(4)

图1 苏里格气田水层增阻侵入典型测井曲线图*非法定计量单位,1 in=2.54 cm,下同

图2 苏里格气田典型气层电阻率比值法处理成果图

3.3 针对低电阻率气层、含水储层的评价

低电阻率气层的含气性特点与常规气层一样,只是储层电阻率明显降低,与水层接近。根据电阻率比值法的原理,低电阻率气层的深电阻率降低,其冲洗带电阻率会更低,从而保证计算公式的合理性。图3是某井低电阻率气层处理成果图,30号层电阻率最低12 Ω·m,冲洗带电阻率更低,约7.6 Ω·m,表明储层含气。处理结果,计算储层视含水饱和度21%～50%之间,达到气层标准,单层测试日产气大于11 000 m3,获工业气流,与试气结论吻合。可以看出,电阻率比值法所提出的低电阻率油气层冲洗带电阻率会低于深电阻率的观点具有普适性,是测井曲线评价低电阻率油气层的可靠依据。

图3 苏里格气田典型低电阻率气层电阻率比值法处理成果图

苏里格气田应用表明,储层冲洗带电阻率与深电阻率曲线所组成的侵入特征能够可靠的反映储层的含水特性。当组合侵入特征表明地层含水时,即使地层电阻率比较高,测试时地层出水。图4的42、43、44号层,该套层尽管电阻率19～45 Ω·m,达到气层标准,但冲洗带电阻率更高,在23～60 Ω·m之间,表明储层含水。计算储层视含水饱和度58%～75%之间,为水多气少的特征,测试日产水约13 m3,产气仅513 m3,为含气水层,与电阻率比值法的评价结果吻合。

图4 苏里格气田高电阻率水层电阻率比值法处理成果图

图5 苏里格气田单层不同侵入组合电阻率比值法处理成果图

即使在同一个层内冲洗带电阻率与深电阻率曲线也会存在不同组合,如上部组合表明储层含气,下部组合却表明储层含水(见图5)。电阻率比值法计算储层视含水饱和度在36%～88%之间,呈现气水同层特征,由于含水段厚度大于含气段,综合解释为含气水层。测试日产水约25 m3,产气仅143 m3,为含气水层,与评价结果吻合。

4 结 论

(1)储层深电阻率与冲洗带电阻率的侵入组合特征能够有效识别苏里格盒8、山1储层的含水情况,可用于定性评价气水层。

(2)使用电阻率比值法的计算结果定量评价低电阻率气层,具有较好的气水层识别效果,是值得推广应用的一种评价油气水层的可靠方法。

(3)在实际应用中也存在不吻合情况,可以看出,多数都是曲线质量问题,表明冲洗带电阻率仪器的稳定性及测量精度还有待于进一步提高。继续深入研究储层冲洗带电阻率及地层真电阻率的测量方法,提高其精度,是提升油气水层解释符合率的一个重要方向。