合川地區(qū)低孔低滲砂巖儲層含水飽和度的評價方法

摘 要

摘要：合川地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組二段氣藏屬低孔低滲氣藏，其儲層孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成了含水飽和度計算不準(zhǔn)的問題。為此，研究了儲層巖性、物性、孔喉結(jié)構(gòu)和地層水特征對含水飽和度的
摘要：合川地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組二段氣藏屬低孔低滲氣藏，其儲層孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成了含水飽和度計算不準(zhǔn)的問題。為此，研究了儲層巖性、物性、孔喉結(jié)構(gòu)和地層水特征對含水飽和度的影響，認(rèn)為儲層特征致使含水飽和度復(fù)雜多變，增加了儲層含水飽和度的定量評價難度；以測井地質(zhì)應(yīng)用技術(shù)為指導(dǎo)，用核磁共振測井資料檢驗所求取的含水飽和度精度，探討了Archie公式、Simandoux公式和印度尼西亞公式所建立的3種含水飽和度模型在合川地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用效果和影響因素。實踐表明：Simandoux公式的解釋結(jié)果與核磁測井含水飽和度值誤差在-6.1%～2.6%，更加適合于研究區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下泥質(zhì)砂巖含水飽和度的求取，為該區(qū)低孔低滲砂巖氣藏勘探開發(fā)提供了技術(shù)支持；在沒有適合于所有儲層的含水飽和度模型情況下，油氣田勘探開發(fā)時盡可能結(jié)合油氣藏的儲層特征多選用幾種含水飽和度模型進(jìn)行試算與分析，然后選取其中最適合的來應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：四川盆地；中；晚三疊世；儲集層；孔喉結(jié)構(gòu)；含水飽和度；核磁測井；評價
    準(zhǔn)確計算含水飽和度是低孔低滲儲層定量評價的難題之一。目前，泥質(zhì)砂巖儲層中根據(jù)泥質(zhì)分布形式建立的含水飽和度模型有30多種，廣泛用于泥質(zhì)砂巖含水飽和度公式大多采用體積模型與電阻并聯(lián)及Archie公式，并作不同假設(shè)，都帶有經(jīng)驗性[1]。對不同地區(qū)、不同儲層特征、不同地層水條件下若不加以研究會使求取的含水飽和度誤差很大。合川地區(qū)須二段氣藏儲層屬低孔低滲，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地層水礦化度高、束縛水飽和度高等特征，導(dǎo)致儲層含水飽和度定量評價困難，而目前又沒有完全適用于各種儲層的含水飽和度模型，出現(xiàn)儲量計算不準(zhǔn)、氣水分布認(rèn)識不清、流體性質(zhì)判別符合率低和產(chǎn)能預(yù)測困難等難題[2～3]。研究適用研究區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下的含水飽和度解釋模型，提高含水飽和度解釋精度成為當(dāng)務(wù)之急，能為川中地區(qū)低孔滲砂巖氣藏勘探開發(fā)提供有力支持。
1 儲層特征
1.1 巖性特征
    合川地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組二段儲層薄片鑒定表明，儲集巖巖性以砂巖和長石巖屑砂巖為主，填隙物為黏土質(zhì)等雜基和綠泥石、鈣質(zhì)、硅質(zhì)等膠結(jié)物，粒度分析資料顯示儲層段的巖石顆粒以細(xì)砂為主，平均含量在55%以上，最大達(dá)87%；次為中砂，少量粉砂巖。分析表明儲集巖顆粒偏細(xì)，比表面積較大，吸附地層水的能力強，將使儲層含水飽和度復(fù)雜化。
1.2 物性特征
    須二段儲集巖孔隙類型以殘余粒間孔、粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔為主，次為雜基孔和微裂縫等；儲層類型主要為孔隙型，少量孔隙-裂縫型。12口井865個巖樣分析表明，孔隙度分布在0.15%～16.54%，孔隙度小于6%的樣品數(shù)占51.2%；滲透率主要分布在0.01～1mD，平均為0.4065mD，小于0.1mD的樣品數(shù)占75.61%以上。說明須二段儲層屬低孔低滲或特低孔特低滲儲層，儲層微孔、小孔與低滲并存發(fā)育，將會導(dǎo)致含水飽和度增加。
1.3 孔喉結(jié)構(gòu)特征
    研究區(qū)喉道類型以管狀、片狀喉道為主，少量縮小型或縮頸型喉道，壓汞資料表明：孔喉半徑為0.0037～25.309μm，峰值在0.0624～9.9546μm。對毛細(xì)管壓力曲線進(jìn)行“J”函數(shù)和Bessel函數(shù)處理，發(fā)現(xiàn)對滲透率起主要貢獻(xiàn)的孔喉集中在0.062 4～1.6443μm(圖1)?？缀斫Y(jié)構(gòu)呈雙峰特征，儲層段大于0.0995μm的喉道對滲透率的貢獻(xiàn)在90%以上，為主要滲流孔隙系統(tǒng)(右峰)；小于0.0995μm的喉道滲透能力差，對滲透率幾乎無貢獻(xiàn)，孔喉中的流體不可動，被高達(dá)40%的束縛水占據(jù)，為微孔隙系統(tǒng)(左峰)?？傮w來說，研究區(qū)孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔喉半徑小且分布不均，以微孔、小孔為主，儲層非均質(zhì)性強，必然導(dǎo)致孔喉彎曲度大、滲透率低、排替壓力大，儲層含水飽和度復(fù)雜多變。
 

1.4 地層水特征
    研究區(qū)地層水礦化度極高，在12.4×104～23.5×104mg/L，平均為18.3×104mg/L。測定水膜厚度大，為0.0734μm和0.0742μm，是普通油氣層水膜厚度的2倍，水膜厚度增大將導(dǎo)致束縛水飽和度變化，對含水飽和度的定量評價有很大影響。氣水相滲實驗表明束縛水飽和度在34.2%～65.3%之間變化，核磁測井、壓汞分析也都證實儲層束縛水含量高、變化大，說明低孔低滲、復(fù)雜孔喉結(jié)構(gòu)儲層的含水飽和度復(fù)雜多變。
    總之，合川地區(qū)須二段儲層巖性細(xì)，比表面積大；儲層物性差，呈低孔滲或特低孔滲特征；孔喉結(jié)構(gòu)呈雙峰特征，孔喉半徑小且分布不均，小孔、微孔所占比例大；儲層水膜厚度大，礦化度極高，儲層含水飽和度也高，這些特征使儲層含水飽和度復(fù)雜多變。
2 含水飽和度解釋方法
    低孔低滲油氣層的含水飽和度定量評價難度很大[4～5]，由于各種飽和度模型都是在一定條件下適用于一種或幾種油氣層飽和度的計算，而不是適用于所有油氣層的飽和度計算。因此，應(yīng)結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)特征選用多個模型進(jìn)行試算并分析，選用最合適的應(yīng)用。當(dāng)前，合川地區(qū)含水飽和度模型多選用Archie公式，存在儲量計算不準(zhǔn)、氣水分布認(rèn)識不清、流體性質(zhì)判別符合率低和產(chǎn)能預(yù)測困難等問題。因此，筆者在綜合分析研究區(qū)儲層特征、巖電實驗、地層水等基礎(chǔ)上，對Archie公式、印度尼西亞公式和Simandoux公式進(jìn)行分析研究，探討適合研究區(qū)低孔低滲、復(fù)雜孔喉結(jié)構(gòu)儲層的含水飽和度模型。
2.1 Archie公式
    1942年，Archie根據(jù)前人和他本人的研究數(shù)據(jù)，得出純砂巖在地層水礦化不太低的情況下全含水和部分含水時的導(dǎo)電規(guī)律，提出以純砂巖為基礎(chǔ)的導(dǎo)電模型，建立適用于純砂巖油氣層的巖石含水飽和度公式。即
 
式中Sw為含水飽和度；a、b分別為巖性系數(shù)；m為孔隙度指數(shù)；行為飽和度指數(shù)；Rw為地層水電阻率，Ω·m，Rt為巖石電阻率，Ω·m；φe為有效孔隙度。
2.2 Simandoux公式
    考慮泥質(zhì)對巖石電阻率的影響，1983年法國Simandoux對砂和黏土組成的人工介質(zhì)作了廣泛的實驗研究，得出泥質(zhì)砂巖電導(dǎo)率關(guān)系式。該式是混合泥質(zhì)砂巖模型[1]，是一種反映含分散泥質(zhì)的巖石導(dǎo)電性模型。即
 
式中Vcl為泥質(zhì)體積；Rcl為泥質(zhì)電阻率，Ω·m。
2.3 印度尼西亞公式
    1971年，Poupon等人在印度尼西亞地層評價中認(rèn)為Simandoux公式在地層水礦化度較高的地區(qū)應(yīng)用效果較好，而在地層水礦化度較低的印度尼西亞地區(qū)應(yīng)用效果不夠好。在Simandoux公式基礎(chǔ)上，發(fā)展了適應(yīng)于印度尼西亞地區(qū)泥質(zhì)含量較高、地層水礦化度較低地層的印度尼西亞公式。即
 
3 模型應(yīng)用及效果分析
    圖2第9道Sw1、Sw2、Sw3是用3種含水飽和度模型和相同的處理參數(shù)對合川某井計算的含水飽和度結(jié)果，3者差異較大，其準(zhǔn)確性需要加以分析和檢驗。合川地區(qū)沒有油基鉆井液取心資料和密閉取心資料，水基鉆井液取心巖樣的含水飽和度在70%以上，與實際相差甚大。核磁測井能夠提供可靠的儲層含水飽和度參數(shù)[6～8]，且不受巖性的影響。因此，利用核磁測井資料檢驗所求含水飽和度的準(zhǔn)確性。

3.1 Archie公式應(yīng)用及效果分析
    Archie公式計算的含水飽和度Sw1與核磁測井含水飽和度Swe相比，誤差在-13%～4.4%，平均為-8.32%。在孔隙度較高(大于10%)、泥質(zhì)含量較低的相對純砂巖層段，計算的Sw1與Swe結(jié)果十分接近(圖2中4號儲層)；而在孔隙度較低、泥質(zhì)含量相對高的儲層段計算結(jié)果偏小(圖2中1、3號儲層)。由此可見，Archie公式適用于泥質(zhì)含量低、中高孔隙度且孔隙相對均勻的較純凈砂巖油氣層。
    孫建國[9]研究認(rèn)為Archie公式適用于不含泥質(zhì)、具有均勻且較高孔隙度的純砂巖地層。研究區(qū)屬低孔低滲儲層，泥質(zhì)含量穩(wěn)定在25%以下，儲層均含泥質(zhì)，純砂巖儲層很少，因此對含泥質(zhì)儲層段Archie公式計算的Sw與實際不符，出現(xiàn)偏小現(xiàn)象。分析發(fā)現(xiàn)研究區(qū)砂巖顆粒以細(xì)砂為主，儲層孔隙度低、滲透率差，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲層非均質(zhì)性較強，出現(xiàn)儲層巖電參數(shù)偏離常規(guī)砂巖的巖電參數(shù)現(xiàn)象，測量的巖電實驗參數(shù)分布范圍較大：巖性系數(shù)(a)為1.01～2.22，膠結(jié)指數(shù)(m)為1.32～1.58，平均1.48，比常規(guī)砂巖儲層偏小，系數(shù)b為0.78～1.64，飽和度指數(shù)(n)值為1.56～4.44，變化范圍大。巖電參數(shù)的變化反映了孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜和非均質(zhì)性強，與Archie公式的假設(shè)條件不符(相對均勻孔隙)，用Archie公式計算Sw時將與實際情況不符。巖電參數(shù)的大范圍變化使處理參數(shù)的選擇范圍變大，增加了對含水飽和度計算結(jié)果的人為影響，必然造成較大誤差。因此，Archie公式在該區(qū)低孔低滲、復(fù)雜油氣儲層中不宜直接使用。
3.2 Simandoux公式應(yīng)用及效果分析
    Simandoux公式計算含水飽和度Sw2與核磁測井含水飽和度Sw2基本相等(圖2中1～4號儲層)，二者誤差很小，在-6.1%～2.6%，平均為0.98%。中高孔隙度儲層計算Sw2與Swe曲線重疊(圖2中3、4號儲層)；低孔隙度儲層計算Sw2與Swe相比有較小誤差，最大誤差僅6%，仍能滿足生產(chǎn)實際要求。
    研究區(qū)巖性較細(xì)，黏土以分散形式分布于地層中，Simandoux公式的推導(dǎo)是不考慮黏土或泥質(zhì)具體分布形式，并假設(shè)泥質(zhì)與純砂巖一樣含有油、氣、水，這與實際更相符。這樣處理將會共同校正泥質(zhì)含量和砂巖電阻率變化的影響，能夠消除因砂巖儲層物性差、孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜和地層水礦化度高等因素帶來的影響。計算過程中，Simandoux公式也沒有用到研究區(qū)變化范圍較大的巖電參數(shù)b、m，減小了人為干預(yù)。因此，用Simandoux公式對研究區(qū)砂泥巖油氣層進(jìn)行含水飽和度處理是合乎情理的，實際應(yīng)用證明，處理結(jié)果更符合實際。
3.3 印度尼西亞公式應(yīng)用及效果分析
印度尼西亞公式計算含水飽和度Sw3與核磁測井含水飽和度Swe相比，結(jié)果偏大(圖2中1、2號儲層)，與Swe相比誤差在0.8%～16.4%，平均為7.71%。圖2中1、2號儲層段受泥質(zhì)含量和孔隙度的影響計算Sw3與Swe相比誤差較大，最高達(dá)16.8%；而3、4號儲層由于巖性純、孔隙度高計算結(jié)果與核磁測井含水飽和度基本相符。
印度尼西亞公式適用于地層水礦化度較低(小于3×104mg/L)的地區(qū)[1]，而研究區(qū)地層水礦化度較高，不適應(yīng)該地區(qū)。分析發(fā)現(xiàn)，對巖性純、孔隙度高的儲層印度尼西亞公式計算結(jié)果較好(圖2中3、4號儲層)，這是由于該公式是對Simandoux公式的變形，對泥質(zhì)部分和純砂巖部分進(jìn)行了修改，改變二者的導(dǎo)電性使其適應(yīng)于低礦化地層水的情況，不適用于研究區(qū)的高礦化度地層水地層。研究區(qū)儲層孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，印度尼西亞公式?jīng)]有用到能夠表征低孔滲儲層孔喉結(jié)構(gòu)特征的膠結(jié)指數(shù)m，加之泥質(zhì)含量與地層電阻率的變化，使計算結(jié)果與實際情況出現(xiàn)較大誤差。因此，用印度尼西亞公式計算的Sw3受泥質(zhì)和地層電阻率影響較大，在泥質(zhì)含量高、孔隙度較低的層段將會使解釋的含水飽和度增大(圖2中1、2號儲層)。
4 結(jié)論
1) 合川地區(qū)須二段儲層儲集巖顆粒細(xì)，比表面積大；儲層物性差，屬低孔低滲儲層；孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，呈雙峰特征，孔喉半徑小且分布不均，以微孔、小孔為主；地層水礦化度高，水膜厚度大。使儲層含水飽和度復(fù)雜多變。
2) 針對研究區(qū)儲層含水飽和度帶來的諸多問題，在儲層特征研究基礎(chǔ)上，對Archie公式、Simandoux公式和印度尼西亞公式進(jìn)行探討。以核磁共振測井資料檢驗3種含水飽和度模型在合川地區(qū)的適應(yīng)性，實踐證明：Archie公式計算的含水飽和度偏小，印度尼西亞公式計算的含水飽和度偏大，Simandoux公式解釋結(jié)果與核磁測井含水飽和度最接近，誤差在-6.1%～2.6%，適合研究區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下泥質(zhì)砂巖含水飽和度的求取。
3) 目前，由于孔喉結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)及孔隙流體之間相互作用的導(dǎo)電機理認(rèn)識不清，“三低”儲層各種成因作用機理研究不夠深入，導(dǎo)致各種含水飽和度模型都缺乏嚴(yán)密性，并沒有一個通用的含水飽和度物理模型能夠適合于所有儲層。因此，油氣田勘探開發(fā)時應(yīng)結(jié)合油氣藏的具體儲層特征盡可能多選幾種含水飽和度方法進(jìn)行試算和分析，然后選擇最適合的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1] 雍世和，張超謨.測井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋[M].東營：石油大學(xué)出版社，1996.
[2] 田冷，何順利，劉勝軍，等.廣安地區(qū)須家河組氣藏氣水分布特征[J].天然氣工業(yè)，2009，29(6)：23-26.
[3] 劉文濤，王洪輝，李毓，等.考慮束縛水影響的變形介質(zhì)氣藏產(chǎn)能方程[J].天然氣工業(yè)，2009，29(3)：82-84.
[4] 中國石油勘探與生產(chǎn)公司.低阻油氣藏測井識別評價方法與技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006.
[5] 楊春梅，張吉昌.成因機理控制下的低電阻率油層發(fā)育特征及地質(zhì)目標(biāo)優(yōu)選[J].吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版，2009，39(2)：328-333.
[6] 鮮德清，傅少慶，謝然紅.核磁共振測井束縛水模型研究[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2007，27(3)：578-582.
[7] 楊正明，姜漢橋，周榮學(xué)，等.用核磁共振技術(shù)測量低滲含水氣藏中的束縛水飽和度[J].石油鉆采工藝，2008，30(3)：56-59.
[8] 何駿平，陳興隆，秦積舜.電阻率測井原理在飽和度測量中的應(yīng)用[J].西南石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，31(3)：53-56.
[9] 孫建國.阿爾奇(Archie)公式：提出背景與早期爭論[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2007，22(2)：472-486.
 
(本文作者：姚軍朋 司馬立強 西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院)