基于印度尼西亞公式的飽和度改進模型

柴 婧,王 敏,楊 波

(中國石化勝利石油管理局測井公司,山東東營257096;2.中國石油大學地球資源與信息學院;3.中國石油新疆油田公司陸梁油田作業區)

基于印度尼西亞公式的飽和度改進模型

柴 婧1,王 敏2,楊 波3

(中國石化勝利石油管理局測井公司,山東東營257096;2.中國石油大學地球資源與信息學院;3.中國石油新疆油田公司陸梁油田作業區)

阿爾奇公式及其改進模型是目前計算儲層含水飽和度的主要方法。G地區泥質和鈣質含量普遍偏高,且鈣質分布非均質性強,使得傳統的飽和度公式難以達到理想效果。針對 G油田的地質特征,分析了泥質含量和鈣質含量對電阻率及飽和度的定量影響,借鑒印度尼西亞公式對泥質含量的考慮方式,通過將鈣質含量看為是一種與泥質等效的單獨組分,構建了基于印度尼西亞公式的改進的飽和度經驗模型,通過結合巖心分析資料,確定了經驗模型中的泥質指數及鈣質指數等待定系數。利用該模型的含水飽和度計算方法與密閉取心井對比,相對誤差小于8%。該經驗模型及考慮方式可為今后含泥含鈣儲層飽和度定量評價提供參考。

印度尼西亞公式;飽和度;改進模型;鈣質含量;泥質含量

飽和度計算是儲層測井定量評價的核心內容,經典的阿爾奇公式在面向不同的儲層類型、泥質組分的構成等方面存在著實用局限性和誤差,以阿爾奇公式為基礎,針對特定的區域地質特征,國內外專家和學者提出了眾多具有針對性的含水飽和度方程表達式[1-5],以期改善經典阿爾奇公式,如:印度尼西亞方程、西曼亞方程、Shell方程等。

G油田為主要受巖性影響的構造-巖性油藏,儲層屬于中孔-低滲類型,巖性主要為巖屑砂巖,泥質、鈣質比較發育,巖心分析表明該區鈣質含量介于0.2%～47.1%之間,鈣質含量的非均質性引起儲層電阻率在縱向上劇烈變化,給飽和度定量評價帶來困難。對于此類儲層飽和度的計算,經典的阿爾奇公式顯然已不再適用。

結合泥質含量和鈣質含量等因素對儲層電阻率及飽和度的影響,借鑒印度尼西亞公式中對于泥質含量的考慮方式,將鈣質含量視為與泥質含量等同的組分,均為并聯導電方式,對印度尼西亞公式進行擴展,建立了基于泥質及鈣質分析的經驗模型,并通過巖心實驗數據及測井曲線響應特征的分析,確定了模型中的待定參數。作為經驗模型,其考慮方式可為今后的泥質砂巖飽和度評價提供參考。

1 模型的提出

研究區G油田的高鈣質含量及泥質含量特征,使得我們在進行儲層評價工作時,必須同時考慮鈣質及泥質對儲層電阻率的共同影響。

1.1 泥質含量對含水飽和度的影響

泥質呈分散狀充填在砂巖粒間孔隙空間,其與孔隙中的地層水并聯導電從而對泥質砂巖電阻率產生影響,進而影響儲層含水飽和度,目前計算這類儲層的飽和度模型較多。

1.2 鈣質含量對含水飽和度的影響

儲層含鈣可引起常規測井曲線呈現“三低兩高”的特征,即低聲波時差、低密度、低自然伽馬、高補償中子和高電阻率,從而直接影響到儲層含水飽和度的評價。同時工區前期研究表明當儲層鈣質含量大于5%時,巖性逐漸開始大于流體性質對儲層電阻率的貢獻。而實驗室巖心分析顯示本區鈣質含量在0.2%～47.1%,使得如何合理考慮鈣質對飽和度的影響成為當務之急。

鈣質本身電阻率極高,不導電,但由于測井曲線是對上下鄰近探測點的一種綜合反映,使得呈分散狀分布的鈣質在測井曲線上呈現高值,但并非無限大,根據不同鈣質含量點的儲層電阻率的對比分析,可以近似得到鈣質對于電阻率的影響。

1.3 基于印度尼西亞公式的飽和度改進模型

阿爾奇公式及其改進模型均基于泥質分布形式并應用體積模型和電阻并聯概念,在推導電阻率和含水飽和度的計算關系時,都作了一定的假設,采用了一些經驗公式,因而在一定程度上說,它們都帶有經驗型,允許人們根據經驗選擇修改,以取得最佳的解釋效果,印度尼西亞公式就是目前測井解釋與數據處理中比較流行的一個計算公式[1],如下:

對 G地區地質特征進行分析,泥質含量與鈣質含量并存,同時對儲層電阻率有著顯著影響,如何合理考慮鈣質含量對于飽和度的定量影響成為問題難點。借鑒印度尼西亞公式對于泥質含量的考慮方式,將泥質含量與鈣質含量視為獨立于骨架的單獨組分,假設二者對電阻率的貢獻方式一致,在此基礎上得到改進的飽和度經驗模型(圖1)。

圖1 包含泥質及鈣質的簡化體積模型

模型中假定鈣質和泥質呈分散狀地填充在砂巖粒間孔隙空間之中,將鈣質看為與泥質同等的單獨組分進行考慮(鈣質電阻率的求取方法在后面介紹),認為地層導電是孔隙中的地層水,鈣質和分散泥質并聯導電的結果。由于模型假設泥質和鈣質對電阻率的貢獻方式具有一致性,因此在阿爾奇公式之外附加的泥質項和鈣質項遵循同樣的形式,不同之處在于泥質和鈣質對儲層電阻率的貢獻分別為減阻和增阻。改進的并聯導電經驗模型為:

式中:Vsh——泥質含量 ,小數;Vca——鈣質含量 ,小數;Rsh——泥質電阻率 ,Ω ·m;Rca——鈣質電阻率 ,Ω ·m;φe——有效孔隙度 ,小數;a——巖性系數;Rw——地層水電阻率,Ω·m;c,d——泥質含量指數、鈣質含量指數。

當骨架為純砂巖時,飽和度公式退化為經典的阿爾奇公式;而當儲層含有泥質且鈣質含量為零時,模型則相應退化為印度尼西亞公式。需要指出的一點,為了保持模型參數項的一致性,鈣質影響主要是參照印度尼西亞公式給出的經驗表達,其對于飽和度的影響形式尚待進一步商榷。

2 模型參數求取

改進的經驗模型具有較強的地區針對性,因此模型中各參數的求取必須嚴格的建立在對研究區的準確分析之上,此模型涉及參數眾多,各計算方法分列如下:

2.1 孔隙度的求取

儲層段孔隙度的計算根據巖心分析資料與實測測井曲線值擬合而得:

式中:相關系數R=0.92,平均相對誤差 7.3%。φe——有效孔隙度 ,%;A C——聲波時差測井值 ,μs/ft;D EN——密度測井值,g/cm3。

對于非儲層段孔隙度采用POR程序[1]計算。

2.2 泥質含量Vsh的求取

泥質含量的計算采取了地區經驗公式

式中:相關系數R=0.82,平均絕對誤差3.2%,平均相對誤差22.8%,其中,△GR=(GR-GRM N)/(GRM X-GRM N)。

2.3 泥質電阻率的求取

泥質電阻率的求取,是根據研究區目的層段內鄰近泥巖的電阻率的統計值,泥巖電阻率約在2.2～4.0Ω·m之間,默認取3Ω·m。

2.4 鈣質含量的求取

鈣質含量的準確計算一直是常規測井評價的難題,多條測井曲線對鈣質都有著較為敏感的響應,國內很多測井專家學者都曾就此問題進行過探討[6-7]。根據地區經驗,結合對巖心、測井資料的綜合分析,通過多次嘗試和對比,確立了利用最能反映鈣質含量變化的兩條高分辨率曲線(聲波時差曲線AC和微球聚焦曲線Rmsf)來建立鈣質含量求取公式。具體公式如下:

式中:相關系數R2=0.801,數據點N=122,平均絕對誤差為2.67%,Rmsf——微球聚焦曲線測井值,Ω·m。

2.5 鈣質電阻率Rca的求取

鈣質本身不導電,其電阻率極高,但分散狀存在于儲層中時其電阻率為有限值。本文選取研究區內有鈣質含量分析,且目的儲層段的鈣質含量大于40%的典型井,認為此時分散鈣質對儲層電阻率占絕對主導影響,將此時儲層的電阻率作為鈣質儲層電阻率,由此得到儲層鈣質電阻率約為80Ω·m。

2.6 泥質含量指數c及鈣質含量指數d的求取

利用巖電實驗提供的飽和度,與巖心分析孔隙度、鈣質含量、泥質含量進行反推,反算得到泥質含量指數,鈣質含量指數,這與印度尼西亞公式里的指數形式具有一致性。

3 實例分析

利用建立的經驗模型對研究區3口密閉取心井進行了處理和對比,處理實例表明該經驗模型計算值與密閉取心井實測值有著較好的一致性,其相對誤差為7.80%(表1)。

以B井為例,圖2為其測井綜合解釋成果圖。其中第四道為孔隙度計算值與巖心分析值的對比可以看到二者有較好的一致性。第六道為三種飽和度曲線的對比,其中原始含水飽和度是指密閉取心井實測的含水飽和度,可認為是準確的,其它兩條曲線分別為阿爾奇公式以及改進的經驗模型計算的含水飽和度。在巖性剖面道中分別給出了計算得到的泥質、鈣質、孔隙的百分含量。

表1 經驗模型計算值與密閉取心井實測值對比表

圖2 B井測井綜合解釋成果圖

綜合各條曲線特征分析,本井儲層段49層和53層有明顯的鈣質含量顯示,表現在曲線上為:電阻率曲線升高且微球聚焦曲線呈現尖峰狀波動,同時自然伽馬和聲波時差測井值降低。根據公式(5)得到鈣質含量計算值分別約為10%和14%以上,因此均屬于鈣質含量較高的儲層。

對比這兩層的含水飽和度計算值,阿爾奇公式計算值普遍偏高,而改進的經驗模型與實測的原始含水飽和度具有很好的一致性,并且從圖中可以看出,改進的經驗飽和度模型含水飽和度與原始含水飽和度的變化趨勢是一致的,說明其對儲層縱向上的非均質性反映較好。由于測井曲線縱向分辨率有限,因此原始含水飽和度與改進的經驗模型含水飽和度仍存在一定誤差,但誤差較小。

4 結論

(1)高鈣質含量與泥質含量對于儲層電阻率的雙重影響,使得傳統的阿爾奇公式計算的含水飽和度結果不理想。從對泥質和鈣質的分析入手,借鑒印度尼西亞公式對于泥質的考慮方式,提出的改進的經驗模型,可以較好解決 G地區高鈣質及泥質含量儲層的飽和度計算問題。

(2)為了保持模型參數項的一致性,鈣質影響主要是參照印度尼西亞公式給出的經驗表達,其對于飽和度的影響形式尚待進一步商榷。對于鈣質含量的處理思路可為今后高含鈣泥質砂巖儲層飽和度的定量評價計算提供參考。

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編輯:彭剛

P631.842

A

2009-09-04;改回日期:2009-12-25

柴婧,1985年生,2006年畢業于中國石油大學(華東)資源勘察專業,現從事測井資料解釋研究。