水淹層評價中Rw、m、n值的確定

2018-03-07 01:03:44孫游雪高齊明魏玉梅劉小璇

山東理工大學學報(自然科學版) 2018年3期

孫游雪，高齊明，魏玉梅，劉小璇，孔杰

(1.油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學)，湖北武漢 430100；2.長江大學地球物理與石油資源學院，湖北武漢 430100；3.中國石油集團渤海鉆探有限公司測井分公司，天津 300280)

阿爾奇公式是最早提出描述地層導電特性與孔隙度、飽和度和流體電阻率關系的模型,奠定了定量評價地層流體飽和度的基礎[1].阿爾奇公式中地層水電阻率(Rw)、膠結指數(m)、飽和度指數(n)的確定是計算含水飽和度的關鍵.注水開發前，阿爾奇公式中膠結指數的大小僅與孔隙的幾何形狀有關，孔隙幾何形狀愈復雜，m值愈高.飽和度指數的影響因素主要包括油氣的相對體積、油氣在孔隙中的分布及其對巖石的潤濕性、油氣在孔隙中的連通情況以及其與地層水之間的表面張力等[2].注水開發后，地層孔隙空間注入了注水開發前不曾有過的流體(水、氣、化學劑等)[3]，地層孔隙空間流體性質因各種因素發生了相應變化，儲層特征也隨著注水開發的不斷深入而發生相應的變化，因而Rw、m、n值在地層條件下也處于相應的變化之中.因此，對于水淹層評價而言，Rw、m、n值隨著注水開發程度的變化而發生變化，利用相對固定的Rw、m、n值則無法準確解決水淹層含油飽和度定量計算的問題.

1 地層混合液電阻率計算方法研究

地層混合液電阻率(Rw)是利用阿爾奇公式計算含油飽和度的重要參數[4].隨著注水開發的不斷深入，Rw在地層條件下處于不斷的變化之中.為提高水淹層測井解釋精度，需逐點求取地層混合液電阻率[5-6].

由水分析資料可知，由于注入水礦化度范圍較大且原始地層水礦化度隨井深及溫度也會產生一定差異，導致目的區塊混合液電阻率變化復雜，對電阻率的影響較大，且與測井響應相關性較好.因此，可以利用地層混合液電阻率與測井曲線間的相關關系，建立地層混合液電阻率的計算模型.

目的區塊地層水礦化度變化復雜，對地層電性的影響較大.因此，有必要尋找地層水礦化度(或地層混合液電阻率)與泥質含量、自然電位等參數間的變化關系，從而建立地層水電阻率的計算模型.圖1、圖2、圖3、圖4分別為目的區塊地層混合液電阻率、地層電阻率與自然電位交會圖；地層混合液電阻率、地層電阻率與泥質含量交會圖；地層混合液電阻率、地層電阻率與孔隙度交會圖；地層混合液電阻率、自然電位與孔隙度交會圖.由圖可知，利用自然電位、孔隙度及地層電阻率可以逐點求取地層混合液電阻率.

圖1 地層混合液電阻率、地層電阻率與自然電位交會圖Fig.1 Crossplot of mixed formation water resistivity、formation resistivity & spontaneous potential

圖2 地層混合液電阻率、地層電阻率與泥質含量交會圖Fig.2 Crossplot of mixed formation water resistivity、formation resistivity & shale content

圖3 地層混合液電阻率、地層電阻率與孔隙度交會圖Fig.3 Crossplot of mixed formation water resistivity、formation resistivity & porosity

圖4 地層混合液電阻率、自然電位與孔隙度交會圖Fig.4 Crossplot of mixed formation water resistivity、spontaneous potential & porosity

2 m、n值的變化特征及其計算方法研究

飽和度指數(n)是把電阻率轉換為含水飽和度的結構指數[7]，它與油、氣、水在孔隙中的分布、巖石潤濕性以及地層水電阻率有關[8].油田進入開發后期，油層受到水的長期沖刷，儲層潤濕性、油水分布發生了變化.因此，n值開發后期應與開發初期不同.

由實驗資料分析可知，在水驅油模擬過程(表示油藏的注水開發過程和開發狀態)，當含水飽和度較低時，巖石中的孔隙、喉道被油占據，導電能力較低，n值較小；而對強水淹層，孔隙、喉道里充滿水,導電能力增強，n值較大.通過分析，雖然飽和度指數的影響因素較多，但其與地層水電阻率及地層中的泥質含量相關性較好.對同一塊巖心，用不同礦化度的水進行實驗，實驗結果表明，泥質含量一定時，n與Rw呈反比關系，且Rw與n有良好的相關性.同時，n隨著泥質含量的增加而減小(表1).

由實驗分析可知，水淹層飽和度指數(n)的變化在一定程度上由地層混合液的變化及泥質分布形態的變化所引起，其對飽和指數的大小起明顯作用.同時，由實驗資料分析可知，膠結指數(m)與地層水電阻率和孔隙度變化有關[9].因此，繪制了飽和度指數、地層混合液電阻率與泥質含量交會圖；膠結指數、地層混合液電阻率與孔隙度交會圖(分別見圖5、圖6).由圖中可以看出，m、n值的變化與地層水電阻率的變化有關，儲層受到不同程度的水淹時，可引起m和n值較大變化.如果在水淹層解釋中還采用原始地層水狀態下的m和n值，將會給解釋結果帶來較大的誤差.

表1 飽和度指數n隨泥質含量、地層混合液電阻率變化一覽表
Tab.1 Corresponding values of saturation exponent、shale content & mixed formation water resistivity

Rw/Ω·mVsh/%nRw/Ω·mVsh/%n0．501．752．0101．500．5101．641．6101．560．5201．571．1101．590．5301．460．7101．610．5501．320．5101．64

圖5 飽和度指數、地層混合液電阻率與泥質含量交會圖Fig.5 Crossplot of saturation exponent、mixed formation water resistivity & shale content

圖6 膠結指數、地層混合液電阻率與孔隙度交會圖Fig.6 Crossplot of cementation factor、mixed formation water resistivity & porosity

3 方法應用

綜上所述，雖然Archie公式(式1)在水淹層評價中具有一定的局限性，但在利用測井資料求取地層混合液電阻率(Rw)、飽和度指數(n)和膠結指數(m)的基礎上，仍然可以利用Archie公式計算水淹層含水飽和度，進而求取其含油飽和度.

(1)

式中：Sw為含水飽和度，小數；Rt為深電阻率測井值，Ω·m；Φ為孔隙度，小數；Rw為混合液電阻率，Ω·m；a為巖性附加導電性校正系數；b為巖性潤濕性附加飽和度分布不均勻系數；m為膠結指數；n為飽和度指數.

表2 解釋符合率統計表
Tab.2Statisticaltableofinterpretationcoincidencerate

井名射孔井段/m解釋結論試油結論符合情況G11724．2～1726．2油層油層符合G21505．9～1508．5弱水淹弱水淹符合G31663．3～1665．7弱水淹弱水淹符合G41612．9～1616．2強水淹中水淹不符合G51706．2～1709．5中水淹中水淹符合1720．0～1722．5中水淹中水淹符合G61753．1～1755．4中水淹中水淹符合G71527．5～1530．0中水淹弱水淹不符合G81724．2～1726．2強水淹強水淹符合G91689．2～1691．5中水淹中水淹符合G101691．2～1696．0強水淹強水淹符合G111884．8～1886．0強水淹強水淹符合1888．7～1892．3強水淹強水淹符合G121457．0～1461．0中水淹中水淹符合G131570．1～1574．2中水淹中水淹符合G141724．2～1726．2弱水淹弱水淹符合G151458．7～1462．0中水淹中水淹符合1473．0～1477．0中水淹中水淹符合G161542．0～1544．5弱水淹弱水淹符合1553．8～1555．0弱水淹弱水淹符合G171823．8～1829．0油層油層符合G181203．9～1313．5中水淹中水淹符合G191750．0～1762．0油層油層符合

利用建立的地層混合液電阻率(Rw)、飽和度指數(n)及膠結指數(m)計算圖版，結合目的區塊解釋模型，編制了相應的水淹層解釋程序，對研究區塊的19口井進行了處理(表2)，其中試油層23層，解釋符合21層，不符合2層，解釋符合率91.3%，驗證了研究方法的實用性.

為進一步說明處理資料的準確性，以G6井為例進行分析說明.由試油資料可知，G6井試油井段為1 753.1～1 755.4m，日產油9.57m3，日產水17.58m3，產水率64.7%.圖7為利用所研究的方法處理的G6井測井解釋成果圖(a=0.99，b=0.93)，由圖7可知，計算飽和度指數(n)為1.15，膠結指數(m)為1.6，混合液電阻率(Rw)為0.46(Ω·m)，含水飽和度(SWP)為57.8%，殘余油飽和度為30.7%，束縛水飽和度為39.04%，可動水飽和度為18.76%，可動油飽和度為11.5%，產水率為62.9%(FWP)，綜合解釋為中水淹層，解釋結論與試油結論相符.為了說明研究方法的優越性，同時利用原始阿爾奇公式(a=0.99，b=0.93，m=1.64，n=1.266，Rw=0.65)對G6井進行了處理.由圖7可以看出，其含水飽和度(SW)為67%，殘余油飽和度為30.7%，束縛水飽和度為39.04%，可動水飽和度為27.96%，可動油飽和度為2.93%，產水率為81%(FW)，綜合解釋為強水淹層，解釋結論與試油結論不符.從而進一步說明了利用建立的地層混合液電阻率(Rw)、飽和度指數(n)和膠結指數(m)計算圖版計算的含水飽和度，優于利用目的區塊原始地質參數(Rw、m、n)計算的含水飽和度.