伊拉克Halfaya油田Nahr Umr B復雜巖性儲層含油性測井評價方法及優選

秦川

長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 武漢 430100 中石油東方地球物理勘探有限責任公司研究院，河北 涿州 072750

秦山

(中石油西南油氣田公司工程技術研究院，四川 成都 610031)

姜藝

(中石油西南油氣田公司勘探開發研究院，四川 成都 610041)

謝紫娟

(中石油川慶鉆探工程有限公司培訓中心，四川 成都 610213)

Halfaya油田位于伊拉克東南部，構造上屬于美索不達米亞盆地的前淵帶[1,2]。Nahr Umr B是Halfaya油田的重要儲集層，也是該油田最早開始生產的層段。其巖性復雜，碎屑巖與碳酸鹽巖共存，主要包括：砂巖、泥質砂巖、白云巖、含菱鐵礦砂巖以及泥巖等。孔隙類型主要為粒間孔和次生孔。在研究區油氣勘探的過程中，地層測試數據嚴重缺乏，導致研究人員無法準確識別油、水層，給測井解釋工作帶來了極大挑戰。對于地層測試數據不足的情況，通常采用2種方法粗略識別油、水層。第1種方法是理論模型法，其中最常用的飽和度計算模型有Archie公式[3]、Waxman-smits模型以及雙水模型等[4～6]，該方法的優點在于具有充分的理論基礎，而不足在于理論模型并不完全適用于所有實際地層，因此，通過理論模型計算得到的含油飽和度只能反映一種相對變化，而不能準確反映地下的實際情況。第2種方法是電阻率-孔隙度相關性分析法，其通過尋找測井曲線的相對變化來定性識別油、水層[7,8]，該方法識別效果較好，但容易出現多解性。

針對研究區地層測試數據不足的問題，筆者綜合上述2種方法，基于Archie公式，分別建立電阻率-孔隙度及含油飽和度-孔隙度交會圖，并利用電阻率-孔隙度曲線相關性分析法識別油、水層；然后分析3種圖版的適用性，提出了Nahr Umr B復雜巖性儲層含油性評價的優選方案，為研究區的含油性測井評價以及提高解釋符合率提供了借鑒。

1 孔隙度下限值的確定

下限值表示儲層中存在油、水時某種巖石物理性質的極限值，是油、水層識別過程中一個非常重要的參數，用于將儲層區別于非儲層，通常需要結合地層測試資料來確定。然而，研究區缺乏地層測試資料，采用含油產狀法和經驗統計法來共同確定儲層下限[9～11]。巖心是反映地下儲層含油性最直接的資料，儲層物性與含油性之間具有較好的一致性，因此通過建立巖心含油級別與孔隙度和電阻率的關系發現，當孔隙度小于12%時，錄井巖心顯示無油斑(圖1)。通過對比圖1中有油斑和無油斑的數據分布，結合儲層孔隙度分布直方圖(圖2)，取累計頻率約為10%時所對應的孔隙度為該儲層的物性下限值，確定該研究區的孔隙度下限值為12%，即孔隙度小于12%，基本判定為非儲層。同時，該結果得到了研究區核磁共振測井資料的驗證，說明選取的孔隙度下限值具有較好的可靠性。

圖1 電阻率與孔隙度交會圖 圖2 儲層孔隙度分布直方圖

2 交會圖法

2.1 電阻率-孔隙度交會圖法

交會圖法識別油、水層的基礎就是Archie公式[3]：

(1)

(2)

(3)

式中：F為地層因素，1；ρ0為完全含水地層電阻率，Ω·m；ρw為地層水電阻率，Ω·m；a和b為地區系數,1；φ為孔隙度，%；m為膠結指數，1；I為電阻率增大率，1；ρt為原狀地層電阻率，Ω·m；Sw為含水飽和度，%；n為飽和度指數，1。

將式(1)代入式(2)可以得到Archie公式常見的一種變形表達式，即式(3)。通過式(3)可知，在其他參數保持不變的前提下，ρt與φ的冪函數之間呈現負相關性，借助有限的試油資料，分別提取每個試油層段的ρt和φ平均值，建立ρt-φ交會圖(圖3)。借助上述分析可知，φ小于12%時，可判定為干層。同時，油層和水層之間的數據點分開很明顯，但油水同層數據較少，因此只能大致繪制油層與油水同層、油水同層與水層的分界線。

2.2 含油飽和度-孔隙度交會圖法

電阻率參數可以用于反映儲層的含油性高低，但是，電阻率不僅受到含油性的影響，還受控于巖性、物性、孔隙結構等因素，單純的ρt-φ交會圖反映出的油、水層信息可能會受到其他因素的影響。因此，利用計算的含油飽和度(So)更能準確地反映儲層的含油性。通過系統的巖石物理試驗分析，測量得到研究區地層水為CaCl2型，總礦化度為166.7g/L，轉換至25oC下的地層水電阻率為0.068Ω·m。另外，根據20塊巖心的巖電試驗數據，可以確定Archie公式中的參數a和b分別為1和1.05，m為1.63，n為1.82。基于上述參數值，利用Archie公式，分別計算試油層段的So，建立So-φ的交會圖(圖4)。由上可知，φ小于12%時，可判定為干層。根據數據點的分布，設定So大于48%的層段為油層，So小于20%的層段為水層，兩者之間的為油水同層。

圖3 電阻率-孔隙度交會圖 圖4 含油飽和度-孔隙度交會圖

3 電阻率-孔隙度曲線相關性分析法

電阻率-孔隙度曲線相關性分析法也是以Archie公式為理論基礎的，前人的研究成果表明[12]，對于純水層，假設Sw不隨φ的變化而改變，而隨著φ的增大，ρ0降低。實際上，當φ不斷變大的同時，純水層的Sw也在不斷增大，所以實際純水層的電阻率比上述假設情況更低，因此隨著φ的增大，ρ0降低，ρt與φ呈負相關關系。

對于純油層，其大孔隙中充滿油，而小孔隙中充滿束縛水，通過合理的假設可知，對ρt取φ的導數(ρt′(φ))為：

(4)

由式(4)可知，在假設條件下，只有n大于m時，ρt′(φ)才能大于0。換言之，隨著φ的增大，純油層的ρt增大。通過上述巖石電阻率試驗結果可以明確，研究區m和n分別為1.63和1.82，因此，n大于m，ρt與φ呈正相關關系。

4 含油性評價方法的優選方案

上述含油性評價方法分別有各自的優勢和不足。其中，電阻率-孔隙度交會圖法的優勢在于其使用的是原始測井資料，數據真實可靠，不存在人為加工；不足之處在于電阻率的影響因素較多，其變化不能完全歸因于含油性。含油飽和度-孔隙度交會圖法的優勢在于含油飽和度可以直接用于反映儲層的含油性高低，但是在計算含油飽和度的過程中，涉及多個參數的確定，因此存在人為因素影響。同時，上述2種方法都受地層測試數據數量的影響，而研究區地層測試數據較少，導致通過上述2種方法無法準確識別油水同層的上、下邊界。電阻率-孔隙度曲線相關性分析法的優勢在于其僅僅反映測井曲線的相對變化，而不需要對實際資料進行標定，具有較好的巖石物理基礎，可以作為上述2種交會圖的補充使用。

綜合上述含油性評價方法的適用性分析，針對研究區地層測試資料缺乏等問題，提出研究區含油性評價方法的優選方案。

1)讀取所選層段的平均電阻率和孔隙度，計算含油飽和度，優先選擇電阻率-孔隙度交會圖法及含油飽和度-孔隙度交會圖法進行判定，如果兩者的判定結果一致，同為油層或水層，則解釋該層段為油層或水層。

2)如果2個交會圖版顯示同為油水同層，則需要利用電阻率-孔隙度曲線相關性分析法進行判定，假設相關性分析結果也顯示為油水同層，則解釋該層段為油水同層；反之，假設相關性分析結果顯示為油層或水層，則解釋該層段為油層或水層。

3)如果2個交會圖版顯示結果不一致，則需要利用電阻率-孔隙度曲線相關性分析法進行判定，假設相關性分析的結果與其中1個交會圖版的判定結果一致，則解釋為該結果；反之，假設相關性分析的結果與2個交會圖版的判定結果都不一致，則無法進行判斷，需進一步深入研究。

5 應用效果分析

為了檢驗上述優選方案的可靠性，選取研究區某井進行效果分析。圖5為研究區某井的處理解釋圖。

圖5 研究區實際井資料處理結果

由圖5可以看出，針對儲層段1，上述3種方法的解釋結果均為油層，因此可以將該儲層定性解釋為油層；儲層段3中，電阻率-孔隙度交會圖及含油飽和度-孔隙度交會圖均解釋為油水同層，研究區油水同層試油資料缺乏，該識別結果有待進一步檢驗，需利用電阻率-孔隙度曲線相關性分析法進行判定，其結果顯示，該層段前2個窗長顯示為含油，第3個窗長顯示為含水，可以定性判定為上油下水的油水同層，因此，儲層段3可定性解釋為油水同層。

6 結語

針對伊拉克Halfaya油田Nahr Umr B儲集層測試數據缺乏的問題，分別采用電阻率-孔隙度交會圖法、含油飽和度-孔隙度交會圖法以及電阻率-孔隙度曲線相關性分析法進行儲層含油性評價；同時，對上述3種方法的適用性進行了仔細分析，結合其優缺點，提出了研究區含油性評價方法的優選方案；并通過實際井資料的處理驗證了該優選方案的應用效果，解決了研究區地層測試數據缺乏的問題，為研究區的含油性測井評價以及提高解釋符合率提供了一定借鑒。