電壓頻率對低滲儲層電阻率影響的研究

齊光峰

（中國石化勝利油田分公司技術檢測中心，山東 東營 257000）

1 前言

隨著油氣田勘探開發技術的發展和普及，國內各類測井裝備快速涌現，但尚未形成統一的標準，為各階段測井資料分析、校正帶來了較大困難。電阻率測井是分析地層中油水分布的常用技術手段，Archie公式描述了巖石的電阻率指數和含水飽和度之間的關系，但受到設備型號和低滲儲層特征的影響，其測量結果需要校正以獲得準確的反演解釋。其中，電壓頻率是影響低滲儲層電阻率測量結果的重要偏差因素之一，本文通過巖心實驗探究了電壓頻率對不同性質巖心電阻率測量結果的影響差異，從而為準確認識低滲儲層特征及油水分布提供支撐。

對于電壓頻率與電阻率的關系，學者針對不同巖性展開了廣泛研究。1992年，Adisoemarta和 Morriss等學者研究了高滲砂巖在10Hz～1.3GHz之間的電阻率變化，研究發現，當電壓頻率在10Hz～10kHz之間，電阻率均會隨著頻率上升而下降，而當頻率超過10kHz時候電阻率值基本保持不變。2009年，李克文和Sandler等采用裂縫砂巖巖樣，分別在100Hz、1kHz和10kHz三個電壓頻率進行了實驗，研究發現當含水飽和度高于25%時，頻率對電阻率影響較小，但當含水飽和度低于25%時，頻率對電阻率將產生明顯影響，此時，頻率越小電阻率指數越高。電壓頻率對于飽和巖石的電介質常數的影響已經被很多學者所研究。Knight and Nur基于8塊砂巖巖心，研究了5Hz～4MHz不同電壓頻率下，其含水飽和度與介電常數的關系，研究發現介電常數與頻率在含水飽和度變化的過程中存在冪次關系。目前，針對裂縫型低滲砂巖油藏，電壓頻率對電阻率測量結果的影響仍未受到廣泛重視，存在較大研究和發展空間，亟需進一步完善相關理論。

據前人研究結果，電阻率測量結果受到電壓頻率和含水飽和度的復合影響，目前，所建立的相關模型尚未體現它們之間的關聯。本文基于低滲巖心進行了不同電壓頻率和飽和度下的電阻率實驗，定量研究在發育裂縫低滲儲層中，不同含水飽和度下電壓頻率對電阻率測量結果的影響，為低滲儲層油水分布的準確反演解釋提供理論依據。

2 電阻率反演含水飽和度基本原理

Archie公式描述了巖石的電阻率指數和含水飽和度之間的關系，巖石電阻率隨著含水飽和度減小而增大，兩者存在如下函數關系：

式中，I是電阻率指數，小數；Ro是100%飽和水時的巖石電阻率，Ω·m；Rt是在某個特定的含水飽和度Sw下的電阻率指數；n和b是與巖石、流體性質相關的系數。

電阻率指數與含水飽和度曲線是一條雙對數曲線，其縱坐標為I，橫坐標軸的含水飽和度計算方式為：

式中，Sw為含水飽和度；ρw為水的密度，g/cm3；Δm為蒸發水質，g。

3 飽和度梯度巖心電阻率測試方法

3.1 實驗裝置

實驗裝置由柱塞泵、電阻率測量儀、流量計、油水計量裝置等組成，可以在線驅替過程中測量不同電壓頻率、不同飽和度下的下巖石電阻率（圖1）。

圖1 巖石電阻率實驗裝置圖

3.2 實驗材料

（1）實驗巖心：取自低滲砂巖儲層巖心（表1）。（2）實驗用水：現場地層水，礦化度為10236.7mg/L。（3）實驗用油：現場原油，黏度7.3MPa·s，密度0.854×103kg/m3。

表1 實驗巖心基礎參數表

3.3 實驗步驟

（1）對巖樣進行洗油、洗鹽等處理，烘干8h以上，稱干重；（2）抽真空飽和水并稱濕重；（3）采用油驅水方式制造不同含水飽和度巖心狀態。即巖心從100%含水飽和度條件下開始驅替；（4）使用10KHZ電壓頻率實時測量巖石電阻率，同時，記錄出水量及質量的變化；（5）改變電壓頻率為100kHz重復步驟1到步驟4；（6）對巖心進行造縫處理，重復步驟1到步驟5。

4 電壓頻率對電阻率測量結果影響規律

根據上述實驗步驟，本文針對不同孔滲條件的基質巖心和裂縫巖心分別開展了2組，共計4組電阻率在線測量實驗，研究了電壓頻率對兩種類型巖心電阻率測量結果的影響。

4.1 電壓頻率對基質巖心電阻率影響

隨著油驅水的進行，基質巖石的含水飽和度逐漸變小，實驗在10kHz和100kHz兩個電壓頻率分別進行連續測量，結果如圖2和圖3所示。

圖2 基質巖石A電阻率指數vs.含水飽和度關系

圖3 基質巖心B電阻率指數與含水飽和度關系曲線

由上圖可知，低滲巖心的電阻率指數隨著含水飽和度的降低逐漸增加，兩者存在明顯的負相關性，這與Archie公式的規律保持一致。在含水飽和度較高時，電壓頻率對電阻率測量結果的影響較微弱；當含水飽和度較低，即含有飽和度較高時，電壓頻率對電阻率測量結果有較為明顯的影響，此時，使用低電壓測量電阻率結果偏高。此時，如果現場不考慮測試電壓頻率的影響，使用高電壓測量結果將得到過高的含油飽和度儲層；使用低電壓測量結果則會對儲層含油飽和度反演過低。

對比圖2和圖3發現，相對高滲巖心A（k=35.17mD）在含水飽和度降低于24.4%時，電壓頻率對電阻率的測量差異逐步顯現，在影響區間（＜24.4%）內，對電阻率值的影響程度在10%～50%；而相對低滲巖心B（k=15.28mD）影響區間較大（＜28.1%），區間內對電阻率測量值影響程度在20%～68%。此時，高電壓頻率下電阻率測量值明顯偏小，且隨著含水飽和度的進一步降低，這種差異愈加明顯。兩巖心的差異說明低滲巖心電阻率測量結果對于電壓頻率的改變更加敏感，因此，在現場測井過程中，對于滲透率較低的含油儲層，尤其需要注意電壓頻率造成的影響以作出必要的校正處理。

4.2 電壓頻率對裂縫巖心電阻率影響分析

低滲儲層往往裂縫較為發育，發育裂縫的儲層能夠形成較高的油氣產能。在電阻率測井過程中，裂縫是必須考慮的因素，裂縫的存在將對電阻率值產生重要影響，為此，本次實驗通過將巖心AB造縫，針對發育裂縫儲層，研究了不同電壓頻率對電阻率測量結果的影響規律，實驗結果如圖4和圖5所示。

圖4 裂縫巖石A電阻率指數與含水飽和度關系曲線

圖5 裂縫巖石B電阻率指數與含水飽和度關系曲線

對比基質巖心實驗結果，裂縫巖心的電阻率指數明顯小于基質巖心，說明裂縫的存在增加了巖心的導電性。裂縫巖心表現出同樣的規律。在高含水飽和度時，電壓頻率對電阻率測量結果影響較小，而低含水飽和度即高含油飽和度時，電壓頻率對電阻率測量結果影響較大，且這種差異在低滲的裂縫巖心中更加明顯。相對高滲裂縫巖心在影響區間（＜25.5%）內，100kHz比10kHz下的電阻率指數低50%～78%，隨著含水率降低差距逐漸增大；低滲裂縫巖心B在影響區間（＜28.8%）內，100kHz比10kHz下的電阻率指數低52%～90%，在含水飽和度為0.20時達到最大值，即比10kHz下的電阻率指數低90%。與基質巖心相比，巖心AB造縫后影響區間均增加，電壓影響程度增強，說明裂縫的存在進一步增加了電阻率對電壓頻率的敏感特性。

5 結語

（1）含水飽和度越小，儲層電阻率越大，電壓頻率在高含水飽和度時對電阻率測量結果影響較小，在低含水飽和度時影響較大。

（2）電壓頻率對不同滲透率儲層電阻率測量結果影響程度不同，針對低滲透率儲層，其影響區間更大，且影響程度較相對高滲儲層更加顯著，隨著含水飽和度的較低（含油飽和度的升高）愈加明顯，分別采用10kHz和100kHz電壓頻率測量時，電阻率指數值測量值差異可到68%，因此，低滲儲層更應注意不同電壓頻率下電阻率值的校正問題。

（3）裂縫的存在會降低儲層的電阻率，同時，進一步擴展電壓頻率對電阻率測量值的影響區間，增大電壓頻率的影響程度，即裂縫會增加電阻率測量值對電壓頻率的敏感性。分別采用10kHz和100kHz電壓頻率測量時，電阻率指數值測量值差異最高可到90%。