黄质昌,黄新平,冷洪涛

(中国石化集团胜利石油管理局测井公司,山东东营257096)

东营凹陷DX176块低电阻率油层评价技术

黄质昌,黄新平,冷洪涛

(中国石化集团胜利石油管理局测井公司,山东东营257096)

针对东营凹陷DX176块沙四段低电阻率油层的特点,提出了基于储层岩性细分和含水饱和度泥质校正的低电阻率油层测井评价方法。阐述了岩性细分的方法、岩性与低电阻率油层成因的关系。分析了泥质的特性、泥质在地层的分布形式以及地层电阻率与泥质含量的关系。对简化的西门杜模型、双水模型和混合泥质模型等3个具有泥质校正功能的含水饱和度计算模型进行研究、分析和对比,并对混合泥质含水饱和度计算模型进行改进。总结出适用于该块低电阻率油层的油、水综合评价技术。该方法在DX176块应用效果良好,测井解释符合率达到90%。

测井评价;低电阻率油层;岩性细分;含水饱和度;泥质校正;东营凹陷

0 引 言

东营凹陷DX176块沙四段含油砂体是胜利油田近几年发现的低电阻率油藏之一。储层为深湖亚相浊积砂体,岩性以细砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩为主,夹含砾砂岩和灰质砂岩,具有极高地层水矿化度(>21×104mg/L),储层电阻率0.5～10Ω·m。由于储层岩性多变且具有极高地层水矿化度、电阻率变化范围大,给测井评价工作造成了很大的困难。本文阐述了基于储层岩性细分和含水饱和度泥质校正低电阻率油层测井评价技术的研究方法、应用过程和应用效果。

1 储层岩性细分与低电阻率油层成因分析

1.1 地层分类及评价难点

为了找出地层性质与测井响应相互关系的规律性,以×井为例,依据测井响应的相似性和独特性,结合岩屑录井资料,把×井目的层段地层分为A、B、C、D、E、F共6类岩性地层(见图1)。

A类为泥岩,用于泥质分布和岩性研究。C类为细砂岩和粉砂岩,电阻率较高,其岩性和含油性易于识别,可为疑难层的岩性和含油性分析提供较为明确的参考尺度。D类为含砾砂岩和灰质砂岩,高电阻率,含油性较易识别,不列入研究范围。E类为灰质泥岩,对研究工作无帮助,不进行研究。

×井测井评价难点,①电阻率极低(0.5～0.8 Ω·m)的F类地层识别;②电阻率次低(0.7～1.0 Ω·m)的B类地层识别;③这2类地层的岩性和低电阻率成因及提高其含水饱和度计算精度的方法。

图1 ×井测井综合成果图

1.2 泥质的测井响应特性

地层中的泥质是由水、黏土和细粉砂组成,细粉砂的测井响应具有两面性[1],①由于它的主要岩石成分为石英和长石,矿物成分与砂岩骨架成分相同,在中子、密度的测井响应表现出砂岩的特征;②由于其颗粒极细(粒径0.01～0.05 mm),造成地层微细孔隙发育、岩石颗粒表面滞水增多,导致地层束缚水升高和渗透性降低,使电阻率降低和自然电位异常幅度减小,同时由于极细的岩石颗粒对放射性物质吸附作用的增强,自然伽马有所升高,表现出黏土的特性。

1.3 岩性细分方法与低电阻率成因分析

作出A、B、C、F等4类地层的中子-密度交会图,在砂岩段确定最大孔隙度的纯砂岩点(R)、在泥岩段确定湿黏土点(S)。连接砂岩骨架点(补偿中子值-3%、补偿密度值2.65 g/cm3)和水点(补偿中子值100%、补偿密度值1.0 g/cm3)形成含水纯砂岩线,连接水点和湿黏土点为含水纯黏土线,连接砂岩骨架点和湿黏土点形成泥岩线(见图2)。依据不同泥质分布形式对地层有效孔隙度的影响特点以及中子、密度的变化规律,按照不同泥质分布线的制作方法[1],分别作出层状泥质线(R-H连线)、结构泥质线、分散泥质线。

对图2进行分析,在黏土点与纯砂岩点之间大致可分为3个区域:靠近湿黏土点的泥岩区(Ⅰ区)、靠近纯砂岩点的砂岩区(Ⅲ区)、处于两者中间的黏土质砂岩区(Ⅱ区)。B类地层岩屑录井为细砂岩,但其中子-密度数据点分布于Ⅱ区,指示地层含黏土,且处于2个正韵律层的顶部,储层岩性可细分为黏土质细砂岩。泥质(黏土)含量的增加会引起油层导电截面增大,导致电阻率降低[2]。B类储层低电阻率成因是由于黏土的附加导电性为主、束缚水导电为副复合作用的结果。该类储层由于黏土含量较高,物性相对差一些,但其平均孔隙度15.5%,达到区块储层要求,自然电位半幅度点也指示为储层,综合分析为产层。

图2 中子-密度岩性识别图

F类地层岩屑录井为泥质粉砂岩,中子-密度数据点分布于Ⅲ区,与C类的细砂岩-粉砂岩同属1个区域,指示与C类的岩性非常相似,说明泥质成分以细粉砂为主,储层实际的岩性可以进一步细分为细粉砂质粉砂岩。极细的岩石颗粒伴随着微细孔隙的发育,导致微细孔隙毛细管阻力增大,微细孔隙中饱含束缚水,形成发达的导电网络,使油层电阻率降低[2]。F类储层极低的电阻率是由于细粉砂质含量增多导致束缚水含量升高、加之极高地层水矿化度引起的。地层平均孔隙度18.5%,自然电位半幅度点和八侧向电阻率侵入特征也指示为储层,综合分析为产层。

地质背景是低电阻率油气层成因的主要控制因素,沉积相带是地质背景因素之一,沉积水动力的强弱变化,促成沉积微相与岩性的分布规律,控制了油气层的微观表现形式;从沉积相带分析,低电阻率油气层主要发育于弱水动力沉积区[3]。东营凹陷DX176块储层属于深湖亚相浊积砂体,处于弱水动力沉积环境,具备低电阻率油层形成的沉积相带条件。

2 地层电阻率与泥质含量的关系

2.1 泥质分布形式分析

通过对图2这4种岩性数据点分布与3条泥质线的相对位置关系分析,数据点的分布离结构泥质线较远,说明储层不含纯结构泥质。泥岩数据点分布在层状泥质线的右下方,指示以层状泥质为主。黏土质细砂岩分布在层状泥质线的两旁,表明是以层状泥质为主导的层状-分散、层状-结构混合泥质分布形式。细砂岩、粉砂岩和细粉砂质粉砂岩主要分布在分散泥质线与层状泥质线之间,指示储层中的泥质为分散-层状混合泥质分布形式。

2.2 地层电阻率与泥质含量的关系

图3为深感应电阻率与计算泥质含量关系图,总体上电阻率随泥质含量的增加而减小。通过对图3不同岩性地层所含泥质的进一步分析,可发现以下现象,①泥质含量小于6%的细砂岩和粉砂岩,其电阻率随泥质含量的增加而急剧减小,指示以分散泥质为主导的泥质导电效率极高。②对于细粉砂质粉砂岩,细粉砂质含量在6%～18%区域,电阻率随细粉砂质的增加而减小;在18%～30%区域,电阻率基本不变,指示细粉砂质的减阻作用与增阻作用处于一种平衡状态。③对于黏土质细砂岩,黏土含量在4%～12%区域,电阻率随黏土含量的增加而降低;在12%～35%范围内,随着黏土含量的增加电阻率略有升高,黏土的增阻机理略有显现。④细粉砂质、黏土对电阻率的影响具有不同的轨迹,说明其在地层中的导电机理有所不同,以束缚水为主要导电路径的导电性略高于黏土附加导电加束缚水混合导电模式。

图3 地层电阻率-泥质含量关系图

3 含水饱和度泥质校正方法

3.1 泥质校正模型

泥质含量高的低电阻率油层,对含水饱和度(Sw)进行泥质校正是十分必要的。由于含有泥质,储层束缚水含量升高,加上黏土的附加导电性,地层形成发育的导电网络,导致电阻率降低。如果计算储层含水饱和度时不进行泥质校正,即使是好油层,计算的Sw将很大或接近于100%,图1中B类储层最大70%、F类储层最大88%,这与地层的实际情况不相符合。为提高泥质砂岩低电阻率油层含水饱和度的计算精度,运用以下3个计算模型进行含水饱和度泥质校正并进行对比分析。

(1)简化的Simandoux模型[4]

(2)双水模型[4]

用泥质指示曲线计算得到相对泥质含量(Ish),再由 Ish-Swb经验关系求取Swb,含水饱和度计算公式为

(3)混合泥质模型[1]

式中,Rt为地层电阻率,Ω·m;Rsh为泥质电阻率, Ω·m;Rw为地层水电阻率,Ω·m;Rwf为地层自由水电阻率,Ω·m;Rwb为泥质束缚水电阻率,Ω·m; φt为总孔隙度,%;φe为有效孔隙度,%;Vsh为泥质含量,%;Swt为总含水饱和度,%;Sw为含水饱和度,%;Swb为黏土束缚水饱和度,%;m为孔隙度指数,无量纲;a为岩性系数,无量纲。

3.2 含水饱和度泥质校正结果分析

利用胜利油田束缚水饱和度经验公式[5]计算储层的束缚水饱和度(Swir),并与3种泥质校正模型计算的Sw进行对比分析。①简化的Simandoux模型对泥质校正取得了一定的效果,Sw有一定的减小,但Sw仍然大于Swir,在低电阻率的储层段形成可动水;通过研究发现,该模型存在高电阻率地层对 Sw校正过度、低电阻率地层校正不够的问题,且模型过于简单对不同地层的适应性较差。②双水模型是基于黏土束缚水与自由水并联导电的概念建立起来的,但其对泥质校正效果最差,Sw没有减小反而增大,这与该模型中要求的黏土束缚水饱和度与黏土束缚水电阻率计算不准确有关,实际工作中这2个参数极难准确求取。③混合泥质模型对Sw的校正效果最佳,储层Sw非常接近Swir,Sw最高从88%下降到68%,校正量达到20%,效果非常明显。混合泥质模型是根据许多电阻率增大系数不高(I≈1.5～2)、泥质含量重、岩性很细的储层可以生产油气的事实提出来的,它不考虑泥质的具体分布形式,把泥质看成由黏土和细粉砂组成,细粉砂可以含油气,地层中含油气纯砂岩部分和含油气泥质并联导电。东营凹陷DX176块B类地层是以黏土含量增加为主因的低电阻率油层,F类地层是以细粉砂质含量增加为主因的低电阻率油层,这2类低电阻率油层实际的地层状况与混合泥质模型提出的地层条件非常吻合,所以混合泥质模型非常适用于该块低电阻率油层含水饱和度的计算。该模型简洁明了、输入参数求取方便,Vsh可用泥质指示曲线计算得到,Rsh可以近似用储层周围泥岩的电阻率替代,方程求解也非常简单,按一元二次方程求其正解即为Sw值,因此该模型可以应用于岩性细、泥质含量多为主因的低电阻率油层评价及研究工作。通过在胜利油区的应用研究发现,模型中 Sw一次项的系数Vsh/Rsh调整为V dsh/Rsh使用效果更好,指数 d与泥质的导电性有关,取值范围一般在1～1.5。

4 油、水层综合评价技术

4.1 目的层段纯水层电阻率反演

DX176块沙四段地层水总矿化度 216 502 mg/L、水型CaCl2,地层温度123℃,通过计算得到地层水电阻率为0.015Ω·m。以A 6井为例,低电阻率储层孔隙度为21%,其100%含水时利用阿尔奇方程反演的地层电阻率为0.26Ω·m,为储层油水识别提供了一个地层电阻率参考尺度。

4.2 可动水分析

储层含水饱和度由束缚水饱和度(Swir)与可动水饱和度构成(Swmv),水层 Sw≫Swir、Swmv>0,存在可动水饱和度;油层 Sw≈Swir、Swmv≈0,无可动水或存在少量可动水。Swir主要与地层孔隙度、粒度中值有关,可由岩心实验分析数据回归的地区经验公式计算得到,也可用核磁共振测井资料计算得到。Swmv是区别油、水层的重要参数,也是评价低电阻率油层有效的技术方法。图4为A 6井Sw-Swir交会图,数据点基本分布在对角线上,指示储层不含可动水或可动水含量极少。

4.3 电阻率增大率与录井资料综合应用

常规油层的电阻率增大率 I≥3,但低电阻率油层的电阻率增大率I<3,正常的电阻率增大率标准已不适用于低电阻率油层的评价。低电阻率油层通常在录井、岩石取心、钻井液槽面观察等资料可见到油气显示,这为测井评价提供了良好的参考资料。电阻率增大率与录井资料的综合应用可有效地识别低电阻率油层。例如A 6井1号层岩屑录井见到油浸、油斑,2号层见到油迹,3号层有荧光显示;利用反演的纯水层电阻率计算F类储层电阻率增大率为1.92,测井和录井资料结合综合判断储层具有良好的含油性。在具备形成低电阻率油层的区域,低电阻率油层一般3>I>1,且录井等资料有较好的油气显示。

图4 含水饱和度-束缚水饱和度交会图

如果测井信息和其他地质资料丰富,可进行核磁共振测井差谱移谱分析、高频感应测井低电阻率环带特征分析、成像测井沉积相带和构造位置分析以及区块多井对比分析等,多种技术方法综合应用可以极大提高低电阻率油层测井评价的准确性。

5 应用效果

基于储层岩性细分和含水饱和度泥质校正的低电阻率油层测井综合评价技术应用于东营凹陷DX176块,取得了良好的效果。该块完井25口,测井解释符合率达到90%。其中A 6井解释油层3层27.7 m,投产1、2、3号层,4 mm油嘴自喷,日产原油145 t、天然气5 163 m3,原油密度(20℃)0.876 4 g/cm3、黏度(50℃)18.7 m Pa·s。研究成果的应用,为该块油气勘探开发提供了准确的储层解释结论、储层地质参数和强有力的测井评价技术支持。

6 结 论

(1)储层岩性细分,可以对低电阻率油层的岩性、物性及其成因作出正确的认识和判断,为储层测井评价提供正确的技术解决方案。

(2)含水饱和度的计算方法是低电阻率油层评价的关键技术之一,混合泥质含水饱和度计算模型适用于泥质含量多、岩性细为主要成因的低电阻率油层的含水饱和度计算;其改进形式应用效果更好。

(3)低电阻率油层属于隐蔽性油藏,测井评价难度大,测井信息的丰富程度直接影响到对其评价的精度;同时需要利用测井、录井、地质、测试等方面的资料进行综合分析,才能对低电阻率油层作出正确的评价。

[1] 雍世和,张超谟.测井数据处理与综合解释[M].东营:中国石油大学出版社,2006:152,154-160,174-176.

[2] 吴金龙,孙建孟,耿生臣,等.低电阻率油气层宏观地质影响因素与微观机理的匹配关系[J].测井技术,2005, 29(5):461-464.

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Low Resistivity Payzone Evaluation Methodology for DX176 Block in Dongying Depression

HUANG Zhichang,HUANG Xinping,LENG Hongtao
(Well Logging Company,Shengli Petroleum Administration,SINOPEC,Dongying,Shandong 257096,China)

A fter analysing the characteristicsof the low resistivity payzones in S4section at DX176 block in Dongying dep ression,p roposed is the low resistivity payzone well logging evaluation methodo logy based on subdivision of reservoir litho logy and w ater-saturated shale co rrection. Stated are themethod of lithology subdivision and the relationship between lithology and the genesis of the low resistivity payzone.Analyzed are the shale p roperty,shale distribution form s in formation and relationship between the formation resistivity and shale content.Researches,analyses and contrast are p roceeded on the 3 w ater saturation computation models w ith function of shale correction,such as the simp lified Simandoux model,the double-water model and the mixture shale model.And the mixed w ater-saturated shale computation model has been imp roved. Summarized is the oil/water layer comp rehensive evaluation methodology w hich is fit for the low resistivity pay zones in this block.Its p ractical app lication in DX176 block is better,and the logging interp retation coincidence rate reaches 90%.

w ell logging evaluation,low resistivity payzone,lithology subdivision,w ater saturation,shale correction,Dongying dep ression

1004-1338(2010)05-0457-05

P631.84

A

黄质昌,男,1961年生,高级工程师,从事测井资料综合解释及解释方法研究工作。

2010-06-03 本文编辑 王小宁)