覃豪，李洪娟，张超谟

（1.大庆油田公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712；2.长江大学地球物理与资源学院，湖北 荆州 434301）

0 引 言

测井解释中饱和度评价使用最多的是以电阻率为基础的饱和度评价方法［1－3］。应用电阻率计算储层含油气饱和度常用的解释模型包括经典Archie公式［4］、考虑泥质影响的饱和度解释模型［5］及考虑骨架及多重孔隙影响的饱和度解释模型等［6－7］。对于孔隙结构复杂火山岩储层，不能满足经典Archie公式的应用条件［8］，研究区酸性火山岩储层泥质含量低，对储层导电性的贡献有限［9］，骨架及多重孔隙影响的饱和度解释模型的导电方式除了自由流体和黏土导电外还有骨架导电、微孔隙中的毛细管束缚水以及黏土束缚水导电等［10］。这些方法均存在不适应性，有必要建立能够满足酸性火山岩储层评价的饱和度解释方法。

本文以恒速压汞资料为基础，对酸性火山岩储层的孔隙结构及其对岩电参数的影响开展研究，建立了基于孔隙结构含气饱和度解释模型，并应用岩电实验确定了模型参数。该模型较好地解决了储层的孔隙结构对于火山岩储层饱和度计算的影响，揭示了不同孔隙结构条件下Rt与Sw之间的物理关系，解决了现有饱和度解释模型在火山岩储层评价中的不适应性。应用该模型对研究区35口井的酸性火山岩储层含气饱和度进行了数据处理，效果较好，能够满足储层评价及储量提交需求。该方法对于孔喉半径比大、孔隙结构复杂的非均质性强的储层饱和度研究具有较大的借鉴意义。

1 酸性火山岩储层微观孔隙结构研究

1.1 酸性火山岩储层微观孔隙结构特征

恒速压汞资料中储层微观孔隙结构特征包括喉道发育特征、孔隙发育特征、孔喉半径比发育特征、孔喉配套发育特征。应用研究区19块恒速压汞分析资料研究孔隙结构特征表明，酸性火山岩储层喉道半径、孔喉半径比等表征孔隙结构特征的参数值变化范围大；表征孔隙结构特征的参数与宏观参数中储层品质指数相关性最好，储层品质指数越大，孔隙结构变好。

1.2 酸性火山岩与砂岩储层孔隙结构对比

应用恒速压汞资料，采用2种方法对比火山岩与砂岩储层的孔隙结构：①在储层孔隙度和渗透率相当的条件下进行孔隙结构对比；②2类储层的孔隙结构总体对比（见表1）。火山岩储层具有喉道半径分布频带宽、半径平均值小，孔隙半径大，孔喉半径比大的特征，孔隙结构更加复杂。火山岩孔隙结构复杂导致了Rt与Sw的物理关系复杂，因而火山岩储层应建立与孔隙结构有关的饱和度解释模型。

2 孔隙结构对岩电实验参数的影响

2.1 火山岩等效电路模型

阿尔奇模型的等效电路为骨架及导电流体的并联电路（见图1），应用欧姆定律可以进行不同饱和度条件下的电阻率推导［11－13］及饱和度模型推导。前人在研究储层饱和度模型时考虑电阻率影响因素，在并联电路中构建了不同的导电支流，但是并未考虑主要导电路径的导电形状。阿尔奇模型等效导电流体支路为柱体圆，而且应用阿尔奇实验数据分析方法解决了常规砂岩储层的饱和度计算［14－16］。火山岩储层由于其孔隙结构复杂，岩电实验中驱替程度较小，直接应用常规的实验数据分析方法难以解决火山岩饱和度计算的问题。火山岩储层的孔喉半径比为一般砂岩储层的2～3倍［17］，在孔隙结构研究及阿尔奇等效电路基础上建立火山岩储层等效电路，并假设火山岩储层等效电路中导电流体的形状近似为N对孔隙与喉道（见图2）。图2中Lw、Aw分别代表电流通过等效孔道的长度和截面积；L、A分别代表岩样的长度和截面积。

表1 火山岩储层与砂岩储层孔隙结构对比表＊

2.2 孔隙结构对胶结指数m的影响

应用网络系统和人造岩心实验研究胶结指数m的变化规律。当大多数毛细管的直径接近于相同时，m值很低；当毛细管的直径互不相同且在很大范围内变化时，m值达到最大［11］。火山岩孔隙结构特征相差极大，m应随孔隙结构的变化而变化。因此，在岩性系数a＝1的情况下建立了m与储层品质指数的关系函数（见图3）。

图3 胶结指数m与储层品质指数IRQ关系图

2.3 孔隙结构对饱和度指数n的影响

2.3.1 孔隙结构对饱和度指数n的影响分析

岩石颗粒的形状对于储层电流的影响也通过Maxwell导电方程得以证实，在导电路径上为孔隙与喉道的对应关系［18－19］。因此，在火山岩储层孔隙结构研究基础上研究孔喉半径比对n的影响具有重要意义。

含水饱和度Sw受孔隙介质中所含水的最大体积（孔隙）控制，而电阻率受孔隙介质中导电路径的最狭窄处（喉道）控制［20－22］。在 Archie公式中，应用不同的n计算的Sw相差较大（见图4）。图4给出了电阻增大率I（I＝Rt／R0）与Sw的关系。从图4可知，在Sw较低处，n对Sw的计算有最大的校正量。例如，当R0／Rt＝0.2、n＝1时，计算Sw＝0.2；当n＝2时，Sw＝0.447，与圆柱形导电路径相比，控制电阻率的孔喉仅需20%的孔隙空间被地层水充满，24.7%的孔隙水对电阻率影响不大。喉道半径及导电路径的复杂程度决定了n的大小。

图4 Sw与I关系图

图5 孔喉半径比对实际导电水体积的影响分析图

2.3.2 孔隙结构对饱和度指数n的影响大小

当储层全含水时，电阻率与孔隙度、孔隙结构及孔隙中导电规律等有关［23］；仅孔喉半径变化时，储层含水孔隙构成的岩石比面无变化，这2个方面均为电阻率影响的主要因素，因此，仅孔喉半径变化对电阻率的影响不大，这也是岩电实验中Sw较大时电阻增大率变化较小的原因之一［23］。研究区水层在孔隙度相同而孔隙结构相差较大的条件下电阻率相差也不大；在Sw较低时，储层电阻率与孔隙结构及小孔隙中导电规律等有关［23］。

在孔隙度与含水饱和度一定时，根据欧姆定律可知，当储层的孔喉半径比增加1倍时，电阻率增加约为4倍。在2类储层喉道大小不同，孔隙度与Sw（Sw＝0.447）相同条件下，对于大喉道储层，在n＝2，R0／Rt＝0.2时，Sw＝0.447；对于小喉道储层，当喉道半径减小1倍即孔喉半径比增加1倍时，R0／Rt≈0.05；由图4可知，在n＝4时，Sw＝0.447；孔喉半径比增加1倍时，n增加1倍。

在孔隙度和渗透率相当条件下，酸性火山岩储层与砂岩储层相比，①孔喉半径比大，则n大；②火山岩储层孔喉半径比一般为砂岩储层2倍或更大，砂岩储层的n一般为1.5～3，则火山岩储层n＞3；③孔喉半径比变化范围大，n应随孔喉半径比的变化而改变。

3 基于孔隙结构的含气饱和度解释模型研究

3.1 电阻增大率函数形式

3.2 饱和度解释模型

通过酸性火山岩储层孔隙结构特征及其对岩电参数的影响研究，采用变化的岩电参数反映孔隙结构变化的方法，即b、m、n和C为变量，建立的基于孔隙结构的含气饱和度解释模型为

式中，F为地层因素，无量纲；I为电阻增大率函数，Ω·m；Sg为目的层含气饱和度，小数；Sw为含水饱和度，小数；φe为储层有效孔隙度，小数；Rw为地层水电阻率，Ω·m；Rt为目的层电阻率，Ω·m；m、a分别为岩石胶结指数、系数，无量纲；n、b分别为饱和指数、系数，无量纲。

3.3 确定参数

研究区岩酸性火山岩岩电实验条件与地层条件基本一致。应用地层因素实验数据，在a＝1的情况下采用统计回归的方法确定m的计算模型。

表2 岩电参数汇总表

采用函数I＝b／＋C对单块岩样岩电实验数据进行拟合（部分样品拟合结果见图8），得到了参数b、n、C的计算模型（见表2）。

根据岩电实验数据分析参数m，b，n，C对Sw计算结果的影响：在变化量相同的情况下，m对Sw计算结果影响最大，b，n次之，C最小；在级差方面，n最大，b、C次之，m最小。

4 应用效果分析

研究区酸性火山岩储层孔隙类型主要为基质孔隙，应用该模型对35口井的酸性火山岩储层进行处理。由于火山岩储层无密闭取心资料，因此将计算的含气饱和度采用下面的方法进行了验证。该区压裂规模均为大型压裂，射孔段上部及下部的有效厚度对于产能均有贡献。在放喷油嘴相近情况下，应用射孔井段上部与下部压开范围内的有效厚度计算采气强度。孔隙度与饱和度的乘积代表了储层单位体积内的含气量，因此，应用该乘积与采气强度的变化趋势是否一致定性判别储层含气饱和度计算的准确性（见图9）。由图9可知一致性较好，在孔隙度、试气段有效厚度相当的储层中研究含气饱和度与储层产能的匹配情况（见表3）。由表3可知匹配较好。2种验证方法均表明该模型适用于该类火山岩储层。

表3 测井计算饱和度与试气情况统计

5 结 论

（1）酸性火山岩储层具有喉道半径分布频带宽、平均值小及单位体积内发育喉道少，孔隙半径分布集中、平均值大，孔喉半径比大的特征，宏观表现为孔隙渗流能力差，孔隙结构更加复杂。微观非均质性主要由喉道控制。

（2）酸性火山岩储层m较大，与储层品质指数相关性最好；n较大，由孔喉半径比控制，一般大于3，与孔喉半径比相关性最好；m和n的变化反映孔隙结构的变化。

（3）针对孔喉半径比大的储层，提出了电阻增大率函数的新形式，指出n在储层Sw较小时对计算结果影响较大，非均值常数C在储层Sw较大时对计算结果影响较大。

（4）在微观孔隙结构对岩电参数影响研究基础上，采用变模型参数的方法反映储层孔隙结构变化，建立了基于孔隙结构储层的饱和度解释模型，并确定了参数的计算模型，将该饱和度计算方法应用于研究区酸性火山岩储层，取得了较好效果。

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