渤海海域C油田孔隙结构特征及其对油层电阻率的影响

2022-12-05王飞腾侯东梅李彦来刘博伟

西安石油大学学报（自然科学版） 2022年6期

王飞腾，侯东梅，李彦来，权勃，刘博伟

（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459）

引言

历经多年勘探开发，渤海湾盆地探明程度相对较高［1］，急需寻求潜在接替资源，渤海海域低阻油层的发现为此提供了条件［2-3］，相应研究受到广泛关注。低阻油层的形成受孔隙结构、黏土矿物、束缚水、润湿性、沉积环境、泥浆侵入等多种因素影响［4-7］，其中，孔隙结构通过控制地层水的赋存状态影响油层电阻率［8-10］，具有重要的研究价值。因此，选取渤海海域C油田岩心样品，采用孔隙度测定、渗透率测定、压汞分析、核磁共振分析和薄片观察等方法，探讨不同电阻率地层孔隙结构特征，在此基础上，明确孔隙结构对油层电阻率的影响机理，为后期低阻油层高效开发提供依据。

1 研究区概况

C油田位于渤海海域西部，为发育于沙垒田凸起背景上的断裂背斜。沙垒田凸起呈东西走向，四周被歧口、沙南、渤中和南堡等生油凹陷所环绕，具备较好的油气成藏条件。自古生代以来，该凸起长期处于继承性抬升状态，至早第三纪晚期开始下沉，在凸起边缘接受东营组三角洲相沉积，至东营组后期，凸起中心一度抬升成陆，至晚第三纪，凸起整体沉降，大面积接受馆陶组和明化镇组河流相沉积。本次研究主要针对馆陶组辫状河沉积，油藏类型主要为底水油藏。

本次研究层位为馆陶组的馆三上段和馆三下段（图1）。馆三上段地层整体发育3期次河道沉积，测井曲线包含钟型、漏斗型、箱型、复合型，油层电阻率分布范围为1．7～5．1Ω·m，单井产能相对较低。馆三下段地层发育辫状河沉积，测井曲线以箱型为主，含油层系主要分布于大套砂岩顶部，油层电阻率分布范围为5．3～16．5Ω·m，单井产能相对较高。

图1 研究区馆三上段和馆三下段地层剖面Fig．1 Cross-section of N1 gⅢ formation in the study area

2 实验样品与方法

本文分别选取馆三上段和馆三下段岩心样品，进行孔隙度测定、渗透率测定、核磁共振分析、薄片观察和压汞分析，进而探讨不同层段孔隙结构特征。

2．1 孔隙度和渗透率测定

根据净上覆岩压下的波义耳定律和非稳态流达西定律进行覆压孔渗测试［11］，测试过程参照SY／T 6385—2016《覆压下岩石孔隙度和渗透率测定方法》标准。详细步骤如下所示：（1）将岩样除油、盐后，烘干待测；（2）根据岩样长度和直径，计算岩样总体积Vt；（3）用氦气给岩心样品加压并使压力稳定，让氦气扩散进已知的岩心体积里，再次等待压力稳定，根据最初和最终的压力用波义尔定律计算出岩心孔隙体积；（4）用氦气充满已知体积的岩心室，然后将氦气由岩心样品排放到大气里。检测下降的室压与时间，在给定的时间内测定经由岩心样品的气体流速和压力降，根据测量结果确定样品的等效空气渗透率、克氏渗透率、滑脱系数以及α和β紊流因子。

2．2 压汞分析

通过烘箱将样品除去水分，测定不同压力下干燥样品的进汞量和退汞量，分别通过Young-Dupre方程［12］、Washburn方程［13］求取样品比表面积和孔体积，进而确定孔径分布特征。

2．3 核磁共振分析

利用MacroMR12-110H-1型号核磁共振成像岩心驱替系统测量岩石中流体的氢原子核在磁场中共振产生的信号特征，根据氢原子在低场条件下衰减与弛豫时间的关系，通过数学反演快速获得岩样的 T2截止值［14-15］，测试过程参照 SY／T 6490—2014《岩样核磁共振参数实验室测量规范》标准。

2．4 薄片观察

通过岩石薄片对样品孔喉结构进行观察［16］。对实验样品进行液氮冷钻、聚四氟乙烯塑料包封、抽提除油操作，通过铸体仪对岩样孔隙进行有色环氧树脂胶铸体制作，将制作后的样品精磨至0．03 mm，其过程参照 SY／T 5913—2004《岩心制片方法》和SY／T 5368—2016《岩石薄片鉴定》标准。

3 孔隙结构与油层电阻率的关系

馆三上段油层电阻率分布范围为1．7～5．1 Ω·m，馆三下段油层电阻率分布范围为5．3～16．5 Ω·m，两者差异巨大。分析不同电阻率地层的孔隙结构差异，探讨孔隙结构对电阻率的影响，对低阻油层成因分析具有重要意义。

3．1 孔渗关系

馆三上段、下段地层平均孔隙度分别为26．9%和31．4%，平均渗透率分别为 212．6×10-3μm2和647．9×10-3μm2（图2），孔渗相关关系分别为0．56和0．76（图3）。馆三上段地层孔隙度、渗透率和孔渗相关性明显低于馆三下段地层，可导致油层电阻率低。馆三上段地层渗透率随孔隙度增加的趋势明显低于馆三下段地层，进行孔渗分析时需区别对待。

图2 不同地层样品孔渗分布Fig．2 Porosity and permeability distribution of samples from different formations

图3 不同地层样品的孔渗关系Fig．3 Relationships between porosity and permeability of samp les from different formations

3．2 孔径分布

通过高压压汞对馆三上段、馆三下段地层孔径和渗透率分布范围进行分析。馆三上段地层孔径中值普遍小于2μm（图4），孔径分布广，在0．004～16．000μm均有发育，主要分布于6～10μm，渗透率主要由6～16μm孔径的孔隙贡献（图5）；馆三下段地层孔径中值分布范围为3～9μm（图4），孔径主要分布于2．5～16μm，渗透率主要由10～25μm孔径的孔隙贡献（图6）。与正常油层相比，低阻油层孔径中值更低，微孔隙相对发育，正常电阻率油层大孔隙分布相对均匀。

图4 基于高压压汞的孔径中值分析Fig．4 Median pore diameter analysis based on high pressuremercury intrusion

图5 馆三上段地层样品孔径分布Fig．5 Pore size distribution of the upper N1 gⅢ formation

图6 馆三下段地层样品孔径分布Fig．6 Pore size distribution of the lower N1 gⅢ formation

在此基础上，依据核磁共振T2谱横向弛豫时间对孔隙类型进行识别，判断储层孔隙分布特征，测量过程中，认为短驰豫时间代表微孔隙和中孔隙，长弛豫时间代表大孔隙和裂缝［17-19］。

分别选取馆三上段和馆三下段地层样品进行核磁共振分析，结果表明，普遍存在3种类型的核磁T2谱形态。

第1种类型表现为T2谱单峰特征（图7），主峰分布于1～10 ms，表明储集空间以微孔隙为主，孔径较小，比表面积较大，对水分子具有较强的吸附性，从而降低油层电阻率。

图7 低阻油层样品T2谱分布特征（R t＝2．0Ω·m）Fig．7 T2 spectral distribution characteristics of low resistivity reservoir samp le（R t＝2．0Ω·m）

第2种类型表现为T2谱左高右低双峰特征（图8）。其中，左峰峰值较高，分布于1～10 ms，右峰峰值较低，分布于10～100 ms，表明微孔隙和大孔隙均存在，且微孔隙更为发育，该类储集空间孔隙分布不均匀，导致非均质性强、连通性差，束缚水饱和度高，油层电阻率低。上述类型储集空间主要发育于馆三上段地层，是导致低阻油层发育的主要因素之一，相比之下，呈T2谱单峰特征的油层电阻率相对更低，表明微孔隙对电阻率的降低作用更为显著。

图8 低阻油层样品T2谱分布特征（R t＝3．3Ω·m）Fig．8 T2 spectral distribution characteristics of low resistivity reservoir sam p le（R t＝3．3Ω·m）

第3种类型表现为离心前T2谱主峰分布于50～500 ms，离心后 T2谱主峰分布于 5～50 ms（图9），表明孔隙孔径较大，且离心时流体易于从孔隙中分离出来，因此，孔隙连通性较好，束缚水饱和度低，导致油层电阻率高。该类储集空间主要发育于馆三下段地层，其油层电阻率相对较高。

图9 正常电阻率油层T2谱分布特征（R t＝14．4Ω·m）Fig．9 T2 spectral distribution characteristics of normal resistivity reservoir samp le（R t＝14．4Ω·m）

3．3 孔喉特征

铸体薄片鉴定是岩石矿物学分析手段之一，主要提供岩石矿物成分、产状以及储集空间类型等参数［20］。本次研究中，分别选取馆三上段和馆三下段地层不同电阻率样品进行铸体薄片观察。当电阻率较低时，主要发育片状喉道和缩颈型喉道，接触类型为线接触，孔喉结构复杂，连通性较差（图10），导致束缚水含量高，从而降低油层电阻率。随着电阻率的增大，喉道类型逐渐由片状喉道转变为溶蚀孔和原生孔，接触类型逐渐由线接触转变为点接触（图11、图12），孔隙连通性较好，从而油层电阻率相对较高。