合川地區(qū)低孔低滲砂巖儲層含水飽和度的評價方法

摘 要

摘要：合川地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組二段氣藏屬低孔低滲氣藏，其儲層孔喉結構復雜，造成了含水飽和度計算不準的問題。為此，研究了儲層巖性、物性、孔喉結構和地層水特征對含水飽和度的
摘要：合川地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組二段氣藏屬低孔低滲氣藏，其儲層孔喉結構復雜，造成了含水飽和度計算不準的問題。為此，研究了儲層巖性、物性、孔喉結構和地層水特征對含水飽和度的影響，認為儲層特征致使含水飽和度復雜多變，增加了儲層含水飽和度的定量評價難度；以測井地質應用技術為指導，用核磁共振測井資料檢驗所求取的含水飽和度精度，探討了Archie公式、Simandoux公式和印度尼西亞公式所建立的3種含水飽和度模型在合川地區(qū)復雜地質條件下的應用效果和影響因素。實踐表明：Simandoux公式的解釋結果與核磁測井含水飽和度值誤差在-6.1%～2.6%，更加適合于研究區(qū)復雜地質條件下泥質砂巖含水飽和度的求取，為該區(qū)低孔低滲砂巖氣藏勘探開發(fā)提供了技術支持；在沒有適合于所有儲層的含水飽和度模型情況下，油氣田勘探開發(fā)時盡可能結合油氣藏的儲層特征多選用幾種含水飽和度模型進行試算與分析，然后選取其中最適合的來應用。
關鍵詞：四川盆地；中；晚三疊世；儲集層；孔喉結構；含水飽和度；核磁測井；評價
    準確計算含水飽和度是低孔低滲儲層定量評價的難題之一。目前，泥質砂巖儲層中根據(jù)泥質分布形式建立的含水飽和度模型有30多種，廣泛用于泥質砂巖含水飽和度公式大多采用體積模型與電阻并聯(lián)及Archie公式，并作不同假設，都帶有經驗性[1]。對不同地區(qū)、不同儲層特征、不同地層水條件下若不加以研究會使求取的含水飽和度誤差很大。合川地區(qū)須二段氣藏儲層屬低孔低滲，孔喉結構復雜、地層水礦化度高、束縛水飽和度高等特征，導致儲層含水飽和度定量評價困難，而目前又沒有完全適用于各種儲層的含水飽和度模型，出現(xiàn)儲量計算不準、氣水分布認識不清、流體性質判別符合率低和產能預測困難等難題[2～3]。研究適用研究區(qū)復雜地質條件下的含水飽和度解釋模型，提高含水飽和度解釋精度成為當務之急，能為川中地區(qū)低孔滲砂巖氣藏勘探開發(fā)提供有力支持。
1 儲層特征
1.1 巖性特征
    合川地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組二段儲層薄片鑒定表明，儲集巖巖性以砂巖和長石巖屑砂巖為主，填隙物為黏土質等雜基和綠泥石、鈣質、硅質等膠結物，粒度分析資料顯示儲層段的巖石顆粒以細砂為主，平均含量在55%以上，最大達87%；次為中砂，少量粉砂巖。分析表明儲集巖顆粒偏細，比表面積較大，吸附地層水的能力強，將使儲層含水飽和度復雜化。
1.2 物性特征
    須二段儲集巖孔隙類型以殘余粒間孔、粒間溶孔和粒內溶孔為主，次為雜基孔和微裂縫等；儲層類型主要為孔隙型，少量孔隙-裂縫型。12口井865個巖樣分析表明，孔隙度分布在0.15%～16.54%，孔隙度小于6%的樣品數(shù)占51.2%；滲透率主要分布在0.01～1mD，平均為0.4065mD，小于0.1mD的樣品數(shù)占75.61%以上。說明須二段儲層屬低孔低滲或特低孔特低滲儲層，儲層微孔、小孔與低滲并存發(fā)育，將會導致含水飽和度增加。
1.3 孔喉結構特征
    研究區(qū)喉道類型以管狀、片狀喉道為主，少量縮小型或縮頸型喉道，壓汞資料表明：孔喉半徑為0.0037～25.309μm，峰值在0.0624～9.9546μm。對毛細管壓力曲線進行“J”函數(shù)和Bessel函數(shù)處理，發(fā)現(xiàn)對滲透率起主要貢獻的孔喉集中在0.062 4～1.6443μm(圖1)?？缀斫Y構呈雙峰特征，儲層段大于0.0995μm的喉道對滲透率的貢獻在90%以上，為主要滲流孔隙系統(tǒng)(右峰)；小于0.0995μm的喉道滲透能力差，對滲透率幾乎無貢獻，孔喉中的流體不可動，被高達40%的束縛水占據(jù)，為微孔隙系統(tǒng)(左峰)?？傮w來說，研究區(qū)孔喉結構復雜，孔喉半徑小且分布不均，以微孔、小孔為主，儲層非均質性強，必然導致孔喉彎曲度大、滲透率低、排替壓力大，儲層含水飽和度復雜多變。
 

1.4 地層水特征
    研究區(qū)地層水礦化度極高，在12.4×104～23.5×104mg/L，平均為18.3×104mg/L。測定水膜厚度大，為0.0734μm和0.0742μm，是普通油氣層水膜厚度的2倍，水膜厚度增大將導致束縛水飽和度變化，對含水飽和度的定量評價有很大影響。氣水相滲實驗表明束縛水飽和度在34.2%～65.3%之間變化，核磁測井、壓汞分析也都證實儲層束縛水含量高、變化大，說明低孔低滲、復雜孔喉結構儲層的含水飽和度復雜多變。
    總之，合川地區(qū)須二段儲層巖性細，比表面積大；儲層物性差，呈低孔滲或特低孔滲特征；孔喉結構呈雙峰特征，孔喉半徑小且分布不均，小孔、微孔所占比例大；儲層水膜厚度大，礦化度極高，儲層含水飽和度也高，這些特征使儲層含水飽和度復雜多變。
2 含水飽和度解釋方法
    低孔低滲油氣層的含水飽和度定量評價難度很大[4～5]，由于各種飽和度模型都是在一定條件下適用于一種或幾種油氣層飽和度的計算，而不是適用于所有油氣層的飽和度計算。因此，應結合研究區(qū)地質特征選用多個模型進行試算并分析，選用最合適的應用。當前，合川地區(qū)含水飽和度模型多選用Archie公式，存在儲量計算不準、氣水分布認識不清、流體性質判別符合率低和產能預測困難等問題。因此，筆者在綜合分析研究區(qū)儲層特征、巖電實驗、地層水等基礎上，對Archie公式、印度尼西亞公式和Simandoux公式進行分析研究，探討適合研究區(qū)低孔低滲、復雜孔喉結構儲層的含水飽和度模型。
2.1 Archie公式
    1942年，Archie根據(jù)前人和他本人的研究數(shù)據(jù)，得出純砂巖在地層水礦化不太低的情況下全含水和部分含水時的導電規(guī)律，提出以純砂巖為基礎的導電模型，建立適用于純砂巖油氣層的巖石含水飽和度公式。即
 
式中Sw為含水飽和度；a、b分別為巖性系數(shù)；m為孔隙度指數(shù)；行為飽和度指數(shù)；Rw為地層水電阻率，Ω·m，Rt為巖石電阻率，Ω·m；φe為有效孔隙度。
2.2 Simandoux公式
    考慮泥質對巖石電阻率的影響，1983年法國Simandoux對砂和黏土組成的人工介質作了廣泛的實驗研究，得出泥質砂巖電導率關系式。該式是混合泥質砂巖模型[1]，是一種反映含分散泥質的巖石導電性模型。即
 
式中Vcl為泥質體積；Rcl為泥質電阻率，Ω·m。
2.3 印度尼西亞公式
    1971年，Poupon等人在印度尼西亞地層評價中認為Simandoux公式在地層水礦化度較高的地區(qū)應用效果較好，而在地層水礦化度較低的印度尼西亞地區(qū)應用效果不夠好。在Simandoux公式基礎上，發(fā)展了適應于印度尼西亞地區(qū)泥質含量較高、地層水礦化度較低地層的印度尼西亞公式。即
 
3 模型應用及效果分析
    圖2第9道Sw1、Sw2、Sw3是用3種含水飽和度模型和相同的處理參數(shù)對合川某井計算的含水飽和度結果，3者差異較大，其準確性需要加以分析和檢驗。合川地區(qū)沒有油基鉆井液取心資料和密閉取心資料，水基鉆井液取心巖樣的含水飽和度在70%以上，與實際相差甚大。核磁測井能夠提供可靠的儲層含水飽和度參數(shù)[6～8]，且不受巖性的影響。因此，利用核磁測井資料檢驗所求含水飽和度的準確性。

3.1 Archie公式應用及效果分析
    Archie公式計算的含水飽和度Sw1與核磁測井含水飽和度Swe相比，誤差在-13%～4.4%，平均為-8.32%。在孔隙度較高(大于10%)、泥質含量較低的相對純砂巖層段，計算的Sw1與Swe結果十分接近(圖2中4號儲層)；而在孔隙度較低、泥質含量相對高的儲層段計算結果偏小(圖2中1、3號儲層)。由此可見，Archie公式適用于泥質含量低、中高孔隙度且孔隙相對均勻的較純凈砂巖油氣層。
    孫建國[9]研究認為Archie公式適用于不含泥質、具有均勻且較高孔隙度的純砂巖地層。研究區(qū)屬低孔低滲儲層，泥質含量穩(wěn)定在25%以下，儲層均含泥質，純砂巖儲層很少，因此對含泥質儲層段Archie公式計算的Sw與實際不符，出現(xiàn)偏小現(xiàn)象。分析發(fā)現(xiàn)研究區(qū)砂巖顆粒以細砂為主，儲層孔隙度低、滲透率差，孔喉結構復雜，儲層非均質性較強，出現(xiàn)儲層巖電參數(shù)偏離常規(guī)砂巖的巖電參數(shù)現(xiàn)象，測量的巖電實驗參數(shù)分布范圍較大：巖性系數(shù)(a)為1.01～2.22，膠結指數(shù)(m)為1.32～1.58，平均1.48，比常規(guī)砂巖儲層偏小，系數(shù)b為0.78～1.64，飽和度指數(shù)(n)值為1.56～4.44，變化范圍大。巖電參數(shù)的變化反映了孔喉結構復雜和非均質性強，與Archie公式的假設條件不符(相對均勻孔隙)，用Archie公式計算Sw時將與實際情況不符。巖電參數(shù)的大范圍變化使處理參數(shù)的選擇范圍變大，增加了對含水飽和度計算結果的人為影響，必然造成較大誤差。因此，Archie公式在該區(qū)低孔低滲、復雜油氣儲層中不宜直接使用。
3.2 Simandoux公式應用及效果分析
    Simandoux公式計算含水飽和度Sw2與核磁測井含水飽和度Sw2基本相等(圖2中1～4號儲層)，二者誤差很小，在-6.1%～2.6%，平均為0.98%。中高孔隙度儲層計算Sw2與Swe曲線重疊(圖2中3、4號儲層)；低孔隙度儲層計算Sw2與Swe相比有較小誤差，最大誤差僅6%，仍能滿足生產實際要求。
    研究區(qū)巖性較細，黏土以分散形式分布于地層中，Simandoux公式的推導是不考慮黏土或泥質具體分布形式，并假設泥質與純砂巖一樣含有油、氣、水，這與實際更相符。這樣處理將會共同校正泥質含量和砂巖電阻率變化的影響，能夠消除因砂巖儲層物性差、孔喉結構復雜和地層水礦化度高等因素帶來的影響。計算過程中，Simandoux公式也沒有用到研究區(qū)變化范圍較大的巖電參數(shù)b、m，減小了人為干預。因此，用Simandoux公式對研究區(qū)砂泥巖油氣層進行含水飽和度處理是合乎情理的，實際應用證明，處理結果更符合實際。
3.3 印度尼西亞公式應用及效果分析
印度尼西亞公式計算含水飽和度Sw3與核磁測井含水飽和度Swe相比，結果偏大(圖2中1、2號儲層)，與Swe相比誤差在0.8%～16.4%，平均為7.71%。圖2中1、2號儲層段受泥質含量和孔隙度的影響計算Sw3與Swe相比誤差較大，最高達16.8%；而3、4號儲層由于巖性純、孔隙度高計算結果與核磁測井含水飽和度基本相符。
印度尼西亞公式適用于地層水礦化度較低(小于3×104mg/L)的地區(qū)[1]，而研究區(qū)地層水礦化度較高，不適應該地區(qū)。分析發(fā)現(xiàn)，對巖性純、孔隙度高的儲層印度尼西亞公式計算結果較好(圖2中3、4號儲層)，這是由于該公式是對Simandoux公式的變形，對泥質部分和純砂巖部分進行了修改，改變二者的導電性使其適應于低礦化地層水的情況，不適用于研究區(qū)的高礦化度地層水地層。研究區(qū)儲層孔喉結構復雜，印度尼西亞公式沒有用到能夠表征低孔滲儲層孔喉結構特征的膠結指數(shù)m，加之泥質含量與地層電阻率的變化，使計算結果與實際情況出現(xiàn)較大誤差。因此，用印度尼西亞公式計算的Sw3受泥質和地層電阻率影響較大，在泥質含量高、孔隙度較低的層段將會使解釋的含水飽和度增大(圖2中1、2號儲層)。
4 結論
1) 合川地區(qū)須二段儲層儲集巖顆粒細，比表面積大；儲層物性差，屬低孔低滲儲層；孔喉結構復雜，呈雙峰特征，孔喉半徑小且分布不均，以微孔、小孔為主；地層水礦化度高，水膜厚度大。使儲層含水飽和度復雜多變。
2) 針對研究區(qū)儲層含水飽和度帶來的諸多問題，在儲層特征研究基礎上，對Archie公式、Simandoux公式和印度尼西亞公式進行探討。以核磁共振測井資料檢驗3種含水飽和度模型在合川地區(qū)的適應性，實踐證明：Archie公式計算的含水飽和度偏小，印度尼西亞公式計算的含水飽和度偏大，Simandoux公式解釋結果與核磁測井含水飽和度最接近，誤差在-6.1%～2.6%，適合研究區(qū)復雜地質條件下泥質砂巖含水飽和度的求取。
3) 目前，由于孔喉結構、泥質及孔隙流體之間相互作用的導電機理認識不清，“三低”儲層各種成因作用機理研究不夠深入，導致各種含水飽和度模型都缺乏嚴密性，并沒有一個通用的含水飽和度物理模型能夠適合于所有儲層。因此，油氣田勘探開發(fā)時應結合油氣藏的具體儲層特征盡可能多選幾種含水飽和度方法進行試算和分析，然后選擇最適合的應用。
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(本文作者：姚軍朋 司馬立強 西南石油大學資源與環(huán)境學院)