CN111720114A - 一种砂岩油气层的测井饱和度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种砂岩油气层的测井饱和度计算方法，在传统计算模型上根据低阻成因进行修订。本发明阐述形成油(气)层低阻的主要原因是有效孔隙或可动孔隙中少量分布的可动水或束缚水与亲水岩石孔喉内壁水构成的导电网络引起的等效附加导电性以及束缚水本身的导电性，在进行修订之后计算模型或者方法适用于常规电阻率油(气)层和低阻油(气)层饱和度计算，明显提高低阻油(气)层含烃饱和度计算结果。因水层没有附加导电性其视电阻率较真实，而油(气)层可能存在附加导电性其视电阻率会降低，因此新模型适用于这种油(气)层饱和度计算结果低的情况，改善含油(气)饱和度计算结果，成为全世界砂岩油(气)层电阻率计算饱和度模型的标准。

Description

一种砂岩油气层的测井饱和度计算方法

技术领域

本发明属于石油行业领域，更加具体地说，涉及一种砂岩油气层饱和度计算方法，尤其是低电阻率油(气)层测井饱和度计算。

背景技术

对于低阻油(气)层没有严格统一的定义，总的来说，有2种方法来定义低阻油(气)层：一是根据电阻率增大指数，在同一气水系统内油(气)层与纯水层的视电阻率之比小于2，即油(气)层的电阻率增大率小于2；二是根据油(气)层绝对电阻率值(小于 3Ω·m)。

测井饱和度计算中饱和度模型目前很多，而这些模型是针对常规电阻率油(气)层开发的，以电阻率为基础的这些饱和度模型，针对低阻油(气)层就不是完全适用了，原因在于油(气)层低阻主要成因没认识到，模型也没有考虑到，对于同样储层条件下，可动水饱和度小于15％的油(气)层低电阻率，与可动水饱和度100％的水层电阻率相近，目前以电阻率计算饱和度为核心的所有模型，无法解释这个现象。常用测井饱和度模型均以体积模型为基础来研究储层中各部分流体的导电性，当储层为水层或高阻油气层时，这种体积模型描述没有问题，当低阻油(气)层电阻率与水层电阻率相近时，我们没有考虑等效水的体积，没有考虑等效水层导电性与油(气)层导电性共同构成了储层高电导即电阻率低的现实，而是片面去强调某个体积少的部分异常的导电影响，这也是直到现在，没有适合低阻和高阻油气饱和度模型的根本原因，也影响到低阻油(气)层饱和度的计算和储量规模。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种砂岩油气层的测井饱和度计算方法。本发明的计算方法基于油(气)层低阻成因认识，针对油(气)层低阻成因开展了研究，发现了少量可动水或束缚水在油(气)层有效孔隙或可动孔隙中的等效附加导电性，以及束缚水本身的导电性是引起储层电阻率低的根本原因，并因这个等效附加导电性建立了新的饱和度模型。

通过分析多个区块砂岩低阻油(气)层，发现油(气)层产生低阻的有利条件如下：

(1)有效孔隙度高，中大孔发育，孔喉连通性好；

(2)地层水矿化度较高，一般50000ppm以上；

(3)润湿性为亲水，孔喉内壁导电性更高；

(4)少量可动水或束缚水在油(气)层有效孔隙或可动孔隙孔中网状分布。

低阻油(气)层由于储层物性好、孔隙中-大孔径为主，孔隙结构单一，储层连通性较好，曲折度小，形成较好导电通路，少量可动水或束缚水简称少量水，少量水在油(气) 层有效孔隙或可动孔隙中的等效附加导电性以及束缚水本身的导电性是引起储层低阻的主要原因，亲水岩石孔喉内壁水也与少量水一起构成了网状导电网络而增加了附加导电性。在实验中进行等效附加导电性的形成机理测试：实验中少量同样体积的铜团块状分布和网状分布在纯净原油中，测量样本电阻率是不一样的。网状分布情况下，样本整体导电性近似铜自身的导电性；而团块状分布情况下，团块状铜在原油中连通性差，对样本整体导电性影响有限，这个现象说明了导电体的分布状态影响整个可动孔隙流体的导电性；而地层中水的分布状态远比这复杂，亲水岩石孔喉内壁水也增加了这个复杂网络的导电性，导致等效附加导电性可大可小，可有可无，地层为纯水时，等效附加导电性也不存在，因此，等效附加导电性也与可动水饱和度有关，可动水饱和度越高时，等效附加导电性越小。

一种砂岩油气层的测井饱和度计算方法，在传统计算模型公式的后面添加有效孔隙或可动孔隙的等效附加导电性项，等效附加导电性项表示为

或

其中：

Rw—地层水电阻率，Ω.m；

a—与可动流体孔隙有关的岩性系数，无因次；

b—岩性饱和度系数，无因次；

m—可动流体孔隙对应的胶结指数，无因次；

φ—有效孔隙度，v/v；

φ_f—可动流体孔隙度，v/v；

c—附加导电系数，范围0-1，无因次；与水的分布状态以及含水饱和度有关，可利用实验分析含水饱和度资料进行反算，也可利用邻近正常油(气)层电阻率与孔隙度关系反推；

Kp—可动孔隙占有效孔隙比，v/v，即Kp＝φ_f/φ。

在本发明的技术方案中，引入可动孔隙占有效孔隙比Kp来描述复杂孔隙结构，用Kp*φ_f来描述少量束缚水或可动水对整个孔隙的附加导电性影响体积大小；少量水可以是可动水也可以是束缚水，我们要研究的是少量水对有效孔隙的整体或局部的附加导电性即电阻率影响，为此我们把少量束缚水或可动水当作单独一部分考虑，兼顾水的分布状态对储层导电性影响，采用附加导电系数c(范围0-1)来表征少量水的分布状态对储层导电性影响，因孔隙结构、水的孔隙体积及可动水饱和度、水的分布状态等因素影响，这种少量水的等效附加导电性不是总存在，附加导电系数为0时，还是传统的各种饱和度模型，因此修改后的模型适用于砂岩储层任何电阻率情况。

附图说明

图1为传统“三水”模型与“四水”模型对比示意图。

图2为低电阻率气层测井处理成果图。

图3为塔里木轮南58井的分析结果图。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步说明本发明的技术方案。首先针对关于低阻油(气)层饱和度模型进行探讨

在判别为低阻油(气)层后，需开展低阻油(气)层饱和度模型研究；以传统“三水饱和度模型”为例，来说明新的低阻油(气)层饱和度模型。三水模型如下：

式中：

Rt—岩石电阻率，Ω.m；φ_f—可动流体孔隙度，v/v；φ_i—微毛细管孔隙度，v/v；φ_c—粘土孔隙度，v/v；φ—有效孔隙度，v/v；

m—可动流体孔隙对应的胶结指数，无因次；mi—微孔隙对应的胶结指数，无因次；mc—粘土孔隙对应的胶结指数，无因次；

a—与可动流体孔隙有关的岩性系数，无因次；a_i—与微孔隙有关的岩性系数，无因次；

a_c—与粘土孔隙有关的岩性系数，无因次；

b—岩性饱和度系数，无因次；n—饱和度指数，无因次；

Rw—地层水电阻率，Ω.m；Rwi—微孔隙水电阻率，Ω.m；Rwc—粘土水电阻率，Ω.m；

Swf—可动流体孔隙空间的含水饱和度，v/v；Sw—有效孔隙空间的含水饱和度，v/v；

根据以上传统“三水”模型，束缚水或可动水作为独立部分单独影响储层电阻率；根据低阻油(气)层实际资料推算少量束缚水或可动水占孔体积小，导电性差，对储层电阻率降低影响不大；此外，如果同样低阻油(气)层条件充满水时，地层一样为低阻，如何利用“三水”模型来表示呢，显然小孔和泥质对储层导电性影响一样，而可动水饱和度小于15％的低阻油(气)层与可动水饱和度100％的水层电阻率相近，显然在低阻油 (气)层可动孔隙中存在附加导电性，这是影响储层电阻率降低的主要原因，与前面分析的等效附加导电性的存在也是一致的。在低阻油(气)层中出现了少量水引起的低阻现象，说明少量束缚水或可动水的影响不仅局限于小孔隙，因孔隙结构的改善，亲水岩石孔喉内壁水也增加了少量水的导电性，导致少量水可参与整个可动孔隙或部分可动孔隙的导电，即：

在孔隙结构好，储层连通性较好，曲折度小，形成较好导电通路，少量束缚水或可动水可对整个可动孔隙或有效孔隙体积起作用导致储层整体电阻率降低。

在储层孔隙结构变差即小孔比例逐渐增多时，少量束缚水或可动水参与部分可动孔隙或有效孔隙体积导电可导致储层电阻率有限降低。

在孔隙结构差，完全小孔束缚水情况下，大量束缚水也可导致储层电阻率明显降低。

根据这个现象，引入可动孔隙占有效孔隙比Kp来描述复杂孔隙结构，用Kp*φ_f来描述少量束缚水或可动水对整个孔隙的附加导电性影响体积大小；少量水可以是可动水也可以是束缚水，我们要研究的是少量水对有效孔隙的整体或局部的附加导电性即电阻率影响，为此我们把少量束缚水或可动水当作单独一部分考虑，兼顾水的分布状态对储层导电性影响，我们用附加导电系数c(范围0-1)来表征少量水的分布状态对储层导电性影响，这样形成了“四水”模型(式3和式4)；传统“三水”模型与“四水”模型对比示意图(如附图1)。

式中：Kp—可动孔隙占有效孔隙比，v/v，即：Kp＝φ_f/φ(式5)；c—附加导电系数，储层经验系数，0-1，与水的分布状态以及含水饱和度有关，可利用实验分析含水饱和度资料反算，也可利用邻近正常油(气)层电阻率与孔隙度关系反推。

上述饱和度公式说明了少量水可引起电阻率较大幅度降低，随着束缚水增大，储层电阻率也会显著下降，并依据不同孔隙结构，储层电阻率降低不一样；储层完全为水层时，也不存在附加导电性，而且随着可动水饱和度Swf增大，等效附加导电性减弱，这也是本文论述的少量水在可动孔隙中的等效附加导电性与传统论述的附加导电性概念不一样的地方，也是油(气)层产生低阻的主要原因之一。同样，由于水的分布状态并不总是支持“四水”电阻率并联结果，因此“四水”模型适用储层情况有限。

同理，当常规油(气)储层主要表现为粘土束缚水引起的低阻时，储层中少量水可以是可动水也可以是粘土束缚水，针对泥质砂岩的“双水”模型，由于Swf与Sw成正比关系，只是油气层Swf一般比Sw小很多，考虑到还有导电系数c的影响，因此我们可以不考虑Swf那么精确，而以Sw替代，而且常规储层有效孔隙度大，孔隙结构不复杂，不需要专门计算总孔隙度，这时直接令Kp＝1，考虑附加导电性后，公式修改为

式中：Qv—泥质砂岩的阳离子交换容量，mmol/cm³；φ_tsh—100％泥岩孔隙度，v/v。

针对沃克斯曼-史密斯(Waxman-Smits)模型，虽然不是根据粘土体积而是根据粘土阳离子交换能力来影响导电性，但这种影响还是局限在泥质部分，粘土阳离子交换能力同粘土表面积成正比，而模型本身就无法解释泥岩水的电导率同理论数据之间的出现的偏差，即泥岩水的电导率必然大于低阻油(气)层可动水的电导率才会产生阳离子交换，而实际情况并非如此。因此沃克斯曼-史密斯考虑少量水的等效附加导电性以后改进的模型还是可表示为：

式中：m^*—Waxman-Smits胶结指数，无因次；n^*—Waxman-Smits饱和度指数，无因次。

针对印尼公式，该公式考虑了泥质含量和泥质电阻率影响，这样考虑少量水的等效附加导电性以后改进的模型可表示为：

式中：Vsh—泥质含量，v/v；Rsh—泥质电阻率，Ω.m。

针对西门杜公式，同印尼公式一样，考虑少量水的等效附加导电性以后改进的模型可表示为：

同样针对常用的阿尔奇模型，由于低阻油(气)层含水饱和度50％与水层含水饱和度100％时电阻率相近，这时也需要考虑少量水在有效孔隙中的附加导电性，同上述改进的印尼公式一样，改进后的阿尔奇公式可表示为：

综上所述，新研究的饱和度模型，是在原来所有饱和度模型基础上，新增加了有效孔隙或可动孔隙的等效附加导电性，当原来模型用电导率方式表达时，这种等效附加导电性项可表示为

或

因孔隙结构、水的孔隙体积及可动水饱和度、水的分布状态等因素影响，这种少量水的等效附加导电性不是总存在，附加导电系数为0 时，还是传统的各种饱和度模型，因此修改后的模型适用于砂岩储层任何电阻率情况。即使部分油(气)层低阻成因是侵入影响造成，即侵入部分可动孔隙或有效孔隙增加的导电性，也一样可用前述等效附加导电性项表示，侵入的程度还是由等效附加导电系数c 来表示。新模型在原有通用模型基础上都增加了一水，为了区别已有模型，新模型名称结合本研究者姓名后自取，常用饱和度模型与本研究改进后的模型对比表(如表1)。

表1常用饱和度模型与新模型对比一览表

式中：

Rt—岩石电阻率，Ω.m；

φ_f—可动流体孔隙度，v/v；

φ_i—微毛细管孔隙度，v/v；

φ_c—粘土孔隙度，v/v；

φ—有效孔隙度，v/v；

φ_t—总孔隙度，v/v；

φ_tsh—100％泥岩孔隙度，v/v；

m—可动流体孔隙对应的胶结指数，无因次；

mi—微孔隙对应的胶结指数，无因次；

mc—粘土孔隙对应的胶结指数，无因次；

m^*—Waxman-Smits胶结指数，无因次；

a—与可动流体孔隙有关的岩性系数，无因次；

ai—与微孔隙有关的岩性系数，无因次；

ac—与粘土孔隙有关的岩性系数，无因次；

b—岩性饱和度系数，无因次；

n—饱和度指数，无因次；

n^*—Waxman-Smits饱和度指数，无因次

B—交换阳离子的当量电导率，S·cm³/(mmol·m)

Rw—地层水电阻率，Ω.m；

Rwi—微孔隙水电阻率，Ω.m；

Rwc—粘土水电阻率，Ω.m；

Swf—可动流体孔隙空间的含水饱和度，v/v；

Sw—有效孔隙空间的含水饱和度，v/v；

Q_v—泥质砂岩的阳离子交换容量，mmol/cm³

c—储层附加导电性系数，经验值，0-1，无因次；

Kp—可动孔隙度占有效孔隙度比，v/v。

针对石油行业普遍采用的各种阿尔奇公式加上等效附加导电性后，在定性识别或测试证实为低阻油(气)层的情况下，利用新的饱和度模型(式11)可用于常规电阻率和低电阻率油(气)层全井段饱和度的计算；针对泥质含量较高的低电阻率和常规电阻率油(气)层常用的也可利用“双水”类模型，在考虑等效附加导电性后，也可用改进的新“三水”模型用于全井段测井饱和度处理，处理过程中恢复的气层电阻率也同时显示。上述考虑了等效附加导电性后的模型适用于中国乃至世界上砂岩油(气)层高、低电阻率储层饱和度计算，并提高低阻油(气)层含油(气)饱和度计算结果。

如附图2所示，气层处中子-密度交会“镜像”在孔隙较大处明显增大，说明该层含气性好，解释为气层；该气层由上至下电阻率都不高，而且电阻率随深度增大明显下降，但深浅电阻率差异明显，说明该层可动孔隙发育，孔隙结构好，渗透性较好；采用常规阿尔奇公式处理含水饱和度(SWOLD)平均值59.3％，含水饱和度明显较高；在不改变饱和度参数a、m、b、n、RW情况下，采用本发明适用低阻的阿尔奇-金模型，处理含水饱和度SW平均值39.2％，含水饱和度明显降低，且与实验分析回归的束缚水饱和度SWI 吻合较好；通过本模型反算的气层电阻率RTG比原始视电阻率M2RX高许多，且孔隙度高的地方，电阻率变化更大，与致密气层中物性决定含气性一致；图中计算泥质含量 Vsh很低，无论用常用的印尼公式还是“双水”模型，都不能说明少量泥质引起气层电阻率下降。

由于水的分布状态无法确定，公式中附加导电性系数c是地区的储层经验系数。实践中可通过邻井含水饱和度实验分析资料反算来确定，对于新区没有开展实验分析的资料，可以利用邻近层正常电阻率与孔隙度资料关系推导确定。对于致密砂岩复杂孔隙结构的砂层，计算了可动孔隙度和有效孔隙度，等效附加导电性表示为

对于常规孔隙结构砂岩储层，孔隙结构不复杂，只计算了有效孔隙度，这时可令Kp＝1，等效附加导电性可表示为

附加导电系数c(范围0-1)是用来表征少量水的含量和分布状态对储层导电性影响。实际过程中如果邻井有实验分析含水饱和度资料，利用已经认识的模型可以反算，但这个反算结果还是1个深度点的值，所以最好有多深度点分析结果为好。对于新区没有开展实验分析的资料，那就如地层水电阻率确定一样(利用邻近水层确定)，我们可以利用邻近正常电阻率油(气)层来确定校正系数，即储层电阻率越高，c越小，反之，c越高。比如塔里木轮南58井，(资料来源参考文献[6]P48)，利用电阻率RT反形状推算，计算 AP＝(RTmx-RT)/(RTmx-RTmn)，然后再乘以常数来确定C，图3中饱和度包括了四种方法处理结果，即阿尔奇(曲线1)、阿尔奇-金(曲线2)、印尼-金(曲线3)和新三水 (曲线4)计算的饱和度，后续还可加其他模型。图中孔隙度高的地方，含水饱和度变化更大(sw更小)，与油气层中物性决定含油气性一致，也就是说c常数是地区储层经验系数。

在本发明中各个公式和参数可根据如下参考文献进行查询或者计算。

[1]孙建孟.测井饱和度解释模型发展及分析[D].石油勘探与开发，2008,35(1)：101-107

[2]欧阳健等.测井低对比度油层成因机理与评价方法,石油工业出版社，2009

[3]低阻油气藏测井识别评价方法与技术，石油工业出版社，2006.7

[4]曾文冲.油气藏储集层测井评价技术，石油工业出版社，1991.10

[5]莫修文等.三水导电模型及其在低阻储层解释中的应用,长春科技大学学报，2001,31(1)

[6]杨波.塔里木盆地JLK油气藏特征及低阻成因研究,长安大学硕士论文，2013

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种砂岩油气层的测井饱和度计算方法，其特征在于，在传统计算模型公式的后面添加有效孔隙或可动孔隙的等效附加导电性项，等效附加导电性项表示为

或

其中：

Rw—地层水电阻率，Ω.m；

a—与可动流体孔隙有关的岩性系数，无因次；

b—岩性饱和度系数，无因次；

m—可动流体孔隙对应的胶结指数，无因次；

φ—有效孔隙度，v/v；

φ_f—可动流体孔隙度，v/v；

c—附加导电系数，范围0-1，无因次；

Kp—可动孔隙占有效孔隙比，v/v，即Kp＝φ_f/φ。

2.根据权利要求1所述的一种砂岩油气层的测井饱和度计算方法，其特征在于，附加导电系数c与水的分布状态以及含水饱和度有关，可利用实验分析含水饱和度资料反算，也可利用邻近正常油(气)层电阻率与孔隙度关系反推。

3.根据权利要求1或者2所述的一种砂岩油气层的测井饱和度计算方法，其特征在于，阿尔奇公式修改为阿尔奇-金公式

4.根据权利要求1或者2所述的一种砂岩油气层的测井饱和度计算方法，其特征在于，印尼公式修改为印尼—金公式

5.根据权利要求1或者2所述的一种砂岩油气层的测井饱和度计算方法，其特征在于，西门杜公式修改为西门杜—金公式

6.根据权利要求1或者2所述的一种砂岩油气层的测井饱和度计算方法，其特征在于，双水模型修改为新三水模型

7.根据权利要求1或者2所述的一种砂岩油气层的测井饱和度计算方法，其特征在于，沃克斯曼-史密斯模型修改为沃克斯曼-史密斯-金模型

8.根据权利要求1或者2所述的一种砂岩油气层的测井饱和度计算方法，其特征在于，三水模型修改为四水模型

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