低渗透率气藏岩石电性参数特征及影响因素

王宪刚,任晓娟,张宁生,缪飞飞

(1.西安石油大学,陕西西安710065;2.中海油天津分公司,天津300450)

0 引 言

自1942年Archie[1]研究出了地层因素与孔隙度之间、电阻增大系数与含水饱和度之间的简单经验关系后,国内外对Archie公式的研究就一直没有间断过。实践表明阿尔奇公式中的参数 a、m和n都是变化的,对于纯砂岩储层,a的变化范围为0.6～1.5;m的变化范围为1.5～3;b接近于1,n接近于2[2]。达哈诺夫也指出不同的岩性要用不同的 a和m值,H C沃尔瑟则系统统计参数 n的变化,认为参数 n的变化范围不大,但也是1个变量[3]。王黎等[4-5]认为传统的阿尔奇公式各项参数对于不同储层条件有所改变,并总结出不同压力和矿化度条件对低孔隙度渗透率储层参数的影响关系。赵杰等[6]通过模拟地层条件进行岩电实验研究,得到不同地区、不同层位岩电参数变化范围较大;对同一油层而言,利用理论值和实验值进行饱和度计算,实验参数更为合理些。张明禄等[7]认为孔隙度12%是对应储层岩电特征的重要分界点。刘之的等[8]指出了实验设备、实验条件以及实验人员等诸多因素对测量结果的影响。不过这些研究大多针对油藏,对气藏的研究较少。因此,本文对低渗透率气藏的电性特征和测定过程中的影响因素进行了探讨,得出了适用于低渗透率气层的岩电参数范围。

1 低渗透率岩石电性参数特征

1.1 实验方法

实验岩心来源于某气藏盒8和山1储层。其中,盒8储层的岩心共 41块,渗透率的范围为(0.030～0.789)×10-3μm2,孔隙度的范围为4.0%～12.0%;山1储层的岩心共38块,渗透率的范围为(0.006 4～2.241)×10-3μm2,孔隙度的范围为2.33%～11.89%。

实验用水为模拟地层水,密度为1.022 g/cm3;黏度为0.872 2 mPa·s;地层水电阻率为0.275 Ω·m;矿化度为42 000 mg/L。

实验参考石油天然气行业标准 SY/T5385-91[9]。

1.2 实验结果

盒8储层属于低渗透率气藏,其总体岩石电性参数为 a=5.063 6;m=1.219 9;b=1.244 3;n= 2.268 7。单块岩心的 m值分布在1.09～1.34之间,b值分布在0.75～1.25之间,n值分布在1.45～2.27之间。

山1储层亦属于低渗透率气藏,其总体岩石电性参数为a=5.375 9;m=1.206 8;b=1.276 9;n= 2.151 6。单块岩心的 m值分布在1.07～1.32之间,b值分布在0.73～1.34之间,n值分布在1.41～3.00之间。

与纯砂岩储层相比,低渗透率气藏胶结指数 m值变小,系数a变大,n、b与理论值大体一致。

2 测定过程中的影响因素

2.1 岩石本身性质对岩电参数的影响

2.1.1 渗透率对岩电参数的影响

实验结果表明,地层因素分布在 60.45～253.55之间,渗透率分布在(0.030～0.789)×10-3μm2之间,地层因素与渗透率的关系曲线为 y= -160.63x+175.04。这说明地层因素整体上是随着渗透率的增加而降低的(见图1),而地层因素又是岩心电阻率与地层水电阻率的比值。对于同一层位的岩心,可以认为地层水电阻率为定值。对低渗透率储层的岩心渗透率和电阻率为岩心渗透率越高,岩心的电阻率越低;岩心渗透率越低,岩心电阻率越高。饱和度指数 n分布在2.0左右(见图2),系数b分布在1.0左右(见图3),这说明n、b值对渗透率依赖性很小。

图1 某气藏盒8储层地层因素与渗透率关系曲线

图2 某气藏盒8储层饱和度指数n与渗透率关系曲线

图3 某气藏盒8储层系数b与渗透率关系曲线

2.1.2 含水饱和度对岩电参数的影响

实验结果表明,含水饱和度越高,岩石电阻率指数越小;含水饱和度越低,岩石电阻率指数越大。当含水饱和度大于60%时,随着含水饱和度的降低,电阻率指数增加比较慢;含水饱和度在20%～60%之间时,随着含水饱和度的降低,岩石电阻率指数增加比较快。表1为某气藏盒8储层某一岩心电性实验数据,其渗透率为0.312×10-3μm2,孔隙度为9.31%。当含水饱和度从98.00%下降到61.23%的过程中,电阻率从58.653Ω·m上升到183.081 Ω·m,电阻率指数从1.03增加到3.22,大约增加了2.19。而当含水饱和度从 61.23%下降到17.37%,电阻率从 183.081Ω ·m 上升到2 453.123Ω·m,电阻率指数从 3.22增加到43.08,大约增加了39.86。

表1 某气藏盒8储层岩电实验数据

2.1.3 气水分布对岩电参数测定的影响

由于驱替的过程是动态的过程,在孔隙中的流体分布时刻发生着变化,从实验过程中可以观察得出某一时刻电阻率出现异常(见图4)。这些因素都会影响岩心电阻率的测量。

图4 驱替过程中同一岩心不同时刻电阻率值

2.1.4 地层水矿化度的影响

花色苷溶液的L*、a*和b*值用手持色差仪测定。其中L*值表示亮度，值越大则亮度越大；a*值表示红色（+a*）和绿色（-a*）的程度；b*值表示黄色（+b*）和蓝色（-b*）的程度。

测定了不同矿化度下的饱和岩心电阻率(见图5),结果表明,饱和岩心电阻率随着地层矿化度呈指数递减关系,并且实验所用地层水矿化度分布在10 000～42 000 mg/L之间,而张宁生等[10]在直流电场作用下岩心电阻率试验研究中所用地层水矿化度都在10 000 mg/L以下。

2.2 测定过程中的影响因素

2.2.1 岩心端面不平整

如果岩心端面不平整,会对孔隙度的测量精度造成影响,并且会造成电极系数有误差和电力线分布不均匀,导致电阻率的测量误差。本文使用以下方法对其进行处理:①把样品两端面磨平,保证游标卡尺或电极与两端面的良好接触;②在测量岩样直径和长度时,采用3次测量的平均值;③在电极和端面间加金属薄膜,保证电极与两端面的良好接触。

图5 某气藏盒8储层岩心矿化度与电阻率关系

2.2.2 电阻率仪的稳定

电阻率仪的稳定时间一般为30 min,时间太短会使电阻率仪没有充分预热,从而导致测量值不准;在测量过程中不能将测量表笔一直连接在岩心两端的电极上,因为这样会使岩心内的地层水发生电解,引起误差。

2.2.3 岩心饱和不完全

式中,V修为修正后的孔隙体积,cm3;m束为束缚水条件下的岩心质量,g;m干为岩心干重,g;V计为修正后的孔隙体积,cm3;Vw为驱出水的体积,cm3; V固为岩心夹持器的固定体积,cm3。

通过实验得到校正后孔隙度,并根据其作出新的地层因素和孔隙度的关系曲线(见图6)。结果表明,校正前后系数a发生了明显变化,从4.913增加到5.613 4,大约增加了14.62%,胶结指数 m从1.241 5减小到1.217 6,大约减小了2.41%。

图6 校正前后地层因素和孔隙度的关系曲线

3 结 论

(1)与纯砂岩储层相比,低渗透率气藏胶结指数m值变小,系数a变大,但是n、b与理论值一致。

(2)渗透率是影响饱和岩石电阻率的因素,其表现为饱和岩石电阻率随渗透率增加而降低;在含水饱和度降低到60%以前,电阻率指数增加较慢;当含水饱和度降低到60%后,电阻率指数增加的速度上升;饱和岩心电阻率随地层水矿化度的增加呈指数递减关系。

(3)岩样制备过程不规范和电阻率仪使用不合理,以及岩心饱和不完全都会对实验结果造成一定程度的影响。

[1] Archie G E.The Electrical Resistivity Log as an Aid in Determining some Reservoir Characteristics[C]∥Trans AIME,1942,146:54-62.

[2] 丁次乾.矿场地球物理[M].东营:中国石油大学出版社,2002:23-25.

[3] 李 丽.临南油田夏52块沙三中泥质砂岩油层的测井评价[D].武汉:中国地质大学,2003.

[4] 王 黎,孙宝佃,沈爱新,等.某油田低孔隙度低渗透率泥质砂岩储层岩电实验及应用[J].测井技术,2005,29 (2):91-94.

[5] 王 黎,沈爱新,万金彬.低孔低渗砂岩岩电实验结果研究[J].江汉石油学院学报,2003,25(S1):58-59.

[6] 赵 杰,姜亦忠,俞 军.低渗透储层岩电实验研究[J].大庆石油地质与开发,2004,23(4):61-64.

[7] 张明禄,石玉江.复杂孔隙结构砂岩储层岩电参数研究[J].测井技术,2005,29(5):446-448.

[8] 刘之的,夏宏泉,陈福煊,等.岩电实验过程中误差产生的原因及校正方法研究[J].测井技术,2003,27(4): 274-277.

[9] 石油工业标准化技术委员会.SY/T5385-91中国石油天然气行业标准[S].1991.

[10]张宁生,吴新民,孙 虎.直流电场作用下岩心电阻率试验研究[J].石油钻采工艺,2001,23(2):10-12.