利用储层分类进行水淹层测井解释的方法研究

杨景强，樊太亮，马宏宇，王敬岩，杨青山

（1.中国地质大学能源学院，北京100083；2.大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163712）

0 引 言

L油田于1987年投入全面开发，目前已进入中、高含水期，注水方案调整期较短，含水上升较快。主力油层埋深在1 460～1 530m之间，原始地层水为碳酸氢钠型，总矿化度平均为6 700mg／L左右。储层岩性以含泥细、粉砂岩为主，碎屑成分主要为石英、长石和岩屑，并且含有一定量的碳酸盐颗粒，平均有效孔隙度为18.7%，平均空气渗透率为40mD（非法定计量单位，1mD＝9.87×10－4μm2，下同），属典型中低渗透储层。储层非均质性较强；物性条件相对较差，含泥、含钙严重；孔隙结构复杂，薄互层发育；储层水淹后测井响应信息反映弱。本文从储层分类研究入手，对储层参数分布特征进行了分析，通过引入岩石物理相划分技术，应用概率图统计方法，将研究区储层划分为3类；在水淹机理实验中，分别对3类储层样品开展了驱替实验，获得了岩心电阻率、电阻率增大率与含水饱和度的变化规律。以此为指导，结合研究区储层含泥含钙的特点，以有效介质理论为基础，建立了含钙泥质砂岩有效介质饱和度模型，取得了较好的解释应用效果。

1 储层分类研究

对于中低渗透率储层，储层分类评价是解决非均质性问题的有效途径。现场实践证明，储层储集性能的差异，其产出与注水受效程度均存在差异，对应的测井响应特征也会不同。为了突出表征不同储层之间的差异，国内外学者普遍应用流动单元的概念实现储层分类评价［1］。相同流动单元具有相似的物理特征和流体渗流能力，致使其水淹及剩余油分布特征一般也具有相似性。而储层岩石物理相作为流动单元划分的基础，对储层岩性、物性、电性及含油性等均具有一定的控制作用，参数表征为孔隙度（φ）、渗透率（K）、泥质含量（Vsh）、粒度中值（Md）及流动带指标（Ifz）。其中泥质含量和粒度中值主要反映了储层的岩石相特征，孔隙度、渗透率反映了储层的物性特征，而流动带指标值反映储层的微观结构特征。Ifz是把孔隙结构和矿物地质特征结合起来判定不同孔隙几何相的一个参数，可表示为

研究过程中，对目的层360块样品应用概率图法实现储层分类（见图1）。通过Ifz概率图可以将研究区目的储层划分为3类：Ⅰ类储层物性较好，Ifz值大于1；Ⅱ类储层物性稍差，Ifz值介于0.1到1；Ⅲ类储层物性最差，Ifz值小于0.1。

2 水淹机理实验分析

由于注入水矿化度的不同，储层电阻率随着水淹程度的增加，其变化规律表现为不同的形态，并结合区域地质规律提出了解释方程，为水淹层的机理研究和实际解释应用提供了一定的帮助［2－3］。

图1 基于Ifz概率图的储层分类

2.1 电阻率实验分析

为了从机理上探索不同注水条件下中低渗透率储层电性响应的变化规律，分别对3类储层样品开展了多矿化度水驱油电阻率实验。在实验设计中，根据研究区实际水分析资料，配制了3种不同矿化度的模拟地层水：1 000、3 500、6 000mg／L。其中1 000mg／L模拟地层水用来代表油田开发初期注入的淡水，3 500mg／L模拟地层水用来代表油田注入的污水，6 000mg／L模拟原始地层水，用每一种矿化度的模拟地层水对同一岩心样品分别进行驱替实验。

实验结果表明，3类储层电阻率参数随溶液矿化度的变化表现出较一致的规律，即当驱替水溶液接近于原始地层水矿化度时，岩石电阻率呈现单调降低的特点。若岩石物性条件不同，其岩石电阻率与含水饱和度间的关系随地层水矿化度不同具有复杂的变化关系：当使用1 000mg／L左右的淡水驱替时，岩石电阻率呈现“L”型曲线的特点；当使用3 500mg／L左右的模拟注入污水驱替时，岩石电阻率变化规律介于前二者之间，而且，岩石物性条件越好，岩石电阻率在高含水饱和度时变化越平缓。

图2所示为3类储层样品模拟污水回注条件（矿化度3 500mg／L）驱替实验规律图。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层岩心样品分析孔隙度分别为0.166、0.213和0.146，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层岩心分析空气渗透率分别为55.1、15.7mD和1.24mD。图2表明，在目前注水条件下，储层在水淹过程中电阻率随含水饱和度的增大应该是逐渐降低的；但降低的具体规律不同，储层物性越差，电阻率降低的幅度越小。

2.2 电阻率增大率实验分析

对于L油田，在目前的注水条件下，目的储层的电性测井响应规律是基本呈下降趋势，而且储层物性条件越好，注水强度越大，受效时间越长，其电阻率下降的幅度就越大。这是开展水淹层测井定性识别的理论基础。

图2 3类储层样品模拟污水回注条件驱替实验规律图

图3 3类储层样品电阻增大率与含水饱和度关系图

图3为3类储层样品电阻率增大率与含水饱和度变化关系图。可见，3类储层饱和度指数具有一定的规律：储层物性条件越好，饱和度指数越高，相同含水饱和度增量所对应的电阻率下降值越大；反之，则相同含水饱和度增量所对应的电阻率下降值就会越小。这种规律产生的根本原因通常与中低渗透储层的亲水性特点紧密相关。

对于以孔隙为主的砂岩储层，储集空间主要由微孔隙和渗流孔隙组成。在油藏形成之前，微孔隙完全被束缚水所占据，流体在微孔隙中不能渗流；而渗流孔隙中的水包括可动水和束缚水，可动水存在于毛细管阻力较小的粒间孔隙中，束缚水则主要为岩石孔壁及孔角上的薄膜滞留水。如果在成藏过程中，油气运移的动力不足，使渗透孔隙中保留下一部分薄膜滞留水，那么这类油层就会成为亲水性油层；而且薄膜滞留水的饱和度越高，其亲水性就越强。

油田注水开发过程实际上可以看作成藏过程的逆过程。在水驱过程中，对于物性条件好的亲水性油层，一般大孔隙所占比例较大，注入水通常先流过较大的孔隙，将大孔隙中的油和部分油膜驱替走，使大孔隙中的含水饱和度增高，形成良好的导电通道，电性上反映出注水初期电阻率下降快。而对于物性条件差的亲水性油层，孔隙比较均匀且以小孔隙分布居多，在较强的注水条件下，很容易将孔隙中的油驱替走，从而使油层水淹状态下的导电网络更加发达，电阻率缓慢下降。

由密闭取心分析资料可知，Ⅰ类油层的原始含油饱和度为50%左右，假定强水淹后含油饱和度降为20%左右，对应图3分析可得，其电阻率增大率由3.2左右降为1.5左右，即Ⅰ类油层强水淹后电阻率会下降10Ω·m以上。而对于Ⅲ类油层，其原始含油饱和度就稍差，强水淹后其电阻增大率由2左右降为1.4左右，电阻率下降值仅为4～5Ω·m左右。因此，在储层分类的基础上，进行水淹层定性识别和定量评价是有据可依的。

3 水淹层测井定量评价

水淹层定量评价是指通过计算以剩余油饱和度为核心的产层参数来完成的。以往在解释方法上，主要基于阿尔奇方程，虽然目前已提出了一些改进模型，如淡化系数方程、双地层水电阻率模型等，但剩余油饱和度计算精度仍难以适应油田剩余油描述和油田加密调整的需要［4－5］。

3.1 目前含水饱和度模型

储层岩石电阻率与含油饱和度及孔隙度的关系，对于纯砂岩可由阿尔奇公式很好地描述，但是储层岩石中黏土矿物或碳酸盐颗粒的存在使得这种关系变得非常复杂［6］。

结合研究区储层的特点，基于层状泥质与分散泥质砂岩并联导电，而将分散泥质砂岩分成导电的砂岩骨架颗粒、不导电的油气、分散黏土颗粒、钙质颗粒、微毛细管孔隙水以及可动水等6种成分，并应用有效介质对称导电理论，建立了含钙泥质砂岩有效介质电阻率模型。

目前含水饱和度模型表达形式为

式中，Sw为目前含水饱和度，%；φ为有效孔隙度，小数；Ct为储层电导率，S／m；Cw为地层水电导率，S／m；Vcl为黏土含量，小数；VCa为钙质含量，小数。其中部分参数可以通过测井资料和岩电实验分析数据最优拟合获得。

实际应用表明［7］，对于含泥含钙储层，有效介质对称导电理论具有较强的适应性，模型计算的含水饱和度与岩心分析含水饱和度具有很高的吻合程度。

3.2 原始含水饱和度模型

一般在纯含油段，岩石中原始水主要由附着在岩石颗粒表面的束缚水、受毛细管力作用存在于小孔隙中的残存水以及油气运移过程中未能充分驱替的少量原生自由水等形态组成，原始含水饱和度主要与岩石的比面有关，岩石比面与其渗透率成反比，岩石比面越大，渗透率越低，束缚水含量越高，所以原始含水饱和度随空气渗透率的增加而降低。

应用油田开发早期完钻的2口密闭取心井117个层点，建立研究区油层原始含水饱和度解释模型为

Swi＝－7.8512ln K＋75.42 （3）式中，Swi为原始含水饱和度，%；K为空气渗透率，mD。相关系数为0.96，平均绝对误差2.3%，平均相对误差为4.6%，参数精度满足石油储量规范要求。

3.3 水淹级别定量划分标准

水淹级别定量划分标准通常采用含水率、含油饱和度、含水饱和度变化量（目前含水饱和度与原始含水饱和度之差）、采出程度（含水饱和度变化量与可动液饱和度之比）等参数，国内各油田普遍与油公司原四级标准相对应或基本对应，但划分依据存在一定的差别，具有一定的区域性［8］。在研究过程中，一方面与油公司水淹级别划分标准相衔接，同时考虑到中低渗透储层的特点，以密闭取心分析和相渗资料标准化为基础，确定出不同水淹级别对应的含水饱和度变化量ΔSw的界限值。图4为储层含水率与含水饱和度变化量关系图。可见，含水率为40%和80%时，所对应的含水饱和度变化量分别为10%和20%。故可建立水淹级别定量划分标准：油层或弱水淹层ΔSw≤10%；中水淹层10%＜ΔSw＜20%；强水淹层ΔSw≥20%。

图4 水淹级别定量划分标准

3.4 密闭取心井应用效果评价

表1为LJ井密闭取心分析与测井解释成果对比表。共解释19层，符合16层，符合率达到84.2%，应用效果良好，能够满足水淹层解释和剩余油评价的需要。

表1 LJ井密闭取心分析与水淹层测井解释对比表

4 结论与认识

（1）通过应用概率图法对L油田主要目的油层实现储层分类，可以有效解决中低渗透储层非均质性评价的技术难点。

（2）在对3类储层开展多矿化度实验和电阻率增大率实验分析的基础上，从机理上分析了亲水性中低渗透储层的形成与水淹机理。水淹后储层电阻率基本呈下降的趋势，而且储层物性条件越好，注水强度越大，受效时间越长，其电阻率下降的幅度就越大。

（3）针对L油田中低渗透率储层含泥、含钙、薄互层发育的特点，建立了含钙泥质砂岩有效介质电阻率模型，实现了饱和度定量计算，经密闭取心资料检验，水淹层测井解释符合率达到80%以上，能够满足剩余油评价的需要。

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