W低阻油藏高不动水饱和度的成因及对低阻油层的影响

廖明光，唐 洪，苏崇华，姜 巍

(1. 西南石油大学，成都 610500；2. 中海石油有限公司 湛江分公司研究院，广东 湛江 524057；3. 中石油川庆钻探公司 地质勘探开发研究院，成都 610051)

所谓的低阻油层[1-3]主要是指油层的电阻率与邻近水层电阻率之比小于2的油层。低阻油层的成因复杂多样，在油气勘探和开发的初期往往被遗漏。近年来，低阻油层作为老油田挖潜和新增储量的目标之一备受人们关注。

低阻油气藏在我国各大油田都有发现，如渤海湾盆地、南海莺歌海盆地、陕甘宁盆地及塔里木盆地等。但是，低电阻率油层的形成机理不尽相同，低阻油气层的形成主要受岩石类型、颗粒大小和形状、孔隙空间大小和几何形态、基质性质、粘土矿物成分和分布、地层水矿化度、含油性、构造类型、泥浆性能及侵入特征等影响[4-10]。W油藏Z1油组为高孔低渗低阻层段，Z2油组为高阻层段。为了弄清楚Z1油组的低电阻率成因，从低阻油层形成机理着手，我们先后从岩石粒度、泥质及粘土矿物、孔隙结构、润湿性—束缚水、导电矿物、砂泥岩薄互层发育等方面进行地质分析研究。本文主要研究Z1油组储层高不动水饱和度的地质成因，分析其对油层低阻可能产生的影响。

1 储层基本特征

W油田为受岩性控制的构造性油藏。Z1油组储层形成于浪基面以下的低能沉积环境，属于海滩—陆架过渡带，为滨海相、浅海相沉积。岩石类型主要有泥质—粉砂质细沙岩、砂质粉砂岩、泥质粉砂岩，泥质含量较高。埋藏深度较浅，压实作用属于中低强度，胶结作用不强，总体为弱钙质胶结，局部形成致密钙质胶结。分选中等—差，胶结类型以孔隙—基底式胶结为主。

储层孔隙度较好，平均值为25.1%；渗透率较差，平均为54.05×10-3μm2，属于高孔低渗储层。孔隙类型主要为原生粒间孔和粒间溶孔，部分长石溶孔，少量岩屑溶孔和铸模孔。单个油层厚度薄，一般在0.5～3.0 m左右，且呈砂泥岩薄互层出现。Z1油层段深侧向电阻率普遍在1.0～2.0 Ω·m，少数在2.5～3.0 Ω·m，与水层段和泥岩层段的深浅侧向电阻率差异很小，电阻增大率小于2，甚至为1，属于典型的低阻油层。

2 W油藏的不动水饱和度分析

所谓不动水是指在一定的生产压差下储层孔隙中不可流动的水。通常情况下，不动水由岩石颗粒表面的被吸附的薄膜滞留水和微细孔隙中的毛管滞留水两部分组成。当压差不能克服毛管滞留力时毛管滞水不可流动，此时的毛管滞水与薄膜滞水一起组成不动水。油气储层中不动水饱和度含量高，增强储层的导电能力，便容易形成低阻油层。

在缺少不动水饱和度实测资料情况下，本文采用取心井的压汞资料来确定不动水饱和度近似值。一般认为，当孔喉半径小于0.15 μm时孔隙内所含水难以在地层压力条件下流动，因此，可以把这部分孔隙体积含量近似作为储层的不动水饱和度。W油藏低阻层段Z1油组样品的不动水饱和度很高，1-2井平均为55.64%，2-1井平均为45.52%；而在2-1井，非低阻层段Z2油组样品不动水饱和度很低，平均仅为9.07%(表1)。

表1 W油藏不动水饱和度统计

由储层典型的油水相对渗透率曲线(图1)也可以看出，低阻储层不动水饱和度高，残余油饱和度低(图1a)；高阻储层不动水饱和度较低，水相渗透率曲线比较平缓(图1b)。所有样品的相渗实验结果统计表明，低阻储层平均不动水饱和度为56.43%，明显高于高阻储层的36.88%，残余油饱和度22.8%，与高阻储层相近。

3 高不动水饱和度的成因

3.1 细颗粒的吸附水作用

岩电分析发现，电性对岩性的反映比较敏感，岩性越粗，电阻率越高。岩石的骨架粒度是影响电阻率的重要因素之一，其粒度大小决定颗粒表面吸附地层水能力，进而影响岩石的导电性。颗粒吸附水作用有砂岩颗粒吸附和粘土颗粒吸附2类，作用结果都是形成束缚水，颗粒比表面积与束缚水饱和度两者间为非线性正相关关系[11]。

图1 W油藏储层相渗曲线

W油藏低阻层段Z1油组为弱水动力条件沉积，分析表明储层的岩石颗粒都比较细，以细砂岩和粉砂岩为主(表2)。Z1油组各层段的细—粉砂颗粒约占70%以上，粘土级颗粒均在10%以上，这种细骨架颗粒，极易导致油层的电阻率下降。

常见的粘土矿物主要有高岭石、蒙脱石、伊利石和绿泥石4种类型。蒙脱石晶格间隔比较大，具

有强吸水特征而导致束缚水饱和度较高。伊利石自身可形成蜂窝状微孔隙，呈网状、絮状或丝状分布，比面大，其产状特点决定着其吸水能力强，导致束缚水饱和度增高。伊蒙混层也容易形成微孔隙，能够吸附大量的地层水而导致束缚水饱和度增高。在高岭石相对含量达30%以上的泥质砂岩中，微孔隙与渗流孔隙并存，可形成十分发育的束缚水网络，导致束缚水饱和度增高。

W油藏低阻层段Z1油组的泥质含量高(表2)，以伊蒙混层和高岭石为主，伊利石、绿泥石次之。从油藏的泥质含量和束缚水饱和度的关系图中可以看出，粘土含量增高，束缚水饱和度增大(图2)。

3.2 孔隙结构复杂

W油藏低阻储层砂岩以粉—细砂岩为主，在颗粒较细的粉—细砂岩地层中，伊蒙混层、伊利石、高岭石等含量较高，岩石颗粒细及粘土矿物富集往往同时存在，形成了较为复杂的孔隙结构，孔喉直径偏小，主要以小孔和微孔为主。因此，毛细管排替压力大，毛管中的地层水被驱替不充分而遗留在微小的孔喉中，容易导致不动水饱和度高。

根据研究区W油藏Z1,Z2油组共92个压汞样品资料，可以将本区储层的压汞曲线形态归纳为直线型、双峰型、凸型和凹型4类(图3)。

从以上分析中我们可以看出，由于阳离子交替吸附作用，水中 Ca2+、Mg2+置换出岩土所吸附的 Na+，使得 Ca2+、Mg2+含量减少，Na+含量增加。这也是本区Cl-Na型水形成原因之一。

图2 W油藏泥质含量与束缚水饱和度的关系

井号油层段样品数/个砾/%粗砂/%中砂/%细砂/%粉砂/%泥/%2-2A8000.2728.1951.1420.42-1B3000.061.0227.6348.4422.852-1C14700040.1642.6217.222-2C25000.0134.3546.7218.921-1D141.5612.46.633.5834.4811.381-2D12000.241139.4332.1117.221-1D270.078.319.7128.9430.8612.11

直线型曲线(图3a)表明为均一的微—细孔喉结构；双峰型曲线(图3b)反映储层多为双重孔隙介质结构，如孔径大小的不均一性和微孔喉相对发育等；凸型曲线(图3c)表现出储层孔喉分布为细歪度，良好分选。以上3种曲线形态的样品表征了储层微—细孔喉所占样品孔喉体积百分数较大(常大于50%)，这部分微—细孔喉一旦被水占据，将使储层束缚水饱和度增高，易使储层出现低阻。

凹形曲线(图3d)具有明显的粗歪度，孔喉分选较好，以孔喉大于1.0 μm的粗孔喉所占百分比最大(常大于80%)。反映了储层孔隙较发育，孔隙类型较单一，以粒间孔为主，另有少量的粒内溶孔，孔径较大，是渗储性最好的储层，此类型样品不容易引起高束缚水饱和度，不易使储层表现出低阻的特征。

图3 W油藏不同孔隙结构储层的压汞曲线及孔喉分布

根据现有的压汞曲线资料统计，低阻储层Z1油组中，样品的曲线类型多为双峰型、直线型或凸型；而在高阻储层Z2油组，90%样品的压汞曲线呈凹型。可见，W油藏低阻油层段Z1油组的储层孔隙结构差，微细孔喉发育，因此，容易导致较高的不动水饱和度。

分析束缚水饱和度与孔隙度和渗透率的关系发现，随着孔隙度和渗透率的减小束缚水饱和度有明显增加趋势，孔隙度和渗透率越小束缚水饱和度越高。W油藏低阻储层段孔隙度和渗透率明显低于高阻层段，易形成高束缚水饱和度，导致油层表现为低阻特征。

3.3 岩石的亲水性

岩石亲水性是控制岩层内流体含量和分布的基本因素，岩层导电能力与岩石亲水性有密切关系。储层岩石的亲水性使储层吸水能力较强，在岩石颗粒表面形成薄水膜，导致束缚水含量较高。如在亲水岩石蒙脱石中，在岩石颗粒表面吸附了大量的束缚水并占据岩石细小的孔隙和喉道空间，束缚水相连接成一体，从而构成一个四通八达的导电网络，造成油层低电阻率。W油藏储层岩石润湿性较好，为亲水砂岩，容易形成较高的束缚水。

4 不动水饱和度与电阻率的关系

储层的不动水导电能力取决于3个因素：1)不动水饱和度越大，导电能力越强；2) 不动水矿化度越大，导电能力越强；3)不动水如果相互沟通成一完善的导电网络，则导电能力越强。W油藏低阻层段Z1油组的不动水饱和度较高(表1)，地层水矿化度平均为30 709.4 mg/L，细微孔喉多，相互连通性较好。在高不动水饱和度情况下，“四通八达”的导电网络可导致储层电阻率大幅度降低，减小油气层与水层的电性差异而形成低阻油气层。

图4是来自2-1井的2个已被证实为纯油层的岩心样品的压汞曲线图。岩心分析孔隙度3-6号层为25.6%，10-3号层36.4%，实际的测井电阻率它们分别为1.4 Ω·m和9.6 Ω·m，其比值为0.15。从压汞曲线看出，3-6号储层岩心孔喉半径小，主要分布在0.09～0.586 μm，峰值不明显，储层孔隙结构较差，发育微小孔隙；而10-3号储层岩心孔喉半径大，频率峰值在9.375～37.5 μm处(表3)。3-6号和10-3号岩样求取的不动水饱和度分别为55.1%和7.25%。3-6号对应的储层Z1油组表现为高束缚水饱和度的低阻油层，10-3号对应的储层Z2油组却表现为高阻油层，因此，不动水饱和度对电阻率的影响是显著的。

图4 2-1井不同电阻率特征的储层岩样孔喉分布

样号油组孔隙度/%孔喉半径范围/μm不动水饱和度/%深侧向电阻率/(Ω·m)备注3-6Z125.60.09～0.58655.11.4低阻层段10-3Z236.49.375～37.57.259.6高阻层段

图5为W油藏8个测试层段证实为油层的样品平均不动水饱和度与平均地层电阻率的关系图，表明不动水饱和度明显影响地层的电阻率，其不动水饱和度越高，电阻率越低。高阻油气层的不动水饱和度低于30%，而低阻油气层不动水饱和度则大于30%。总趋势是电阻率随着不动水饱和度的增高而降低。由此可以判断高不动水饱和度是W油田低阻的重要原因之一，当然还有其他的因素影响着油层电阻率。

5 结论

1)根据样品压汞曲线和相渗曲线分析，W油藏低阻层段Z1油组样品的不动水饱和度较高，一般在40%以上，而非低阻层段Z2油组样品不动水饱和度一般在30%以下，大大低于低阻层段Z1油组。

图5 W油藏不动水饱和度与油层电阻率的关系

2)W油藏低阻层段Z1油组为弱水动力条件沉积，分析表明储层的岩石颗粒都比较细，以细砂岩和粉砂岩为主，各层段的细—粉砂颗粒约占70%以上，粘土级颗粒均在10%以上，这种细骨架颗粒，导致束缚水饱和度增高。

3)低阻储层Z1油组中，样品的压汞曲线类型多为双峰型、直线型或凸型；而在高阻储层Z2油组，90%样品的压汞曲线呈凹型。W油藏低阻油层段Z1油组的储层孔隙结构差，微细孔喉发育，因此，容易导致较高的不动水饱和度。

4)测试层段油层的样品平均不动水饱和度与平均地层电阻率的关系图表明，不动水饱和度明显影响地层的电阻率，地层电阻率随着不动水饱和度的增高而降低。因此，高不动水饱和度是W油田低阻的重要原因之一。

参考文献:

[1] 欧阳健,王贵文,吴继余,等. 测井地质分析与油气层定量评价[M]. 北京：石油工业出版社,1999：131-139.

[2] 孙建孟,陈钢花,杨玉征,等. 低阻油气层评价方法[J]. 石油学报,1998,19(3)：83-88.

[3] ZEMANEK J. Low-resistivity hydrocarbon-bearing sand re-servoirs[C]. SPE 15713,1987：1-10.

[4] 杜旭东,顾伟康,周开凤,等. 低阻油气层成因分类和评价及识别[J]. 世界地质,2004,23(3)：255-260.

[5] 赵虹,党犇,姚泾利,等. 鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组长2低阻油层成因机理[J]. 石油实验地质,2009,31(6)：588-592.

[6] 陈学义,魏斌,陈艳,等. 辽河油田滩海地区低阻油层成因及其精细解释[J]. 测井技术,2000,24(1)：55-59.

[7] 韩芳芳,章成广,樊政军,等. 塔河南油田低阻油气层成因分析[J]. 工程地球物理学报,2007,4(4)：350-354.

[8] 张小莉. 陕北三叠系延长组低阻油层特性及其形成机理分析[J]. 测井技术,1999,23(4)：276-287.

[9] 回雪峰,吴锡令,谢庆宾,等. 大港油田原始低电阻率油层地质成因分析[J]. 勘探地球物理进展,2003,26(4)：329-332.

[10] 郑维才,陈为贞,高聚同,等. 孤东油田北部地区低阻油层研究与挖潜[J]. 油气地质与采收率,2007,14(4)：45-47.

[11] 中国石油勘探与生产公司. 低阻油气藏测井识别评价方法与技术[M]. 北京：石油工业出版社,2006：89-120.