碳酸盐岩气藏岩电参数试验研究

陈春宇 吴 婷 张永清

（1.西南石油大学，成都 610500；2.中石油西气东输管道公司苏北管理处，扬州 225009）

碳酸盐岩气藏岩电参数试验研究

陈春宇1吴 婷2张永清1

（1.西南石油大学，成都 610500；2.中石油西气东输管道公司苏北管理处，扬州 225009）

为了提高储层参数的精度，针对某区块碳酸盐岩岩心开展试验研究，根据试验分析结果提供更为准确的测井资料解释模型。讨论在不同含水饱和度及围压条件下岩心电阻率的变化规律，并探讨围压对岩心电阻率的影响机理。

Archie公式；电阻率；围压；碳酸盐岩；含水饱和度

Archie公式是测井定量解释饱和度的理论基础［1］。其中准确计算Archie公式的参数和研究它们的变化规律一直是岩石物理学家和测井解释分析家所关注的问题［2］。通过室内岩电试验，获得不同含水饱和度下岩心电阻率。研究表明，岩心电阻率测量受很多因素的影响，围压和孔隙结构以及测量方式的不同将直接影响所得参数的准确性［3-5］。

传统的室内测试岩石电性特征参数时，一般对围压的影响考虑较少，但岩石孔隙内的流体分布随压力的改变而相应的变化，岩电参数也随之变化，有关低孔低渗非均质碳酸盐岩储集层的电阻率试验规律研究较少。

储集层中的含油气饱和度是储量计算中的一个重要因子［6］，而计算含油饱和度要用到岩电参数，岩电参数的准确度直接影响预测含油气饱和度以及储量计算的精度。低孔渗碳酸盐岩的孔隙结构较砂岩更为复杂，其裂缝更发育。在不同围压下，其孔隙结构及裂缝的开度势必也要发生相应的变化，导致孔隙流体的重新分布，使得测试岩电参数发生变化。为此在现有岩石电阻率测定方法的基础上，建立了压力梯度逐渐达到地层压力条件下的岩电参数测定方法，探寻围压对低孔低渗碳酸盐岩电阻率的影响。

1 仪器装置及岩心基础参数测试

实验采用的装置是西南石油大学国家重点实验室自主研发的S CMS-B2型高温高压岩心多参数测量仪。该仪器采用了恒温箱加热装置，提高了加热的均匀性；电阻率测量模块采用的是四电极皮套以提高岩心电阻率测量精度；采用内外探温保证岩心温度更准确；仪器使用半封闭结构设计，确保了足够小的流体不确定体积；该仪器可以实现电阻率和纵横波时差联测以及孔隙度和渗透率的联测；旋转的安装形式，可方便装卸岩样；PID智能温度控制，控制精度在1°以内；岩心轴向形变传感器，能准确计算出高压下岩心的总体积，确保高压孔隙度更接近地层；围压模块采用PID智能围压控制，可在较长时间保持设定围压和控制围压之间的一致性。

选取某区块的6块低孔低渗的碳酸盐岩岩心。这6块岩心均为低孔低渗碳酸盐岩，孔隙度分布见表1。根据实验目的和原始地层水性质，在实验室中配制相应地层的模拟地层水。为了研究电阻率与围压的关系，做了6块岩心在常温不同围压下的岩电实验（每组岩心实验的最大围压为岩心实际所处地层下的围压）。岩心测试围压为：8、16、24、32、40MPa。所有岩心初始含水饱和度低，由于增水法更能模拟气藏环境，故本实验采用增水法加压抽空建立饱和度。

2 岩电实验分析

2.1 试验对电阻率的影响研究

碳酸盐岩主要特点是岩心致密基质孔隙度小、裂缝溶洞发育，碳酸盐岩因导电通道增大，连通性好，使电阻率有所降低。裂缝、溶洞发育的岩心（3#、4#）电阻率普遍比裂缝、溶洞不发育的岩心（1#、2#）电阻率低。通过试验研究分析得到4快岩心的电阻率测量结果如图1至图4所示。

表1 岩心孔隙度

图1 1#岩心电阻率随围压变化图

图2 2#岩心电阻率随围压变化图

岩心3#、4#的微裂缝及溶蚀孔洞较岩心1#、2#发育。由实验数据和岩心外观特征分析可知裂缝及溶蚀孔洞是造成两块岩心孔隙度差异较大的主要原因。岩心3#和4#在不同饱和度下的电阻率普遍比岩心1#、2#低很多。岩心3#、4#在低饱和度时电阻率大约为1#、2#岩心的1/8～1/10，高饱和度时电阻率大约是1#、2#岩心的1/6～1/3。

图3 3#岩心电阻率随围压变化图

图4 4#岩心电阻率随围压变化图

由试验研究分析可知岩心在同一饱和度下，其电阻率随施加在岩心上的围压变化而变化。岩心含水饱和度Sw小于30%时，岩心电阻率随所加围压的增大而减小。岩心含水饱和度Sw在30%～70%之间时，岩心电阻率随所加围压的增大先减小再增大。岩心含水饱和度Sw大于70%时，岩心电阻率随所加围压的增大而略微增大。

2.2 影响原理分析

根据电阻计算公式：

式中：Rl、ρ1—模拟地层水的电阻值和电阻率；L1—电流流过岩心的长度，m；S1—岩心中有效导电的模拟地层水的截面积，m2；ρr—岩心的电阻率；Lr—岩心的长度，m；Sr—岩心的截面积，m2。

岩心中电流通路的截面积平均为S1。当岩心中饱和的模拟地层水很少时，只占据了岩心孔隙的很小一部分空间，故模拟地层水沿着孔隙空间分部非常不连续，因而电流流通路径曲折且平均面积小，设此时的流通路径长度及流通平均截面积分别为L11、S11，岩心电阻值和电阻率分别为R1、ρ11。随围压增加，岩心受到挤压，孔隙空间缩和裂缝开度均减小，原本在孔隙空间中分散的模拟地层水变得相对集中，使得电流通路曲折度变小且电流流通平均面积增大。设此时的电流通路长度及流通平均截面积分别为L12、S12，岩心电阻值和电阻率分别为R2、ρ12。由此可得，L11＞L12，S11＜S12，则 R1＞R2。由式（2）知，在不同围压下同一块岩心的尺寸Sr、Lr变化非常小，则可以忽略不计，故 ρr1＞ρr2。

当含水饱和度继续增加到30%～70%之间时，随围压增大，岩心中的模拟地层水先是由于岩心中裂缝及孔隙空间进一步缩小而汇集，岩心电阻率ρr1变化情况同上；随着围压的不断增大致使岩心中裂缝逐渐闭合及孔隙空间进一步压缩，使得岩心中地层水被挤压溢出导致一些电流通道被截断，故L1增大，S1减小，ρr2增大。在此过程中，岩心电阻率先减小再增加。由于在该饱和度范围内，围压对流体重新分布影响小，所以在宏观上，这时同一含水饱和度不同围压下的岩心电阻率的变化幅度相对于不同含水饱和度下的岩心电阻率的变化幅度较小。

3 结 论

通过对低孔低渗碳酸盐岩岩样在不同饱和度和围压下的岩电测试研究，得出以下结论：

（1）围压会使含模拟地层水岩石电阻率产生变化。随着岩石含水饱和度的逐渐增加，围压对岩石电阻率的影响分两个阶段，Sw＜30%时电阻率主要表现为随围压增加而降低；Sw在30%～70%之间时电阻率先减小再增加。

（2）当围压大于20MPa时，围压对岩石电阻率的影响幅度较小。

[1]施斌全,李智强.不同压力下气层岩样m、n值变化的实验研究[J].石油仪器,2007,21(2):52-54.

[2]王建,吕成远，胡永华，等.地层条件下岩石电性特征实验研究[J].石油勘探与开发,2004,31(1)：113-115.

[3]孙晓芳,邱延平,李强，等.注入水矿化度对储层M、N值影响规律研究[J].石油地质与工程，2008，22(4):73-74.

[4]赵军,刘兴礼，李进福，等.岩电参数在不同温度、压力及矿化度时的实验关系研究[J].测井技术，2004，28(4):269-272.

[5]邓少贵,范宜仁,段兆芳，等.多温度多矿化度岩石电阻率实验研究[J].石油地球物理勘探,2000,35(6):763-767.

[6]向丹,张筠,黄大志.川西洛带浅层气藏岩电参数模拟研究[J].天然气工业,2005,25(8):18-20.

The Experimental Research of Carbonate Rock Reservoir Parameters

CHEN Chunyu1WU Ting2ZHANG Yongqing1
（1.Southwest Petroleum University，Chengdu 610500；2.Subei Section of West-east Gas Transmission Pipeline Company,Yangzhou 225009）

In order to improve the precision of the reservoir parameters,the experiment on the low permeable carbonate rock has been completed.Using the results of experiment could evaluate the reservoir characteristics,discuss the different water saturation and confining pressure condition of core resistivity change rule.Furthermore,it discusses confining pressure resistivity of the core,the influence mechanism,drawing conclusions on indoor low porosity carbonate rock electrical data acquisition and precise calculation of reserves to provide some guidance significance

Archie formula；resistivity；confining pressure； carbonate rock；water saturation

TE122

A

1673-1980(2012)05-0074-03

2012-04-05

四川省青年科技基金项目（09ZQ026-084）

陈春宇（1986-），男，四川广安人，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为岩石力学与井壁稳定。