珠江口盆地文昌地区珠江组一段低阻成因分析与饱和度评价

陈嵘，李奎，何胜林，胡向阳，罗威

珠江口盆地文昌地区珠江组一段低阻成因分析与饱和度评价

陈嵘1，李奎2，何胜林1，胡向阳1，罗威1

（1.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057；2.中国石油长城钻探工程有限公司测井公司，辽宁盘锦124000）

珠江口盆地文昌地区珠江组一段储层泥质含量高，油层与水层的电阻率差异较小，给测井解释带来了一定困难。通过对研究区储层进行岩性统计分析、薄互层电阻率成像资料研究及多矿化度岩石-电阻率实验，并综合分析各种因素对地层电阻率的影响。结果表明：岩性细、泥质含量高、束缚水含量高和中等地层水矿化度均是导致油层电阻率低的因素。在明确珠江组一段低阻成因的基础上，运用三水模型评价了该区低阻油层的含水饱和度，模型计算结果与密闭取心分析结果吻合度较高。

低阻油层；三水模型；饱和度评价；珠江组；珠江口盆地

0 引言

低阻油气层属于复杂的泥质砂岩储层，测井评价该类储层的难点在于建立合理的解释模型［1］。国内外研究者对低阻油气层进行了长期研究，根据不同的假设，提出了一些导电模型，并针对泥质砂岩所出现的C0-Cw弯曲现象，提出了Waxman-Smits，S-B及双水等模型，这些模型目前均是我国各大油田普遍采用的解释模型［2］。国外学者为解释在纯砂岩中所出现的在对数坐标下的I-Sw弯曲现象，随后又提出了一些新的模型［3-4］。与国外的海相沉积盆地相比，我国陆相盆地无论是储层特征还是储层岩石孔隙结构均更复杂，相应的导电机理也更复杂。因此，普遍应用于国内油气层测井解释评价的Waxman-Smits，S-B及双水等模型均已不能合理解释一些新发现油层的导电现象，如低阻油气层的导电机理［4］。

目前，在珠江口盆地文昌地区珠江组一段上部发现了大量低阻油层，对于该类储层，在勘探初期极易被漏掉或错误地解释为水层。在已发现的低阻油层中，导致油层低阻往往是多种因素共同作用的结果［1］，主要因素有：细—微粒结构、高泥质含量、高束缚水饱和度和薄互层的影响等。导电矿物（黄铁矿与菱铁矿）对研究区低阻油层的影响甚小，但局部井段富集导电矿物会对低阻的形成有部分影响［4-6］。为准确识别和评价低阻油层，首先应弄清楚该区油层的低阻成因，然后引入相应的储层评价方法，特别是含水饱和度评价方法。本次研究中，专门针对黏土束缚水含量高而引入三水模型，该模型与常规双水模型相比较，将束缚水细分为微孔隙水和黏土水，从而认为岩石的总电阻为自由水、微孔隙水和黏土水共3部分电阻的并联。该模型考虑到黏土水独特的导电特征［5］，也考虑到微孔隙水对岩石电阻率的影响，从而对束缚水饱和度的计算更准确。

1 低阻油层成因分析

1.1 岩石颗粒细对电阻率的影响分析

利用12口井566块样品的岩性资料，分别对珠江口盆地文昌地区珠江组一段和二段的岩性进行统计，并对它们进行对比分析（表1）。从表1可看出，研究区珠江组一段粉砂占绝对优势（52%），并且泥质所占比例也较大（19.3%），二者合计占70%以上，表现为岩石颗粒细和泥质含量高；从珠江组一段和二段岩性组分对比可看出，珠江组一段粉砂和泥质含量均明显高于珠江组二段，而细砂的含量明显低于珠江组二段，珠江组一段的岩性相对较细。当岩石颗粒较细时，岩石颗粒的比表面积相对较大，吸附能力较强。在大多数情况下，原始地层是亲水的，因此，细粒岩石可以吸附大量地层水而使其成为束缚水［6］。由感应测井的原理可知，储层各导电部分可近似视为并联关系，束缚水含量增加，必然会使储层整体的电阻率降低，而形成低阻油层［7］。

表1 文昌地区珠江组一段与二段岩性组分对比Table 1The contrast of rock components between the first member and the second member of Zhujiang Formation in Wenchang area

图1为珠江口盆地WC13-6N-A井珠江组一段测井图。从图1可以看出：珠江组一段主要为泥质粉砂岩，泥质含量较高，岩性颗粒较细，电阻率约为1.5 Ω·m。

图1 文昌地区WC13-6N-A井珠江组一段测井图Fig.1Logging map of the first member of Zhujiang Formation in WC13-6N-A well in Wenchang area

1.2 岩性薄互层特征分析

从电阻率成像图像（图2）看，研究区薄互层比较发育，尤其在产层段。采用岩心刻度测井的方法，提取不同含油级别、不同岩性的电阻率成像图像。从图2可以看出，不同岩性及含油性的电阻率成像图像差异不是很明显，但都有一个共同特征：整体上储层的粒度较细，且纹层特征明显，厚度不大，约几厘米，类似于“千层饼”。由于这种薄互层存在低电阻率的层状泥质［8］，而且受测井仪器本身纵向分辨率的限制，油层电阻率甚至接近于水层的电阻率，进而形成低阻油层［9］。

图2 文昌地区不同岩性及含油性的电阻率成像测井Fig.2Imaging logging of different lithologies in Wenchang area

表2 文昌地区不同矿化度条件下泥质粉砂岩饱含水的电阻率实验结果Table 2Resistivity experimental results of argillaceous siltstone saturated by water under different salinity in Wenchang area

图3 文昌地区不同矿化度条件下含水饱和度与电阻率的关系Fig.3Relationship between resistivity and watersaturation under different salinity in Wenchang area

1.3 地层水矿化度对储层电阻率的影响

选取文昌地区WCX-2井2块泥质粉砂岩样品作矿化度对电阻率的影响研究，将它们分别饱合矿化度为5 000 mg/L，10 000 mg/L，30 000 mg/L和60 000 mg/L的水溶液做岩石-电阻率实验（表2），弄清研究区矿化度对电阻率的影响。

珠江口盆地不同矿化度条件下含水饱和度与电阻率的关系如图3所示。从图3可以看出：随着含水饱和度的增加，电阻率逐渐减小；含水饱和度小于55%时，电阻率的变化程度相对较大；当含水饱和度为55%～100%时，电阻率的变化较小；随着矿化度增加，电阻率值明显降低。研究区的矿化度约为30 000 mg/L，电阻率受矿化度的影响较大，电阻率基本都小于5 Ω·m，说明中等矿化度是导致该区油层低阻的重要因素。

2 三水模型评价低阻油层饱和度

传统意义上，双水模型是将储层中的地层水划分为自由水和束缚水，再根据体积模型分别计算可动水饱和度和束缚水饱和度，此处的束缚水饱和度是笼统的概念。为提高束缚水饱和度的计算精度，根据珠江口盆地文昌地区低阻油层成因机理，笔者在研究区低阻饱和度研究中首次引入三水模型理论。三水模型是将储层中地层水的总电阻看成是自由水、微孔隙水和束缚水共3部分电阻的并联［5］，同时假设它们均遵循阿尔奇定律。当地层完全含水时［10］，则有

式中：Ff，Fi和Fc分别为自由流体孔隙空间、微孔隙空间和黏土水孔隙的地层因子，无量纲；Rwf和Rwi分别为自由流体孔隙空间与微孔隙空间地层水电阻率，Ω·m；Rwc为束缚水电阻率，Ω·m；R0为岩石饱含水时的电阻率，Ω·m。

自由流体孔隙中的地层水与微孔隙中的地层水的导电性相同且均为Rw，在三水模型中，自由水和微孔隙水的电阻率被认为是一致的［11］，即

式中：Rw为地层水电阻率，Ω·m。

因此，式（1）可写为

式中：φf，φi和φc分别为自由流体孔隙度、微毛管孔隙度和黏土水孔隙度，%；a，ai和ac分别为自由流体孔隙、微孔隙和黏土水孔隙的岩电参数，无量纲；mf，mi和mc分别为自由流体孔隙空间、微毛管孔隙空间和束缚水孔隙空间胶结指数，无量纲。

总孔隙度可采用密度与中子测井数据交会求取，即

式中：φt，φd和φn分别为测井计算总孔隙度，密度孔隙度和中子孔隙度，%。

束缚水主要包含在极细粒成分或黏土中，所以束缚水的比例与泥质含量有密切关系。在实际运算时，采用如下公式得到束缚水孔隙度，即

式中：φbw为束缚水孔隙度，%；Swb为束缚水饱和度，%。

自由流体孔隙度为

从渗流性来看，由于微孔隙和黏土孔隙中的地层水是不能流动的，因此，当含有烃时，烃取代的是自由流体孔隙空间中的地层水，设自由流体孔隙空间的地层水占该部分孔隙的比例为Swf，饱和度指数为n，式（6）变为

式中：Swf为自由流体孔隙空间含水饱和度，%；n为饱和度指数，无量纲；Rt为岩石电阻率，Ω·m。

测井解释最终得到含水饱和度与自由流体空间含水饱和度的关系为

式中：Sw为含水饱和度，%；φmf为自由流体孔隙度，%。

由于3种孔隙水导电路径的几何因素并不相同，所以mf，mi与mc可选取不同的值。在研究区分析了大量的岩心，获得了岩石-电阻率参数。具体做法如下：①以有效孔隙度下限为界限，当孔隙度小于13%时，回归的F-φ关系式中的a和m值为微孔隙的ai和mi，ai=1.0，mi=1.75；②当孔隙度大于13%时，回归的F-φ关系式中的a和m值为自由流体孔隙的af和mf，af=0.48，mf=2.09。黏土孔隙的ac和mc均取经验值，ac=1.4，mc=1.8。图4为该区珠江组一段孔隙度与地层因素交会图。

图4 文昌地区珠江组一段孔隙度-地层因素交会图Fig.4The cross plot between porosity and formation factor of the first member of Zhujiang Formation in Wenchang area

式中：α为离子扩散层的扩散因子，无量纲；β为黏土水中补偿Na+离子的等效电导率，无量纲；Vq为高矿化度地层水条件下，单位浓度的交换阳离子所导致的黏土水占据的孔隙体积［11］，%。

它们分别可由下式得到

在本次研究中，根据全部水分析资料，求出水样所在地层的温度，并计算地层条件下的束缚水电阻率，然后分区块、分组段分析电阻率的变化规律，确定束缚水电阻率为

式中：T为地层温度，K；Pwo为当α=1时所需要的地层水矿化度，10-6mg/L；Pw为地层水的矿化度，mg/mL。

3 应用效果分析

图5 文昌地区WC13-2-A井测井解释综合成果Fig.5Comprehensive well logging interpretation result of WC13-2-A well in Wenchang area

利用三水模型对珠江口盆地文昌地区低阻油层开展储层评价解释，确定低阻油层的含水饱和度。WC13-2-A井为密闭取心，采用三水模型计算的含水饱和度与密闭取心岩心分析的含水饱和度对比结果如图5所示。从图5可看出，对于油层段，三水模型计算的含水饱和度与束缚水饱和度几乎重合，而对于水层段，三水模型计算的含水饱和度远大于束缚水饱和度。同时密闭取心分析含水饱和度与计算含水饱和度吻合较好，油层含油饱和度平均相对误差约5%，说明三水模型测井评价的含水饱和度可靠。通过新方法在文昌地区的应用，识别出大量的低阻油层，加深了对文昌地区低阻油层的认识，同时扩大了该区估算的地质储量。

4 结论

（1）珠江口盆地文昌地区岩性细、泥质含量高、束缚水含量高和中等地层水矿化度均是导致油层电阻率低的因素。

（2）三水模型既考虑了双水模型中2种地层水电导率的区别，又考虑了微孔隙水导电对岩石整体电导率的影响，在WC13-2-A井三水模型计算的含水饱和度与密闭取心分析含水饱和度吻合较好，饱和度误差小于5%。该评价方法既适用于正常储集层的解释，也可解释富含大量微孔隙的低阻油层。

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（本文编辑：李在光）

Genesis of low resistivity oil layer and evaluation of water saturation of the first member of Zhujiang Formation in Wenchang area,Pearl River Mouth Basin

CHEN Rong1，LI Kui2，HE Shenglin1，HU Xiangyang1，LUO Wei1
（1.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.，Zhanjiang 524057，Guangdong，China；2.Well Logging Company，CNPC Great Wall Drilling Company，Panjin 124000，Liaoning，China）

The reservoir of the first member of Zhujiang Formation in Wenchang area of Pearl River Mouth Basin is characterized by high content of shale,and the difference of resistivity between oil layer and water layer is little.So it is difficult to identify the oil-bearing reservoir and water-bearing reservoir by well logging interpretation.Based on the analysis of reservoir lithology,imaging data of thin interbed and litho-electric experiment in various salinity conditions, this paper studied the impact of different factors on the formation resistivity.The results show that the main causes of low resistivity oil layer are fine lithology,high content of shale,high content of irreducible water saturation and middle formation water salinity.Based on the genesis of low resistivity,tri-water model was used to evaluate the water saturation of low resistivity oil layer in the study area.The calculation results are consistent with the sealed coring results.

lowresistivityoillayer；tri-watermodel；saturationevaluation；ZhujiangFormation；PearlRiverMouthBasin

TE122.2+3

：A

2013-03-20；

2014-04-30

国家重大科技专项课题“近海富烃凹陷资源潜力再评价和新区、新领域勘探方向”（编号：2011ZX05023-001）资助

陈嵘（1985-），女，硕士，工程师，主要从事测井资料处理与综合解释方面的工作。地址：（524057）广东省湛江市坡头区南油一区研究院广发楼八楼测井室。E-mail：chenrong1@cnooc.com.cn。

1673-8926（2014）05-0097-05