歧口凹陷内因低电阻率油气层饱和度定量评价方法

何伶，丁娱娇，迟秀荣，李健

（1.长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 荆州434023；2.中国石油勘探开发研究院，北京100083；3.中国石油渤海钻探工程公司测井分公司，天津300280）

0 引 言

歧口凹陷第三系广泛发育各种成因类型低电阻率油气层，其纵向埋深跨度为1 000～4 250m，涉及层位包括Nm、Ng、Ed、Es。为更好地对低电阻率油气层进行评价，参考低电阻率油气层成因分类相关资料［1］，将由沉积环境引起的低电阻率油气层统称为内因低电阻率油气层，由工程原因造成的低电阻率油气层统称为外因低电阻率油气层，同时包含内因、外因2种因素的低电阻率油气层归类为复合成因低电阻率油气层。外因低电阻率油气层和复合成因低电阻率油气层均可以通过合适的测井采集，有效减少井眼环境对储层电性的影响，从而提高油气层识别的准确性。而歧口凹陷内因低电阻率油气储层非均质性强，侧向厚度变化大，储层含油性与储层横向变化、油藏构造关系不明，规律性不明显，油、水层电性差异小，油水关系混乱，油气层准确评价困难。为准确识别和评价内因低电阻率油气层，在充分结合岩石物理实验的基础上，开展了歧口凹陷内因低电阻率油气层主控因素分析，并针对不同主控因素建立了相应的饱和度定量评价方法，在实际应用中取得了良好的应用效果。

1 歧口凹陷内因低电阻率油气层主控因素分析

图1、图2为歧口凹陷某构造带上2口相邻探井测井曲线对比图。2口井的距离非常近，二者之间的直线距离为1.3km；但2口井的岩性、测井曲线响应特征、流体性质变化差异非常大；其中GB6×1井（图1）以含砾粗砂岩为主，20号层最高电阻率达到了13Ω·m，按区域标准解释为油层，但试油日产水53.6t，为水层；GB3×1井（图2）以细岩性为主，17号层最高电阻率为5Ω·m，远达不到区域油层解释标准，考虑到区域存在低电阻率油层，解释为可疑层，试油日产油1.93t，为油层。

通过对Nm、Ng、Ed、Es等4个层系的内因低电阻率油层、常规油气层共计1 800余块岩心的岩石物理性质分析发现，内因低电阻率油气层的分布规律与储层物性、岩性关系密切。

1.1 物性与内因低电阻率油气层的关系

图1 GB6×1井测井成果图

图2 GB3×1井测井成果图

图3 物性与内因低电阻率油气层关系图

图3为Nm、Ng、Ed、Es等4个层系不同深度段内因低电阻率油气层与常规油气层的孔隙度、渗透率、孔径尺寸分布对比图。可见深度对低电阻率油气层物性的控制要大于层位，在2 200m井段以上（主要层位为Nm、Ng，包括部分Ed），与常规油气层对比，低电阻率油气层的孔隙度、渗透率值要低一些，表现为物性稍差，在孔径尺寸分布对比图上可见低电阻率油气层在小孔径尺寸部分比例明显增加；在2 200m井段以下（主要为Ed、Es），从孔隙度上难以区分低电阻率油气层和常规油气层，但在渗透率分布图上可见，对于低电阻率油气层渗透率相对偏小一些，说明孔隙结构控制低电阻率油气层的发育程度，从孔径尺寸分布上看，低电阻率油气层的小孔径尺寸相对发育，为典型的双孔隙结构。可见孔隙结构对内因低电阻率油气层控制作用明显。

1.2 岩性与内因低电阻率油气层的关系

图4 岩性与内因低电阻率油气层关系图

图4为Nm、Ng、Ed、Es层系不同深度段内因低电阻率油气层、常规油气层的泥质含量和黏土矿物对比图。由泥质含量与深度交会图可见，在2 200m井段之上，常规油气层的泥质含量基本上在25%以内，低电阻率油气层的泥质含量相对于常规油气层明显升高，大部分在20%以上；在2 200～2 600m井段之间，岩性明显变细，常规油气层泥质含量在30%以内，低电阻率油气层泥质含量明显增加，反映了一套含泥重的低电阻率油气层。在2 600m井段以下，低电阻率油层泥质含量明显降低，大部分与常规油层重叠在一起，部分低电阻率油气层泥质含量要高一些。从黏土矿物类型来看，无论是浅层还是深层，低电阻率油层各类黏土矿物所占的比例与相同层位的常规油气层的比例基本一致，在2 500m井段以上黏土矿物类型主要以蒙脱石、伊蒙混层和高岭石为主，其中蒙脱石、伊蒙混层的含量高于高岭石。在2 500～3 700m井段之间还是以伊蒙混层和高岭石为主，此时高岭石的主导地位明显上升，但伊蒙混层和高岭石的总比例有所下降，伊利石＋绿泥石的比例逐渐上升。在3 700m井段之后，高岭石、伊蒙混层比重明显降低，绿泥石＋伊利石占主导地位。

1.3 内因低电阻率油气层主控因素分类

由内因低电阻率油气层与岩性、物性关系分析可知，孔隙结构、泥质含量、黏土矿物类型是歧口凹陷内因低电阻率油气层的几大主控因素，由沉积内因引起的低电阻率油气层发育在岩性细、泥质含量较重、孔隙结构较差、微孔隙发育的储层。不同埋深、不同层位低电阻率油气层主控因素存在明显差异。图5为阳离子交换容量与深度交会图，可见总体上储层的阳离子交换容量CEC值大小与地层所处深度及层位密切相关，当深度小于2 500m时，CEC值较大，阳离子导电作用不容忽视；当深度大于2 500m特别是大于3 000m后，CEC值基本上都小于4，阳离子导电作用对储层的电阻率不会造成明显影响，这与歧口凹陷纵向上黏土类型及含量变化一致。通过综合分析可知，Nm、Ng、部分Ed层位（2 500m井段以上），泥质含量和黏土矿物类型对低电阻率油层控制作用相对较为明显，主要发育黏土附加导电型低电阻率油气层；Ed、Es层位（2 500m井段以下），孔隙结构差异对低电阻率油层控制作用占主导地位，发育高束缚水饱和度型低电阻率油气层。

图5 歧口凹陷储层CEC值与深度交会图

2 内因低电阻率油气层饱和度定量评价方法

在低电阻率油气层饱和度定量评价方面前人做了大量研究工作，建立了适应各种类型低电阻率油气层的饱和度定量评价模型［2－4］，且大部分饱和度定量评价模型中均包含了孔隙度指数m、饱和度指数n，故m、n参数的准确性直接影响饱和度定量评价的准确性。表1统计了歧口凹陷滨海油田部分层位、部分岩心的实验室测量m、n、b值分布范围。由表1可见b值的变化范围不大，但m、n值变化范围非常大。如果利用区域平均m、n值计算饱和度，其误差将会很大，必须建立准确的m、n参数计算方法才能提高低电阻率油气层饱和度定量评价的准确性。

表1 实验室测量的滨海油田各层组的m、n、b值

2.1 m、n参数影响因素分析

通过实验室岩心分析发现，歧口凹陷储层m、n值受孔隙结构、阳离子交换容量、地层水矿化度等多种影响因素共同控制。图6为m、n与孔隙结构、阳离子交换容量、地层水矿化度等因素的关系图，由图6（a）可见孔径尺寸分布不同，m、n值明显不同，说明m、n值受孔隙结构影响。图6（b）为m、n值与阳离子交换容量关系图，纵坐标为m、n值；当阳离子交换容量小于4mmol／100g时，m、n值的变化与阳离子交换容量关系不明显；当阳离子交换容量大于4mmol／100g时，随着阳离子交换容量的增加m、n呈明显降低趋势，说明在歧口凹陷黏土矿物附加导电性高的储层，阳离子交换容量是影响m、n值的一个重要因素。图6（c）、图6（d）为阳离子交换容量低（小于4mmol／100g）岩样的m、n值与孔隙结构、地层水电阻率的关系图。其中横坐标为反映储层孔隙结构的孔渗综合指数（孔渗综合指数＝），不同颜色数据点代表不同地层水电阻率。可见同一块岩样，在饱和不同矿化度地层水情况下得到的m、n值差异明显。对于歧口凹陷砂泥岩储层，地层水矿化度也是控制m、n值的一个重要因素。

图6 m、n值与孔隙结构、阳离子交换容量、地层水矿化度关系图

通过综合分析，歧口凹陷不同成因低电阻率油气层的m、n主控因素不同，对于由黏土矿物附加导电性引起的低电阻率油气层其阳离子交换容量、孔隙结构、地层水矿化度是控制m、n变化的3个最重要因素；对于由岩性细、高束缚水饱和度引起的低电阻率油气层其孔隙结构、地层水矿化度是控制m、n变化的2个最重要因素。为此，为准确获得不同类型低电阻率油气层的准确m、n值分别建模。

2.2 黏土附加导电型低电阻率油气层m、n值解释模型

利用实验室岩心分析数据建立m、n值与孔渗综合指数、单位孔隙黏土阳离子交换量QV、地层水电阻率Rw的关系图［见图7（a）、（b）、（d）、（e）］，并利用三元回归得到m、n值的拟合关系

式中，K为渗透率，mD；φ为孔隙度，%；QV为岩石单位孔隙黏土阳离子交换量，mol／L；Rw为地层水电阻率，Ω·m。

图7（c）、（f）分别为m、n值的岩心分析结果与实验室测量结果的对比图，二者的相关性比较好，说明计算方法可靠。

式（1）、式（2）中的Rw以及K、φ可以通过自然电位、核磁共振测井资料等准确得到，单位孔隙黏土阳离子交换量QV的获取方法主要有2种，实验室获得以及通过自然电位和激发极化电位计算获得［5］。本文主要通过歧口凹陷不同层位岩心阳离子交换实验数据建立QV计算模型。实验室测量得到的阳离子交换量CEC是指单位重量的干岩石的阳离子置换量，通常以100g干岩石所含可取代阳离子的毫克当量表示。在实际地层评价中，要把单位重量的阳离子交换量转换成单位孔隙体积的阳离子交换量，即

式中，QV为岩石单位孔隙黏土阳离子交换量，mol／L；φ为孔隙度，小数；ρ为岩石骨架颗粒密度，g／cm3；CEC为阳离子交换总量，mmol／100g。

图8为通过实验室岩心数据建立的歧口凹陷QV与泥质含量、孔隙度关系图。由QV与泥质含量关系图8（a）可见，对于Nm、Ng地层，大部分数据点表现为随泥质含量增大阳离子交换量明显增大，而Ed和Es地层二者的关系比较复杂。由QV与孔隙度关系图8（b）可见二者关系比较明显，随孔隙度减小阳离子交换量明显增大；孔隙度越大（大于20%），QV数值受孔隙度的影响越少，孔隙度越小（小于15%），QV数值变化范围越大；Nm、Ng和部分Ed数据点，受孔隙度影响较小；部分Ed和整个Es的数据点受孔隙度影响较大。

应用图8还难以准确提取QV的计算方法，为获得准确的QV计算公式，对图7进行细化，绘制出不同泥质含量情况下QV与孔隙度的关系图版［见图9（a）］，可见，在不同泥质含量区间QV随孔隙度的增加呈指数下降关系，在不同孔隙度区间QV随泥质含量的增加呈指数增加关系。通过多元数值回归建立了利用泥质含量、孔隙度计算QV的关系式

图7 黏土附加导电型低电阻率油气层m、n解释模型图

图8 歧口凹陷不同层位QV与泥质含量、孔隙度关系图

图9 QV计算图版及计算成果与岩心分析成果对比图

式中，φ为孔隙度，小数；Vsh为泥质含量，小数。

图9（b）为实验室岩心分析QV与计算QV的对比图，二者之间对应关系非常好。

2.3 高束缚水饱和度型低电阻率油气层m、n值解释模型

利用实验室岩心分析数据建立了m、n值与孔渗综合指数、地层水矿化度关系图［见图10（a）、（b）］，可见，m、n指数同时受孔隙结构差异和地层水矿化度的影响，但n指数受地层水矿化度影响更为严重一些。通过二元回归得到m、n值的拟合关系

图10（c）、（d）分别为m、n值的岩心分析结果与实验室测量结果的对比图，二者的相关性较好，说明计算方法可靠。

2.4 饱和度定量评价模型优选

由图6（b）可知，对歧口凹陷碎屑岩储层，当阳离子交换容量大于4mmol／100g时，阳离子交换容量对m、n值影响明显；当阳离子交换容量小于4mmol／100g时，阳离子交换容量对m、n值影响不明显。故本文设置了阳离子交换容量等于4mmol／100g为分界线，当CEC大于等于4mmol／100g时，优选黏土附加导电型低电阻率油气层m、n计算模型进行m、n参数计算，饱和度计算模型选用基于阳离子交换能力的W－S模型

式中，Sw为含水饱和度，小数；φ为孔隙度，小数；Rt为储层电阻率，Ω·m；Rw为地层水电阻率，Ω·m；QV为岩石单位孔隙黏土阳离子交换量，mol／L；B为阳离子当量电导系数，mL／（Ω·m·meq）；m为孔隙度指数；n为饱和度指数。

当CEC小于4mmol／100g时，优选高束缚水饱和度型低电阻率油气层m、n计算模型进行m、n参数计算，饱和度模型选用经典阿尔奇公式

式中，a、b为岩性系数。

3 应用实例

将上述方法形成软件投入生产应用，如果有核磁共振测井资料首选核磁共振变T2截止值的孔隙度、渗透率数据参与饱和度计算；如果没有核磁共振测井资料则选用经过岩心刻度过后的常规孔隙度、渗透率数据进行饱和度计算。图11为B74×1井基于本文方法的饱和度定量评价成果图。图11中第9道为计算得到的QV，第10道为计算得到的m、n值与区域平均m、n值对比，第11道为本方法含水饱和度、束缚水饱和度、固定m、n值阿尔奇公式含水饱和度对比。由图11中孔径尺寸分布和单位孔

图10 高束缚水饱和度型低电阻率油气层m、n解释模型图

图11 B74×1井饱和度定量评价成果图

隙黏土阳离子交换量QV可见，47、48号层为高束缚水饱和度型低电阻率油气层，故选择高束缚水饱和度型变m、n值参数进行饱和度定量评价。由图11中不同方法得到的含水饱和度对比可见，本文方法计算得到的含水饱和度与束缚水饱和度之间差别较少，反映储层基本上不含可动水，解释为油层。69号层为典型的纯砂岩储层，计算得到的含油饱和度非常低，综合评价为顶含油水层低水层。对47号层试油，射开47号层1 729.6～1 741.4m井段，日产油36.82t，日产气9 766m3；累计出油32.67t，累计出气10 388m3。对69号层试油，射开1 996.3～2 000m井段，日产水18m3，累计产水112.1m3。说明本文方法可用于实际生产应用，且效果明显。

4 结束语

（1）低电阻率油气层饱和度定量评价一直是低电阻率油气层综合解释的难点与重点，无论何种饱和度定量评价模型均离不开m、n值，故m、n值的准确性直接影响饱和度定量评价的准确性。

（2）通过岩心分析明确了歧口凹陷不同主控因素低电阻率油层控制m、n值变化的关键参数，并建立了相应的m、n值计算模型，实现了连续、可变m、n值的饱和度定量计算，提高了低电阻率油气层饱和度定量评价准确性。

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