南堡凹陷水驱油岩石电阻率变化特征研究

田晓冬，曾玉生，李颖　(中石油冀东油田分公司勘探开发研究院，河北 唐山 063004)

南堡凹陷水驱油岩石电阻率变化特征研究

田晓冬，曾玉生，李颖(中石油冀东油田分公司勘探开发研究院，河北 唐山 063004)

[摘要]南堡凹陷低矿化度地层水条件下砂岩油层电阻率变化范围较大,当注入水矿化度接近或低于地层水矿化度时,水淹层与油层的测井电阻率差别较小,因此利用电阻率测井识别水淹层难度很大。在实验室模拟地下油层水淹过程,以多种矿化度水驱溶液分别驱替饱含油岩石,在驱替过程中测量岩石水驱油电阻率、含水饱和度和水驱倍数等参数,研究不同岩性、物性的岩石在多种矿化度注入水水驱油过程中电阻率的变化特征及其影响因素。通过分析试验数据,揭示了多种矿化度注入水水驱油岩石电阻率复杂的变化特征及其主要影响因素,为电阻率测井识别水淹层奠定了基础。

[关键词]多种矿化度水驱溶液;水驱油岩石电阻率;水驱油岩石电阻率降低系数;含水饱和度;水驱倍数

目前，地层的解释评价主要依靠电阻率-三孔隙度测井系列，电阻率是识别和评价砂岩储层含油性的重要依据。油田在注入淡水开发以后，水淹层和油层的电阻率特征差别很小，水淹层电阻率变得更为复杂。不少学者通过试验手段探索和研究了水驱油岩石电阻率的变化特征。孙德明等[1]、原海涵等[2]均研究过淡水水驱油岩石电阻率变化特征，得出了最基本的认识，具有一定的指导作用，但对于特定油田的地质特征和开发特点，缺少针对性，不能有效指导水淹层的识别。为此，笔者以渤海湾南堡凹陷古近系沙河街组注水开发层系的钻井取心岩样为研究对象，对水驱油岩石电阻率变化特征及影响因素进行探索分析。

研究区储层岩性主要以中-粗砂、中-细砂和含砾砂岩为主；孔隙度主要分布在10%～22%，渗透率主要分布在1～1000mD；原始地层水矿化度约在1000～5000mg/L，水型一般为NaHCO3型。不同时期的注入水矿化度也不同，约在500～3500mg/L，水型为NaHCO3型。原始油层电阻率变化范围较大，一般在10～100Ω·m。

1水驱油岩石电阻率试验设计

在具有不同岩性、物性且测井特征较为稳定的钻井取心段取样，岩样的岩性、物性能够代表区块或层系的油层特征。以区块地层水分析化验矿化度为依据，设计试验饱和水矿化度为3000mg/L，水型为NaCl型。参考区块不同时期注入水矿化度资料，设计试验驱替水矿化度分别为600、800、1000、1200、1500、2000、2500、3000mg/L，水型为NaCl型。

在实验室首先测量岩石的孔隙度和渗透率，然后用矿化度为3000mg/L的NaCl溶液通过真空加压饱和至100%含水，用油驱水至束缚水状态时，用设计的每一种矿化度水溶液分别驱替饱含油岩石，在驱替过程中测量含水饱和度、水驱倍数及其对应的电阻率。岩样开始水驱至含水饱和度稳定时，测量点不少于7个，以确保电阻率随含水饱和度的变化有显著特征；继续水驱，测量电阻率、含水饱和度和水驱倍数，直到注入水大约是岩样孔隙体积的10倍时为止，该阶段的测量点不少于4个。

2水驱油岩石电阻率影响因素及变化特征

从试验过程可以看出，饱含油岩石在水驱过程中的变化因素主要包括含水饱和度、注入水矿化度和水驱倍数3个因素，通过分析这些影响因素的变化来研究水驱油岩石电阻率的变化特征。

2.1　含水饱和度对水驱油岩石电阻率的影响

图1是一块岩样的多矿化度水驱油岩石电阻率与含水饱和度关系图，岩样孔隙度为17.7%，渗透率为87.5mD，物性较好，水驱倍数约在1倍之内。从图1可见，当一块岩样的注入水矿化度一定时，随着注入水的增加，含水饱和度增大，电阻率也随之发生复杂的变化，随着注入水矿化度的不同，电阻率随含水饱和度的变化特征也不同。

2.2　注入水矿化度对水驱油岩石电阻率的影响

从图1可见，在岩性、物性、含水饱和度等一定时，注入水矿化度越高，水驱油岩石电阻率就越低，电阻率随注入水矿化度的增高而降低。

2.3　水驱倍数对水驱油岩石电阻率的影响

定义注入水体积与岩石孔隙体积的比值为水驱倍数。图2是一块岩样的多矿化度水驱油岩石电阻率与水驱倍数关系图，当注入水矿化度一定时，水驱倍数约在1倍之内，电阻率随含水饱和度的增大变化较大，随着水驱的继续，当水驱倍数约大于1之后，岩石中基本只剩残余油，含水饱和度基本稳定不变，随水驱倍数的增大，水驱油岩石电阻率也基本稳定，不再发生大的变化。

图1　多矿化度水驱油岩石电阻率与含水饱和度关系图　　图2　多矿化度水驱油岩石电阻率与水驱倍数关系图

2.4　水驱油岩石电阻率的变化特征

当水驱倍数约在1倍之内，注入水矿化度不同时，随含水饱和度的增大，电阻率的变化特征较为复杂。注入水矿化度为600、800、1000mg/L时，随着注水过程的进行，含水饱和度逐渐增大，水驱油岩石电阻率由开始下降逐渐转变为上升，呈不规则“U”型，1个电阻率对应2个或多个含水饱和度(见图1)。注入水矿化度越低，“U”型特点越显著，且水驱油岩石电阻率最低值也越大。注入水矿化度为600、800mg/L时，岩石中可动油饱和度基本为零时的水驱油岩石电阻率达到的最大值，超过饱含油时的电阻率，注入水矿化度越低，水驱油岩石电阻率最大值也越高。当注入水矿化度为1200、2000mg/L时，随着注水过程的进行，含水饱和度逐渐增大，水驱油岩石电阻率持续下降，1个电阻率对应1个含水饱和度。同一含水饱和度时的水驱油岩石电阻率随注入水矿化度的增大而降低。

当水驱倍数大于约1倍之后，注入水矿化度为1000mg/L时的水驱油岩石电阻率最高，其次为1500、2000mg/L，注入水矿化度为2500mg/L时的水驱油岩石电阻率最低(见图2)。当注入水矿化度一定时，水驱倍数增大，水驱油岩石电阻率基本稳定；注入水矿化度越高，水驱油岩石电阻率越低，电阻率随注入水矿化度的增高而降低。

3水驱油岩石电阻率降低系数变化特征

由于不同岩石的岩性、物性等因素的差异，也会导致水驱油岩石电阻率与含水饱和度的关系有差别，为便于研究不同岩石之间的水驱油岩石电阻率与含水饱和度之间的差异，分析同一块岩石在水驱过程中电阻率与饱含油时的变化特点，定义水驱油岩石电阻率与饱含油岩石电阻率的比值为水驱油岩石电阻率降低系数。将岩石物性分为较好、中等、较差3个等级，分析和比较3种物性的岩石水驱油电阻率降低系数与含水饱和度关系的差异，并研究水驱油岩石电阻率与饱含油岩石电阻率相比的变化特点。

3.1　水驱油岩石电阻率降低系数与含水饱和度的关系

图3为1号岩样多矿化度注入水的水驱油岩石电阻率降低系数与含水饱和度关系图，岩石孔隙度为15.7%、渗透率为2.24mD，岩石物性较差，水驱倍数约在1倍之内。可以看出，注入水矿化度在600、1200、2000mg/L时，水驱油岩石电阻率降低系数随含水饱和度变化的曲线呈不规则“U”型，曲线开口相对较小、底部较窄。

图4为2号岩样多矿化度注入水的水驱油岩石电阻率降低系数与含水饱和度关系图，岩石孔隙度为19.3%、渗透率为37.1mD，岩石物性中等，水驱倍数约在1倍之内。可以看出，注入水矿化度在600、800、1000mg/L时，水驱油岩石电阻率降低系数随含水饱和度变化的曲线呈不规则“U”型，曲线变缓、开口稍大、底部稍宽；注入水矿化度在1200mg/L时，水驱岩石电阻率降低系数下降到最低后略有小幅上升或不规则波动；注入水矿化度在2000mg/L时，水驱岩石电阻率降低系数持续降低。

图3　1号岩样水驱油岩石电阻率降低系数　　　　　　　图4　2号岩样水驱油岩石电阻率降低系数　与含水饱和度关系图　与含水饱和度关系图

图5为3号岩样多矿化度注入水的水驱油岩石电阻率降低系数与含水饱和度关系图，岩石孔隙度为22.9%、渗透率为136.5mD，岩石物性较好，水驱倍数约在1倍之内。可以看出，注入水矿化度在600、800、1000mg/L时，水驱油岩石电阻率降低系数随含水饱和度变化的曲线呈不规则“U”型，曲线开口最大、底部较宽；注入水矿化度在1200mg/L时，水驱岩石电阻率降低系数下降到最低后略有小幅上升或不规则波动；注入水矿化度在2000mg/L时，水驱岩石电阻率降低系数持续降低，只是在底部下降的幅度变缓。当水驱油岩石电阻率降低系数随含水饱和度变化的曲线呈不规则“U”型时，1个水驱油岩石电阻率降低系数对应2个或多个含水饱和度。

图5　3号岩样水驱油岩石电阻率降低系数　与含水饱和度关系图

3块岩样多矿化度注入水水驱油岩石电阻率降低系数的最小值和最大值见表1。由表1 可见，不同岩性物性的岩石，在水驱过程中，多矿化度注入水水驱油岩石电阻率降低系数最大值为1.02，最小值为0.62，注入水矿化度越高，最大值和最小值就越小。随着物性的变好，水驱油岩石电阻率与含水饱和度交会图中的不规则“U”型曲线开口变大、底部变宽。

表1　水驱岩石电阻率降低系数最小值和最大值统计表

3.2　水驱油岩石电阻率降低系数与水驱倍数的关系

如图6所示，在水驱过程中，当水驱倍数大约在1倍之内时，水驱油岩石电阻率的变化最大；当水驱倍数约大于1倍之后，随水驱倍数的增大，水驱油岩石电阻率基本不变。注入水矿化度为1000mg/L时的水驱油电阻率降低系数最大，2500mg/L时最小。在相同水驱倍数(水驱倍数大于1倍时)下，水驱油岩石电阻率降低系数随注入水矿化度的增大而减小。

图6　水驱油岩石电阻率降低系数与水驱倍数关系图

4结论

1)在岩石水驱过程中，当水驱倍数约在1倍之内时，随着含水饱和度的增大，水驱油岩石电阻率的变化幅度较大，变化规律非常复杂；当水驱倍数约大于1倍之后，同一注入水矿化度的水驱油岩石电阻率基本不变。影响水驱油岩石电阻率发生变化的因素主要有含水饱和度、注入水矿化度和水驱倍数。当岩石的岩性物性不同时，这3个因素对水驱油岩石电阻率变化的影响程度也不同。

2)水驱倍数约在1倍之内且注入水矿化度较低时，水驱油岩石电阻率与含水饱和度关系图的“U”型特征指示出，在水驱过程中，1个水驱油岩石电阻率可以对应2个甚至多个含水饱和度，即1个电阻率可以解释出不同的水淹强度，也就是电阻率测井解释油层水淹强度存在多解性。

[参考文献]

[1]孙德明，褚人杰，王绍民，等.储层条件下水淹油层测井响应机理实验研究[A].水驱油田开发测井96国际学术讨论会论文集[C].北京：石油工业出版社，1996.

[2]原海涵，赵渝萍.“U”形曲线的解释——岩心水驱油实验的导电机理[A].水驱油田开发测井96国际学术讨论会论文集[C].北京：石油工业出版社，1996.

[编辑]龚丹

[引著格式]田晓冬，曾玉生，李颖.南堡凹陷水驱油岩石电阻率变化特征研究[J].长江大学学报(自科版) ,2015,12(26):33~36.

[中图分类号]P631.84

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2015)26-0033-04

[作者简介]田晓冬(1982-)，女，工程师，现主要从事水淹层解释评价工作，445930324@qq.com。

[收稿日期]2014-11-20