一水淹层岩石物理特征变化规律研究

朱学娟,刘 凤,张瑞香

(中国石油大学胜利学院 油气工程学院,山东 东营 257000)

一水淹层岩石物理特征变化规律研究

朱学娟,刘 凤,张瑞香

(中国石油大学胜利学院 油气工程学院,山东 东营 257000)

油层水淹后储层非均质性增强,剩余油分布复杂,导致水淹层定量评价困难。明确水淹层的岩性、物性、电性等岩石物理特征能够帮助建立测井解释模型。对南堡构造某区块的水淹层取心,通过岩石物理实验,进行孔隙度、渗透率和核磁T2谱测量,明确水淹层物性参数的变化。对取心进行水驱和岩电实验,研究油层水淹后电阻率的变化,以及饱和度模型中胶结指数和饱和度指数的变化,分析其影响因素,为水淹层剩余油饱和度模型的建立提供依据。

水淹层;岩石物理;物性特征;电性特征

随着油田注水开发程度的不断提高,目前多数油田已进入高含水或特高含水阶段。为了提高水驱阶段的采收率、最大限度地挖掘剩余油潜力,准确评价水淹层、搞清楚地下剩余油的分布至关重要,这就要求准确计算以剩余油饱和度为核心的水淹油层产出参数、剩余油与残余油饱和度、产能、含水率等参数[1-2]。对于水淹层参数计算及定量评价,应用最多的是以体积模型为基础的测井响应方程和以Archie公式为核心的饱和度模型,同时还广泛根据岩心实验分析资料和试油与测井资料,建立适合于各地区水淹层特征的各种测井解释经验模型。无论哪种模型,都必须以岩心的岩石物理实验数据为基础,以岩石物理特征和水淹机理为依据进行建模,所以,研究水淹后岩石物理特征的变化至关重要,尤其是岩石的电阻率变化特征和规律,直接决定了剩余油饱和度模型的建立。

1 岩石物性变化特征

1.1 物性参数变化特征

储层物性参数孔隙度和渗透率是储层定量评价最重要的参数,同时也是反映岩石孔隙结构的重要参数。注水开发过程中,孔隙壁上附着的黏土遭到冲刷,半径较大的孔隙内的黏土更容易被冲走,使孔隙半径或喉道变得更大,孔隙的弯曲度减小,连通性变好,岩石的孔隙结构系数变小,所以物性越好的储层,水淹后孔隙度和渗透率越容易增加[2]。图1和图2分别是对某地区的取心样品进行水驱实验前后的孔隙度和渗透率对比图,可以看出绝大部分的样品水驱后孔隙度和渗透率都有所增加。分析个别取心的渗透率没有变化或减小的原因,应该是分布在较小喉道中的黏土没有被冲散甚至遇水膨胀堵塞了喉道,从而导致渗透率减小[3]。

这种孔隙度和渗透率的变化,尤其是孔隙结构的改变,将会很大程度地影响岩石电阻率的变化,特别是Archie公式中反映岩性和孔隙结构的胶结指数m和饱和度指数n。

1.2 孔隙结构变化特征

岩石孔隙度结构是影响岩石导电性能的重要因素,因而也是利用电阻率进行饱和度建模时必须考虑的因素。岩石物理中一般利用核磁共振实验来研究孔隙结构[4],利用与地层水矿化度相同的盐溶液对岩心进行水驱实验,并且分别测量水驱前后岩心的核磁T2谱,T2谱靠后的包络面积代表较大孔隙的体积,靠前的代表较小的孔隙或喉道的体积,二者的相对大小反映岩石的孔隙结构。

图1 水驱前后孔隙度变化

图2 水驱前后渗透率变化

从图3可以看出,水驱后由于注入水对泥质和细小颗粒的冲刷,大孔隙的相对体积增大,小孔隙相对体积减少,孔隙结构变好。因水驱前后采用不同的仪器测量，仪器参数设置不同，所以信号幅度采用相对值。反映到电性特征上,孔隙的弯曲度减小,流体的渗流通道变好,即导电路径变好,使岩石的电阻率降低。

图3 岩石水驱前后核磁T2谱变化特征

2 岩石电性变化特征

2.1 水淹油层的电阻率变化特征

按注入水Rwj和储层原来的地层水Rw的矿化度或电阻率的相对大小,可以将水淹层分为淡水水淹(Rwj/Rw≥10)、地层水水淹(1≤Rwj/Rw<5)和污水水淹(5

(1)

(2)

式中,a、b、a′、b′为水淹前、后经验系数;m、m′为水淹前、后胶结指数;n、n′为水淹前、后饱和度指数;φ、φ1为水淹前、后孔隙度;Rw、Rwz为地层水、混合水电阻率,Ω·m;Sw、Sw1为水淹前、后含水饱和度。

从式(2)中可以得出,对某一固定的地区,水淹层的电阻率取决于混合地层水电阻率Rwz和水淹后的含水饱和度[5]。

从上述进行孔隙度实验的取心中挑选取心质量好、孔隙度中等的两块岩心进行水驱岩电实验。根据本地区的水分析资料确定出地层水矿化度约为3 500×10-6,所以使用3 500×10-6的溶液进行岩心饱和,再分别使用1 500×10-6、2 500×10-6和3 500×10-6矿化度的溶液进行水驱实验,同时多次测量岩心的电阻率和含水饱和度,作出电阻率—含水饱和度交会图(图4)。可以看出,用1 500×10-6的溶液驱替时,电阻率随着含水饱和度的增大先减小再增大,呈现出“U”形特征;用2 500×10-6的溶液驱替时,电阻率随含水饱和度的增大先减小再增大,而含水饱和度达到85%时电阻率又减小,呈现出“S”形的曲线特征;使用3 500×10-6的溶液驱替后得到的电阻率曲线则随着含水饱和度的增大而单调递减[5]。这说明,对于淡水水淹的油气层,电阻率变化情况比较复杂,由于淡水注入后使油层内混合流体的电阻率增加,从而导致水淹层电阻率增大,而另一方面注入水驱替了一部分油气,含油气饱和度降低,又会使水淹层电阻率降低,所以从宏观来看,油层被水淹后,电阻率可能降低也可能增高,还有可能不变[6-7]。即同一电阻率可以对应两个甚至三个含油饱和度数值,使测井解释出现多解性,应用电阻率方法评价含水饱和度将十分困难。

图4 水驱岩心电阻率—含水饱和度交会图

2.2 胶结指数m的变化特征及影响因素分析

阿尔奇公式是在计算饱和度时应用最广泛的公式,很多其他更复杂的饱和度公式也是在阿尔奇公式的基础上建立的。它是连接孔隙度测井与电阻率测井的桥梁,是利用岩石孔隙度和电阻率求取流体饱和度的基础。其中,胶结指数m和饱和度指数n是计算过程中不可或缺的参数,它们的准确与否也直接影响了含油饱和度的计算结果。m和n是与岩性、岩石结构、构造等地质因素有关的参数,油层被水淹后,其泥质含量、物性大小、孔隙结构等都发生了变化,所以利用原始油层的阿尔奇参数已无法准确计算饱和度,必须深入研究水淹后m和n的变化以及影响它们变化的因素,对于饱和度的计算至关重要[8-9]。

对上述地区不同岩性的取心,进行1 500×10-6矿化度溶液100%饱和后测量得到的地层因数与孔隙度交会图,分岩性进行拟合可以得到不同岩性下阿尔奇公式中胶结指数m,如图5所示。然后对这些岩心分别利用矿化度2 500×10-6、3 500×10-6和4 500×10-6的溶液进行相同的实验,可以得到类似于图4的地层因数—孔隙度交会图,此处因为篇幅原因不一一列出,最终得到不同矿化度下,不同岩性的胶结指数m的值,如表1所示。

图5 不同岩性的地层因数—孔隙度交会图

矿化度/10-6岩性粗砂岩中砂岩细砂岩粉砂岩泥质粉砂岩10001.51.361.201.020.8820001.651.551.421.221.0530001.741.631.511.351.2240001.781.681.551.43—

注：由于泥质粉砂岩含泥较多,胶结差,经多次溶液饱和冲刷,岩心被破坏,无法得到有效的地层因素和m值。

从图5和表1中可以看出,当地层水矿化度稳定时,不同岩性的m值不同,岩石颗粒越粗、岩性越纯,胶结指数越大。对水淹层来说,注水之后岩石的黏土等细粒成分被冲刷,泥质含量减少,岩性变纯,所以油层水淹之后胶结指数增大。而当地层水矿化度不同时,各种岩性的胶结指数都随矿化度的增加而增大。从表1不同岩性的m值进行对比可以看出,颗粒越粗的岩石,m随矿化度变化而变化的量越小,岩性越细时,m随矿化度变化而变化的量越多;而不同行之间相对比可以得出,低矿化度条件下,不同岩性间的m值相差较大,而高矿化度条件下不同岩性间的m值相差较小。

2.3 饱和度指数n的变化特征及影响因素分析

对于上述岩电实验的岩心进行不同含水饱和度下的岩石电阻率测量,得到电阻增大率-含水饱和度交会图,同样以矿化度为1 500×10-6的溶液条件下的实验数据为例,如图6所示,拟合可以得到不同岩性的饱和度指数n。同理,分别利用矿化度2 500×10-6、3 500×10-6和4 500×10-6的溶液进行相同实验,得到不同矿化度条件下不同岩性的饱和度指数n,见表2。

图6 不同岩性的电阻增大率-含水饱和度交会图

矿化度/10-6岩性粗砂岩中砂岩细砂岩粉砂岩15001.431.251.130.9025001.561.401.29—35001.701.531.431.2145001.801.621.50—

注：由于多次的饱和和离心,有效的岩心样品比计算m值时更少,部分实验条件下没有得到有效数据。

从图6和表2中可以看出,相同注入水矿化度条件下,饱和度指数n随岩性变化而变化,岩性越纯、岩石颗粒越大,饱和度指数越大。相同岩性条件下,矿化度越高,饱和度指数越大。表2中不同矿化度间对比可以看出,低矿化度条件下,不同岩性之间的n相差较大,而高矿化度时,不同岩性间n值的相对变化幅度较小。

综合胶结指数m和饱和度指数n的变化特征可以看出,进行水淹层饱和度建模时,对于m和n的确定要综合考虑水淹前后岩性的变化和注水后混合地层水电阻率的变化。

3 结 论

(1)油层水淹后,储层的岩性和物性产生变化,岩性变纯,泥质含量减少,孔隙度和渗透率通常会增大,孔隙结构变好。但对于含特殊黏土矿物的储层,由于黏土的遇水膨胀渗透率也可能会降低。

(2)水淹后的岩石电阻率变化较为复杂,其变化特征受到注入水矿化度和含水饱和度的综合影响。利用电阻率建立饱和度模型时,模型中的参数如胶结指数和饱和度指数变化也较复杂,同时受储层岩性和注入水矿化度的影响,所以在对水淹层进行饱和度计算时要综合考虑多种影响因素。

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[责任编辑]胡秋媛

2015-10-20

朱学娟(1987—),女,山东鱼台人,中国石油大学胜利学院油气工程学院助教,主要从事测井方法和测井解释与处理研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2015.04.004

P631.81

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