低渗透砂砾岩油层的异常侵入特征成因分析

曹志锋, 林有志, 王先虎, 徐静, 张中庆, 张凯

(1.中国石油集团测井有限公司新疆分公司, 新疆 克拉玛依 834000; 2.杭州迅美科技有限公司, 浙江 杭州 310000)

0　引　言

准噶尔盆地低渗透砂砾岩储层复杂多样,具有非均质性强、储层物性差、低饱和度、低地层压力的特点,储层中的流体性质对泥浆侵入特征不明显,泥浆侵入特征往往不能定性识别储层中的流体性质。通常情况下,在测井过程中地层水电阻率小于泥浆电阻率,泥浆侵入特征表现为增阻侵入,双侧向测井在水层段表现为负差异,油层段为正差异;若测井过程中地层水电阻率大于泥浆电阻率,泥浆侵入特征表现为减阻侵入,双侧向测井在油水层段表现为正差异,水层的正差异幅差大,油层的正差异幅差小[1]。准噶尔盆地的低渗透率砂砾岩储层在测井过程中出现了双侧向测井侵入特征与常规的相反的异常侵入特征,本文通过分析低渗透率油层异常侵入特征的形成机理及通过数值模拟仿真进行考察分析,认为这种异常侵入特征客观存在,为定性识别储层中的流体性质提供了理论依据。

1　测井环境与油层异常侵入特征

1.1　油藏地质特征

通过岩石物理实验资料统计分析,低渗透率砂砾岩储层样品孔隙度变化范围:油层孔隙度7.50%～15.60%,平均9.24%;渗透率(0.05～83.90)×10-3μm2,平均1.61×10-3μm2。该区油层饱和度下限为42%,低渗透率砂砾岩油藏具有低孔隙度、低渗透率、低饱和度、高束缚水饱和度的特点,造成流体响应特征不明显,储层为典型的特低渗透性油藏。从该区油层物性统计分析,油层孔隙度一般在8.4%,孔隙度变化不大,但渗透率变化较大;渗透性是影响油层产能大小的关键因素。根据压汞资料分析,砂砾岩储层的孔隙结构整体表现为中—低孔、微—细喉道特征,渗流条件整体偏差[1]。

1.2　测井环境与油层异常侵入特征

该区泥浆类型为钾钙基聚璜,地面泥浆电阻率平均0.13 Ω·m,换算到油层段的泥浆电阻率平均0.53 Ω·m,而该区的地层水电阻率为0.14 Ω·m,地层水电阻率大于泥浆电阻率,自然电位表现为正异常,泥浆为减阻侵入特征(见表1)。

图1为低渗透率砂砾岩储层流体性质对双侧向侵入特征统计分析,油层段明显呈现深电阻率小于浅电阻率,表现为泥浆增阻侵入特征;而该区为典型的泥浆减阻侵入特征,与常规认识矛盾,为异常泥浆侵入特征。对于水层来说,双侧向测井呈现深电阻率大于浅电阻率,表现为泥浆减阻侵入特征;与该区泥浆减阻侵入特征一致,为正常泥浆侵入特征,纯水层的双侧向正差异幅差更大。

表1　低渗透率砂砾岩储层泥浆使用情况统计表

图1　低渗透率储层双侧向测井侵入特征分析图

2　异常侵入特征形成机理分析

2.1　储层物性对泥浆侵入地层的影响分析

低孔隙度低渗透率地层泥浆侵入随着地层渗透率K值增加,储集层流体的流动性也增加,侵入前沿的推进速度也相应增加,侵入深度增加。但是,侵入深度并非随时间而无限增大,当侵入时间达到一定值时,侵入达到稳定,深度不再增加。影响泥浆侵入深度的主要因素为储层的渗透率,渗透性越小,泥浆侵入深度越浅或无侵入[2]。

2.2　油层异常侵入特征形成机理分析

从图2玛××井泥浆侵入特征分析图可知,3 212.33～3 220.98 m井段岩心分析孔隙度平均为8.48%,渗透率为0.805×10-3μm2,属于低孔隙度低渗透率、孔隙结构差的Ⅴ类的差储集层。从常规电阻率泥浆侵入特征分析,该井泥浆电阻率0.09 Ω·m,地层水电阻率0.14 Ω·m,为减阻侵入,但从电阻率曲线表现为深电阻率<浅电阻率<微球电阻率的增阻侵入,为异常侵入特征;从岩心资料分析,岩心出筒放置1～2 h后,原油缓慢渗出,说明储层的物性差,泥浆侵入不深;从断面分析,岩心靠外的部分含油性好于里面的,也就是在岩心表面富集了油气,使岩心表面的含油饱和度高于地层中的含油饱和度。

图2　玛××井油层泥浆侵入特征分析图

图3为滴南×井高产油层常规与成像对比图。从常规电阻率泥浆侵入特征分析,该井泥浆电阻率为0.13 Ω·m,地层水电阻率为0.15 Ω·m,为减阻侵入,但从电阻率曲线表现为深电阻率≤浅电阻率<微球电阻率的增阻侵入,为异常侵入特征;从成像资料分析,一个极板由于附油变得模糊,也就是在井壁附近富集了油气,泥浆未能侵入到地层中,使井壁附近的含油饱和度高于地层中的含油饱和度。

泥浆侵入表现为扩散过程,由于泥浆与油层不能产生离子交换,泥浆径向侵入深度浅或不侵入。同时,由于受井眼应力的改变,储层中的油向井筒附近运移,由于受储层物性的影响,很少部分进入泥浆,大部分油在井筒附近聚集,形成油环,导致储层近井眼附近的含油饱和度比地层原始状态下的油层饱和度要高,双侧向测井表现为深电阻率<浅电阻率<微球电阻率,形成了异常侵入特征。

图3　滴南×井油层段FMI图

2.3　水层侵入特征分析

通常情况下,泥浆的侵入过程表现为驱替过程、混合过程、扩散过程。对于低孔隙度低渗透率储层主要表现为扩散过程,该过程是指由钻井液与地层水之间的离子浓度差产生的高浓度向低浓度扩散的过程。当扩散过程达到平衡状态时,离子虽然在不停的交换,但这个面两边的正负离子的迁移数相等,形成动态平衡,并形成离子交换面[2]。

低渗透率砂砾岩储层的地层水电阻率大于泥浆电阻率,泥浆侵入表现为减阻侵入的特征,自然电位表现为正异常[3]。图4为夏×××井试油井段泥浆侵入特征关系图。图4中在水层的井段,双侧向测井表现为深电阻率<浅电阻率<微球电阻率,泥浆侵入特征表现为减阻侵入,为正常侵入特征,但水层段的双侧向深浅电阻率差异大,岩石物理实验结果表明,主要原因是该区的水层润湿性强,高矿化度泥浆向低矿化度水层产生扩散,使泥浆滤液侵入深度比油层深,导致储层近井眼附近的矿化度比原状地层水的矿化度低,双侧向测井表现为深电阻率>浅电阻率>微球电阻率,三者之间的差异大。

图4　夏×××井试油井段泥浆侵入特征关系图

3　异常侵入的正演仿真程序模拟

针对准噶尔盆地低渗砂砾岩储层实际测井中出现的双侧向测井曲线反向等现象,从而导致测量曲线出现与常规认识矛盾的现象。本文在有限元素法的基础上,结合双侧向测井仪器的仪器结构和工作原理[4],利用前线解法[5]开发了高效快速的数值模拟程序[6],模拟了在上述油层异常侵入情况下双侧向测井仪器的测量响应情况(见图5),从另一个侧面加强了对油层泥浆异常侵入的认识,再研究油层异常侵入时,可直接通过数值模拟仿真进行考察分析,无需通过岩心实验进行分析。

3.1　模型设计

通过统计分析,低渗透率油层形成异常侵入的主要原因是储层的孔隙度低,一般小于10%,渗透率小于1×10-3μm2,储层的含油饱和度小于45%;储层饱和中值压力一般在10.98 MPa,饱和中值半径一般在0.09 μm,排驱压力一般在0.50 MPa,毛细管半径一般在0.55 μm。孔隙结构整体表现为中—低孔、微—细喉特征,渗流条件整体偏差,含油饱和度偏低的油藏特征。

井径8.5 in*非法定计量单位,1 in=2.54 cm,下同,泥浆电阻率0.1 Ω·m,原状地层层厚4 m,上下围岩电阻率1 Ω·m,油气富集区厚度0.25 m,油气富集区电阻率100 Ω·m,侵入深度0.35 m,侵入带电阻率10 Ω·m,原状地层电阻率50 Ω·m,仪器居中测量(见图5)。

图5　仿真模型示意图

图6　双侧向测井模拟仿真结果(存在油气富集区)

3.2　双侧向仿真结果

双侧向测井仪器在上述地层模型下的测量响应见图6。通过仿真结果可知,在目的层由于井壁附近油气富集区的存在,导致仪器测量响应曲线出现增阻现象,即浅侧向测量响应值大于深侧向测量响应值。这与实际测量响应一致,表明井壁附近油气富集区的存在确实会导致测量曲线出现增阻现象。

对比图7不存在油气富集区的仿真结果可知,存在油气富集区时仪器的测量响应值会增大,且测量曲线会表现出减阻现象,即浅侧向大于深侧向。

图7　双侧向模拟仿真结果(不存在油气富集区)

3.3　不同富集区厚度下的仿真结果

模型设置中其他地层参数保持不变,考察在不同油气富集区厚度下,双侧向测井仪器在目的层中的测量响应变化规律,油气富集区的厚度从0 cm增加到25 cm。图8的横坐标表示油气富集区的厚度,纵坐标表示不同探测模式的响应值。

图8　双侧向测井模拟仿真结果

通过图8的仿真模拟结果可知,随着油气富集区厚度的增大,双侧向测井仪器测量响应值逐渐增大,双侧向测井仪器在油气富集区厚度小于15 cm时依然保持正序,即深侧向大于浅侧向,而当其厚度大于15 cm时,测量曲线会出现反向,不同的地层模型下,该富集区厚度的临界值不同。

4　应用效果

应用泥浆在低孔隙度低渗透率油层中的异常侵入特征和低孔隙度低渗透率油层、油水同层、含油水层、含油层的束缚水饱和度存在较大差异的特征进行交会识别流体。从图9应用效果分析,该方法能有效识别储层中的流体性质,油层符合率100%,应用效果显著,为低渗储层中的流体定性识别提供了新的方法。

图9　Rt/RI与束缚水饱和度交会

5　结　论

(1) 通过正演仿真程序模拟了低渗油层异常侵入情况下可直接通过数值模拟仿真进行考察分析,而无需通过岩心实验进行分析。

(2) 对于特低储层泥浆的侵入过程主要为扩散过程,而混合过程、驱替过程通常发生在物性较好的储层;对于特低油层的减阻侵入表现为异常侵入特征;对于水层的侵入表现为深浅电阻率差异较大的特征。

(3) 该方法只适用于特低渗砂砾岩储层中的油层识别,对于气层来说,因为气层的弹性系数大,滑脱效应明显,钻开储层中的气体很快进入泥浆中,不能在井筒附近聚集,故不能用该方法识别气层。

(4) 低渗油层的异常侵入特征与油环的厚度有关,双侧向测井仪器在油气富集区厚度小于15 cm时依然保持正序,即深侧向大于浅侧向,而当其厚度大于15 cm时,测量曲线会出现反向,不同的地层模型下,该富集区厚度的临界值不同。

参考文献:

[1]高秋涛, 曹志锋, 蔺敬旗, 等. 准噶尔盆地复杂储层流体识别技术研究 [R]. 2015, 12.

[2]范翔宇. 砂岩储层钻井泥浆污染的测井精细评价方法研究 [D]. 成都: 西南石油大学, 2005.

[3]张松扬, 陈玉魁. 钻井液侵入机理特征及影响因素研究 [J]. 勘探地球物理进展, 2002, 25(6): 28-31.

[4]张庚骥. 电法测井(上册) [M]. 北京: 石油工业出版社, 1984.

[5]张庚骥. 电法测井(下册) [M]. 北京: 石油工业出版社, 1986.

[6]陈亮, 朱道平, 方俊玲, 等. 复杂地层中的双侧向测井数值模拟 [J]. 测井技术, 2002, 26(4): 341-346.