低渗透储层高精度含油饱和度计算方法研究

吴有彬，罗少成，郭笑锴，彭怡眉，牟秋环，甘 宁

(1.中国石油集团测井有限公司测井应用研究院，陕西 西安 710077；2.中国石油集团测井有限公司长庆分公司，陕西 西安 710200)

随着油田勘探开发的不断深入，低渗透油气储层已经成为油田攻关的重点，对低渗透储层含油饱和度的分析也成为测井评价中面临的首要问题[1-3]。鄂尔多斯盆地镇北地区长3储层是典型的低渗透储层，储层岩性变化快、物性较差、地层水矿化度复杂多变、油水关系复杂，简单应用传统阿尔奇公式计算得到的含油饱和度精度不高，如何合理选取饱和度计算模型及计算参数，是准确确定含油饱和度的关键。

1 岩电实验分析

众所周知，1941年阿尔奇建立的定量计算含水饱和度的经验公式中，a、m和b、n参数的合理确定是测井中准确定量计算含水饱和度的基础[4]。对于一般孔隙性储层，如果导电介质主要为孔隙中的盐类离子，且储层孔隙度一般大于12%，就可以按照Archie公式进行计算，岩电参数一般取值为：a≈1、m≈2、b≈1、n≈2。低渗透层主要是由于其复杂孔隙结构导致a、m、b、n参数明显变化，进而导致应用传统Archie解释模型和解释参数评价储层含油性时将产生较大偏差[5-6]。

低渗透储层的F-Φ关系较中高孔隙度渗透率储层复杂。图1为镇北地区长3储层20块样品的地层因素F与孔隙度Φ的关系图，测量条件：岩样饱和50 g/L的CaCl2溶液，测量温度25℃，湿度70%。可以看出，地层因素F与孔隙度Φ不服从原有的纯砂岩模型的线性关系，在双对数坐标系下呈非线性关系，呈非“Aichie”现象。利用常规方法对测量数据进行拟合(图1左)，可以得到a=1.633 3，m=1.545 9，采用变m指数计算方法，当a=1时，m=0.549×lg(Φ)+2.33，相关系数为0.987，如图1(右)。

图1 镇北地区长3储层地层因素与孔隙度关系 (左)a≠1 (右)a=1

电阻增大率是储层电阻率Rt与水层电阻率RO的比值，对于常规砂岩储层，正如Archie公式所表明的，在双对数坐标系中，电阻率增大率与含水饱和度呈线性关系。图2为镇北地区长3段储层电阻增大率与含水饱和度关系，相关性较好，长3储层b=1.08，n=1.86。

图2 镇北地区长3储层电阻增大率与含水饱和度关系

2 地层水电阻率计算

由于地层水矿化度的较大差异给镇北地区储层评价带来较大困难，而现有的地层水分析资料有限，不足以满足实际需要。因此，需要利用测井资料估算地层水矿化度，以丰富地层水电阻率资料，满足实际需要。常用的地层水电阻率计算方法包括水资料分析法、试油资料计算法、自然电位差异法等。水资料分析法、试油资料计算法需要有实验数据作为支撑，自然电位差异法估算地层水矿化度的过程较复杂，且受人为因素影响较大[7-9]。因此，本文以Archie公式为理论基础，提出了基于标准图版法估算地层水电阻率的方法。

通过Archie 公式可得到：

(1)

(2)

式中：a、b为比例系数；m为胶结系数；n为饱和度指数；Φ为岩石的孔隙度，%；SW为岩石的含水饱和度，%；RW为地层水电阻率，Ω·m；Rt为原状地层电阻率，Ω·m。

基于以上原理，假定储层100%含水，结合储层岩电参数模拟了不同孔隙度、不同地层水电阻率下储层电阻率变化规律，建立了不同地层水电阻率条件下的Rt-Φ的交会图版，利用储层实际数据投影，根据底部数据点落在图版上的位置可以直观快速求取地层水电阻率值。

图3为ZHX01井利用标准解释图版法估算地层水电阻率的实例。将ZHX01井在1 920～1 933.8 m储层段实际数据投影到标准解释图版上(图4)，利用最底部的数据点读出地层水电阻率为0.04 Ω·m，通过水分析资料求取的地层水电阻率为0.037 Ω·m，标准解释图版法计算的地层水电阻率与水分析法得到的地层水电阻率进行对比分析，绝对误差为0.003 Ω.m，计算结果较为准确。

图3 ZHX01井长3测井解释成果

图4 ZHX01井标准解释图版法确定地层水电阻率

利用标准解释图版法对镇北地区长3储层30口井38个层进行地层水电阻率计算，并将标准解释图版法计算的地层水电阻率与水分析资料确定的地层水电阻率进行比较分析，如图5所示。所有的数据点均匀地分布在45度斜线两侧，统计得到利用标准解释图版法计算的地层水电阻率与地层水分析资料得到的地层水电阻率的平均相对误差为17.43%，平均绝对误差0.001 5 Ω·m，计算结果能够满足储层评价需求。

图5 标准解释图版法地层水电阻率计算验证

3 Waxman-Smits模型及参数确定

对于纯净砂岩，岩石电阻率与孔隙度或与含油饱和度的关系可由阿尔奇公式很好地描述。但是，储层岩石中黏土矿物的存在则使得建立在物理测量基础之上的测井解释变得更加复杂。在Hill和Milburn所进行的大量实验室岩石物理化学测量数据基础之上，Waxman和Smits、Waxman和Thomas建立了著名的泥质砂岩饱和度评价模型Waxman-Smits模型(简称W-S模型)[10-12]。根据Waxman-Smits模型可以得到油层电导率Ct与含水饱和度Sw的关系：

(3)

或写为电阻率的形式：

(4)

式中m、n为岩电参数，由岩电实验得到；Rw为地层水电阻率，Ω·m，可以通过标准图版法得到；B的单位为(Ω·m)-1，其计算公式为：

B=[1-0.6exp(0.77/Rw)]×4.6

(5)

公式中还有一个关键参数Qv，目前应用测井资料计算Qv的方法有：①利用Smits给出的SP理论响应图版计算泥质砂岩的Qv；②根据CEC实验数据,建立Qv与自然伽马测井相对值之间的统计模型；③利用激发极化测井的自然电位曲线和极化率曲线，可以逐层计算出地层阳离子交换量及地层水离子浓度。由于自然电位测井和自然伽马测井的垂向分辨率较低，Qv计算的精度存在一定的误差[13-15]。本文探讨了一种利用核磁共振测井资料计算Qv的方法。

以镇北长3段储层为例，对21块同时具有阳离子交换量和核磁共振实验数据的岩心样品进行分析，发现岩心测量的阳离子交换量与核磁共振T2几何均值(T2gm)之间有很好的相关性，如图6。因此，建立了该区通过T2几何均值计算Qv的公式：

Qv=0.9806/T2gm0.7167

(6)

图为利用核磁共振实验数据计算得到的阳离子交换量与实测阳离子交换量的对比图，可以看出：计算的Qv值与实测的Qv值吻合性很好，能够满足饱和度计算的要求。

图6Qv与核磁T2几何平均值关系图版

图7 计算Qv与实验Qv对比

4 应用效果

利用W-S模型对镇北地区长3段储层进行了含水饱和度计算。首先确定储层岩电参数、地层水电阻率以及计算一条阳离子交换量Qv曲线，然后分别利用阿尔奇模型、W-S模型进行含水饱和度计算。图8为ZHX02井长3段储层含水饱和度测井解释成果图，图中第十道红色杆状线为校正后岩心分析含水饱和度，黑色曲线为阿尔奇模型计算的含水饱和度，图中第十一道红色杆状线为校正后岩心分析含水饱和度，蓝色曲线为W-S模型计算含水饱和度。图9分别为阿尔奇模型、W-S模型计算的含水饱和度绝对误差分布图，阿尔奇模型计算含水饱和度绝对误差平均值为-13.12%，W-S模型计算含水饱和度绝对误差平均值为-4.78%。

图10为ZHX03井长3段储层含水饱和度测井解释成果图，图中第十道红色杆状线为校正后岩心分析含水饱和度，黑色曲线为阿尔奇模型计算的含水饱和度，图中第十一道红色杆状线为校正后岩心分析含水饱和度，蓝色曲线为W-S模型计算含水饱和度。图11分别为阿尔奇模型、W-S模型计算的含水饱和度绝对误差分布图，阿尔奇模型计算含水饱和度绝对误差平均值为12.78%，W-S模型计算含水饱和度绝对误差平均值为3.52%。上述两口井的解释均验证了本文方法的有效性。。

图8 ZHX02井长3段储层含水饱和度测井解释成果

图9 ZHX02井阿尔奇模型(左)、W-S模型(右)计算含水饱和度绝对误差分布

5 结论

本文通过岩电实验证实了低渗透储层的岩电关系偏离传统“Archie线”，采用非线性的拟合方式确定岩电参数。提出了基于标图版法的地层水电阻率的计算方法，计算的地层水电阻率平均相对误差为17.43%，平均绝对误差0.001 5 Ω·m。形成了利用核磁资料快速计算阳离子交换量的方法，实际资料处理表明， 计算的阳离子交换容量与岩心分析的结果吻合较好，能够较真实地反映储层的阳离子交换容量。

最后利用Waxman-Smits模型计算储层饱和度，充分考虑了泥质导电对储层饱和度计算结果的影响，大幅度提高了储层饱和度的计算精度。

图10 ZHX03井长3段储层含水饱和度测井解释成果

图11 ZHX03井阿尔奇模型(左)、W-S模型(右)计算含水饱和度绝对误差分布