低渗储层泥浆侵入特征与时移电阻率测井评价

罗 健，张国栋，胡文亮，魏晓晗，何玉春

（中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200030）

东海盆地A凹陷低孔低渗储层油气资源丰富，低渗储层又极其敏感，做好东海盆地低渗储层保护是低渗油气资源开发的先决条件[1]。为了保护井筒环境，东海盆地钻井液体系由水基泥浆转变为油基泥浆，油基泥浆一定程度上增加了井壁稳定性，降低了滤失量，增强了携岩能力，保障了钻井安全和时效[1-3]，但是泥浆体系的改变给储层定性、定量评价带来了很大变化。为了厘清不同泥浆体系对低渗储层侵入规律，设计了低渗岩心侵入实验，总结实验规律，为低渗储层保护提供科学依据。

东海盆地使用的水基泥浆和油基泥浆配方如下：

水基钻井滤液，泥浆密度1.2 g/cm3，钻井液配方为：3%海水土浆+0.2%Na2CO3+0.2%NaOH+1%自由水络合剂HXY+2%SMP-2+2%SPNH+2%沥青树脂LSF+1.0%高温护胶剂HFL-T+3%固璧剂HGW+2%胶束剂HSM+8%键合剂HBA+5%KCl+15%NaCl+2%润滑剂[2]。

油基钻井滤液，泥浆密度1.2 g/cm3，钻井液配方为：3#白油+3%主乳化剂+1%辅乳化剂+1%润湿剂+4%有机土+3%降滤失剂+2%碱度调节剂+2%封堵剂+2%疏水胶体封堵剂+0.5%流型调节剂+1.2%高温流变稳定剂+重晶石(油水比为80∶20)[3]。

岩心侵入实验为了模拟真实地层钻井条件，实验室条件下配比相同泥浆，观察岩心在不同泥浆体系下的侵入特征。

1 侵入实验装置与岩心说明

侵入实验选取6颗低渗储层岩心，编号#1～#6，根据岩心渗透等级划分为三类，（0.1～1）×10-3μm2、（1～5）×10-3μm2、（5～10）×10-3μm2，分别代表不同渗透率级别的低渗储层，每3颗岩心为一组，分两组（表1），其中组1做水基泥浆侵入实验，组2做油基泥浆侵入实验。

表1 侵入实验岩心样品表Table 1 Intrusion experiment core samples

组1岩心模拟饱和气层受水基泥浆侵入影响，岩心经过洗油、洗盐后，饱和空气，水基泥浆滤液在实验装置下逐渐侵入岩心，通过测量岩心周身电极随水基泥浆侵入程度的电阻率变化，模拟水基泥浆侵入纯气层引起的地层电阻率变化特征。

组2岩心分别模拟饱和气层、饱和水层受油基泥浆侵入影响，在饱和气情况下，测量岩心周身电极随油基泥浆侵入程度的电阻率变化，模拟纯气层受油基泥浆侵入影响；在饱和水情况下，测量岩心周身电极随油基泥浆侵入程度的电阻率变化，模拟纯水层受油基泥浆侵入影响。

泥浆侵入实验岩心夹持器内电极分布示意 （图1），从岩心泥浆侵入端开始，沿侵入方向分布电极环，每个电极环距离如图1所示。泥浆侵入实验过程中，记录不同侵入时刻下每个电极环测量的电阻率，根据记录的电阻率的动态变化，研究泥浆侵入变化规律，实验条件为：围压25 MPa、温度120 ℃、时间12 h、循环压差5.5 MPa，模拟地层条件。

图1 泥浆侵入实验夹持器电极示意图Fig. 1 Schematic diagram of the gripper electrode in the mud intrusion experiment

2 泥浆侵入岩心实验结果分析

组1岩心与组2岩心，分别对应相同渗透率等级，分别进行泥浆侵入实验，实验结果见图2～图4。

在模拟饱和气层的侵入实验过程中，水基泥浆侵入引起岩心电极环电阻率下降，从泥浆侵入端开始，R1～R5电极环电阻率随着水基泥浆侵入逐渐下降，直至侵入达到基本平衡。最先监测到泥浆侵入的电极环R1的电阻率下降时间主要与岩心物性有关，组1中#3岩心物性最好，在15 min监测到泥浆侵入，电阻率大幅下降，整个泥浆侵入过程持续90 min左右达到平衡，R1～R5电极环电阻率均不同程度的降低，并且电阻率值R1＜R2＜R3＜R4；油基泥浆侵入岩心没有引起电极环电阻率下降，R1～R4电极环随着油基泥浆侵入基本保持不变，电阻率值R1≈R2≈R3≈R4，直至侵入达到平衡。

在模拟饱和水层实验过程中，油基泥浆侵入引起岩心电极环电阻率升高，从泥浆侵入端开始，R1～R4电极环电阻率随着油基泥浆侵入逐渐升高，直至侵入达到平衡。电极环监测到油基泥浆侵入的时间主要与岩心物性有关，组2岩心中#6岩心物性最好，约15～40 min监测到泥浆侵入，随着油基泥浆的侵入，R1～R4电极环电阻率均升高，直至岩心完全被侵入，整个泥浆侵入过程持续800 min，最终电阻率值R1≈R2≈R3≈R4。

图2 模拟饱和气层组1岩心水基泥浆侵入实验Fig. 2 Simulation experiment of water-based mud intrusion in the core of saturated gas layer group 1

图3 模拟饱和气层组2岩心油基泥浆侵入实验Fig. 3 Simulation experiment of oil-based mud invasion of saturated gas layer group 2

图4 模拟饱和水层组2岩心油基泥浆侵入实验Fig. 4 Simulation experiment of oil-based mud invasion of saturated water layer group 2

岩心电极环R1～R4代表电阻率仪器不同探测深度的电阻率资料，观察以上实验现象，泥浆侵入与泥浆体系密切相关，水基泥浆侵入规律与油基泥浆侵入规律不同，泥浆滤失特性导致钻遇渗透性地层出现不同径向探测深度电阻率分异现象。水基泥浆钻遇油气层，泥浆侵入后，出现探测深电阻率大于探测浅电阻率，即电阻率“低侵”现象；油基泥浆钻遇水层时，泥浆侵入后，出现探测浅电阻率大于探测深电阻率，即电阻率“高侵”现象，并且泥浆侵入速度与储层物性有关，物性越好，侵入越快，地层钻开15 min开始受到泥浆侵入影响。

3 泥浆侵入与时移电阻率测井

根据不同渗透率等级低渗岩心的侵入实验结果，水基泥浆和油基泥浆随着泥浆侵入会引起不同探测深度电阻率变化，即电阻率的“低侵”与 “高侵”特征，利用泥浆对地层的侵入特性，结合泥浆侵入地层前后测量的地层不同探测深度的电阻率信息（即时移电阻率测井），可以有效进行泥浆侵入深度评价、流体性质评价及油气层可动水评价[4-10]。

（1）泥浆侵入深度评价

研究区主要采用斯伦贝谢随钻电阻率仪器ARC（图5），该仪器具有5个源距（16 in、22 in、28 in、34 in和40 in）的发射器，两种发射频率400 kHz和2 MHz，可以获得相位电阻率10条和衰减电阻率10条，一共20条电阻率曲线，其中P16H（源距为16 in，频率为2 MHz的相位电阻率）探测深度最浅，A40H（源距为40 in，频率为400 kHz的衰减电阻率）探测深度最深，电阻率探测深度与地层电阻率大小有关系[7]。

图5 斯伦贝谢ARC仪器2 MHz电阻率探测深度图Fig. 5 Depth chart of 2 MHz resistivity detection by Schlumberger ARC instrument

随钻ARC仪器安装在近钻头约15 m处，东海地层钻时ROP分布在1～5 min/m，因此认为从地层钻开至测量得到实时电阻率已开始泥浆侵入过程，此时泥浆侵入浅；地层钻开一段时间后，完成泥浆侵入过程，泥浆侵入深，通过随钻复测得到泥浆侵入后地层电阻率信息，利用泥浆侵入前后不同探测深度电阻率对比，分析泥浆侵入深度。

在水基泥浆背景下，密度1.26 g/cm3，东海XX-1S井3 950～4 000 m储层孔隙度分布范围6%～12.4%，渗透率分布范围（0.5～4.4）×10-3μm2，属于东海典型低孔低渗储层。该储层钻开时测量随钻实时电阻率A40H＞ P40H＞ P28H ＞P16H，泥浆浸泡4天后，随钻复测得到电阻率A40H、P40H、 P28H 、P16H，经过对比，复测电阻率P40H＜随钻实时电阻率P40H，复测电阻率A40H=随钻实时电阻率A40H，指示地层受到泥浆侵入明显，泥浆侵入深度大于P40H探测深度，小于A40H探测深度（地层电阻率为30 Ω·m时，A40H径向探测深度为62 in（约157 cm），P40H径向探测深度为35 in（约88 cm）），推测泥浆侵入深度约1 m左右（图6）[1]。

在油基泥浆背景下，密度1.33 g/cm3，东海XX-13井4 700～4 730 m储层孔隙度分布范围7%～12.5%，渗透率分布范围（0.8～10）×10-3μm2，该井段采集了随钻实时电阻率、泥浆浸泡8天后第一次复测电阻率、泥浆浸泡10天后第二次复测电阻率。经过对比， 随钻实时电阻率A40H=P40H=P28H=P16H，泥浆侵入地层后，随钻实时电阻率P16H＜第一次复测电阻率P16H＜第二次复测电阻率P16H，随钻实时电阻率P28H=第二次复测电阻率P28H，随钻实时电阻率P40H=第二次复测电阻率P40H，指示地层逐步受到泥浆侵入，油基泥浆在泥浆柱压力下驱替地层可动水，引起复测电阻率P16H升高，地层侵入前后P28H、P40H相等说明泥浆侵入深度小于P28探测深度，推测泥浆侵入深度约0.6 m左右（图7）[10-12]。

（2）流体性质判别

利用油基泥浆滤失性和不同流体性质储层受侵入前后电阻率特征，可以快速判断储层流体性质。油基泥浆滤液分别侵入油气层、水层、干层后，引起冲洗带电阻率变化情况见表2，对于油气层而言，油气和油基泥浆滤液都是不导电的流体介质，油基滤液侵入后，地层电阻率基本不变；对于水层，油基泥浆滤液侵入后，会减少导电流体水的体积，所以储层的电阻率会升高；对于致密层，由于储层物性太差，滤液基本无侵入，所以地层电阻率基本不变，因此在油基钻井液背景下，根据探测最浅电阻率P16H可以快速评价储层流体性质[7]。

（3）可动水定量估算

研究区以西门杜公式计算含水饱和度（式1），利用随钻实时电阻率P16H计算含水饱和度为地层原始含水饱和度Sw，利用泥浆侵入完成后复测电阻率P16H计算含水饱和度为侵入后含水饱和度Swq（式2），地层可动水饱和度Swm=Sw-Swq。H4c砂体测井解释气层，泥浆侵入后P16H略微升高，通过时移测井评价的可动水饱和度Swm≈6%（图8第九道可动水饱和度Swm充填蓝色）。如果该砂体射孔生产，可能会有出水现象；H4d砂体测井解释气层，砂体底部4 471～4 478 m见水，泥浆侵入后P16H逐渐升高，砂体底部最高，通过时移测井评价可动水饱和度Swm≈4%～17%，如果该砂体射孔生产，需要避开底部含气水层。

图6 XX-1S井水基泥浆情况下泥浆侵入深度分析图Fig. 6 Mud invasion depth analysis diagram in case of water-based mud in Well XX-1S

图7 XX-13井油基泥浆情况下泥浆侵入深度分析图Fig. 7 Mud invasion depth analysis diagram in case of oil-based mud in Well XX-13

图8 XX-13井气层可动水评价综合图Fig. 8 Movable water evaluation of gas layer in Well XX-13

西门杜公式：

式中：Sw为地层原始条件下含水饱和度，%；Rw为地层水电阻率，Ω·m；Rt为地层真电阻率，Ω·m；Rsh为泥岩电阻率，Ω·m；Vsh为泥质含量，%；Φe为有效孔隙度，%；a、m、n为岩电参数。

式中：Swq为地层受油基泥浆侵入后侵入带含水饱和度，%；P16为斯伦贝谢ARCvision仪器16 in源距电阻率，Ω·m。

研究区XX-13井最终决定H4c砂体满射，H4d砂体射开顶部砂体1/3，投入生产3个月，平均日产气10×104m3，日产油8 m3，日产水1.7 m3，生产资料证实XX-13井气层含有少量可动水，同时证实时移测井评价储层可动水饱和度的可行性，该方法能为砂体射孔决策提供有效依据。

4 结论

（1） 水基泥浆和油基泥浆对地层均存在侵入现象，侵入速度与储层物性有关，低渗储层钻开15 min即开始受到泥浆侵入。

（2） 有效利用泥浆电阻率的“低侵”与“高侵”特征，结合时移电阻率测井可有效快速识别储层流体性质、分析泥浆侵入深度和估算油气层可动水含量。