地球物理学进展  2016, Vol. 31 Issue (4): 1660-1669   PDF    
含泥含钙致密砂岩导电规律与导电模型
唐晓敏1,2, 宋延杰1,2, 付健1, 李庆峰3, 付晨东3, 许淑梅3, 刘玥1     
1. 东北石油大学地球科学学院, 大庆 163318
2. 非常规油气成藏与开发省部共建国家重点实验室培育基地, 大庆 163318
3. 大庆钻探工程公司测井公司, 大庆 163412
摘要: A地区致密砂岩储层具有孔隙结构复杂、高泥、高钙的特征,使其导电规律更复杂,现用饱和度模型不能全面描述三种因素对致密砂岩导电规律的影响,造成A地区致密砂岩储层饱和度评价精度较低.本文首先从实验角度分析了孔隙结构、泥质、钙质胶结对致密砂岩导电规律的影响,得出随孔隙结构变差、泥质含量减小、钙质含量增加,岩石导电性变差.其次,考虑影响A区致密砂岩导电规律三种主要因素,利用有效介质对称导电理论具有描述泥质和钙质胶结对岩石导电性影响的优点,而改进等效岩石元素理论具有更好的描述孔隙结构变化对岩石导电性影响的优点,将两种理论结合,建立了适用于致密砂岩储层饱和度评价的导电模型.理论分析表明,建立的致密砂岩导电模型能正确地描述孔隙结构、泥质、钙质胶结对致密砂岩导电规律的影响,并与实验规律相符.第三,基于含水致密砂岩可动流体孔隙中水流与电流流动的相似性以及改进等效岩石元素模型和弯曲毛管模型,建立了有效流动孔隙度计算式.利用半径均值和无效流动孔隙与有效流动孔隙之比对致密砂岩孔隙结构进行了分类,在分类基础上,采用优化技术和有效流动孔隙度计算式,建立了孔隙结构效率和孔隙曲折度计算式.利用致密砂岩岩电实验数据,采用优化技术确定了模型中流体非均匀分布指数、渗滤速率及渗滤指数等参数值,并建立了相应参数计算式.与密闭取心井的饱和度对比,致密砂岩导电模型计算的含水饱和度平均绝对误差为4.5%; 与试油结果对比,解释结果与试油结论吻合.这表明所建立的导电模型适用于A地区含泥含钙致密砂岩储层饱和度评价.
关键词含泥含钙致密砂岩     导电模型     有效介质对称导电理论     等效岩石元素导电理论     孔隙结构     参数确定    
Conductance mechanism and conduction model for tight shale-rich and calcite-rich sands
TANG Xiao-min1,2 , SONG Yan-jie1,2 , FU Jian1 , LI Qing-feng3 , FU Chen-dong3 , XU Shu-mei3 , LIU Yue1     
1. College of Geo-science, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China
2. Accumulation and Development of Unconventional Oil and Gas, State Key Laboratory Cultivation Base Jointly-constructed by Heilongjiang Province and the Ministry of Science and Technology, Heilongjiang Daqing 163318, China
3. Well Logging Company, Daqing Drilling Engineering Company, Heilongjiang Daqing 163412, China
Abstract: The tight sand reservoirs in A area are characterized by complex pore structure, high shale content and calcite content, and those factors make their conductance mechanism more complicated. Few of saturation models in current use can give an overall description of the effect of these three factors on the conductivity law of tight sands, which causes low accuracy on saturation of the tight sands reservoirs in A area. Firstly an analysis on the influence of pore structure, shale and calcareous cementation on the conductivity law of tight sands is done on experiments, and it shows that the conductivity of rock decreases as the pore structure is worse, shale content decreases and the content of calcite increases. Secondly, symmetrical effective medium conduction theory is used to describe the influence of shale and calcareous cementation on rock conductivity, and improved equivalent rock element theory used to describe the influence of pore structure on rock conductivity better. After combining the advantages of two kinds of conduction theories, a conductivity model for evaluation on saturation of the tight sand reservoirs is established to contain the influence of three factors on the conductivity law of tight sands in A area. Theoretical analysis shows that the proposed conduction model can correctly describe the influence of pore structure, shale and calcareous cementation on the conductivity law of tight sands, and the results are consistent with the experimental rules. Thirdly, based on the similarity between water flow and electric flow in the movable fluid pore of water-bearing tight sands, and the improved equivalent rock element model, and curved capillary model, a formula of efficient flow porosity is established. The pore structure of tight sands is classified by the mean radius and the ratio of non-efficient flow porosity and efficient flow porosity. On the basis of classification, the formulas of the pore structure efficiency and pore tortuosity are established with optimization technology and the efficient flow porosity formula. Based on the experimental data of the tight sands, the parameters of the model are determined by the optimization technique, such as the non-uniform water distribution index, percolation rate and percolation exponent, and the formulas to calculate the parameters are established. Water saturation calculated by the proposed conduction model is compared with the analyzed saturation of the sealing core drilling well X1, the average absolute error is 4.5%, and the interpretation results for well X2 are in agreement with the test oil conclusion. It shows that the proposed conduction model can be applied in the evaluation of saturation of the tight shale-rich and calcite-rich sand reservoirs in A area.
Key words: tight shale-rich and calcite-rich sands     conduction model     symmetrical effective medium conduction theory     equivalent rock element conduction theory     pore structure     parameter determination    
0 引言

近年来, 以致密油气、页岩气、重油和油砂为代表的非常规油气资源成功实现了规模开发, 推动全球油气工业进入了常规资源与非常规资源并重发展的新阶段.在众多的非常规油气资源类型中, 致密油气的分布具有普遍性, 资源潜力很大, 这使得致密油气成为目前最为现实的非常规资源, 受到广泛关注和高度重视(赵政璋等, 2012; 邹才能等, 2013).A地区X油层组致密砂岩储层岩性主要为粉砂、含钙粉砂、泥质粉砂岩和介形虫层.泥质含量变化范围为5%~65%, 平均为21.8%; 粘土矿物主要以伊利石为主, 平均含量大于70%以上, 其次是绿泥石, 含少量伊蒙混层; 钙质含量变化范围为5.3%~67%, 平均为16.9%; 孔隙度主要分布范围为4%~14%, 平均值为9.5%, 渗透率主要分布范围为0.02~0.45 mD, 平均值为0.16 mD.致密砂岩储层孔隙中原生和次生孔共存, 粒间孔、粒内孔、粒缘孔与裂隙裂缝混杂, 孔隙喉道细, 加上成岩粘土矿物发育, 不同粘土矿物及其赋存状态对孔喉的改造作用差异很大, 因此, 致密砂岩储层孔隙结构复杂, 储层储集特征和渗流特征差异明显.这些特征使A地区致密砂岩储层的导电规律与常规储层导电规律有很大差别, 多表现为非阿尔奇关系.致密砂岩储层导电规律的特殊性主要受其复杂孔隙结构的影响, 其次, 也受胶结物成分、含量和类型的影响, 而目前用于低孔低渗砂岩储层饱和度计算的改进阿尔奇方程(李秋实等, 2002; 李潮流等, 2010; 郑雷清等, 2010; 宋延杰等, 2012; 王长江等, 2013; 李功强等, 2016; 肖宇等, 2016)、泥质电阻率模型和双电层导电模型(宋延杰等, 1995; 杨雪, 2007)、三孔隙导电模型(张奉东, 2009; 张丽华等, 2010; 张丽华等, 2011; 石玉江等, 2012)以及有效介质对称导电模型(杨景强等, 2008; 宋延杰等, 2010; 陈东霞, 2011; 宋延杰等, 2014)因其局限性不能全面有效地描述致密砂岩的导电规律.改进阿尔奇方程虽然考虑孔隙结构变化对致密储层导电规律的影响, 但没有考虑泥质、钙质等胶结物对致密储层导电规律的影响; 泥质电阻率模型和双电层导电模型虽然考虑泥质对致密储层导电规律的影响, 但没有考虑孔隙结构变化和钙质胶结对致密储层导电规律的影响; 三孔隙导电模型虽然考虑孔隙结构变化、泥质对致密储层导电规律的影响, 但没有考虑钙质胶结对致密储层导电规律的影响.有效介质对称导电模型虽然考虑泥质和钙质胶结以及一定的孔隙结构变化对致密储层导电规律的影响, 但如何更好的描述孔隙结构变化对致密储层导电规律的影响还需进一步研究.2004年和2008年, Shang等人将纯岩石孔隙等效成平行于电势梯度的对导电贡献大孔隙和垂直于电势梯度的对导电贡献小孔隙的串联, 将贡献大孔隙和小孔隙比定义为孔隙结构效率, 基于串联导电理论建立了包含孔隙结构效率参数的等效岩石元素模型.2014年, 宋延杰等人利用有效介质对称导电理论描述泥质对储层导电性的影响, 利用等效岩石元素理论描述孔隙结构对储层导电性的影响, 将这两种理论结合, 从而建立一种新的基于有效介质与等效岩石元素理论的含泥特低渗透储层饱和度模型.2015年, 宋延杰等人将孔隙结构复杂岩石的孔隙空间等效为孔隙横截面积变化的弯曲毛管, 对等效岩石元素理论进行了改进, 建立一种基于孔隙曲折度概念与等效岩石元素理论的致密砂砾岩储层导电模型.该改进等效岩石元素模型的优点是通过引入孔隙结构效率和孔隙曲折度两个参数来描述孔隙结构变化对致密储层导电规律的影响.本文针对A地区致密砂岩储层孔隙结构复杂、高泥、高钙特征, 在岩电规律研究基础上, 将有效介质对称导电理论和改进等效岩石元素理论结合, 利用有效介质对称导电理论描述泥质和钙质对岩石导电性的影响, 利用改进等效岩石元素理论描述孔隙结构对储层导电性的影响, 建立考虑泥质、钙质、孔隙结构等因素影响的适用于致密砂岩储层饱和度评价的导电模型, 以提高A地区致密砂岩油层的解释符合率.

1 致密砂岩导电规律研究

利用A地区B油层组6口井42块致密砂岩岩心岩电实验数据, 研究其地层因素与孔隙度以及电阻增大系数与含水饱和度的关系.图 1图 2给出了致密砂岩地层因素与孔隙度之间的关系, 从图中可以看出, 地层因素与孔隙度以及电阻增大系数与含水饱和度关系在双对数坐标下为非线性关系.这种非线性规律是孔隙结构变化、泥质、钙质综合影响的反映, 采用单影响因素变化的分析法, 可分析泥质含量、钙质含量和孔隙结构变化对致密砂岩岩电规律的影响.

图 1 致密砂岩地层因素与孔隙度交会图 Figure 1 Plot of porosity and formation factor for tight sands
图 2 致密砂岩电阻增大系数与含水饱和度交会图 Figure 2 Plot of water saturation and resistivity index for tight sands

图 3为不同泥质含量的地层因素与孔隙度交会图, 图中两组岩样的钙质含量分布范围均为8% <Vca<21%, 而泥质含量分别为5%<Vsh<20%和20%<Vsh<42%.由图可知, 在孔隙度和地层水电阻率相同时, 随泥质含量增加, 地层因素降低, 储层导电性变好.

图 3 不同泥质含量致密砂岩地层因素与 Figure 3 Plot of porosity and formation factor for tight sands with different shale content

图 4为不同钙质含量的地层因素与孔隙度交会图, 图中两组岩心的泥质含量分布范围均为11%<Vsh<20%, 而钙质含量分别为8%<Vca<30%和82%<Vca<89%.由图可知, 在孔隙度和地层水电阻率相同时, 随钙质含量增加, 地层因素增大, 储层导电性变差.

图 4 不同钙质含量致密砂岩地层因素与 Figure 4 Plot of porosity and formation factor for tight sands with different calcite content

图 5为不同曲折度(的地层因素与孔隙度交会图, 图中两组岩心的孔隙曲折度分布范围为1.72 <τ1<2.17和2.37<τ1<2.84, 泥质含量和钙质含量分布范围分别为7%<Vsh<26%、8%<Vca<24%.由图可知, 在孔隙度和地层水电阻率相同时, 随孔隙曲折度增大, 地层因素增大, 储层导电性变差, 说明储层孔隙结构复杂化导致储层导电性变差.

图 5 不同孔隙曲折度致密砂岩地层因素与 Figure 5 Plot of porosity and formation factor for tight sands with different pore tortuosity

综上所述, 泥质含量、钙质含量和孔隙结构变化对A区致密砂岩岩电规律有很大影响, 是影响A区致密砂岩岩电规律的主要因素.故在建立A区致密砂岩饱和度模型时必须考虑这三个因素对导电规律的影响.

2 含泥含钙致密砂岩导电模型建立

针对A区致密砂岩储层导电规律主要影响因素, 利用有效介质对称导电理论具有描述泥质和钙质对岩石导电性影响的优点, 而改进等效岩石元素理论具有更好的描述孔隙结构对岩石导电性影响优点, 将两种理论结合, 可建立考虑泥质、钙质、孔隙结构等因素影响的适用于致密砂岩储层饱和度评价的导电模型.该导电模型建立思路与基于有效介质与等效岩石元素理论的特低渗储层饱和度模型(宋延杰等, 2014)建立思路相似.即:①将含泥含钙致密砂岩等效成孔隙大小、形状、连通性和油气水含量及分布状况不变的纯砂岩, 即将泥质和钙质作为不导电的骨架, 其等效体积模型见图 6.②对于由岩石骨架和孔隙组成的等效纯砂岩(图 6b), 分别利用有效介质对称导电理论和改进等效岩石元素理论建立纯砂岩电导率方程, 联合求解得出流体电导率表达式.③利用有效介质对称导电理论推导由岩石骨架、泥质、钙质及孔隙四组分组成的致密砂岩(图 6a)导电方程, 与流体电导率方程结合, 建立实用于该区块致密砂岩储层的导电模型.

图 6 含泥含钙致密砂岩等效体积模型 (a) 含泥含钙致密砂岩体积模型; (b) 等效纯砂岩体积模. Figure 6 Equivalent volume model of tight shale-rich and calcite-rich sands (a)Volume model of tight shale-rich and calcite-rich sands;(b)Volume model of equivalent clean sands.
2.1 有效介质对称导电模型计算含泥含钙砂岩电导率

对于由不导电骨架颗粒、钙质、泥质以及混合流体四种组分组成致密砂岩(其体积模型见图 6a), 根据有效介质对称导电理论(Koelman, 1997; De Kuijper, 1996), 可得四组份的含泥含钙致密砂岩的电导率为

(1)
(2)

式中, λma、λca、λsh、λfe分别为含泥含钙致密砂岩中的骨架颗粒、钙质、泥质、流体的渗滤速率, 无量纲; γma、γca、γsh、γfe分别为含泥含钙致密砂岩中的骨架颗粒、钙质、泥质、流体的渗滤指数, 无量纲; Cfe为等效纯砂岩流体电导率, S/m; VmaVcaVsh分别为含泥含钙致密砂岩中的骨架颗粒含量、钙质含量、泥质含量, 小数; φ为含泥含钙致密砂岩的有效孔隙度, 小数.

2.2 改进等效岩石元素模型与有效介质对称导电模型结合求取混合流体电导率 2.2.1 有效介质对称导电模型计算纯砂岩电导率

对于由不导电骨架颗粒和孔隙两组分组成的等效纯砂岩(其体积模型见图 6b), 根据有效介质对称导电理论, 两组分纯砂岩电导率(宋延杰等, 2014)表示为

(3)
2.2.2 改进等效岩石元素模型计算纯砂岩电导率

改进等效岩石元素模型是将等效岩石元素模型中对导电性贡献大的直管孔隙改进为弯曲毛管孔隙, 引入孔隙曲折度参数来更好地描述孔隙结构变化对致密储层导电规律的影响.对于含油气等效纯砂岩, 改进等效岩石元素模型的体积模型如图 7所示, 根据等效纯砂岩电阻为对导电性贡献大和贡献小孔隙水电阻的串联, 可推导出等效纯砂岩的电导率表达式为(宋延杰等, 2015):

图 7 含油气等效纯砂岩改进等效岩石元素模型的体积模型 Figure 7 Volume model of improved equivalent rock element model for oil bearing equivalent clean sands
(4)

式中, τ、epsn、k分别为含泥含钙致密砂岩的孔隙曲折度、孔隙结构效率、流体非均匀分布指数、孔隙曲折度指数, 无量纲.

2.2.3 确定流体电导率

联立(3) 式和(4) 式, 并令Ct1=Ct2, 可得到流体电导率的表达式为

(5)
2.3 有效介质对称导电理论与改进等效岩石元素理论结合的致密砂岩饱和度方程

将(5) 式、(2) 式代入(1) 式, 推导得致密砂岩饱和度方程为

(6)

式中, N1~N75为饱和度方程系数.

3 含泥含钙致密砂岩导电模型理论分析

假设Rw=0.3 Ω·m, Rsh=6.0 Ω·m, Cca=0.001 S/m, eps=0.5, k=0.5, φ=0.1, γma=3.0, γca=1.0, γfe=1.0, γsh=1.0, λma=1.0, λsh=1.0, λfe=1.0, λca=2.0, Vsh=0.3, Vca=0.2, n=0.5, τ=1.2.从理论上讨论eps, τ, Vca, Vsh中某一参数值变化模型预测的致密砂岩导电规律的合理性, 验证建立的含泥含钙致密砂岩导电模型的正确性.

3.1 孔隙结构效率和孔隙曲折度变化对模型的影响

图 8给出了孔隙结构效率eps为0.3, 0.5, 1.0, 5.0, 10.0时RtSw交会图, 图 9给出了孔隙曲折度τ为1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0时RtSw交会图.从图中看出, 在含水饱和度相同时, 孔隙结构效率eps越小, 孔隙曲折度τ越大, 孔隙结构越复杂, Rt值越大.

图 8 孔隙结构效率变化对模型的影响 Figure 8 Effects of pore structure efficiency on the proposed model
图 9 孔隙曲折度变化对模型的影响 Figure 9 Effects of pore tortuosity on the proposed model
3.2 钙质含量和泥质含量变化对模型的影响

图 10给出了钙质含量Vca为0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.25时RtSw交会图, 图 11给出了泥质含量Vsh为0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.25时RtSw交会图.从图中看出, 在含水饱和度相同时, 钙质含量Vca越大, 泥质含量Vsh越小, Rt值越大.

图 10 钙质含量变化对模型的影响 Figure 10 Effects of calcite content on the proposed model
图 11 泥质含量变化对模型的影响 Figure 11 Effects of shale content on the proposed model

从上述分析可知, 建立的致密砂岩导电模型在eps, τ, Vca, Vsh变化时预测的理论规律与实验规律相符, 说明模型能很好地描述孔隙结构、泥质、钙质胶结对含泥含钙致密砂岩导电规律的影响.

4 含泥含钙致密砂岩导电模型参数确定 4.1 确定孔隙结构效率和孔隙曲折度

孔隙结构效率定义为对导电性贡献大的孔隙体积与贡献小的孔隙体积之比.孔隙结构效率变大, 对导电性贡献大的孔隙体积变大, 对导电性贡献小的孔隙体积变小, 孔隙结构变好, 因此, 孔隙结构效率参数能反映岩石孔隙结构变化.同样, 孔隙曲折度参数也能反映岩石孔隙结构变化.当岩石孔隙度发生变化, 其孔隙结构也发生变化.一般, 岩石孔隙度增大, 孔隙结构变好, 孔隙结构效率参数增大, 孔隙曲折度参数减小, 故孔隙结构效率参数与岩石孔隙度为正比关系, 这种正比关系可以用线性或幂次关系近似表示, 而孔隙曲折度参数与岩石孔隙度为反比关系, 这种反比关系可以用幂次关系近似表示.当然, 对于不同孔隙结构变化范围岩石, 其孔隙结构效率和孔隙曲折度参数与岩石孔隙度之间关系可能不同, 故对致密砂岩孔隙结构进行分类, 在分类基础上, 建立孔隙结构效率和孔隙曲折度与孔隙度关系式.

孔隙结构分类

半径均值DM越小, 总孔隙喉道的平均值越小, 越偏于细歪度毛细管压力曲线的形态, 窄喉道在整个孔隙喉道中占优势, 孔隙结构变差, 则对渗滤油气极为不利.无效流动孔隙与有效流动孔隙之比Rnep越大, 孔隙结构变差, 则对渗滤油气极为不利.对于A区致密砂岩, 根据以前的研究成果可知, 将孔喉半径小于0.063 μm的孔隙定义为无效流动孔隙, 而将孔喉半径大于0.063 μm的孔隙定义为有效流动孔隙.图 12给出了6口井45块岩样压汞数据的半径均值和无效流动孔隙与有效流动孔隙之比交会图.从图上看出可将致密岩样孔隙结构分为3类, 一类:孔隙结构好, 孔隙结构效率高, 渗流能力较强, DM大于0.08 μm, Rnep小于0.6; 二类:孔隙结构较好, 孔隙结构效率较高, 渗流能力中等, DM介于0.03 μm至0.08 μm之间, Rnep介于0.6至4之间; 三类:孔隙结构差, 孔隙结构效率很低, 渗流能力极低, DM小于 0.03 μm, Rnep大于4.

图 12 半径均值和无效流动孔隙与有效流动孔隙之比交会图 Figure 12 Plot of mean radius and the ratio of non-efficient flow porosity and efficient flow porosity
4.1.2 基于改进等效岩石元素模型和弯曲毛管模型的有效流动孔隙度关系式

1.基于改进等效岩石元素模型含水含泥含钙致密砂岩地层因素关系式

针对含水含泥含钙致密砂岩, 依据改进等效岩石元素模型将总孔隙空间划分成正交的对导电性贡献大的孔隙和贡献小的孔隙, 将分散泥质看作干粘土和粘土水组成, 并认为骨架、钙与干粘土组成干骨架且不具有导电性, 对导电性贡献大和小孔隙中的混合水(粘土水、束缚水和可动水)串联导电, 其等效体积模型见图 13.岩石孔隙中电流传输与流体渗流具有相似性, 但是被粘土水和束缚水占据的孔隙空间对流体流动没有贡献.因此, 在原有含水含泥含钙致密砂岩改进等效岩石元素模型的基础上加以改进, 将束缚水和粘土水看成不导电干骨架, 并认为可动水孔隙体积大小、形状、连通性不发生变化, 其等效体积模型见图 14.

图 13 含水含泥含钙致密砂岩改进等效岩石元素模型的体积模型 Figure 13 Volume model of improved equivalent rock element model for water-saturated tight shale-rich and calcite-rich sands
图 14 只有可动水孔隙存在的含水含泥含钙致密砂岩改进等效岩石元素模型的等效体积模型 Figure 14 Equivalent volume model of improved equivalent rock element model for water-saturated tight shale-rich and calcite-rich sands with movable water pore only

对于只有可动水孔隙存在的含水含泥含钙致密砂岩(图 14), 应用改进等效岩石元素理论(宋延杰等, 2015; Shang, 2003)可以建立地层因素与可动水孔隙度关系式为

(7)

2.基于弯曲毛管模型含水含泥含钙致密砂岩地层因素关系式

根据图 14可知, 只有可动水孔隙存在的含水含泥含钙致密砂岩可以等效为具有相同岩石体积和相同地层因素且由骨架和弯曲毛细管组成的岩石结构, 如图 15.定义毛细管体积与岩石总体积的百分比为有效流动孔隙度φef.对于弯曲毛细管模型, 根据并联导电理论, 并结合纯岩石阿尔奇公式, 可得:

图 15 只有可动水孔隙存在的含水含泥含钙致密砂岩等效弯曲毛细管模型 Figure 15 Equivalent curved capillary model for water-saturated tight shale-rich and calcite rich sands with movable water pore only
(8)

3.有效流动孔隙度关系式建立

将(8) 式与(7) 式结合, 得到有效流动孔隙度的计算关系式为

(9)
4.1.3 计算孔隙结构效率和孔隙曲折度

利用致密砂岩储层39块岩样压汞分析有效流动孔隙度和岩心分析实验数据, 分3类孔隙结构采用最优化技术对(9) 式求解φef-Swi-φ的非相干函数, 分别得到3类孔隙结构致密砂岩的孔隙结构效率和孔隙曲折度计算式, 一类, eps=2.4214695φ+1.2, τ=0.883716φ0.282977; 二类, eps=0.240489φ+0.906593, τ=1.480315φ-0.200187; 三类, eps=1.830002φ+0.451699, τ=3.182792φ-0.143005.

4.2 确定渗滤速率和渗滤指数

利用A区13块致密砂岩岩样电阻率和泥质含量、钙质含量等实验测量数据以及计算孔隙结构效率和孔隙曲折度参数, 并令λmama=1.0, 利用最优化技术求解CtCwSw的非相干函数.得出岩样的λfe、γfe、λca、γca, 并分别建立了λfe、γfe与孔隙度关系式以及λca、γca与钙含量关系式, 即λfe=-0.0996φ+3.3044, 相关系数为0.62; γfe=0.1019φ+1.6406, 相关系数为0.68; λca=-0.0278Vca+4.8131, 相关系数为0.92; γca=0.0163Vca+1.0514, 相关系数为0.83.在此基础上, 求出k=1.0、n=0.29, λsh=2.37, γsh=3.63.

5 含泥含钙致密砂岩导电模型应用效果分析 5.1 密闭取心井处理效果分析

利用建立的含泥含钙致密砂岩导电模型, 处理了A地区X1密闭取心井, 图 16给出了该井处理成果图.该井泥质含量较高, 分布范围为5%~44%, 主要分布在10%~30%之间, 钙质含量分布范围为0.5%~45.2%, 主要分布在5%~20%之间, 孔隙度分布范围为2%~15%, 主要分布在5%~12%之间, 属于含泥含钙致密砂岩储层, 24个小层计算的含水饱和度与岩心分析含水饱和度的平均绝对误差为4.5%, 平均相对误差为5.9%.2号层为高泥高钙储层, 3号层低泥高钙储层, 两层计算含水饱和度与岩心分析含水饱和度均吻合很好.

图 16 X1密闭取心井处理成果图 Figure 16 Interpretation results for sealed core well X1
5.2 试油井处理效果分析

利用建立的含泥含钙致密砂岩导电模型, 处理了A地区X2试油井, 图 17给出了该井处理成果图.根据A地区致密砂岩储层解释标准(φ≥11%且So≥45%且φ·So≥5.5%解释为I-1类层, 8%≤φ <11%且So≥30%且φ·So≥2.6%, φ≥11%且30%≤So<45%, φ≥11%且So≥45%且φ·So<5.5%解释为I-2类层, φ<8%或So<30%或φ·So<2.6%解释为II类层), 75、76、79I、80、85号层孔隙度介于8%~11%之间, 计算含油饱和度大于30%, 含油孔隙度大于2.6%, 解释为I-2类层; 82号层孔隙度为11.2%, 计算含油饱和度为52.5%, 含油孔隙度为5.9%, 解释为I-1类层.X2井的试油深度段为X095~X152 m, 共射开6层(75、76、79、80、82、85号层), 日产油3.29 t, 75、76、79、80、85号层试油结论为I-2类层, 82号层为I-1类层, 解释结果与试油结果相符.

图 17 X2试油井处理成果图 Figure 17 Interpretation results for oil testing well X2
6 结论

6.1 岩电规律研究表明, A地区致密砂岩地层因素与孔隙度以及电阻增大系数与含水饱和度在双对数坐标下为非线性关系, 即表现为非阿尔奇现象.泥质、钙质和孔隙结构是影响致密砂岩导电规律的主要因素, 随泥质含量增加, 岩石导电性变好; 随钙质含量增加, 岩石导电性变差; 随孔隙曲折度增大, 孔隙结构变复杂, 岩石导电性变差.

6.2 利用有效介质对称导电理论和改进等效岩石元素理论结合建立的致密砂岩导电模型通过引入孔隙结构效率、孔隙曲折度, 泥质渗滤指数和渗滤速率、泥质含量和电阻率, 钙质渗滤指数和渗滤速率、钙质含量等参数来反映孔隙结构、泥质、钙质等因素对致密砂岩导电性的影响.该模型适用于含泥重、泥质附加导电性强, 钙质胶结, 孔隙结构复杂的致密砂岩储层饱和度解释.

6.3 基于含水致密砂岩可动流体孔隙中水流与电流流动的相似性原理, 在假定只有可动水导电下, 采用改进等效岩石元素模型推导出地层因素的公式, 将其与根据弯曲毛管模型推导出的地层因素与有效流动孔隙度的关系式结合, 建立了计算有效流动孔隙度关系式.利用半径均值和无效流动孔隙与有效流动孔隙之比将致密砂岩孔隙结构划分为3类, 在分类基础上, 采用优化技术和有效流动孔隙度计算式, 建立了孔隙结构效率和孔隙曲折度计算式.利用致密砂岩岩电实验数据, 采用优化技术确定了模型中流体非均匀分布指数、渗滤速率及渗滤指数等参数值, 并建立了相应参数计算式.

6.4 经过1口密闭取心井的饱和度对比, 致密砂岩导电模型计算的含水饱和度平均绝对误差为4.5%, 说明建立的导电模型能提高A地区致密砂岩储层的饱和度计算精度.试油井的解释结果与试油结果吻合说明了建立的导电模型适用于A地区致密砂岩储层的流体性质评价.

致谢 感谢审稿专家对本文提出的修改意见和编辑部的大力支持!
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