合川地区低孔低渗砂岩储层含水饱和度的评价方法

摘 要

摘要：合川地区上三叠统须家河组二段气藏属低孔低渗气藏，其储层孔喉结构复杂，造成了含水饱和度计算不准的问题。为此，研究了储层岩性、物性、孔喉结构和地层水特征对含水饱和度的
摘要：合川地区上三叠统须家河组二段气藏属低孔低渗气藏，其储层孔喉结构复杂，造成了含水饱和度计算不准的问题。为此，研究了储层岩性、物性、孔喉结构和地层水特征对含水饱和度的影响，认为储层特征致使含水饱和度复杂多变，增加了储层含水饱和度的定量评价难度；以测井地质应用技术为指导，用核磁共振测井资料检验所求取的含水饱和度精度，探讨了Archie公式、Simandoux公式和印度尼西亚公式所建立的3种含水饱和度模型在合川地区复杂地质条件下的应用效果和影响因素。实践表明：Simandoux公式的解释结果与核磁测井含水饱和度值误差在-6.1%～2.6%，更加适合于研究区复杂地质条件下泥质砂岩含水饱和度的求取，为该区低孔低渗砂岩气藏勘探开发提供了技术支持；在没有适合于所有储层的含水饱和度模型情况下，油气田勘探开发时尽可能结合油气藏的储层特征多选用几种含水饱和度模型进行试算与分析，然后选取其中最适合的来应用。
关键词：四川盆地；中；晚三叠世；储集层；孔喉结构；含水饱和度；核磁测井；评价
    准确计算含水饱和度是低孔低渗储层定量评价的难题之一。目前，泥质砂岩储层中根据泥质分布形式建立的含水饱和度模型有30多种，广泛用于泥质砂岩含水饱和度公式大多采用体积模型与电阻并联及Archie公式，并作不同假设，都带有经验性[1]。对不同地区、不同储层特征、不同地层水条件下若不加以研究会使求取的含水饱和度误差很大。合川地区须二段气藏储层属低孔低渗，孔喉结构复杂、地层水矿化度高、束缚水饱和度高等特征，导致储层含水饱和度定量评价困难，而目前又没有完全适用于各种储层的含水饱和度模型，出现储量计算不准、气水分布认识不清、流体性质判别符合率低和产能预测困难等难题[2～3]。研究适用研究区复杂地质条件下的含水饱和度解释模型，提高含水饱和度解释精度成为当务之急，能为川中地区低孔渗砂岩气藏勘探开发提供有力支持。
1 储层特征
1.1 岩性特征
    合川地区上三叠统须家河组二段储层薄片鉴定表明，储集岩岩性以砂岩和长石岩屑砂岩为主，填隙物为黏土质等杂基和绿泥石、钙质、硅质等胶结物，粒度分析资料显示储层段的岩石颗粒以细砂为主，平均含量在55%以上，最大达87%；次为中砂，少量粉砂岩。分析表明储集岩颗粒偏细，比表面积较大，吸附地层水的能力强，将使储层含水饱和度复杂化。
1.2 物性特征
    须二段储集岩孔隙类型以残余粒间孔、粒间溶孔和粒内溶孔为主，次为杂基孔和微裂缝等；储层类型主要为孔隙型，少量孔隙-裂缝型。12口井865个岩样分析表明，孔隙度分布在0.15%～16.54%，孔隙度小于6%的样品数占51.2%；渗透率主要分布在0.01～1mD，平均为0.4065mD，小于0.1mD的样品数占75.61%以上。说明须二段储层属低孔低渗或特低孔特低渗储层，储层微孔、小孔与低渗并存发育，将会导致含水饱和度增加。
1.3 孔喉结构特征
    研究区喉道类型以管状、片状喉道为主，少量缩小型或缩颈型喉道，压汞资料表明：孔喉半径为0.0037～25.309μm，峰值在0.0624～9.9546μm。对毛细管压力曲线进行“J”函数和Bessel函数处理，发现对渗透率起主要贡献的孔喉集中在0.062 4～1.6443μm(图1)。孔喉结构呈双峰特征，储层段大于0.0995μm的喉道对渗透率的贡献在90%以上，为主要渗流孔隙系统(右峰)；小于0.0995μm的喉道渗透能力差，对渗透率几乎无贡献，孔喉中的流体不可动，被高达40%的束缚水占据，为微孔隙系统(左峰)。总体来说，研究区孔喉结构复杂，孔喉半径小且分布不均，以微孔、小孔为主，储层非均质性强，必然导致孔喉弯曲度大、渗透率低、排替压力大，储层含水饱和度复杂多变。
 

1.4 地层水特征
    研究区地层水矿化度极高，在12.4×104～23.5×104mg/L，平均为18.3×104mg/L。测定水膜厚度大，为0.0734μm和0.0742μm，是普通油气层水膜厚度的2倍，水膜厚度增大将导致束缚水饱和度变化，对含水饱和度的定量评价有很大影响。气水相渗实验表明束缚水饱和度在34.2%～65.3%之间变化，核磁测井、压汞分析也都证实储层束缚水含量高、变化大，说明低孔低渗、复杂孔喉结构储层的含水饱和度复杂多变。
    总之，合川地区须二段储层岩性细，比表面积大；储层物性差，呈低孔渗或特低孔渗特征；孔喉结构呈双峰特征，孔喉半径小且分布不均，小孔、微孔所占比例大；储层水膜厚度大，矿化度极高，储层含水饱和度也高，这些特征使储层含水饱和度复杂多变。
2 含水饱和度解释方法
    低孔低渗油气层的含水饱和度定量评价难度很大[4～5]，由于各种饱和度模型都是在一定条件下适用于一种或几种油气层饱和度的计算，而不是适用于所有油气层的饱和度计算。因此，应结合研究区地质特征选用多个模型进行试算并分析，选用最合适的应用。当前，合川地区含水饱和度模型多选用Archie公式，存在储量计算不准、气水分布认识不清、流体性质判别符合率低和产能预测困难等问题。因此，笔者在综合分析研究区储层特征、岩电实验、地层水等基础上，对Archie公式、印度尼西亚公式和Simandoux公式进行分析研究，探讨适合研究区低孔低渗、复杂孔喉结构储层的含水饱和度模型。
2.1 Archie公式
    1942年，Archie根据前人和他本人的研究数据，得出纯砂岩在地层水矿化不太低的情况下全含水和部分含水时的导电规律，提出以纯砂岩为基础的导电模型，建立适用于纯砂岩油气层的岩石含水饱和度公式。即
 
式中Sw为含水饱和度；a、b分别为岩性系数；m为孔隙度指数；行为饱和度指数；Rw为地层水电阻率，Ω·m，Rt为岩石电阻率，Ω·m；φe为有效孔隙度。
2.2 Simandoux公式
    考虑泥质对岩石电阻率的影响，1983年法国Simandoux对砂和黏土组成的人工介质作了广泛的实验研究，得出泥质砂岩电导率关系式。该式是混合泥质砂岩模型[1]，是一种反映含分散泥质的岩石导电性模型。即
 
式中Vcl为泥质体积；Rcl为泥质电阻率，Ω·m。
2.3 印度尼西亚公式
    1971年，Poupon等人在印度尼西亚地层评价中认为Simandoux公式在地层水矿化度较高的地区应用效果较好，而在地层水矿化度较低的印度尼西亚地区应用效果不够好。在Simandoux公式基础上，发展了适应于印度尼西亚地区泥质含量较高、地层水矿化度较低地层的印度尼西亚公式。即
 
3 模型应用及效果分析
    图2第9道Sw1、Sw2、Sw3是用3种含水饱和度模型和相同的处理参数对合川某井计算的含水饱和度结果，3者差异较大，其准确性需要加以分析和检验。合川地区没有油基钻井液取心资料和密闭取心资料，水基钻井液取心岩样的含水饱和度在70%以上，与实际相差甚大。核磁测井能够提供可靠的储层含水饱和度参数[6～8]，且不受岩性的影响。因此，利用核磁测井资料检验所求含水饱和度的准确性。

3.1 Archie公式应用及效果分析
    Archie公式计算的含水饱和度Sw1与核磁测井含水饱和度Swe相比，误差在-13%～4.4%，平均为-8.32%。在孔隙度较高(大于10%)、泥质含量较低的相对纯砂岩层段，计算的Sw1与Swe结果十分接近(图2中4号储层)；而在孔隙度较低、泥质含量相对高的储层段计算结果偏小(图2中1、3号储层)。由此可见，Archie公式适用于泥质含量低、中高孔隙度且孔隙相对均匀的较纯净砂岩油气层。
    孙建国[9]研究认为Archie公式适用于不含泥质、具有均匀且较高孔隙度的纯砂岩地层。研究区属低孔低渗储层，泥质含量稳定在25%以下，储层均含泥质，纯砂岩储层很少，因此对含泥质储层段Archie公式计算的Sw与实际不符，出现偏小现象。分析发现研究区砂岩颗粒以细砂为主，储层孔隙度低、渗透率差，孔喉结构复杂，储层非均质性较强，出现储层岩电参数偏离常规砂岩的岩电参数现象，测量的岩电实验参数分布范围较大：岩性系数(a)为1.01～2.22，胶结指数(m)为1.32～1.58，平均1.48，比常规砂岩储层偏小，系数b为0.78～1.64，饱和度指数(n)值为1.56～4.44，变化范围大。岩电参数的变化反映了孔喉结构复杂和非均质性强，与Archie公式的假设条件不符(相对均匀孔隙)，用Archie公式计算Sw时将与实际情况不符。岩电参数的大范围变化使处理参数的选择范围变大，增加了对含水饱和度计算结果的人为影响，必然造成较大误差。因此，Archie公式在该区低孔低渗、复杂油气储层中不宜直接使用。
3.2 Simandoux公式应用及效果分析
    Simandoux公式计算含水饱和度Sw2与核磁测井含水饱和度Sw2基本相等(图2中1～4号储层)，二者误差很小，在-6.1%～2.6%，平均为0.98%。中高孔隙度储层计算Sw2与Swe曲线重叠(图2中3、4号储层)；低孔隙度储层计算Sw2与Swe相比有较小误差，最大误差仅6%，仍能满足生产实际要求。
    研究区岩性较细，黏土以分散形式分布于地层中，Simandoux公式的推导是不考虑黏土或泥质具体分布形式，并假设泥质与纯砂岩一样含有油、气、水，这与实际更相符。这样处理将会共同校正泥质含量和砂岩电阻率变化的影响，能够消除因砂岩储层物性差、孔喉结构复杂和地层水矿化度高等因素带来的影响。计算过程中，Simandoux公式也没有用到研究区变化范围较大的岩电参数b、m，减小了人为干预。因此，用Simandoux公式对研究区砂泥岩油气层进行含水饱和度处理是合乎情理的，实际应用证明，处理结果更符合实际。
3.3 印度尼西亚公式应用及效果分析
印度尼西亚公式计算含水饱和度Sw3与核磁测井含水饱和度Swe相比，结果偏大(图2中1、2号储层)，与Swe相比误差在0.8%～16.4%，平均为7.71%。图2中1、2号储层段受泥质含量和孔隙度的影响计算Sw3与Swe相比误差较大，最高达16.8%；而3、4号储层由于岩性纯、孔隙度高计算结果与核磁测井含水饱和度基本相符。
印度尼西亚公式适用于地层水矿化度较低(小于3×104mg/L)的地区[1]，而研究区地层水矿化度较高，不适应该地区。分析发现，对岩性纯、孔隙度高的储层印度尼西亚公式计算结果较好(图2中3、4号储层)，这是由于该公式是对Simandoux公式的变形，对泥质部分和纯砂岩部分进行了修改，改变二者的导电性使其适应于低矿化地层水的情况，不适用于研究区的高矿化度地层水地层。研究区储层孔喉结构复杂，印度尼西亚公式没有用到能够表征低孔渗储层孔喉结构特征的胶结指数m，加之泥质含量与地层电阻率的变化，使计算结果与实际情况出现较大误差。因此，用印度尼西亚公式计算的Sw3受泥质和地层电阻率影响较大，在泥质含量高、孔隙度较低的层段将会使解释的含水饱和度增大(图2中1、2号储层)。
4 结论
1) 合川地区须二段储层储集岩颗粒细，比表面积大；储层物性差，属低孔低渗储层；孔喉结构复杂，呈双峰特征，孔喉半径小且分布不均，以微孔、小孔为主；地层水矿化度高，水膜厚度大。使储层含水饱和度复杂多变。
2) 针对研究区储层含水饱和度带来的诸多问题，在储层特征研究基础上，对Archie公式、Simandoux公式和印度尼西亚公式进行探讨。以核磁共振测井资料检验3种含水饱和度模型在合川地区的适应性，实践证明：Archie公式计算的含水饱和度偏小，印度尼西亚公式计算的含水饱和度偏大，Simandoux公式解释结果与核磁测井含水饱和度最接近，误差在-6.1%～2.6%，适合研究区复杂地质条件下泥质砂岩含水饱和度的求取。
3) 目前，由于孔喉结构、泥质及孔隙流体之间相互作用的导电机理认识不清，“三低”储层各种成因作用机理研究不够深入，导致各种含水饱和度模型都缺乏严密性，并没有一个通用的含水饱和度物理模型能够适合于所有储层。因此，油气田勘探开发时应结合油气藏的具体储层特征尽可能多选几种含水饱和度方法进行试算和分析，然后选择最适合的应用。
参考文献
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(本文作者：姚军朋 司马立强 西南石油大学资源与环境学院)