吐哈盆地复杂孔隙结构储层测井评价方法研究

刘洪亮，王成荣，王鹏，吴都，职玲玲，刘春辉

（中国石油集团测井有限公司吐哈事业部，新疆 哈密839009）

0 引 言

根据阿尔奇公式可知，油层电阻率与地层水电阻率Rw和含水饱和度Sw紧密相关。研究储层电阻率时更多地考虑了Rw和Sw对地层电阻率的影响，而忽略了孔隙导电通道对电阻率的影响；特别是在利用临近水层法开展油气层判定、评价中，常常忽视目标层和临近标准水层孔隙结构的层间差异而采取相同的孔隙度指数m进行计算，导致含油饱和度计算结果低于实际，降低了测井对储层含油气级别的测定，甚至延缓了油气藏的发现。

储层孔隙结构对电阻率的影响通过孔隙度指数m传递［1］。正确揭示不同孔隙结构储层的m值变化特征，对于测井准确判定、评价复杂孔隙结构油气层具有重要的现实意义。

1 层间孔隙结构差异化成因

1．1 吐哈盆地台北凹陷西部复杂储层孔隙结构特征

铸体薄片、电镜扫描等岩心分析结果表明，吐哈盆地台北凹陷西部低电阻率储层具有次生溶蚀孔隙较为发育（裂缝／裂隙不发育），填隙物含量高、极细微孔喉占比高的特点。压汞特征大多属于II类孔隙结构，毛细管压力曲线以偏粗歪度为主，出现一近似平台，分选中等，特征参数表现为中－低排驱压力，中等中值压力，中等中值半径；孔喉分布体现为双峰特征，极细微孔喉（孔隙半径＜0．1μm）体积约占总孔隙体积的30%以上［2］。

1．2 层间孔隙结构差异化成因

引起层间孔隙结构差异的原因既有储层自身岩性的因素，又有受到后期成岩作用的影响［3］。

（1）岩石成分中塑性物质含量高，孔隙填隙物以泥质为主。台北凹陷西部复杂储层岩性主要为长石岩屑砂岩，石英含量仅占30%左右，塑性物质长石、岩屑占70%左右；泥质以高岭石为主，含量占总体积的15%左右，主要以填隙物的形式杂乱堆积在孔隙里，微孔发育，导致孔隙结构复杂化。

（2）成岩作用。塑性物质含量高的岩石，机械压实作用的改造比较突出，原生粒间孔隙大幅度变小，石英、长石次生加大，进一步使原生孔隙缩小；长石溶蚀，颗粒间、内溶蚀微孔发育，形成双孔介质特征。

2 层间孔隙结构差异油层导电机理

2．1 岩电试验设计

根据实验要求，共选取鲁克沁克拉玛依组10块、神泉三间房组7块、火焰山三间房组24块共计41块岩心开展岩电实验。原始地层水采用等效NaCl溶液配制，实验溶液的测量参数为火焰山地区、鲁克沁地区等效NaCl矿化度50000mg／L、25℃条件下地层水电阻率0．1315Ω·m；神泉地区等效NaCl矿化度150000mg／L、25℃条件下地层水电阻率0．0594Ω·m。

岩样经过切样、整形、洗油、脱盐、烘干、（测干重G干），用配制的NaCl溶液抽空饱和（测湿重G湿，水中重G水）计算岩样的孔隙度

测量岩样100%含水时的电阻率R0和饱和溶液的电阻率Rw计算岩样的地层因素

根据各饱和岩样的F和φ值，经最小二乘法回归得到a、m值；若需要a＝1时，计算值

实验最后共获得全部41块岩心的测量结果。

2．2 复杂孔隙结构砂岩的非典型阿尔奇化现象

对于纯净砂岩，其导电符合阿尔奇公式，地层因素和孔隙度在双对数坐标下呈线性关系。而对于吐哈盆地台北凹陷西部火焰山三间房组、鲁克沁地区克拉玛依组、神泉地区三间房组等复杂孔隙结构砂岩，地层因素和孔隙度关系在双对数坐标下为非线性关系（曲线c），或分段线性关系（a和b），呈现非典型阿尔奇化现象［4－5］（见图1）。

孔隙度指数m值的分布与变化虽然是多种因素的交织，但主要受岩石孔隙结构控制。对于孔隙砂岩储层，若从描述岩石孔隙结构的微观特性分析，则主要取决于储层孔腔与孔喉截面积的耦合关系，即与孔喉比的大小直接相关。实验表明，台北凹陷西部不同孔隙结构储层具有不同的孔隙度结构指数m值分布，与纯净砂岩m＝2差别较大。

图1 孔隙度—地层因素关系

2．3 孔隙结构差异对油层电阻率的定量影响

由Archie公式得出

对m求偏导

假设a＝1，b＝1，n＝1．9，Sw＝50%，Rw＝0．13 Ω·m条件下，火焰山三间房砂岩储层不同m值条件下孔隙度与电阻率关系图［见图2（a）］。m＝2的纯净砂岩电阻率为7．1Ω·m；m＝1．67的较纯净砂岩电阻率为4．2Ω·m；m＝1．54的纯净砂岩电阻率为3．0Ω·m。相对于m＝1．67砂岩，m＝1．54砂岩在孔隙度为15%条件下电阻率降低29%。 层间孔隙结构差异对电阻率的影响不可忽视。

假设a＝1，b＝1，n＝1．9，Sw＝50%，Rw＝0．13 Ω·m下，得出鲁克沁西区克拉玛依组不同m值条件下Rt随孔隙度的变化关系图［见图2（b）］。在孔隙度等于15%条件下，当m＝1．53时，Rt＝14．8 Ω·m；当m＝1．85时，Rt＝8．5Ω·m；当m＝2时，Rt＝12Ω·m。相对于m＝2纯净砂岩，m＝1．85砂岩电阻率下降43%，m＝1．53电阻率下降高达67．5%。如果以m＝1．85作为鲁克沁克拉玛依组常规电阻率油层孔隙度指数，则相同条件下，m＝1．53油层电阻率下降了43．5%。层间孔隙结构差异对电阻率的影响较为显著。

神泉地区层间孔隙结构差异对电阻率的影响同样较为明显。

图2 不同m值条件下砂岩孔隙度与电阻率关系图

3 复杂孔隙结构储层测井评价方法

3．1 核磁共振测井储层分类

岩石样品通常含有大小不一的多种孔隙系统，各种孔隙具有不同的面体比，因而具有不同的核磁共振弛豫速率。对于孔隙中只含有单相流体时，面体比为Si／Vi的第i种孔隙系统，其横向弛豫时间T2可以写成

在没有磁场梯度，或GTE的值很小，扩散项对观测弛豫时间的贡献可以忽略。在一般情况下，体积弛豫（自由弛豫）会比表面弛豫慢得多，1／T2B也可以忽略，此时则有

V／S的值取决于孔隙的形状。利用核磁共振T2谱可以较好地表征储层孔隙结构［6］。

对吐哈盆地台北凹陷西部huo2井等41块岩心样品的核磁共振测井成像测量，通过对T2谱形态的聚类、平均，得到4种孔隙结构特征谱（见图3）。I类孔隙结构谱束缚水饱和度Swi≤0．35，渗透率K≥100×10－3μm2；II类孔隙结构谱束缚水饱和度0．35＜Swi≤0．45，渗透率10×10－3μm2≤K＜100×10－3μm2；III类孔隙结构谱束缚水饱和度0．45＜Swi≤0．55，渗透率1×10－3μm2≤K＜10×10－3μm2；IV类孔隙结构谱束缚水饱和度Swi＞0．55，渗透率K＜1．0×10－3μm2。吐哈盆地台北凹陷西部低电阻率储层主要为II类、III类孔隙结构储层。

图3 吐哈盆地台北凹陷西部4类核磁共振测井孔隙结构特征谱

3．2 不同储层分类的m、a值变化规律

对41块岩心岩电实验、核磁共振实验结果进行并行处理、分析，发现不同类型孔隙结构谱的岩电关系迥然不同（见图4）。在双对数坐标下地层因素F和孔隙度φ关系，I类孔隙结构谱其关系曲线经过纯水点（a＝1），但随着束缚水饱和度的增大、渗透率的降低，F－φ关系曲线呈现“翘尾”现象。

图4 不同孔隙结构谱岩电关系

对不同类别孔隙结构谱的m、a进行归类平均，可以看出，随着孔隙结构的变差，存在a值越来越大、m值越来越小的现象（见图5）。

图5 不同孔隙结构储层m－a变化关系

可以看出，4种不同孔隙结构储层具有不同的m、a值变化特征。复杂孔隙结构储层，孔隙形状、孔隙与喉道配置关系等所引起的渗流通道的变化和导电通道具有严重的不一致性，低渗流通道储层可能会因为薄膜水等束缚水饱和度高而引起导电通道连通能力的增强，导致电阻率的降低。因此，对于复杂孔隙结构储层，与其说m是孔隙度指数，不如将其定义为储层导电通道指数更恰当一些。

3．3 复杂孔隙结构砂岩含油饱和度模型选取

通过对吐哈盆地台北凹陷西部复杂孔隙结构储层的研究，微孔发育的双孔介质、呈现多变的孔隙度指数m是其两大主要特征。因此，含油饱和度模型的选取采用基于双孔介质的可变m值模型［7］

式中，Ct为地层电导率，S／m；Sw为含水饱和度，%；φ为地层孔隙度，小数；Cwe为混合水电导率，S／m；φi为微毛管孔隙度，小数；Cwsh为泥质水电导率，S／m；φe为泥质孔隙度，小数；Cw为地层水电导率，S／m；Md为粒度中值，mm。

4 应用实例

上述方法编程后，挂接在LEAD平台上，实现了对吐哈盆地台北凹陷西部复杂孔隙结构储层的定量处理。

对目标地区40余口井进行了精细化处理。对比阿尔奇方程，其处理结果有明显的改善，含油饱和度计算结果和试油结果有较好的一致性。新发现和升级油层5个层，有待于进一步试油验证。

Yu5－19井（见图6）3235～3255m井段用阿尔奇方程计算含油饱和度20%～40%，共解释差油层1个层3m、油水同层2个层15m；用双孔介质、可变m值模型计算含油饱和度40%～55%，共解释差油层2个层5m、油层1个层13m。试油结果为日产液4m3（油3．5t）、含水13%的油层。

含油饱和度计算结果表明，双孔介质、可变m值含油饱和度模型计算结果具有较好的合理性。

40口井双孔介质、变m值含油饱和度模型计算结果表明，纯油层计算含油饱和度比固定m值阿尔奇含油饱和度高8%～22%，更接近于地层原始含油饱和度。说明双孔介质、变m值含油饱和度模型在吐哈盆地台北凹陷西部复杂孔隙结构储层评价中具有较好的实用性。

图6 Yu5－19井双孔介质、可变m值模型和阿尔奇模型处理结果对比图

5 结 论

（1）吐哈盆地台北凹陷西部复杂孔隙结构储层孔喉分布表现为双峰特征，极细微孔喉（孔隙半径小于0．1μm）体积约占总孔隙体积的30%以上。

（2）塑性物质含量高和后期成岩作用是引起该区储层层间孔隙结构差异的主要原因。

（3）复杂孔隙结构储层地层因素和孔隙度关系在双对数坐标下为非线性关系，导电规律呈现非典型阿尔奇化现象。

（4）测井在利用临近水层法判别油气层时，层间孔隙结构差异对电阻率的影响不可忽视。

（5）复杂储层的4类核磁共振T2谱中，I类孔隙结构谱的F－φ关系曲线经过纯水点（a＝1），但随着束缚水饱和度的增大、渗透率的降低，该关系曲线呈现“翘尾”现象。

（6）复杂孔隙结构储层含油饱和度模型的选取，采用基于双孔介质的可变m值模型，通过和试油层结论的比对，其计算结果具有较好的合理性。

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