中东某油田低阻油层含水饱和度计算方法探讨

陈科贵，罗 兵 （西南石油大学资源与环境学院，四川成都610500）

郭 睿，赵丽敏 （中石油勘探开发研究院，北京100083）

王 勇 （中石油青海油田分公司英东项目部，青海茫崖816400）

中东某油田低阻油层含水饱和度计算方法探讨

陈科贵，罗 兵 （西南石油大学资源与环境学院，四川成都610500）

郭 睿，赵丽敏 （中石油勘探开发研究院，北京100083）

王 勇 （中石油青海油田分公司英东项目部，青海茫崖816400）

中东某地区H油田N－B地层下部砂岩含有一定的泥质，岩石骨架含黄铁矿导电矿物以及高矿化度地层水，是该段地层的低阻形成机理。在地质、试油等资料较少的条件下，建立了综合考虑这3个因素的新的含水饱和度计算模型，将该模型与传统的Archie公式所计算的含油气饱和度结果进行对比，前者的含油气饱和度结果明显高于后者。根据该含水饱和度模型在中东某油田低阻油层的应用效果表明，该模型计算的含油气饱和度结果与地区的试油、岩心资料较为一致。

低阻油层；低阻成因；黄铁矿；含水饱和度模型；测井评价

中东某地区H油田位于美索不达米亚的前渊凹陷地带，受阿尔卑斯运动影响，为一个平缓的背斜构造形态。该油田地处美索不达米亚平原东南端，区域上属于阿拉伯地台和扎格罗斯褶皱带之间的一个局部含油背斜构造。油气藏主要出现在第三系和白垩系地层。N地层下部砂岩段属于该油田白垩系阿尔必阶的重点储油层位，该地层下部砂岩属于三角洲环境，含油砂层段电阻率变化范围为1.13～3.8Ω·m，属于绝对低阻油层［1，2］。采用传统的Archie公式和Simandoux公式［3］计算的含油气饱和度偏低。笔者通过分析该油层段低阻可能的形成机理，建立了一个新的含水饱和度计算模型，对该地区的低阻油气层进行测井评价，取得了较好的效果；同时，该种模型方法对液体钾盐含量评价具有一定的借鉴意义。

1 低电阻率油层形成机理

为了弄清中东某地区H油田储层低电阻率形成机理，笔者对该地区N地层下部储层段可能引起低阻的原因进行了分析。

1）地层含有泥质 前人已经研究表明，泥质含量会使得地层的电阻率降低［4］。从录井资料得到N地层下部砂岩层段含有少量的泥质，测井计算该段地层的泥质含量为2%～26.5%，大多数层段的泥质含量低于20%；N地层泥岩的电阻率为1.6～5.58Ω·m。因此，油层段一定的泥质含量很可能会引起电阻率的降低。

2）骨架含导电矿物 根据录井资料显示，该段地层砂岩和泥岩段均含有黄铁矿，由于黄铁矿的电阻率为10－1～10－6Ω·m［5］，表现为比泥质还要好的导电性。因此，地层含有黄铁矿会使储层的电阻率下降。

3）地层水矿物度高 从地层水分析资料中获知，N－B段的地层水类型主要为NaCl型和CaCl2型，其中Ca2＋的含量为11600mg／L，Cl－的含量为129575.0mg／L，Na＋的含量为67268mg／L。N－B段的地层水电阻率较低，为0.057Ω·m。高矿化度地层水使得地层的电阻率变得很低。

综上所述，高矿化度地层水、黄铁矿和一定的泥质含量是引起该地区油层电阻率降低的主要原因。因此，在计算油层段的含水饱和度时，应该将这3个因素同时考虑进去。

2 含水饱和度模型建立

由于该地区的电阻率受泥质含量、黄铁矿以及高矿化度地层水的共同影响，传统的Archie公式和Simandoux公式计算的含油气饱和度结果会偏低。在实际研究中发现，黄铁矿是引起该地区N地层下部砂岩段电阻率降低的一个重要因素，因此，在计算含水饱和度时要重点考虑黄铁矿的影响。由于该地区的测井、地质、完井以及取心资料较少，难以准确确定黄铁矿的成分以及对电阻率的影响。笔者针对这一难题，建立了一个新的含水饱和度计算模型。

图1 含黄铁矿砂岩的等效导电模型

首先，提出该模型的假设条件为：①砂岩骨架不导电；②泥质和黄铁矿分散在地层中，泥质和黄铁矿是串联导电的，两者的导电性对地层的贡献可看成一个整体；③地层的导电性可看作是纯砂岩和②并联导电的结果；④泥质部分可看作含油气的、泥质较重的、很细的粉砂岩来处理［3］。

其次，建立含黄铁矿、泥质砂岩的导电模型。由于黄铁矿的电阻率非常低，因此不能将黄铁矿与泥质砂岩段看作是并联导电。为此，笔者将黄铁矿与泥质串联，再将其与纯砂岩段并联导电，建立了如图1所示的导电模型。

根据该导电模型，即可建立导电方程：

式中，rt为原状地层电阻，Ω；r1＝rs＋rpy为泥质和砂岩串联后的电阻，Ω；rs为泥质电阻，Ω；rpy为黄铁矿电阻，Ω；rsd为纯砂岩电阻，Ω。

根据欧姆定律，有：

式中，r为导电模型的电阻，Ω；L为导电模型的导电路径，m；S为导电模型的横截面积，m2，R为导电模型的电阻率，Ω·m。

式中，Rt为原状地层电阻率，Ω·m；Ls为泥质导电路径，m；Rs为泥质电阻率，Ω·m；S1为导电模型中泥质的横截面积，m2；Lpy为黄铁矿导电路径，m；Rpy为黄铁矿电阻率，Ω·m；S2为导电模型中黄铁矿的横截面积，m2；Lsd为纯砂岩导电路径，m；Rsd为纯砂岩电阻率，Ω·m；S3为导电模型中纯砂岩的横截面积，m2。其中，S1＝S2；Lsd＝L。

将式（3）两端乘以L2，得：

式（4）两端同除以岩石体积V，有V＝SL，泥岩和黄铁矿的总体积V1＝S1L，纯砂岩的体积V3＝S3L，V＝V1＋V3；令为泥质和黄铁矿的总相对体积为纯砂岩部分的相对体积，Vsh＝为泥质的相对体积为黄铁矿的相对体积，则Vsp＝Vpy＋Vsh，Vsd＝1－Vsp。将这些表达式代入式（4），即可得到以下关系：

该纯砂岩部分的有效孔隙度为sd，则：

式中，V为岩石孔隙的绝对体积；e为原状地层的有效孔隙度。

式中，F为纯砂岩的地层因素；Sw为纯砂岩中的含水饱和度；m为纯砂岩的胶结指数；a为岩性系数；Rw为地层水电阻率，Ω·m。

将泥质当做细粉砂处理，这种粉砂岩也能储存油气，其含水饱和度也为Sw，其含水饱和度关系式可写为：

式中，Rsh为纯泥岩段的电阻率，Ω·m；n为泥质部分的饱和度指数。

如果假设中细粉砂的含水饱和度与纯砂岩中的含水饱和度相等，而含油纯砂岩中的含水饱和度很低，那么这里的n值就不能取1，泥质中的电阻率增大系数在1～2左右，即1对于不等式左边，只要满足n＞0即可；而对于不等式右边，n需满足，由于研究区有由式（8），则有，故n的变化范围为0＜n≤0.3。取n＝0.25，代入式（8），即得：

将式（9）、（7）代入式（5），取a＝1，令，这里将Csh、Cpy分别命名为泥质分散系数和黄铁矿分散系数，即得：

式（10）即为笔者提出的研究区的含黄铁矿泥质砂岩油层含水饱和度模型。

3 几个重要参数的确定

1）Vpy和e的确定。根据导电模型，可建立含黄铁矿泥质砂岩的体积物理方程：

通过求解，得到e和Vpy的解析式：

式中，Δtf为流体声波时差值，μs／ft；Δtma为砂岩骨架声波时差值，μs／ft；ρb为实测的密度值，g／cm3；ρma为砂岩骨架密度值，g／cm3；ρsh为纯泥岩层段的密度值，g／cm3；ρf为流体密度值，g／cm3；Δtb为实测的声波时差值，μs／ft；Δtsh为纯泥岩层段的声波时差值，μs／ft；ρpy为黄铁矿的密度值，g／cm3；Δtpy为黄铁矿的声波时差值，μs／ft。

2）Csh和Cpy是两个互相影响的参数，根据模型推导的结果，两者之和应为1。因此，Csh的范围应该在0～1之间，Cpy的取值则为1－Csh。

4 模型应用

H油田Y1井砂岩层段的录井油气显示为强油浸，试油结论证实该段平均产油量达12650桶／d，并且不产水。岩心压汞和相渗资料显示N－B油层段的平均束缚水饱和度约为22%。采用文中的含水饱和度模型所计算出来的含油气饱和度结果明显比Archie公式计算的高（图2）。将两者的含油气饱和度结果分渗透层段统计平均值，然后进行对比，结果显示（见表1），在3681.8～3697.4m和3702.6～3706.5m这2个主力产油层段，含油气饱和度均高于75%，与岩心资料分析结果相差较小。因此，笔者建立的含水饱和度模型是适用的。

表1 模型与Archie公式计算的含油气饱和度结果对比

图2 模型与Archie公式计算的含油气饱和度成果对比图

5 结 论

1）中东地区某油田N－B下部砂岩段含有一定的泥质，岩石骨架含黄铁矿导电矿物，以及高矿化度地层水，这是该层段低阻油层形成的原因。

2）在建立导电模型时，并不是将地层电阻率看作是黄铁矿与含泥质砂岩并联导电的结果，而是将其看成黄铁矿与泥质串联后与纯砂岩并联导电的结果，这就避免了黄铁矿超低电阻率引起含水饱和度计算结果的不稳定。

3）应用笔者提出的的含水饱和度模型对中东地区某油田N－B下部含油砂岩段进行测井评价，计算结果与试油资料、岩心资料符合程度较高。

［1］潘和平，黄坚，樊政军，等.低电阻率油气层测井评价［J］.勘探地球物理进展，2002，25（6）：11～16.

［2］欧阳健.石油测井解释与储层描述［M］.北京：石油工业出版社，1994.152～155.

［3］雍世和，张超谟.测井数据处理与综合解释［M］.东营：中国石油大学出版社，2002.

［4］中国石油勘探与生产公司.低阻油气藏测井识别评价方法与技术［M］.北京：石油工业出版社，2006.

［5］Paul F W.Recognition and evaluation of low－resistivity pay［J］.Petroleum Geoscience，2000，6（1）：77～92.

［6］Koelman J M V，Kriegshauser B F，Fanini O N，etal.Increased oil in－place in low resistivity reservoirs from multi－component introduction log data［A］.SPWLA 41st Annual Logging Symposium［C］.SPWLA，2000.1～14.

［7］Murphy R P，Owens W W.A new approach for low－resistivity sand log analysis［J］.Journal of Petroleum Technology，1972，24（11）：1302～1306.

［编辑］ 龙 舟

57 Method for Calculating Water Saturation in Low－resistivity Reservoirs of An Oilfield in Middle East

CHEN Ke－gui，LUO Bing，GUO Rui，ZHAO Li－min，WANG Yong

（First Authors Address：College of Environment and Resources，Southwest Petroleum University，Chengdu610500，Sichuan，China）

The clay content，pyrite in matrix and formation water with high sanity existed in low resistivity sandstone of N－B formation of H Oilfield in the Middle East，it was the formation mechanism of low resistivirty.For the incompletion of geological data and oil test data，a new water saturation model considering the clay content，pyrite in matix and formation water with high sanity was established.Compered with the calculated hydrocarbon saturation of the model with the traditional one calculated by Archie Formula，the hydrocarbon saturation of the former is significantly higher than that of the latter.The application effect of the established water saturation model of the low－resistivity oil reservoir in the Middle East is examined，and the hydrocarbon saturation result calculated by this model is coincidence with the oil test data and core data of the zone.

low－resistivity oil reservoir；genesis of low resistivity；pyrite；water saturation model；logging evaluation

book=137,ebook=137

TE122.23

A

1000－9752（2012）06－0057－04

2012－01－20

国家“973”规划项目（2011CB403002；2011CB403005）。

陈科贵（1959－），男，1984年大学毕业，博士，教授，现主要从事测井方法理论、测井储层评价技术与工程测井应用的研究工作。