WTK油田白垩系低阻油层成因及流体识别方法

李枫凌，徐士鹏，刘涛，卢志明，李想，艾尼·买买提

（中国石油 新疆油田分公司a.油田技术服务分公司；b.勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000）

随着油气勘探开发逐渐深入，低阻油层成为油田增储上产的重要研究对象。目前低阻油层主要分为2 类：第一类为相对低阻油层，指电阻率增大率（油层与邻近水层电阻率比值）小于2，或者电阻率增大率小于3且含油饱和度小于或接近50%的储集层，也称为低对比度油层[1-2]；第二类为绝对低阻油层，即油层电阻率整体较低，以5 Ω·m 为划分界限[3]。为实现低阻油层高效识别与动用，有必要对其成因机理与识别方法开展深入研究。

研究表明，低阻油层在世界范围广泛分布，均可形成较大规模油藏。如中东波斯湾盆地，印尼苏门答腊盆地，中国东部、中部和西部多个盆地也均有分布，不同地区低阻油层成因复杂多样，各个油田均有差异。对低阻油层成因归纳总结，地质活动及构造幅度、沉积阶段岩性变化、黏土矿物成分、成藏阶段油水分异程度、地层水矿化度特征及导电矿物等，均对形成低阻油层具有重要影响[4-10]。

本文讨论的WTK 油田白垩系油藏位于中亚哈萨克斯坦，与中国低阻油层既有相同点，也有差异性。通过综合分析与对比，研究区低阻油层受到多个低阻成因共同影响，储集层泥质含量、黏土矿物成分、孔隙结构特征、地层水类型及矿化度、低构造幅度与油水分布关系等因素，共同对研究区油层电性特征构成影响。基于WTK 油田白垩系油藏低阻油层整体认识，从地质成因、物理成因、成藏过程等角度综合研究油层的形成机理，根据目的层电性特征与地层水饱和度、束缚水饱和度对应关系，探索流体识别方法，获得较好应用效果，为该油藏高效开发提供了依据。

1 研究区概况

WTK 油田位于哈萨克斯坦中部，乌拉尔山以东。构造上位于南图尔盖盆地1057 探区中部阿克塞凸起带南翼，整体南高北低，东西两翼为两大沉积凹陷，构造继承性好，基底隆起明显，南部地层缺失严重（图1）。该区白垩系与下伏二叠系基底不整合接触，含油层系自上而下分别为下白垩统A层、下白垩统M层和二叠系PZ 层。研究区东西两翼阿雷斯库姆和阿克沙布拉克两大凹陷下侏罗统发育厚层湖相烃源岩，是主要油气来源[11]。发育辫状河三角洲沉积，泥、砂交替沉积，在纵向上形成多套储盖组合。低阻油层在下白垩统M层M-0-1-A—M-0-3-B 的6 套砂层组均有发育（图2），根据油层分布规律，自上而下刻画出27 套油砂体，砂体平面与纵向分布差异较大。油藏埋深790～1 230 m，主力油层平均跨度为62.4 m，平均孔隙度为22.4%，平均渗透率为456 mD。

WTK 油田于2010年发现，截止目前，在M 层试油135 井420 层，集中于M-0-1-B1—M-0-2-B1 油层组（占比85.0%）。油层共255 层，其中常规油层53 层，电阻率为5.0～9.0 Ω·m，平均为6.8 Ω·m；低阻油层202 层，电阻率为1.2～5.0 Ω·m，平均为3.5 Ω·m；水层52 层，电阻率为1.6～7.9 Ω·m，平均为2.7 Ω·m。低阻油层与水层电阻率相对比值为1.296（电阻率增大率小于2），表现出明显的绝对低阻和相对低阻特征。

2 低阻油层成因分析

低阻油层成因复杂，沉积过程中颗粒粒度细导致的微孔隙结构，成岩过程中泥质含量偏高导致的黏土矿物附加导电性与高束缚水饱和度，成藏过程中低构造幅度、高地层水矿化度，钻井和测井过程中钻井液侵入与砂泥岩薄互层干扰等，均可能导致油层低阻。此外，导电矿物（如黄铁矿）等也可能导致储集层电阻率降低[12-13]。为准确认识目标区油层性质与分布特征，有必要厘清低阻油层的主要成因与次要成因。

WTK 油田M 层为滨浅湖环境的辫状河三角洲前缘沉积，湖水频繁作用导致各层河道沉积规模变化较大。储集层以细砂岩和泥质砂岩为主，粒径较小，为0.07～0.25 mm（图3a）。受水动力较弱影响，泥质成分较多，多呈泥包砂特征（图3b），分析主力储集层粒度，M-0-1-B1、M-0-1-B2、M-0-2-A1 和M-0-2-A2 油层组泥质含量分别为11.7%、32.9%、41.4%和69.2%。随深度增加，泥质含量增大，而地层电阻率呈现降低的趋势。由于岩性粒度偏细，粒间孔隙相对较复杂，表现为孔喉半径较大的主要孔隙（1～20 μm）和微孔隙（7～30 nm）同时发育的双峰结构（图3c）或者较大孔喉为主、微孔隙次要发育的单峰结构（图3d）。

2.1 黏土矿物附加导电影响

黏土矿物产生的电性受2 类因素影响。一是晶格取代，黏土矿物晶体部分阳离子被置换，为平衡电价而结合一定数量阳离子，从而具有附加导电性。二是黏土矿物晶体表面羟基在酸性或碱性（中性）环境中，分别与H+与OH-反应，具有附加导电性[14]。不同黏土矿物的导电性不同，根据晶体结构与晶体间相互作用力特征，蒙脱石导电能力（700～1 300）强于伊利石（200～400），高岭石导电能力相对较弱（30～150）[15]。

由于研究区储集层泥质含量较高，泥质中黏土矿物附加导电性对储集层电阻率影响较大。研究区缺少岩心黏土矿物组分和含量分析资料，应用全区测量的自然伽马能谱测井资料识别黏土矿物组分。地层中自然伽马放射性主要来源于铀（U）、钍（Th）和钾（K）3 种元素，研究区铀元素相对稀有，放射性元素以钍和钾为主。根据各深度段地层中钍含量与钾含量相对比值（钍钾比，Th/K），建立分析图版，可以有效识别黏土矿物类型[16]。根据自然伽马能谱交会图分析，该区M-0-1-A—M-0-3-B 砂层组自然伽马能谱钍钾比集中于2.00～4.00 范围内，黏土矿物类型以伊利石和伊蒙混层为主，其次为蒙脱石，附加导电性较强（图4）。

以WTK7 井为例，该井在1 002～1 011 m 发育2 套储集层性质相近的有利砂体（11号和12号），在1 003～1 005 m 和1 008～1 011 m 分别试油，均为油层。通过测井曲线对比，上部储集层钍钾比为0.96，反映黏土矿物为绿泥石（导电能力200～300），下部储集层钍钾比为2.03，黏土矿物为伊利石，而绿泥石导电能力低于伊利石，在泥质含量、孔隙度与含油饱和度较接近的情况下，电阻率降低23.2%，因此，黏土矿物成分是储集层电性变化的主要影响因素（图5、表1）。

表1 WTK7井M-0-2-A1油层组自然伽马能谱测井响应值对比Table 1.Comparison of response values from natural gamma spectrum logging for sand group M-0-2-A1 in Well WTK7

2.2 孔隙水影响

在成岩阶段，当岩性粒度细、孔隙结构复杂、微孔隙发育程度高时，由于储集层比表面积增大，会吸附水分子聚集于岩石表面，形成大量束缚水薄膜。同时，孔隙中地层水矿化度较高时，其中离子由于扩散与吸附作用，在砂岩和泥岩之间形成导电网络，从而导致储集层电阻率降低。

研究区储集层存在2 类孔隙结构，具有不同的导电系统。其中单峰孔隙结构里面主要存在可动流体（油、气、水），不可动流体（主要指束缚水）含量相对偏低；而双峰孔隙结构中发育大量微孔隙，由于黏土矿物影响，孔隙空间结构更加复杂，驱替压力偏高，流体难以自由流动，孔隙中主要存在束缚水[17-18]。由于微孔隙大量发育，束缚水饱和度（Swi）随着孔隙度（φ）和渗透率（K）降低迅速增大（图6a、图6b）。研究区双峰孔隙结构占比较大（63.6%），泥质含量和束缚水饱和度分别比单峰孔隙结构高19.1%和41.6%（表2）。根据岩心资料建立综合物性指数与束缚水饱和度的关系，两者呈负相关关系，说明孔隙结构越差，束缚水饱和度越高[19]（图6c）。

表2 WTK油田M层岩心孔隙结构相关参数分析化验统计Table 2.Analysis and test statistics of parameters related to pore structure of cores from M layer in WTK oilfield

当地层水矿化度较大时，离子浓度高，导电性强，从而导致地层电阻率低。通过对研究区地层水资料综合分析，地层水矿化度为3 095～46 197 mg/L，平均为23 534 mg/L，与储集层电阻率呈负相关。按层位自上而下分析，地层水矿化度随深度增大而增大，储集层电阻率随之降低（图6d）。受研究区高束缚水含量和高地层水矿化度影响，储集层电性降幅较大，部分水层的电阻率接近甚至大于油水同层和油层的电阻率[20-21]（图6e）。

2.3 构造幅度影响

在含油气盆地中，构造特征对油气运移及聚集具有较大影响。根据油、气流动特点，在小孔道细粒储集层中，油气受到较大毛细管压力，需要较大驱动力，流动性相对较差。在成藏阶段，当油藏高度较低时，油水界面附近的油、气在毛细管压力作用下，驱替压力较小，油气运移过程中，束缚水占据大量储集空间，从而形成低油气饱和度、低阻油层[5]。

WTK 油田M 层的油层分布受砂体展布和构造双重控制。由于砂体发育薄，岩性和物性差异大，油层纵向发育分散，平面展布变化快，多呈透镜体形态，根据单砂体展布特征，发育多套油水系统[22]。根据油层砂体平面、纵向分布特征，在全油田刻画169 个油藏，主力油藏分布于M-0-1-B1—M-0-2-B1油层组（150个）。研究区主要形成岩性油藏（95 个），其次为构造-岩性油藏（63 个），构造油藏较少（11 个）。油藏以油柱高度10～20 m 的低幅度油藏为主（图7），通过影响油水界面附近油水分异特征间接导致束缚水饱和度升高，对研究区形成低阻油层起到次要作用。

2.4 油层厚度影响

研究区岩性粒度较细，易形成砂泥岩薄互层，围岩的电性特征及目的层厚度对电阻率测井响应会形成干扰，围岩与目的层电性相对差异越大，目的层厚度越小，围岩影响越大。为准确获取目的层电性响应特征，采用高分辨率阵列感应测井技术，在同一深度点6 个径向深度（25.4 cm、50.8 cm、76.2 cm、152.4 cm、228.6 cm、304.8 cm）分别测量电阻率，反映泥浆侵入地层后不同影响程度的电阻率变化，且对油水层电阻率差异更为敏感[23]。根据纵向分辨率不同，阵列感应测井技术分为3种系列，WTK 油田测井系列使用纵向分辨率60.96 cm 的测井系列。对研究区油层发育情况整体分析，测井解释油层和油水同层共496 层，厚度为0.4～11.3 m，平均为2.5 m。目的层厚度较小（小于5.0 m）时，低阻围岩会使深感应电阻率降低。由于研究区围岩与目的层电阻率比值小于0.5，围岩影响相对较低，目的层电阻率降幅小于10%[24]。因此油层厚度为WTK油田低阻成因的次要影响因素。

通过对WTK 油田M 层油层低阻成因机理综合分析，导电能力较强的黏土矿物含量偏高引起的阳离子吸附导电性，地层水（包括自由水与束缚水）饱和度与矿化度较高形成的导电性是研究区低电阻率主要成因。油藏构造幅度较低与油层厚度较薄，对地层电阻率降低起到次要作用。

3 流体识别方法

基于研究区油层低阻成因2 大主控因素规律的总结，综合岩性、物性和含油性分析，目的层主要形成2 类导电模型。第1 类为砂岩模型，储集空间主要为常规孔隙，孔隙流体以可动流体为主，束缚水次之，导电性受可动流体中地层水饱和度及矿化度控制。第2 类为泥质砂岩模型，由于岩性粒径偏小、泥质含量高，储集空间出现大量微孔隙，束缚水含量迅速上升，可动流体含量相对偏低，导电性受地层水与束缚水并联构成[25-26]，电阻率与饱和度表达式为：

式中m——孔隙空间胶结指数；

n——饱和度指数；

RT——地层电阻率（测井曲线中M2RX），Ω·m；

Rw——地层水电阻率，Ω·m；

So——含油饱和度，%；

Sw——含水饱和度，%；

Swf——可动水饱和度，%；

Swi——束缚水饱和度，%；

φ——储集层孔隙度，%；

φwi——储集层束缚水流体孔隙度，%。

为明确目的层电阻率分布规律，需要分别建立地层水饱和度与束缚水饱和度计算模型。在识别出不同流体类型及含量的基础上，得到目的层电性特征与流体性质的对应关系，从而实现储集层流体精准识别，提高油层和水层评价精度。

3.1 含水饱和度解释模型

3.1.1 地层含水饱和度模型

在当前测井解释中，岩电参数落实的情况下，在低阻及复杂孔隙储集层中，Archie 公式解释地层水饱和度精度较高[27]。为了与油田现场实际相适应，研究区含水饱和度解释模型选择经典Archie公式：

式中a、b——岩电参数。

3.1.2 束缚水饱和度模型

根据地质综合认识，研究区束缚水饱和度主要受储集层孔隙结构和泥质含量2 种因素影响。对于低阻油层，束缚水饱和度（Swi）可以表示为孔隙度（φ）和泥质含量（Vsh）两者的函数关系，即Swi=f（φ，Vsh）[28-29]。基于Archie 公式变形，在实现孔隙度与泥质含量定量解释的基础上，采用多元线性回归分析方法，建立束缚水饱和度定量解释模型：

式中a0、b0、c0——岩性相关参数；

Vsh——泥质含量。

综合地层水和束缚水饱和度模型分析，可以判断出本区储集层中油水分布特征。根据试油情况验证，测井解释结论与实际试油情况吻合较好，模型准确度较高（图8）。

采用地层水饱和度与束缚水饱和度计算模型进行单井解释，分别获得不同储集层中自由水与束缚水饱和度，得到可动流体（油、气、水）和不可动流体（束缚水）含量。根据试油资料与测井资料综合分析归纳，不同储集层类型的油、水饱和度具有以下规律：油层段（So≥45%），So=1-Sw，Sw≈Swi；油水同层段（40%≤So≤45%），Swf=Sw-Swi；水层段（Sw≥60%），Swf=Sw-Swi。

3.2 建立油水层识别图版

研究区主力油层分布于M-0-1-B、M-0-2-A 和M-0-2-B 砂层组，根据区域地质情况、单井测井响应特征、试油情况等资料综合分析，建立3 套地层各流体类型识别图版（表3、图9）。通过油水层识别图版与含水饱和度、束缚水饱和度参数结合，共同描述储集层内流体特征，实现对研究区低阻油层准确评价。

表3 WTK油田M-0-1-B、M-0-2-A、M-0-2-B砂层组油水层解释标准Table 3.Interpretation standards for oil and water layers in M-0-1-B,M-0-2-A and M-0-2-B sand groups in WTK oilfield

3.3 低阻油层判别方法

研究区储集层非均质性强，纵向砂泥岩互层频繁，平面展布变化快，单井试油产能差异大，油水关系较复杂。WTK170 井在M-0-1-B1 油层组试油2 层，1 124.0～1 128.0 m砂体试油为水层，1 139.0～1 140.5 m砂体试油为油层，2层跨度11.1 m，中间被泥质隔层封隔。在对该层泥质含量精细刻画、骨架孔隙模型准确刻度的基础上，建立饱和度解释模型，描述该层含油饱和度特征，准确解释油水层。根据测井定量解释模型，对WTK油田单井主力层M-0-1-B—M-0-2-B砂层组的低阻层段开展综合测井解释，非主力层M-0-1-A、M-0-3-A 和M-0-3-B 砂层组资料较少，无法单独建立解释图版，借用邻层图版完成测井解释，测井解释成果与试油情况对比，吻合率达到88.2%，解释模型较可靠（图8）。

由于研究区地质条件复杂，油藏类型多样，部分地区储集层测井响应特征与整体情况差异较大，对此类低阻油层的识别需与地质认识相结合。在测井定量解释识别油层的基础上，与构造、油藏、岩心等资料综合判断，提高油层识别精确度。如WTK156井M-0-2-A 砂层组发育2 套砂体，测井定量解释为油层，录井显示较好，但经过砂体平面对比分析，该井位于构造低部位，同一套砂体内，邻井在构造高部位试油出水（见油），经过综合判断，该层为水层。

4 结论

（1）WTK 油田低阻油层体现出绝对低阻和相对低阻特征。微观上黏土矿物（伊利石和伊蒙混层）阳离子吸附导电性较强，微孔隙发育程度高导致束缚水含量偏高，是研究区低阻油层的主控因素。宏观上低幅度构造导致油气运聚中形成低油气饱和度，辫状河三角洲沉积导致研究区储集层砂泥岩互层，油层发育薄，是低阻油层的次要影响因素。

（2）通过对目的层导电模型分析，建立起电阻率与流体饱和度的对应关系。通过地层水、束缚水饱和度模型，刻画不同流体类型下的储集层电性特征。结合试油资料建立油水层识别标准，通过测井综合解释结论与试油成果对比，解释精度较高，模型较可靠。

（3）低阻油层成因复杂，类型多样，需以地质认识为基础，结合各类资料综合考虑，提高低阻油层识别准确率。