W低阻油藏高不動水飽和度的成因及對低阻油層的影響

廖明光，唐 洪，蘇崇華，姜 巍

(1. 西南石油大學，成都 610500；2. 中海石油有限公司 湛江分公司研究院，廣東 湛江 524057；3. 中石油川慶鉆探公司 地質勘探開發研究院，成都 610051)

所謂的低阻油層[1-3]主要是指油層的電阻率與鄰近水層電阻率之比小于2的油層。低阻油層的成因復雜多樣，在油氣勘探和開發的初期往往被遺漏。近年來，低阻油層作為老油田挖潛和新增儲量的目標之一備受人們關注。

低阻油氣藏在我國各大油田都有發現，如渤海灣盆地、南海鶯歌海盆地、陜甘寧盆地及塔里木盆地等。但是，低電阻率油層的形成機理不盡相同，低阻油氣層的形成主要受巖石類型、顆粒大小和形狀、孔隙空間大小和幾何形態、基質性質、粘土礦物成分和分布、地層水礦化度、含油性、構造類型、泥漿性能及侵入特征等影響[4-10]。W油藏Z1油組為高孔低滲低阻層段，Z2油組為高阻層段。為了弄清楚Z1油組的低電阻率成因，從低阻油層形成機理著手，我們先后從巖石粒度、泥質及粘土礦物、孔隙結構、潤濕性—束縛水、導電礦物、砂泥巖薄互層發育等方面進行地質分析研究。本文主要研究Z1油組儲層高不動水飽和度的地質成因，分析其對油層低阻可能產生的影響。

1 儲層基本特征

W油田為受巖性控制的構造性油藏。Z1油組儲層形成于浪基面以下的低能沉積環境，屬于海灘—陸架過渡帶，為濱海相、淺海相沉積。巖石類型主要有泥質—粉砂質細沙巖、砂質粉砂巖、泥質粉砂巖，泥質含量較高。埋藏深度較淺，壓實作用屬于中低強度，膠結作用不強，總體為弱鈣質膠結，局部形成致密鈣質膠結。分選中等—差，膠結類型以孔隙—基底式膠結為主。

儲層孔隙度較好，平均值為25.1%；滲透率較差，平均為54.05×10-3μm2，屬于高孔低滲儲層?？紫额愋椭饕獮樵ｉg孔和粒間溶孔，部分長石溶孔，少量巖屑溶孔和鑄?？?。單個油層厚度薄，一般在0.5～3.0 m左右，且呈砂泥巖薄互層出現。Z1油層段深側向電阻率普遍在1.0～2.0 Ω·m，少數在2.5～3.0 Ω·m，與水層段和泥巖層段的深淺側向電阻率差異很小，電阻增大率小于2，甚至為1，屬于典型的低阻油層。

2 W油藏的不動水飽和度分析

所謂不動水是指在一定的生產壓差下儲層孔隙中不可流動的水。通常情況下，不動水由巖石顆粒表面的被吸附的薄膜滯留水和微細孔隙中的毛管滯留水兩部分組成。當壓差不能克服毛管滯留力時毛管滯水不可流動，此時的毛管滯水與薄膜滯水一起組成不動水。油氣儲層中不動水飽和度含量高，增強儲層的導電能力，便容易形成低阻油層。

在缺少不動水飽和度實測資料情況下，本文采用取心井的壓汞資料來確定不動水飽和度近似值。一般認為，當孔喉半徑小于0.15 μm時孔隙內所含水難以在地層壓力條件下流動，因此，可以把這部分孔隙體積含量近似作為儲層的不動水飽和度。W油藏低阻層段Z1油組樣品的不動水飽和度很高，1-2井平均為55.64%，2-1井平均為45.52%；而在2-1井，非低阻層段Z2油組樣品不動水飽和度很低，平均僅為9.07%(表1)。

表1 W油藏不動水飽和度統計

由儲層典型的油水相對滲透率曲線(圖1)也可以看出，低阻儲層不動水飽和度高，殘余油飽和度低(圖1a)；高阻儲層不動水飽和度較低，水相滲透率曲線比較平緩(圖1b)。所有樣品的相滲實驗結果統計表明，低阻儲層平均不動水飽和度為56.43%，明顯高于高阻儲層的36.88%，殘余油飽和度22.8%，與高阻儲層相近。

3 高不動水飽和度的成因

3.1 細顆粒的吸附水作用

巖電分析發現，電性對巖性的反映比較敏感，巖性越粗，電阻率越高。巖石的骨架粒度是影響電阻率的重要因素之一，其粒度大小決定顆粒表面吸附地層水能力，進而影響巖石的導電性。顆粒吸附水作用有砂巖顆粒吸附和粘土顆粒吸附2類，作用結果都是形成束縛水，顆粒比表面積與束縛水飽和度兩者間為非線性正相關關系[11]。

圖1 W油藏儲層相滲曲線

W油藏低阻層段Z1油組為弱水動力條件沉積，分析表明儲層的巖石顆粒都比較細，以細砂巖和粉砂巖為主(表2)。Z1油組各層段的細—粉砂顆粒約占70%以上，粘土級顆粒均在10%以上，這種細骨架顆粒，極易導致油層的電阻率下降。

常見的粘土礦物主要有高嶺石、蒙脫石、伊利石和綠泥石4種類型。蒙脫石晶格間隔比較大，具

有強吸水特征而導致束縛水飽和度較高。伊利石自身可形成蜂窩狀微孔隙，呈網狀、絮狀或絲狀分布，比面大，其產狀特點決定著其吸水能力強，導致束縛水飽和度增高。伊蒙混層也容易形成微孔隙，能夠吸附大量的地層水而導致束縛水飽和度增高。在高嶺石相對含量達30%以上的泥質砂巖中，微孔隙與滲流孔隙并存，可形成十分發育的束縛水網絡，導致束縛水飽和度增高。

W油藏低阻層段Z1油組的泥質含量高(表2)，以伊蒙混層和高嶺石為主，伊利石、綠泥石次之。從油藏的泥質含量和束縛水飽和度的關系圖中可以看出，粘土含量增高，束縛水飽和度增大(圖2)。

3.2 孔隙結構復雜

W油藏低阻儲層砂巖以粉—細砂巖為主，在顆粒較細的粉—細砂巖地層中，伊蒙混層、伊利石、高嶺石等含量較高，巖石顆粒細及粘土礦物富集往往同時存在，形成了較為復雜的孔隙結構，孔喉直徑偏小，主要以小孔和微孔為主。因此，毛細管排替壓力大，毛管中的地層水被驅替不充分而遺留在微小的孔喉中，容易導致不動水飽和度高。

根據研究區W油藏Z1,Z2油組共92個壓汞樣品資料，可以將本區儲層的壓汞曲線形態歸納為直線型、雙峰型、凸型和凹型4類(圖3)。

從以上分析中我們可以看出，由于陽離子交替吸附作用，水中 Ca2+、Mg2+置換出巖土所吸附的 Na+，使得 Ca2+、Mg2+含量減少，Na+含量增加。這也是本區Cl-Na型水形成原因之一。

圖2 W油藏泥質含量與束縛水飽和度的關系

井號油層段樣品數/個礫/%粗砂/%中砂/%細砂/%粉砂/%泥/%2-2A8000.2728.1951.1420.42-1B3000.061.0227.6348.4422.852-1C14700040.1642.6217.222-2C25000.0134.3546.7218.921-1D141.5612.46.633.5834.4811.381-2D12000.241139.4332.1117.221-1D270.078.319.7128.9430.8612.11

直線型曲線(圖3a)表明為均一的微—細孔喉結構；雙峰型曲線(圖3b)反映儲層多為雙重孔隙介質結構，如孔徑大小的不均一性和微孔喉相對發育等；凸型曲線(圖3c)表現出儲層孔喉分布為細歪度，良好分選。以上3種曲線形態的樣品表征了儲層微—細孔喉所占樣品孔喉體積百分數較大(常大于50%)，這部分微—細孔喉一旦被水占據，將使儲層束縛水飽和度增高，易使儲層出現低阻。

凹形曲線(圖3d)具有明顯的粗歪度，孔喉分選較好，以孔喉大于1.0 μm的粗孔喉所占百分比最大(常大于80%)。反映了儲層孔隙較發育，孔隙類型較單一，以粒間孔為主，另有少量的粒內溶孔，孔徑較大，是滲儲性最好的儲層，此類型樣品不容易引起高束縛水飽和度，不易使儲層表現出低阻的特征。

圖3 W油藏不同孔隙結構儲層的壓汞曲線及孔喉分布

根據現有的壓汞曲線資料統計，低阻儲層Z1油組中，樣品的曲線類型多為雙峰型、直線型或凸型；而在高阻儲層Z2油組，90%樣品的壓汞曲線呈凹型?？梢?，W油藏低阻油層段Z1油組的儲層孔隙結構差，微細孔喉發育，因此，容易導致較高的不動水飽和度。

分析束縛水飽和度與孔隙度和滲透率的關系發現，隨著孔隙度和滲透率的減小束縛水飽和度有明顯增加趨勢，孔隙度和滲透率越小束縛水飽和度越高。W油藏低阻儲層段孔隙度和滲透率明顯低于高阻層段，易形成高束縛水飽和度，導致油層表現為低阻特征。

3.3 巖石的親水性

巖石親水性是控制巖層內流體含量和分布的基本因素，巖層導電能力與巖石親水性有密切關系。儲層巖石的親水性使儲層吸水能力較強，在巖石顆粒表面形成薄水膜，導致束縛水含量較高。如在親水巖石蒙脫石中，在巖石顆粒表面吸附了大量的束縛水并占據巖石細小的孔隙和喉道空間，束縛水相連接成一體，從而構成一個四通八達的導電網絡，造成油層低電阻率。W油藏儲層巖石潤濕性較好，為親水砂巖，容易形成較高的束縛水。

4 不動水飽和度與電阻率的關系

儲層的不動水導電能力取決于3個因素：1)不動水飽和度越大，導電能力越強；2) 不動水礦化度越大，導電能力越強；3)不動水如果相互溝通成一完善的導電網絡，則導電能力越強。W油藏低阻層段Z1油組的不動水飽和度較高(表1)，地層水礦化度平均為30 709.4 mg/L，細微孔喉多，相互連通性較好。在高不動水飽和度情況下，“四通八達”的導電網絡可導致儲層電阻率大幅度降低，減小油氣層與水層的電性差異而形成低阻油氣層。

圖4是來自2-1井的2個已被證實為純油層的巖心樣品的壓汞曲線圖。巖心分析孔隙度3-6號層為25.6%，10-3號層36.4%，實際的測井電阻率它們分別為1.4 Ω·m和9.6 Ω·m，其比值為0.15。從壓汞曲線看出，3-6號儲層巖心孔喉半徑小，主要分布在0.09～0.586 μm，峰值不明顯，儲層孔隙結構較差，發育微小孔隙；而10-3號儲層巖心孔喉半徑大，頻率峰值在9.375～37.5 μm處(表3)。3-6號和10-3號巖樣求取的不動水飽和度分別為55.1%和7.25%。3-6號對應的儲層Z1油組表現為高束縛水飽和度的低阻油層，10-3號對應的儲層Z2油組卻表現為高阻油層，因此，不動水飽和度對電阻率的影響是顯著的。

圖4 2-1井不同電阻率特征的儲層巖樣孔喉分布

樣號油組孔隙度/%孔喉半徑范圍/μm不動水飽和度/%深側向電阻率/(Ω·m)備注3-6Z125.60.09～0.58655.11.4低阻層段10-3Z236.49.375～37.57.259.6高阻層段

圖5為W油藏8個測試層段證實為油層的樣品平均不動水飽和度與平均地層電阻率的關系圖，表明不動水飽和度明顯影響地層的電阻率，其不動水飽和度越高，電阻率越低。高阻油氣層的不動水飽和度低于30%，而低阻油氣層不動水飽和度則大于30%?？傏厔菔请娮杪孰S著不動水飽和度的增高而降低。由此可以判斷高不動水飽和度是W油田低阻的重要原因之一，當然還有其他的因素影響著油層電阻率。

5 結論

1)根據樣品壓汞曲線和相滲曲線分析，W油藏低阻層段Z1油組樣品的不動水飽和度較高，一般在40%以上，而非低阻層段Z2油組樣品不動水飽和度一般在30%以下，大大低于低阻層段Z1油組。

圖5 W油藏不動水飽和度與油層電阻率的關系

2)W油藏低阻層段Z1油組為弱水動力條件沉積，分析表明儲層的巖石顆粒都比較細，以細砂巖和粉砂巖為主，各層段的細—粉砂顆粒約占70%以上，粘土級顆粒均在10%以上，這種細骨架顆粒，導致束縛水飽和度增高。

3)低阻儲層Z1油組中，樣品的壓汞曲線類型多為雙峰型、直線型或凸型；而在高阻儲層Z2油組，90%樣品的壓汞曲線呈凹型。W油藏低阻油層段Z1油組的儲層孔隙結構差，微細孔喉發育，因此，容易導致較高的不動水飽和度。

4)測試層段油層的樣品平均不動水飽和度與平均地層電阻率的關系圖表明，不動水飽和度明顯影響地層的電阻率，地層電阻率隨著不動水飽和度的增高而降低。因此，高不動水飽和度是W油田低阻的重要原因之一。

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