CB油田低阻油层成因及油水层识别

Genesis of Low Resistance Oil Layers and Identification of Oil-Water Layers in CB Oilfield

摘要: 低阻油层的成因往往复杂多样而难以直接解释。本文的研究区域为位于苏北盆地的CB油田，研究区内低阻油层泥质含量大、岩石颗粒细导致束缚水饱和度高是油层低电阻率的主要控制因素，地层坡度较缓也是研究区域油层低阻的控制因素。地层电阻率受束缚水影响较大，应作为低阻油层进行针对性的识别。本次研究通过老区老井复查，针对研究区域内的可疑层开展低阻油层的识别，划分了新的有效厚度，对后续开发增产、调补层工作具有一定的意义。

Abstract: The genesis of low resistance oil reservoirs is often complex and diverse, making it difficult to directly explain. The research area of this article is the CB oilfield located in the Northern Jiangsu basin. The high mud content and fine rock particles in the low resistance oil layer in the study area lead to high bound water saturation, which is the main control factor for low resistance of the oil layer. The gentle slope of the formation is also the control factor for low resistance of the oil layer in the study area. The formation resistivity is greatly affected by bound water and should be identified as a low resistance oil layer for targeted identification. This study identified a new effective thickness for a batch of low resistance oil layers in the study area through re examination of old wells in the old area, which has certain significance for subsequent development, production increase, and adjustment of layers.

1. 前言

低阻油层的成因大都复杂，受多种因素如粘土附加导电性、地层水矿化度差异、岩石中含金属颗粒、高束缚水饱和度等共同制约。在油气勘探初期，低阻油层常因认识不足或结果显示不明显而被遗漏。低阻油层中的低阻是指储层中油层电阻率处于相对低值，通常低于常规油层，且电阻率更接近于同一油水系统内的临近水层。因此，研究低阻油层时常提到电阻增大系数的概念，即油气岩石的电阻率与岩石完全含水时电阻率的比值，也就是电阻增大系数来判断储层。通常情况下电阻增大系数小于3就可称为低阻油层，但这个标准并不绝对。而实际生产中常用同一油水系统中同层位油、水层电阻率作为参考值代替[1]。

2. CB油田低阻油层的成因

CB油田地处苏北里下河地区，地势平坦，为苏北典型的水乡地貌。研究区内经试油验证存在油层低阻，且与水层电阻率相近，在常规解释中很难区分开。

根据CB油田C2-20、C2-14井的全岩矿物分析统计，E₁f₃段中无金属元素显示，排除因金属元素等导电矿物导致地层低阻。

以C2-20井为例，1~4号层为同一油水系统，1、2、4号层岩心描述均有油侵显示，均为油层，电阻率分别为7、5、3 (Ω∙m)。4号层为低阻油层。电阻率增大系数为2.3。三个层段的GR值分别为75、85、110，相差较大。可以看出4号层GR值偏大，泥质含量较重。地层中的粘土矿物由于其带有的不饱和电荷以及具有较大比表面积的特点，具有很强的吸附性[1]。泥质含量越高，地层中粘土矿物的附加导电性就越强。高泥质含量也会导致岩石中束缚水饱和度升高[2]，同时，较细的岩石颗粒粒度与复杂的孔隙结构也是导致岩石孔隙中束缚水含量较高的因素。通过岩心分析，C2-20井第4层束缚水饱和度为63.5%，而第1、2层束缚水饱和度仅为42.5%。当地层中束缚水饱和度足够高时，通过电荷之间异性相吸而吸附在岩石表面的束缚水随着岩石颗粒运动而转移，形成导电网络。束缚水含量越高，则形成的导电网络越发达，地层的导电性越强，电阻率越低[1]。

结合C2-14、C2-72等井的油层电阻率不难看出，同一油水系统中，油层低阻的测井响应特征规律与上述C2-20井相似。综上所属，CB油田E₁f₃段中低阻油层的主要成因为高泥质含量导致的高束缚水饱和度，同时，岩石颗粒较细，粘土矿物含量较高也是油层低阻的影响因素。

3. CB油田低阻油层的表征及认识

3.1. CB油田低阻油层的测井响应特征

以C2-31井(见图1)为例，C2-31井1~4号层地层电阻率为2~3 Ω∙m。

Figure 1. Well logging interpretation diagram of well C2-31 in CB oilfield

图1. CB油田C2-31井测井解释图

3.2. CB油田低阻油层的认识

3.2.1. 有效孔隙度解释

岩石的孔隙度越小，岩石中粘土矿物的阳离子交换容量(CEC)越大。即孔隙度越小，在其他条件不变时岩石的导电性越强，电导率越高，电阻率越低。

根据CB油田岩心分析资料，在岩心归位的基础上，建立E₁f₃段孔隙度与声波时差关系图版如下(见图2)。

CB油田E₁f₃段砂岩孔隙度与声波时差的关系为：

$\varphi =0.1605\times \Delta \text{t}-28.074$ (1)

式中：

$\varphi$ ——有效孔隙度，%；

Δt——声波时差，μs/m。

Figure 2. CB oilfield E₁f₃ sandstone effective porosity chart

图2. CB油田E₁f₃砂岩有效孔隙度图版

3.2.2. 泥质含量的计算

依据扩散双电层理论，粘土矿物表面带有负电荷，会吸附地层流体中的阳离子保持电中性，带有负电荷的粘土矿物表面和紧邻于粘土矿物表面的带有正电荷的阳离子扩散层构成“双电层”[3]。所以泥质含量的多少会影响多项测井响应值。根据C2-14、C2-20井的粉末粒度分析，结合测井响应资料，可以得出E₁f₃段自然伽马值与泥质含量(此处将粉末粒度筛析中粒径小于0.0039 mm的颗粒含量认为是岩石中的泥质含量)具有相关性，取自然伽马的中间值V_SH建立其与泥质含量之间的关系如下(见图3)：

Figure 3. V_SH-SH intersection diagram of E₁f₃ sandstone in CB oilfield

图3. CB油田E₁f₃砂岩V_SH-SH交会图

CB油田E₁f₃段砂岩泥质含量计算公式为：

$V_{SH}=0.0265SH+0.0136$ (2)

式中：

$V_{SH}=\frac{GR-G{R}_{砂}}{G{R}_{泥}-G{R}_{砂}}$ (3)

GR——自然伽马，API；

GR_砂——纯砂岩层的自然伽马值，API；

GR_泥——纯泥岩层的自然伽马值，API；

SH——泥质含量，%。

3.2.3. 束缚水饱和度解释方法

根据研究区泥质含量与束缚水饱和度的关系，开展低阻油层解释工作，建立如下模型(见图4)：

Figure 4. SH-S_Wb intersection diagram of E₁f₃ sandstone in CB oilfield

图4. CB油田E₁f₃砂岩SH-S_Wb交会图

$S_{Wb}=-0.5815S{H}^2+12.55SH-8.9844$ (4)

式中：S_Wb——束缚水饱和度，%；

SH——泥质含量，%。

3.2.4. 建立双水模型

双水模型把泥质砂岩岩石中的水分为两部分，一部分是由双电层引起的粘土水(即束缚水)，另一部分水是远水(即自由水)。两部分水构成了岩石的并联导电通道。

CB油田E₁f₃段岩电参数如下所示(见表1)：

Table 1. Electrical parameters of E₁f₃ sandstone in CB oilfield

表1. CB油田E₁f₃砂岩岩电参数表

层位	关系式	a	b	m	n
E1f3	$F=0.695{\varphi }^{-1.924}$	0.695	0.975	1.924	1.931
	I = 0.975SW^−^1.931

根据阿尔奇公式可以得出地层中含水饱和度与地层真电阻率之间关系如下：

$S_W{}^{1.931}=\frac{1.016}{R_T\times {\varphi }^{1.924}}$ (5)

4. CB油田低阻油层的识别

根据CB油田E₁f₃砂岩有效储层与干层、水层的岩心资料与四性关系分析，将CB油田E₁f₃砂岩常规储层识别中泥质含量的阈值定为18%，当泥质含量小于18%时，使用常规储层油层识别图版(见图5)。

Figure 5. Δt-Rt intersection diagram of E₁f₃ sandstone conventional reservoir in CB oilfield

图5. CB油田E₁f₃砂岩常规储层Δt-Rt交会图

当泥质含量大于等于18%时，作为低阻储层使用图6所示的图版对低阻油层进行针对性的识别(见图6)：

Figure 6. Δt-Rt intersection diagram of E₁f₃ sandstone low resistance oil layer in CB oilfield

图6. CB油田E₁f₃砂岩低阻油层Δt-Rt交会图

5. 结论

1) CB油田低阻油藏的低阻成因主控因素为岩石颗粒细、泥质含量高导致油层束缚水饱和度高，地层坡度较缓也是研究区域油层低阻的控制因素；

2) 针对研究区内低阻油层的区分，将研究区域以泥质含量大于18%为阈值，区分低阻油层与常规油层。地层电阻率受束缚水影响较大，作为低阻油层进行针对性的识别；

3) 通过复查，研究区域内新发现一批低阻油层，对下步开发增产、调补层具有一定的意义。