中国石油低阻油层岩石物理研究与测井识别评价技术进展

２０世纪９０年代以来，渤海湾盆地已进入高成熟精细勘探阶段，在各富油凹陷中，复杂断裂带、构造—岩性油藏与岩性油藏等已成为主要勘探目标［１］。

近十年来，仅中国石油仍持续在该盆地平均每年获得探明石油地质储量１×１０８ｔ左右。

实践表明，渤海湾盆地尤其是中浅层存在为数众多的低阻油层（即油层测井电阻率与相邻水层的比值小于２，甚至与水层相近，也可称为低对比度油层，当然也包括那些电阻率值低于地区经验性标准的油层），这类油层以往大多被遗漏。

从１９９８年开始，中国石油组织渤海湾四家油田对低阻油层进行研究与攻关，据对七个研究目标区块的统计，它们约占油层总数的３０％～５０％。

据１９９８—２００２年勘探部门不完全统计，在４０个区块中，通过老井复查就找到了数千万吨低阻油层储量［２～４］。

２０００年以来，新疆、吐哈油田的浅层（白垩系）与长庆油田也陆续发现低阻油层，特别是新疆陆９井区总的储量规模已达亿吨以上。

近年来，渤海湾滩海的勘探也进一步表明了低阻油层解释的重要。

可见，低阻油层已成为中浅层隐蔽油藏的重要勘探领域，同时它也成为老井复查的主要目标。

多年的研究表明，蒙脱石等粘土附加导电与电化学束缚水、盐水钻井液侵入或淡水钻井液深侵入、复杂孔隙结构包括岩性变细与极薄互层等因素皆可使油层测井电阻率降低，甚至成倍下降［２，３］，但是，这些因素并不一定是影响测井识别油层的主要难题。

而对于那些圈闭幅度低（小于３０ｍ）、油水密度差小（小于０．２ｇ／ｃｍ３）的油藏，由于其驱替力较小，含油饱和度较低（一般约为４５％～６０％［４］），如果再加上上述因素的影响以及采用不当的电测井方法（如淡水钻井液用双侧向测井，盐水钻井液用感应测井），就可能形成识别更困难的低阻油层。

上述低幅度油藏的油、水层电测井对比度与十余年前勘探的中—较大型油藏比较明显减小，再采用常规测井与解释方法识别与评价这种低对比度油层已经十分困难。

为此，中国石油提出了“大力应用先进适用的测井新技术，强化油公司多学科一体化相结合的测井油气层精细评价方法”工作思路，即：针对具体勘探中国石油低阻油层岩石物理研究与测井识别评价技术进展李国欣１ 欧阳健２ 周灿灿２ 刘国强１（１中国石油勘探与生产公司，北京１０００１１；２中国石油勘探开发研究院，北京１０００８３）摘 要：自１９９８年至今，中国石油组织以渤海湾地区为代表的中浅层低阻油层的岩石物理研究与解释技术攻关，已取得了比较突出的成果，总结了较成熟的技术：低阻油层分布的油藏地质条件；粘土附加导电性质－粘土的电化学束缚水岩石物理实验与研究；盐水钻井液与淡水钻井液侵入不同饱和度油层的双侧向、双感应等电测井的数值分析与时间推移测井研究；相应的低阻油层的识别与评价解释方法等，并在渤海湾与西部皆获得较大的地质成果。

关键词：低幅度圈闭；低阻油层；粘土附加导电与电化学束缚水；钻井液侵入；电测井响应；测井识别油层；测井评价油层中图分类号：Ｐ６３１．８ 文献标识码：Ａ第一作者简介：　李国欣，男，高级工程师，１９９５年毕业于石油大学（华东）勘探系测井专业，２００５年获中国石油大学（华东）矿产普查与勘探专业硕士学位，现任中国石油勘探与生产分公司工程技术与监督处副处长。

收稿日期：２００５－１１－１８；修改日期：２００６－０３－２７勘探技术Ｃｈｉｎａ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　ＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＮｏ．２　２００６43目标，采用一体化多学科相结合的思路研究油藏（包括岩石、孔隙、流体的统一系统）的岩石物理响应和各种岩心实验方法与测井方法（尤其是岩石电性质与各种电测井方法间的响应）的响应关系，在此基础上，分析测井新技术的方法、测量精度及分辨率，有针对性地开展测井设计，开发各种低阻油层的识别与评价方法，进而开展测井单井精细解释与多井综合评价工作。

这些以岩石物理研究为基础的技术正是油公司提高油气层识别与评价能力的核心所在。

回顾近几年的工作，以渤海湾地区为代表的中浅层低阻油层在岩石物理研究（成因机理）与解释评价技术方面已取得如下四方面的认识，形成了较成熟的技术，并具有创新性（这里不涉及构造—岩性油藏中具有复杂孔隙结构的低孔渗油层）：①油藏中饱和度和电阻率分布研究与应用；②粘土附加导电性质及其电化学束缚水岩石物理实验与研究；③盐水钻井液与淡水钻井液侵入不同饱和度油层的双侧向、双感应等电测井的响应数值分析与时间推移测井研究；④建立在岩石物理研究基础上的低阻油层识别与定量评价解释方法。

１油藏中饱和度和电阻率分布规律研究构造油藏的形成过程受油、水—孔隙系统所控制，油（气）由于重力分异首先进入油藏顶部与较大孔隙喉道连接的大孔隙，然后，随着烃类驱替力（油水密度差形成的浮力与油柱高度有关）的增加，油（气）将逐步进入更小的孔隙喉道，因此，油藏中距自由水平面之上愈高，含油气饱和度则愈大；反之则小。

在油藏中，油、水的分布反映出毛管压力与油、水两相压力（重力与浮力）差平衡的结果。

显然，油藏内不同位置处的饱和度受距自由水平面之上的高度、孔隙结构以及油水密度差等因素控制。

另外，润湿性也影响油水的分布［５，７］。

统计我国各盆地数十个Ｉ类储层为主的典型构造油藏的油水密度差—油柱高度—饱和度（电阻增大率）的关系［８］，如图１所示。

大油气田的驱替力一般为０．３～３ＭＰａ，而近年来发现的低阻油层的驱替力大多小于０．１ＭＰａ，可见油水密度差与含油高度（即驱替力）是控制饱和度的最主要因素之一。

近年来在渤海湾、新疆等地区所复查与勘探的低阻油层大多油水密度差０．１～０．２ｇ／ｃｍ３，油藏幅度１０～３０ｍ，甚至小于１０ｍ，其驱替力一般小于０．１ＭＰａ，含油饱和度也较低（４５％～６０％）。

对于此类油层，由于钻井液侵入或粘土附加导电使测井视电阻率成倍下降［２，６］，极易形成低阻油层。

但应意识到，虽然目前发现的低阻油藏大多单个规模较小，但如果是多个油藏叠置，其规模也会十分可观。

例如冀东杜林油田上第三系有五个以上油藏，共复查出低阻油层厚度累计达７４ｍ，储量为２４０×１０４ｔ；新疆陆９井区的白垩系低幅度—低阻油藏，虽然其幅度小于２０ｍ，含油饱和度在５５％左右，但含油面积较大，近亿吨的储量由各断块、各油组累积而成；Ｓ６区Ｘ４井块共解释１６个以上油藏，低阻油层累计厚度超过１００ｍ。

表１反映了Ｘ９井油柱高度约４０余米的气顶—油环油气藏内饱和度（测井电阻率）变化以及淡水钻井液侵入的规律：顶部含油饱和度较高的气层，其驱替力达０．２６ＭＰａ，深侧向与深感应相近，比水层的深感应值高１２倍。

距水层１０～３０ｍ的油层，驱替力明显下降到０．０６ＭＰａ以下，含油饱和度降低，油层深感应值高出水层３～４倍，而油层深侧向仅高出水层深侧向１．５～２倍。

淡水钻井液条件下的含油水层与纯水层会形成高侵剖面（冲洗带电阻率Ｒｘｏ＞地层电阻率Ｒ０），第４层水层的双感应测井明显反映为高侵，且深侧向比深感应高３～４倍（其原因后节详述）。

如果采用侧向测井解释，则其测井电阻率受Ｒｘｏ影响大，而比水层的实际Ｒ０偏高较多，这样就会使得油、水层的深侧向差别变得更小。

如果采用双感应或阵列感应测井，则更接近水层实际。

图１ 低阻油层分布与油藏中驱替力（油藏高度）、饱和度（电阻增大率）关系Ｆｉｇ．１　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ａｍｏｎｇ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏｗ－ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｏｉｌ　ｌａｙｅｒｓ，　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｍｏｍｅｎｔｕｍ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒａｎｄ　ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ据中国陆上Ｉ类砂岩几十个油藏统计勘探技术中国石油勘探２００６年第２期44２粘土附加导电作用及其电化学束缚水（低矿化度地层水）岩石物理实验研究２．１蒙脱石等粘土的附加导电性砂岩导电主要由于含盐地层水中离子在电场作用下定向移动形成，而泥质砂岩中蒙脱石、伊／蒙混层等附加导电作用较强的粘土矿物由于其本身的不饱和电性特点，粘土颗粒表面会吸附孔隙内水中的金属阳离子，以保持平衡。

在外界电场作用下，被吸附的阳离子沿粘土颗粒表面交换位置，产生附加导电现象，从而导致了含蒙脱石等粘土泥质砂岩电阻率成倍低于纯砂岩电阻率［６，７］。

１９６７—１９７４年，针对墨西哥湾泥质砂岩低阻油层开展粘土电化学实验研究，Ｓｈｅｌｌ石油公司岩石物理实验室发表了著名的Ｗａｘｍａｎ－Ｓｍｉｔｓ方程（模型）［８，９］。

近年来，渤海湾各油田系统进行了泥质砂岩油层粘土阳离子容量的测量与研究，表２为冀东柳赞油田４块孔隙度相近砂岩样品的实验结果（实验用水矿化度５ｇ／Ｌ，温度２５℃），可见随阳离子交换容量增大，砂岩电阻率可成倍下降。

冀东油田Ｎ１５－１２井为上第三系蒙脱石附加导电性形成低阻油层实例，１８号层试油证实为油层，其深侧向测井电阻率为４～６．８Ω．ｍ，其下邻水层为４Ω．ｍ，电阻率增大率小于２。

其岩心分析Ｎａ＋交换浓度Ｑｖ达到１．９８ｍｅｑ／ｍＬ，附加导电使得油层的电阻率成倍下降，形成低电阻率油层［１０］。

２．２低矿化度条件下蒙脱石等粘土的电化学束缚水新疆油田与石油大学对准噶尔盆地陆９井区白垩系砂岩（伊／蒙混层粘土含量不高，小于３％）进行多种矿化度溶液的实验（图２）　发现在Ｑｖ不高时，油层粘土束缚水却仍较多。

在冀东等油田也观察到，地层水矿　图２ ＬＵ２１８０－２白垩系含伊／蒙混层粘土（含量小于３％）砂岩样品不同矿化度溶液气驱水饱和度实验（半渗透隔板方法）Ｆｉｇ．２　Ｗａｔｅｒ　ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｌｕｉｄ　ｇａｓ－ｄｒｉｖｅ　ｏｆｉｌｌｉｔｅ／ｓｍｅｃｔｉｔｅ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｍｉｘｅｄ－ｌａｙｅｒ　ｓａｎｄｓｔｏｎｅ　ｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　ＣｒｅｔａｃｅｏｕｓＬＵ２１８０－２表２ 冀东柳赞油田砂岩阳离子交换容量与电阻率实验数据表［９］Ｔａｂｌｅ　２　Ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓａｎｄｓｔｏｎｅ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｉｏｎ　ａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｉｎ Ｌｉｕｚａｎ　ｏｉｌｆｉｅｌｄ　ｉｎ　Ｊｉｄｏｎｇ　ａｒｅａ“中国石油”低电阻油气层识别与评价及岩石物理研究进展，中俄测井技术交流会论文，２００４。

１１Ｃｈｉｎａ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　ＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＮｏ．２　２００６45化度对油层的粘土束缚水饱和度有明显的控制作用。

根据扩散层理论，扩散层厚度随地层水矿化度降低而增厚，其电化学束缚水增加。

矿化度为８ｇ／Ｌ与１００ｇ／Ｌ的束缚水饱和度相差１０％～１５％左右（用半渗透隔板实验方法）。

显然，在渤海湾地区上第三系低矿化度条件下的低阻油层粘土含量高，阳离子交换容量大，其电化学束缚水将超出一般的由于砂岩变细毛管束缚水的概念。