0 引言

目前，海相海绿石砂岩油藏数量逐渐增多，在埃及苏伊士湾的October油田和西沙漠地区的Razzak油田、美国密西西比州的Trimble油田、沙特阿拉伯东北部、澳大利亚维多利亚、加拿大阿尔伯特、英国凯尔特海盆地北部、北海盆地等地区均有高产海绿石砂岩油藏，主要发育于白垩系和古近系^[1]。受沉积、成岩演化和埋藏过程等因素影响，不同地区的海绿石在矿物结构、组成、成岩作用与储层的孔隙结构、物性、空间分布、油藏规模等方面存在明显差异。厄瓜多尔东部的Oriente盆地是南美洲主要的含油气盆地之一，该盆地北部白垩系Napo组中—下部UT段富含海绿石的砂岩层段在前期勘探中，由于具有高自然伽马特征而被误判为富含黏土杂基的泥页岩^[2-3]，主要原因在于前期的勘探未从海绿石砂岩储层和油藏的角度评价低阻特征，所以运用地震、测井等资料无法直接识别出海绿石砂岩储层。

低阻油层作为一种相对特殊的油层，电阻率测井曲线响应特征与水层特征相近，在对该类油层的流体识别评价中易引起误判。因此，在储层参数评价过程中，必须明确低阻形成机理，选择适当的方法进行评价。众多学者^[4-9]综合内因和外因，分析总结引起油层低阻的因素主要有6种：①较高的地层水矿化度^[4]；②毛管孔隙发育^[5]；③泥质附加导电性^[6]；④表面和骨架导电^[7]；⑤粒间孔隙与裂缝并存^[8]；⑥围岩影响^[9]。目前对于海相低阻油层的沉积环境和成因研究较少，在我国珠江口盆地西部新近系发现有海相碎屑滨岸沉积条件下的海相低阻轻质油田，居字龙等^[10]认为束缚水饱和度高和地层水矿化度高是主控成因，但Oriente盆地白垩系Napo组砂岩沉积含有海绿石，所以利用分析束缚水饱和度和地层水矿化度的方法不能有效解决该组储层低阻油气藏评价难题。

本次研究以岩心薄片鉴定、物性测试、压汞实验、阳离子交换实验等分析为基础，结合测井曲线响应特征，对Oriente盆地北部白垩系Napo组海绿石砂岩储层特征进行研究，以揭示海绿石砂岩储层受海绿石颗粒填充的特性和表面束缚引起的低阻现象，并提出基于主控成因的束缚水饱和度计算模型和基于导电因素校正的含水饱和度计算模型。这对于提高Oriente盆地北部白垩系Napo组中—下部UT段储层海绿石低阻油气藏的解释符合率和参数计算精度具有一定参考价值。

1 海绿石低阻油层储层特征及成因类型 1.1 低阻油层储层特征

Oriente盆地北部白垩系Napo组中—下部UT段储层以细砂岩、粉砂岩为主，其次为不等粒砂岩和少量粗砂岩。岩心物性分析表明，该段储层孔隙度为8.64%~21.58%，平均为14.7%，渗透率为0.46~ 1 494 mD，平均为196.2 mD，属中孔中渗储层，总体上具有孔隙度较高、渗透率中等的特征，但纵向上物性变化差异较大，非均质性较强，录井与试油结果显示，该段储层的含油性较为复杂。根据Oriente盆地北部白垩系Napo组中—下部UT段海绿石砂岩储层油、水层电阻率统计分析，低阻油层深侧向电阻率为6.6~19.0 Ω·m，而典型油层电阻率为30~100 Ω·m，典型水层电阻率为3.9~13.3 Ω·m。低阻油层和水层电阻率之间有交叉现象，并且整个区域同时存在高、低阻油层，导致在测井解释过程中容易丢失低阻油层。因此对于此类海绿石低阻油层不能简单地依靠电阻率特征进行判别。

1.2 低阻油层成因分析

岩心观察表明，Oriente盆地北部白垩系Napo组中—下部UT段低阻砂岩层段含油级别越高的砂岩颜色（灰绿色）越深。通过对储层矿物成分统计分析，发现在富含油或油浸级储层中，长石、云母等矿物含量一般较低，大部分质量分数小于2%，而油斑或荧光级储层中，海绿石含量相对较高，质量分数可达15%左右。低阻砂岩层段中存在海绿石胶结物，海绿石砂岩呈灰绿色，主要是海绿石矿物的颜色反映。UT段储层中海绿石成熟度高（K₂O质量分数约为8%），呈圆球形或粪球粒状，是构成海绿石砂岩的主要颗粒组分（图 1）。由于海绿石颗粒表面具有吸附水作用，能够形成储层高不动水；同时，海绿石以胶结物形式填充于储层部分孔隙，使储层孔隙喉道更加狭窄，形成复杂孔隙结构引起的毛管束缚流体现象；海绿石也属于黏土范畴，具有一定的阳离子交换能力^[11]，这三方面因素降低了油层电阻率，缩小了油、水层电阻率的差异，从而形成低阻油层。

2 海绿石束缚流体特性对低阻油层的控制作用 2.1 高束缚水饱和度导致低阻油层

束缚水是指在具有一定生产压差的储层孔隙中不可流动的水^[12]。束缚水可分为位于岩石颗粒表面的被吸附的薄膜滞水（即严格意义上的束缚水）和位于毛细管孔隙中的毛管滞水（前提是当毛细管两端的压力差不能克服毛管滞留力）两部分^[13]。通过岩石物理实验分析认为，UT段高束缚水饱和度的控制作用表现为2种吸附作用：一是海绿石颗粒和砂岩颗粒自身的吸附作用，二是海绿石的充填使岩石孔隙的几何形状复杂化及孔喉弯曲度增大、孔喉直径变小，吸附水溶液中离子的吸附能力加大，使束缚水饱和度明显增高。

2.1.1 海绿石颗粒和砂岩颗粒吸附水作用产生高束缚水饱和度

任何颗粒都有吸附地层水的能力，在海绿石砂岩储层中，吸附水作用表现为砂岩颗粒吸附和海绿石颗粒吸附2种类型。

（1）砂岩颗粒的吸附水作用

通过岩心分析表明，UT段储层细砂岩、粉砂岩含量较多，粒度中值主要为0.05~0.2 mm。当颗粒较细时，岩石颗粒的比表面积变大，吸附能力加强。大多数情况下，原始地层是亲水的，所以可以吸附大量的地层水而使之成为束缚水，岩石颗粒比表面积和束缚水含量之间为正相关关系^[14]。

（2）海绿石颗粒的吸附水作用

海绿石颗粒吸附水的机理是由于分子间晶格大、引力弱，从而导致吸水能力增强。海绿石砂岩局部表现为圆—次圆状或粪球粒状，大部分石英颗粒表现为棱角—次棱角状，被较完整的自形晶面包裹；海绿石颗粒与石英颗粒大小相当，比表面积较大，这2个特点决定了海绿石具有较强的吸水能力^[15]。研究表明，对于粒度相似的砂岩油气藏，海绿石含量与含水饱和度呈正相关关系，即海绿石含量越大，束缚水饱和度越高（图 2）。这是由于海绿石比表面积大，能吸附一定量的水，在油气运移过程中较难克服毛管阻力，从而使岩石束缚水含量增高。

2.1.2 复杂孔隙结构导致高束缚水饱和度

海绿石以胶结物形式填充于储层孔隙，使储层孔隙易形成毛管孔隙，从而可以吸附大量的地层水而使其形成毛管束缚水^[16]，进而导致储层中束缚水含量增高、储层孔喉半径变小、储层喉道弯曲度增大、储层毛管排替压力增大。储层的排替压力与平均孔喉半径密切相关，当孔喉半径减小，则排替压力直线加大。由表 1可以看出，孔渗特征越差、平均孔喉半径越小，储层的排替压力越大。在成藏过程中，排替压力加大，岩石滞留地层水的能力增强，毛管中的地层水被驱替不充分而遗留在微小的孔喉中，导致不动水饱和度增高。

由图 3可以看出，若颗粒越细、平均孔喉半径越小，不动水饱和度就越高。核磁共振T₂几何均值可以表征储层的孔隙结构，其值越大，孔隙结构越好，分析可知，T₂几何均值与束缚水饱和度呈负指数关系，即T₂几何均值越小，束缚水饱和度越高。毛管滞留水作用的能力与储层的平均孔喉半径密切相关，孔隙结构越差，储层的排替压力越大，成藏过程中油气驱替毛管中的地层水也越困难^[17]。因此，毛管滞留水的作用越强，束缚水饱和度越高，越易于形成高束缚水饱和度的低阻油气层。

束缚水的成因机理不同，导致在储层中的分布形式也不同。砂岩颗粒和海绿石颗粒吸附地层水所产生的束缚水分布于颗粒表面而呈水膜状，而由于孔隙结构变差所滞留的束缚水则分布于储层的微小孔喉中。在大、中孔喉中，由于排替压力较小，成藏过程中油水替换得较为充分，可动水被完全驱替而仅保留部分束缚水^[18]。

2.2 海绿石附加导电引起的低阻油层

海绿石产在浅海沉积物中（砂岩、碳酸盐岩等）^[17]，其化学组成为K₂(Mg，Fe)₂Al₆[Si₄O₁₀]₃(OH)₁₂，晶体属单斜晶系的三层构造的伊利石类硅酸盐矿物，化学成分与云母相似。与云母相比，海绿石的w（Al）/w（Si）值较小，K的数量少，Na替代量可到0.5%，吸附在矿物表面的阳离子可以和溶液中的同号离子发生一定的交换作用。

海绿石中K离子和Fe离子含量随着产出的地质时代和岩性不同而变化，一般早古生代产出的海绿石的K₂O含量较高，现代海洋沉积物产出的海绿石的Fe离子含量较高。海绿石能吸附水中的Mg离子和Ca离子，并释放出Na离子。

通常利用阳离子交换容量（CEC）和单位孔隙体积黏土可交换的阳离子量（Qv）来评价矿物的导电能力。实验分析表明，纯海绿石的CEC为10~ 40 mmol/100 g（表 2），和伊利石相当。UT段海绿石砂岩储层CEC为0~6 mmol/100 g，Qv小于1 mmol/ml，这对储层导电性具有一定影响，其附加导电能力为低阻主控因素之一。

3 海绿石砂岩低阻饱和度计算模型

针对UT段海绿石砂岩储层中海绿石高束缚特性引起的油层低阻现象，在计算含水饱和度、束缚水饱和度的方法选择过程中，根据海绿石砂岩具有吸附不动水、毛管束缚水等复合成因特征，束缚水饱和度的计算利用UT段海绿石砂岩储层组合新公式进行计算，含水饱和度的计算是基于导电因素校正的含水饱和度模型。

3.1 基于主控成因的束缚水饱和度计算模型

由于海绿石砂岩束缚水饱和度的控制作用有颗粒吸附水和毛管束缚水2种类型，颗粒吸附水受海绿石含量的控制，毛管束缚水受储层品质的控制。因此在束缚水饱和度计算过程中引入海绿石含量和储层品质因子。

海绿石含量计算如下

$ GL = \left( {{2^{2 \cdot \frac{{GR - G{R_{\min }}}}{{G{R_{\max }} - G{R_{\min }}}}}} - 1} \right) \times 33.33 $

(1)

式中：GL为海绿石含量，%；GR_min为自然伽马最小值，API；_GR^max为自然伽马最大值，API。

束缚水饱和度计算如下

$ SWI = \frac{{A\cdot{{\left( {GL\cdot B} \right)}^N}}}{{RQ{I^N} + {{\left( {GL\cdot B} \right)}^N}}} $

(2)

式中：SWI为束缚水饱和度，%；A为最大束缚水饱和度，%，小于100；B为海绿石吸附特性系数，无量纲，分布在0~1，吸附特性越强，其值越大；N为孔隙结构复杂化系数，无量纲，分布在0.1~10.0，孔隙结构越复杂，其值越大；RQI为储层品质因子，无量纲。给定RQI值为0.5，1，2，3，4，赋初始值A，B，N利用海相束缚水模型计算不同海绿石含量条件下的束缚水饱和度，进而得到5条模拟线（图 4）。通过对A，B，N适当调整，使所有岩心分析数据点分布在2个边界线内，最终得到A = 100，B = 0.17，N = 1.5为UT段的束缚水饱和度求取经验参数，实际测井资料处理中RQI是利用渗透率和孔隙度计算所得。具体公式如下

$ RQI = \sqrt {\frac{K}{{\varphi \times 100}}} $

(3)

式中：φ为孔隙度，由孔隙度曲线计算所得，%；K为渗透率，由地区经验公式计算得出，mD。

3.2 基于导电因素校正的含水饱和度计算模型

基于UT段海绿石砂岩储层主控成因分析，通过对深侧向电阻率曲线的海绿石导电校正，建立了“电阻率还原法”，进行电阻率值校正，再利用校正的电阻率曲线计算含水饱和度。

（1）电阻率还原

由于海绿石以颗粒状赋存于砂岩孔隙中，使饱含烃岩石的电阻率比相同岩性纯岩石饱含烃时的电阻率低，因此，在地层水电阻率值一定时，假设海绿石砂岩由纯砂岩和海绿石组成，则当电流垂直岩石界面流向地层时，海绿石砂岩的电阻率与纯砂岩电阻率及海绿石导电存在并联关系^[19]。通过公式推导得到基于导电因素校正的纯砂岩电阻率值，公式如下

$ \frac{{100}}{{{R_{\rm{a}}}}} = \frac{{100 - GL}}{{R{T_{{\rm{cor}}}}}} + \frac{{GL}}{{{R_{GL}}}} $

(4)

进一步转换为

$ R{T_{{\rm{cor}}}} = \frac{{{R_{\rm{a}}} \times {R_{GL}}\left( {100 - GL} \right)}}{{{R_{GL}} - {R_{\rm{t}}} \times GL}} $

(5)

式（4）~（5）中：R_t为校正前的电阻率，Ω·m；RT_cor为校正后的电阻率，Ω·m；R_a为海绿石储层实测电阻率，Ω·m；R_GL为非储层段电阻率，Ω·m。

电阻率导电校正消除了海绿石导电对电阻率值的影响，校正后的海绿石储层电阻率与校正前储层电阻率相比，提高了13~54 Ω·m，而在海绿石低的储层段差别不大，从而能够正确反映储层的含油特性（图 5）。

（2）含水饱和度计算

在电阻率重构的基础上，利用阿尔奇公式进行UT段海绿石砂岩储层的含水饱和度计算。公式如下

$ Sw = \sqrt[n]{{\frac{{ab{R_{\rm{w}}}}}{{{\varphi ^m}R{T_{{\rm{cor}}}}}}}} $

(6)

式中：R_w为地层水电阻率，Ω·m，由水分析资料获得，UT段海绿石砂岩储层的R_w取值为0.19 Ω·m；a，b，m，n均为阿尔奇常数，UT段海绿石砂岩储层a取值为1.278，b取值为1.206，m取值为1.445，n取值为1.618，由岩电实验分析获得；φ为孔隙度，%，由孔隙度曲线计算所得。

4 海绿石低阻油层综合评价应用实例

研究分析表明，受海绿石填充和束缚特性的影响，UT段海绿石砂岩存在大量低阻油层，利用基于主控成因的束缚水饱和度计算模型和基于导电因素校正的含水饱和度计算模型，对Oriente盆地海相海绿石低阻油层开展储层评价解释，确定低阻油层的饱和度，进一步与岩心压汞分析得出的束缚水饱和度对比，吻合度较高。由图 6可看出，C01井采用基于主控成因的束缚水饱和度计算公式算出的束缚水饱和度与压汞法得出的束缚水饱和度较为符合，3 120~3 150 m段试油平均日产油426桶，日产水8桶，平均含水率为2.7%，计算结果与试油结果相符。说明在电阻率还原校正的基础上，采用阿尔奇公式来计算UT段海绿石砂岩低阻油层含水饱和度是可行的，且应用效果较好。

5 结论

（1）海相油气藏中的海绿石束缚流体特性引起油层低阻，类似于陆相的泥质束缚特性控制油层低阻，一方面是海绿石颗粒和砂岩颗粒自身的吸附作用；另一方面是海绿石的充填使岩石孔隙的几何形状复杂化，孔喉弯曲度增大，孔喉直径变小，吸附水溶液中离子的吸附能力加大，使束缚水饱和度明显增高。

（2）引入海绿石含量和储层品质因子进行束缚水饱和度计算，在实际资料的解释评价中应用效果明显。

（3）建立了“电阻率还原法”进行地层电阻率值校正，再利用校正的电阻率曲线计算含水饱和度。基于导电因素校正的含水饱和度计算模型对海相低阻油层的饱和度评价具有指导意义。