本发明是关于一种涉及油藏地质参数的采集处理分析方法，具体而言是一种确定地层束缚水饱和度的方法，基于岩心分析应用中碎屑岩油藏地质参数，评价碎屑岩地层束缚水饱和度，属于地质勘探开发中岩心分析、流体分析等技术领域。
背景技术：
在油气勘探开发领域，对碎屑岩油藏评价总离不开地层束缚水饱和度。碎屑岩地层束缚水饱和度与碎屑颗粒和孔隙喉道大小密切相关。从束缚水的赋存状态分析，地层束缚水饱和度受控于碎屑岩比表面积。在地层总孔隙度不变的前提下，碎屑岩比表面积越大，赋存在颗粒表面的束缚水就越多，地层束缚水饱和度也越高。碎屑颗粒直径越小，碎屑岩比表面积就越大。当碎屑岩比表面积一定时，地层束缚水膜越厚，地层束缚水饱和度就越高；碎屑颗粒表面越不规则(凹凸不平)，束缚水膜就越厚。只要能准确求取碎屑岩比表面积、颗粒表面束缚水膜厚度、碎屑岩地层总孔隙度及碎屑岩体积密度等参数，就能准确计算碎屑岩地层束缚水饱和度。
目前确定碎屑岩地层束缚水饱和度主要用以下两类方法：(1)岩心分析法(又称直接法)：包括压汞法、相渗法、密闭取心法；(2)测井解释法(又称间接法)：包括archie公式法、地区经验公式法、c/o比法等。其中直接法确定的碎屑岩地层束缚水饱和度精度要高于间接法确定的地层束缚水饱和度。
在实际应用中，还常常遇到含油区块或油藏中既没有压汞曲线、也没有相渗曲线、更没有岩心分析饱和度，只有碎屑岩物性分析数据、粒度分析数据、全岩x衍射分析数据及粘土矿物分析数据等资料，此时无法利用这些岩心分析资料确定碎屑岩地层束缚水饱和度。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种新的确定地层束缚水饱和度的方法，解决上述现有技术的方法有时无法确定碎屑岩地层束缚水饱和度的问题，为没有压汞曲线、没有相渗曲线、没有饱和度分析样品的区块或油藏提供一种新的碎屑岩地层束缚水饱和度评价方法。
为达上述目的，本发明提供了一种确定地层束缚水饱和度的方法，其包括以下步骤：
1)采集目标油藏岩心样本、地层水样本(地层可动水样本)、地层油样本；
2)对所采集的样本进行检测分析，获得物性分析数据、粒度分析数据、全岩x衍射分析数据、粘土矿物分析数据、地层可动水密度分析数据、地层油密度分析数据；
3)根据在步骤2)中得到的全岩x衍射分析数据和粘土矿物分析数据及矿物骨架密度，用加权调和平均值确定岩石骨架密度；
4)根据在步骤2)中得到的物性分析数据和地层可动水密度分析数据和步骤3)中得到的岩石骨架密度，确定碎屑岩岩石体积密度；
5)根据在步骤2)中得到的粒度分析数据和步骤4)中得到的岩石体积密度，确定碎屑岩比表面积；
6)根据在步骤2)中获得的地层可动水密度分析数据、地层油密度分析数据，结合实际油藏高度数据，确定碎屑岩地层束缚水膜厚度；
7)根据在步骤2)和步骤5)及步骤6)中得到的碎屑岩物性分析数据、碎屑岩比表面积、碎屑岩地层束缚水膜厚度，确定碎屑岩地层束缚水饱和度。
本发明的方法中，所述步骤2)与步骤6)顺序不分先后。
本发明是根据碎屑岩含油区块或油藏在既没有压汞曲线、也没有相渗曲线、更没有岩心分析饱和度时，可直接采用物性分析、粒度分析、全岩x衍射分析及粘土矿物分析等数据计算碎屑岩地层束缚水饱和度，提出一种全新的地层束缚水饱和度计算方法，尤其适用于录取的岩心资料少、不具备用常规方法计算束缚水饱和度基础的油藏在勘探开发各阶段确定碎屑岩地层束缚水饱和度的分析方法。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，步骤3)中所述矿物骨架密度详见表1。
表1矿物密度
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，步骤3)中确定的岩石骨架密度符合以下公式：
式中j—粘土矿物分析的粘土矿物种类，类；
l—全岩x衍射分析的矿物种类(其中第l类为粘土类)，类；
wcj—粘土矿物分析的第j(j＝1、2、3、···、j)类粘土矿物质量分数，f；
wxl—全岩x衍射分析的粘土矿物质量分数，f；
wxl—全岩x衍射分析的第l(l＝1、2、3、···、l)类矿物质量分数，f；
ρcj—粘土矿物分析的第j(j＝1、2、3、···、j)类粘土矿物骨架密度，g/cm3；
ρma—碎屑岩骨架密度，g/cm3；
ρxl—全岩x衍射分析的第l(l＝1、2、3、···、l)类矿物骨架密度，g/cm3。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，步骤4)中确定的碎屑岩岩石体积密度符合以下公式：
ρb＝ρma(1-φt)+ρwfφt(4)
式中φt—碎屑岩地层总孔隙度，f；
ρb—碎屑岩体积密度，g/cm3；
ρwf—地层可动水密度，g/cm3。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，步骤5)中确定的碎屑岩比表面积符合以下公式：
式中a—单位体积碎屑岩碎屑颗粒总表面积，μm2；
ai—粒度分析的第i(i＝1、2、3、4、5、6、7)类碎屑颗粒表面积，μm2；
di—粒度分析的第i类碎屑颗粒直径(d1＜10代表泥质、10≤d2＜50代表细粉砂岩、50≤d3＜100代表粗粉砂岩、100≤d4＜250代表细砂岩、250≤d5＜500代表中砂岩、500≤d6＜1000代表粗砂岩、1000≤d7＜10000代表细砾岩)，μm；
dk—粒度分析的最粗碎屑颗粒直径，μm；
ni—粒度分析的第i(i＝1、2、3、4、5、6、7)类碎屑颗粒数量，个；
nk—粒度分析的最粗碎屑颗粒数量，个；
sa—单位体积碎屑岩比表面积，μm2/μm3；
vma—单位体积碎屑岩骨架总体积(vma＝1-φt)，μm3；
vwi—100％含水单位体积碎屑岩束缚水体积(vwi＝1-vma-vwf)，μm3；
vwf—100％含水单位体积碎屑岩可动水体积(vwi+vwf＝φt)，μm3；
wi—粒度分析第i(i＝1、2、3、4、5、6、7)类碎屑颗粒质量分数，f；
wk—粒度分析的最粗碎屑颗粒质量分数，f；
ρmai—粒度分析第i(i＝1、2、3、4、5、6、7)类碎屑颗粒骨架密度，g/cm3；
ρmak—粒度分析的最粗碎屑颗粒骨架密度，g/cm3。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，所述di—粒度分析的第i类碎屑颗粒直径(d1＜10代表泥质、10≤d2＜50代表细粉砂岩、50≤d3＜100代表粗粉砂岩、100≤d4＜250代表细砂岩、250≤d5＜500代表中砂岩、500≤d6＜1000代表粗砂岩、1000≤d7＜10000代表细砾岩)详见表2。
表2碎屑颗粒粒度分级(伍登-温特沃斯)
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，步骤5)中，粒度分析碎屑颗粒质量分数与碎屑颗粒数量、碎屑颗粒直径及碎屑颗粒骨架密度符合以下公式：
dk＝max(d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7)，(dk≥di)(10)
式中m—单位体积碎屑岩质量，g；
mi—粒度分析的第i(i＝1、2、3、4、5、6、7)类碎屑颗粒质量，g；
mk—粒度分析的最粗碎屑颗粒质量，g。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，在实际应用中碎屑颗粒骨架密度分两部分：一部分为泥质(含粘土)骨架密度
对地层条件下的单位体积碎屑岩，岩石质量等于岩石体积密度：
m＝ρbv＝ρb(11)
将式(11)代入式(9)得：
将式(5)、(6)、(7)与式(12)联立得碎屑岩比表面积经典方程：
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，步骤6)中实际油藏高度数据可利用现有技术方法直接检测得到。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，步骤6)中确定的碎屑岩地层束缚水膜厚度符合以下公式：
式中：a—常数(a＝1.18×10-7)；
b—常数(b＝0.5)；
e—地层束缚水膜指数(e≥3～6)；
h—自由水面以上碎屑岩油藏高度，m；
hwf—地层束缚水膜厚度，hwf＞0.0025μm；
g0—标准重力加速度，g0＝9.80665n/kg或g0＝9.80665m/s2；
ρof—地层油密度，g/cm3；
ρwf—地层可动水密度，g/cm3；
θr—油藏条件下油水两相流体的润湿接触角θr＝34°。
将相应参数代入式(14)得：
式(15)中的地层束缚水膜指数e随油藏高度增大而逐渐变小，在3～6之间变化。碎屑岩孔隙中的束缚水膜是由几十甚至几百个水分子“紧密”排列形成。根据已知单个水分子直径0.31～0.39nm，当10个水分子“紧密”排列形成的“束缚水膜厚度”为3.5nm(0.0035μm)。
在实际油藏中，碎屑岩地层束缚水膜分布在2.5～200nm之间。油藏高度越大，地层束缚水膜越薄，但最薄水膜不会小于5～10个水分子“紧密”排列的2.5nm。
采用油藏高度计算油藏顶部碎屑岩束缚水饱和度是油藏中最小的地层束缚水饱和度。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，步骤7)中确定的碎屑岩地层束缚水饱和度符合以下公式：
式中swi—碎屑岩地层束缚水饱和度，f。
本发明的研究发现：
(1)当地层束缚水膜厚度一定时，粘土含量是碎屑岩地层束缚水饱和度最大影响因素，粘土矿物质量分数每增加一个百分点，地层束缚水饱和度至少增加3％；
(2)碎屑岩地层束缚水饱和度与碎屑岩地层总孔隙度成反比，与地层薄膜水厚度和比表面积乘积成正比，即
(3)根据全岩x衍射分析确定粘土在泥质中所占比例，当泥质中粘土占50％以上时，泥质颗粒直径取值小于等于1μm，当泥质中粘土占50％以下时，泥质颗粒直径取值大于1μm，其它颗粒的粒径取相应粒级下限值的120％；
(4)评价单元有多个分析样品时，其质量分数采用厚度加权平均值得到一组评价单元的典型数据，对这组典型数据重新计算每种矿物(粘土矿物分析和全岩x衍射分析)或每个粒级(粒度分析)的质量分数；
(5)附着在碎屑颗粒表面的束缚水膜不是一个固定值。在地层条件下，地层束缚水膜厚度是油藏高度、油水密度差(地层可动水密度减地层油密度)、碎屑颗粒润湿性等参数的函数。地层束缚水膜指数随油藏高度增大而减小，分布在3～6区间内；
(6)计算构造油藏平均地层束缚水饱和度时，参与计算的油藏高度取实际油藏高度的1/2；计算岩性油藏平均地层束缚水饱和度时，参与计算的油藏高度取实际油藏高度的1/4，更贴近实际。
从而，根据本发明的具体实施方案，本发明的方法还可包括根据以下一个或多个条件确定碎屑岩地层束缚水饱和度：
(1)粘土矿物质量分数每增加一个百分点，地层束缚水饱和度至少增加3％；
(2)碎屑岩地层束缚水饱和度与碎屑岩地层总孔隙度成反比，与地层薄膜水厚度和比表面积乘积成正比，即
(3)根据全岩x衍射分析确定粘土在泥质中所占比例，当泥质中粘土占50％以上时，泥质颗粒直径取值小于等于1μm，当泥质中粘土占50％以下时，泥质颗粒直径取值大于1μm，其它颗粒的粒径取相应粒级下限值的120％；
(4)评价单元有多个分析样品时，其质量分数采用厚度加权平均值得到一组评价单元的典型数据，对这组典型数据重新计算每种矿物(粘土矿物分析和全岩x衍射分析)或每个粒级(粒度分析)的质量分数；
(5)地层束缚水膜指数随油藏高度增大而减小，分布在3～6区间内；
(6)计算构造油藏平均地层束缚水饱和度时，参与计算的油藏高度取实际油藏高度的1/2；计算岩性油藏平均地层束缚水饱和度时，参与计算的油藏高度取实际油藏高度的1/4。
综上所述，本发明运用粒度分析、全岩x衍射分析、粘土矿物分析等资料，根据碎屑岩比表面积理论，从地层束缚水的赋存状态分析，地层束缚水饱和度受控于碎屑岩比表面积。在地层总孔隙度不变的前提下，碎屑岩比表面积越大，赋存在颗粒表面的地层束缚水就越多，地层束缚水饱和度也越高。碎屑颗粒直径越小，碎屑岩比表面积就越大。当碎屑岩比表面积一定时，地层束缚水膜越厚，地层束缚水饱和度就越高；碎屑颗粒表面越不规则(凹凸不平)，束缚水膜就越厚。根据本发明的方法，能准确求取碎屑岩比表面积、颗粒表面地层束缚水膜厚度、碎屑岩地层总孔隙度及碎屑岩体积密度等参数，运用粒度等分析资料计算碎屑岩地层束缚水饱和度，特别是为勘探初期或资料录取较少的碎屑岩油藏快速准确地确定地层束缚水饱和度提供了一种简便实用的评价方法。且所测碎屑岩地层束缚水饱和度与直接法确定的地层束缚水饱和度精度相当。
附图说明
图1为100％含水碎屑岩单位体积模型。
具体实施方式
下列实施例仅为例示性说明，非意图限制本发明的范围。所属领域的技术人员可藉由本发明的揭露，在不背离本发明的精神的范围内做出适度的变更和修正。
本发明的用粒度资料计算碎屑岩地层束缚水饱和度的方法，需要注意以下方面：
一是在泥质中粘土占比需由全岩x衍射资料确定，当有多个分析样品时，需采用厚度加权平均值计算评价单元的典型全岩x衍射分析数据；
二是用实际粒度资料划分粒级，每个粒级的粒径取值(上限值、下限值、中间值)需薄片鉴定或实际岩心观察后确定，当评价单元有多个粒度分析样品时，每个粒级均采用厚度加权平均值计算评价单元的典型粒度分析数据；
三是评价单元地层总孔隙度采用与全岩x衍射分析及粘土矿物分析样品相对应的岩心分析孔隙度之厚度加权平均值；
四是岩石骨架密度需用全岩x衍射分析和粘土矿物分析数据及相应矿物骨架值，用加权调和平均值计算。
表3、表4和表5分别是茨602井的粘土矿物分析、全岩x衍射分析及粒度分析数据，本发明以茨602井所在茨602块相关资料为例阐述计算碎屑岩地层束缚水饱和度的具体步骤。
表3茨602井粘土矿物分析
表4茨602井全岩x衍射分析
表5茨602井粒度分析
茨602井位于茨602块腰部，属构造岩性油藏，油水界面-2260m、油藏高度160m、地层温度71.62℃、地层压力21.61mpa、地层水矿化度4845.7mg/l、地面原油密度0.8366g/cm3，茨602井2168m岩心分析孔隙度18.8％；茨602块地层原油密度0.7230g/cm3、地层水密度0.9900g/cm3、束缚水膜指数取6.0。茨602块油藏平均束缚水饱和度计算步骤：
第一步：根据粘土矿物分析、全岩x衍射分析和矿物骨架密度，用加权调和平均值计算岩石骨架密度。
第二步：根据岩心分析孔隙度和地层可动水密度计算岩石体积密度。
ρb＝ρma(1-φt)+ρwfφt＝2.72148×(1-0.188)+0.9900×0.188＝2.395973g/cm3
第三步：根据粒度分析资料计算碎屑岩比表面积。
第四步：根据油水密度差和油藏高度计算地层束缚水膜厚度。
计算构造油藏平均地层束缚水饱和度采用二分之一油藏高度参加计算；计算岩性(或以岩性为主)油藏平均地层束缚水饱和度采用四分之一油藏高度参加计算，地层束缚水膜指数取6.0。
第五步：计算地层束缚水饱和度(表6)。
表6粒度资料计算茨602块束缚水饱和度
用粒度资料计算的地层束缚水饱和度为45.64％，与压汞资料计算的油藏束缚水饱和度46.30％相比精度相当。