劉洪亮，張予生，劉海濤，謝志清，李家萱，馬肅濱

（1.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司吐哈事業(yè)部，新疆鄯善838202；2.吐哈油田丘東采油廠，新疆鄯善838202）

吐哈油田注水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究

劉洪亮1，張予生1，劉海濤1，謝志清1，李家萱2，馬肅濱1

（1.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司吐哈事業(yè)部，新疆鄯善838202；2.吐哈油田丘東采油廠，新疆鄯善838202）

吐哈油田具有低孔隙度、低滲透率、低礦化度儲(chǔ)層特征，其含水飽和度大于50%時(shí)，電阻率隨含水飽和度增大而增大。室內(nèi)巖心注水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)表明，注入水礦化度與原始地層總礦化度相當(dāng)時(shí)，電阻率隨含水飽和度升高而降低；注入水礦化度小于原始地層水礦化度，電阻率隨含水飽和度升高而不再單調(diào)下降，出現(xiàn)U形曲線。建立水淹層含水飽和度計(jì)算模型，結(jié)合過套管地層電阻率，經(jīng)過多次迭代計(jì)算，可求得套后地層含水飽和度和套后地層含油飽和度。實(shí)際應(yīng)用中，綜合分析確定水淹階段及混合水電阻率，結(jié)合阿爾奇公式，用U形曲線迭代方法尋找最優(yōu)的含水飽和度值。

巖石物理實(shí)驗(yàn)；電阻率；含水飽和度；水淹層；水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)；數(shù)值模擬；吐哈油田

0 引 言

吐哈油田是低孔隙度、低滲透率、低礦化度的三低油田［1］。儲(chǔ)層水淹后的開發(fā)過程中，對(duì)于注入水礦化度與原生水礦化度相差不大的儲(chǔ)層，可以用烴類衰竭指數(shù)來定量評(píng)價(jià)水淹層［2］。但注入水礦化度變化較大時(shí)，中孔隙度、中滲透率儲(chǔ)層電阻率與含水飽和度出現(xiàn)下降的L形、下降－上升－下降的S形及下降－上升的U形3種類型［3－4］，這種變化是否適合“三低”油田的儲(chǔ)層特點(diǎn)，有必要進(jìn)行注水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)來尋求電阻率和含水飽和度的定量關(guān)系。

1 儲(chǔ)層水淹后電阻率變化

吐哈鄯善、溫米、丘陵油田是典型的低孔隙度、低滲透率、低礦化度的“三低”油藏，目前油田整體上進(jìn)入中等含水開發(fā)時(shí)期，水淹狀況差異大。圖1為陵檢14－×井保壓密閉取心含水飽和度與電阻率關(guān)系圖。該井只取到含水飽和度Sw＞50%的巖心，由于該油田采用的注入水為清水，原始油田儲(chǔ)層的電阻率會(huì)隨著儲(chǔ)層含水飽和度的增大單調(diào)下降，所以含水飽和度Sw＜50%時(shí)用虛擬值表示趨勢(shì)線。通過測(cè)取其巖心對(duì)應(yīng)的電阻率可見，含水飽和度Sw＞50%時(shí)，電阻率隨含水飽和度增大而增大。

圖1 陵檢14ˉ×井保壓密閉取心含水飽和度與電阻率關(guān)系圖（井段2 810～2 820m）

2 注水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

為了解不同礦化度的水驅(qū)替飽含油的電阻率變化情況，選取鄯善、溫米、丘陵油田的溫檢×－1、鄯10－×、陵檢13－×取心井32塊巖樣，經(jīng)過洗油、脫鹽、烘干，用密度0.8g／cm3的煤油飽和，進(jìn)行了不同濃度NaCl溶液水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)（見表1）。

表1 實(shí)驗(yàn)巖樣特征

圖2 陵檢13ˉ×井水驅(qū)油電阻率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2、圖3、圖4為3口井巖心不同注入水電阻率水驅(qū)油電阻率實(shí)驗(yàn)結(jié)果。分別列舉注入水電阻率與原始地層水電阻率比值接近5、3、1.5及1等4種情況，其中Rwj為注入水電阻率，Rwi為原始地層水電阻率。如果注入水電阻率接近原始地層水電阻率的1倍時(shí)，也就是注入水礦化度與原始地層總礦化度相當(dāng)時(shí)，電阻率隨含水飽和度升高而降低。而如果注入水電阻率接近原始地層水電阻率的1.5倍以上時(shí)，也就是注入水礦化度小于原始地層水礦化度（淡水水驅(qū)）時(shí)，電阻率隨含水飽和度升高不再單調(diào)下降，出現(xiàn)U形曲線。U形曲線的拐點(diǎn)基本在含水飽和度Sw＝60%左右?？偟V化度不同的注入水電阻率產(chǎn)生的U形曲線的形狀不同，隨注入水電阻率倍數(shù)Rwj／Rwi的增加，U形曲線上升點(diǎn)的含水飽和度Sw逐漸下降，即上升點(diǎn)提前。

3 數(shù)值模擬研究

U形曲線使由儲(chǔ)層電阻率求取剩余油飽和度時(shí)出現(xiàn)多解性。在注水驅(qū)油過程中，儲(chǔ)層飽和度計(jì)算的難點(diǎn)之一就是地層水電阻率難以確定［5－6］。實(shí)際上，當(dāng)注入水進(jìn)入地層時(shí)，注入的淡水與地層水形成混合溶液并進(jìn)行離子交換，地層水將發(fā)生淡化。

混合液電阻率變化遵循式（1）規(guī)律［7］

式中，Rwz為混合液電阻率，Ω·m；Rwi為原生水電阻率，Ω·m；Rwj為注入水電阻率，Ω·m；Sw為地層含水飽和度，%；Swi為束縛水飽和度，%。

在Archie公式中

根據(jù)上述公式可建立水淹層含水飽和度計(jì)算模型，結(jié)合過套管地層電阻率Rt，ch，經(jīng)過多次迭代計(jì)算，可求得套后地層含水飽和度Sw，進(jìn)而計(jì)算套后地層含油飽和度So＝1－Sw。

取Swi＝0.35、Rwi＝0.12；分別取注入水電阻率Rwj為Rwi的不同倍數(shù)，利用Matlab可數(shù)值模擬出Rwz－Sw關(guān)系曲線。取a＝1.35、b＝1、m＝1.825、n＝1.749、φ＝0.145，利用Matlab可求得1組Rt－Sw關(guān)系曲線（見圖5）。

數(shù)值模擬過程中，為了克服1個(gè)電阻率對(duì)應(yīng)2個(gè)含水飽和度的矛盾，首先通過綜合分析確定水淹階段（即曲線左半枝或右半枝階段），然后確定混合水電阻率，結(jié)合阿爾奇公式尋求最優(yōu)飽和度值。

在不考慮多次水淹過程中的油淹（過路油）情況下，當(dāng)水淹后的地層電阻率Rt，ch大于未淹時(shí)的原始地層電阻率Rt時(shí)，采用U形曲線可求得唯一的含水飽和度值及與之對(duì)應(yīng)的混合液電阻率；當(dāng)Rt，ch小于Rt時(shí)，1個(gè)Rt值對(duì)應(yīng)2個(gè)含水飽和度，這時(shí)，必須先借助其他方法判斷水淹程度，并選取U形曲線左半枝或右半枝，采用迭代方法計(jì)算含水飽和度。

（1）左半枝迭代：選取Sw初值為Swi，記為，用式（1）求Rwz，用式（2）求Sw，記為若為事先給定的誤差上限），則停止迭代，令

圖5 注入水電阻率、地層水飽和度、混合液電阻率、地層電阻率關(guān)系圖

（2）右半枝迭代：選取Sw初值為1或1－Sor（Sor為殘余油飽和度），記為，用式（1）求Rwz，用式（2）求Sw，記為若為事先給定的誤差上限），則停止迭代，令

4 應(yīng)用效果

鄯×井1989年6月12日開鉆，1989年9月2日完井，1989年9月3日進(jìn)行裸眼井測(cè)井，于1989年10月試油投產(chǎn)，2010年4月產(chǎn)水已經(jīng)達(dá)到100%。圖6是該井2010年5月14日進(jìn)行過套管電阻率測(cè)井成果。由圖6可見，4號(hào)層（3 034.0～3 039.0m井段）的ECOS過套管地層電阻率值高于裸眼井深側(cè)向電阻率值。經(jīng)查該井1號(hào)層（2 958.8～2 962.6m井段）和2號(hào)層（2 993.6～2 996.0m井段）注入水礦化度為12 760mg／L，經(jīng)計(jì)算Rwj／Rwi＝0.79，選U形曲線左半枝求取含油飽和度，該井2號(hào)層（3 024.0～3 029.0m井段）和4號(hào)層（3 034.0～3 039.0m井段）注入水礦化度為2 949mg／L，經(jīng)計(jì)算Rwj／Rwi＝2.708，選U形曲線右半枝求取含油飽和度，1號(hào)層位（2 958.8～2 962.6m井段）計(jì)算套后含水飽和度67.6%；2、3、4號(hào)層位計(jì)算套后含水飽和度分別為64.9%、69.9%、67.1%以上，該解釋結(jié)論與該井過套管電阻率測(cè)井前4層合采產(chǎn)水100%的產(chǎn)狀相吻合?和?層裸眼結(jié)論為差油層；S1－2和?層結(jié)論為油層。

圖6 鄯×井ECOS井測(cè)井解釋成果圖

5 結(jié) 論

（1）通過巖心注水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)可見，注入水電阻率是原始地層水電阻率的1倍時(shí)，電阻率隨含水飽和度升高而降低。注入水電阻率是原始地層水電阻率的1.5倍以上時(shí)，電阻率隨含水飽和度升高而不再單調(diào)下降，出現(xiàn)U形曲線。

（2）總礦化度不同的注入水電阻率產(chǎn)生的U形曲線的形狀不同，隨注入水電阻率倍數(shù)Rwj／Rwi的增加，U形曲線上升點(diǎn)的含水飽和度逐漸下降，即上升點(diǎn)提前。

（3）實(shí)際應(yīng)用中，可以按照綜合分析確定水淹階段，（即曲線左半枝或右半枝階段），然后確定混合水電阻率，結(jié)合阿爾奇公式，用U形曲線迭代方法計(jì)算尋求最優(yōu)的含水飽和度值。

［1］ 陸大衛(wèi)，王春利.剩余油飽和度測(cè)井評(píng)價(jià)新技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2003.

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圖4 主要流程示意圖

6 結(jié) 論

試驗(yàn)系統(tǒng)充分發(fā)揮了FPGA的優(yōu)勢(shì)，將相應(yīng)功能模塊集成在1塊芯片上，簡(jiǎn)化了硬件的結(jié)構(gòu)，減小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，縮短了開發(fā)周期，而且也便于修改調(diào)試，系統(tǒng)小巧靈活。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有效地對(duì)電纜測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)如HDB3編碼、模擬信道上的傳輸、以及接收端譯碼等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析，取得了預(yù)期的效果。但仍有進(jìn)一步研究的空間，如相應(yīng)數(shù)字濾波處理、消除碼間干擾的時(shí)域均衡處理等，或者為了更進(jìn)一步提高傳輸效率而在編碼之前先進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮處理等，均是進(jìn)一步研究探討的方向。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用高性價(jià)比的有豐富資源的EP2C35芯片，正是考慮了系統(tǒng)的擴(kuò)展性和冗余性，使得在試驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的研究具有可行性。同時(shí)從實(shí)現(xiàn)技術(shù)上，因?yàn)镋P2C35還支持Nios II嵌入式軟核，所以可以將相應(yīng)功能模塊封裝成一個(gè)基于Avalon內(nèi)部總線的軟IP核，也即基于Nios II的自定義外設(shè)，由Nios II內(nèi)核控制，實(shí)現(xiàn)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，形成一個(gè)SOPC應(yīng)用系統(tǒng)。

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（收稿日期：2009－11－16 本文編輯 王小寧）

Numerical Simulation Based on Water－flooded Experiment in Turpan－Hami Oilfield

LIU Hongliang1，ZHANG Yusheng1，LIU Haitao1，XIE Zhiqing1，LI Jiaxuan2，MA Subin1
（1.Tuha Division，China Petroleum Logging CO.LTD.，Shanshan，Xinjiang 838202，China；2.Qiudong Oil Recovery Plant，Tuha Oilfield，Shanshan，Xinjiang 838202，China）

Turpan－Hami oilfield is characterized by low porosity，low permeability and low salinity.When the formation water saturation is greater than 50%，reservoir resistivity increases with the rise of formation water saturation.The indoor core water injection displacement experiments show that resistivity decreases with the increase of formation water saturation when injection water salinity equals to raw formation water salinity.When injection water salinity is lower than formation water salinity，resistivity curve shows“U”shape when the water saturation increases，rather than monotonically decreasing.Established is the saturation calculation model for waterflooded layer.Formation water saturation and oil saturation for cased hole can be calculated through multiple iterative computations based on through casing formation resistivity.Optimalizing water saturation may be figured out by following steps：determining water flooding stage through comprehensive analysis；determining the mixed water resistivity；using“U”shape curve iteration method to compute water saturation combining with Archie equation.

petrophysical experiment，resistivity，water saturation，water－flooded zone，water flooding experiment，numerical simulation，Turpan－Hami oilfield

P631.84

A

2011－08－12 本文編輯 王小寧）

1004－1338（2012）03－0230－04

劉洪亮，男，1969年生，從事測(cè)井資料研究、技術(shù)管理工作。