申梅英，譚海芳

（中石化中原石油工程有限公司地球物理測(cè)井公司，河南 濮陽(yáng)457001）

0 引 言

濮城油田構(gòu)造位于東濮凹陷中央隆起帶北部，儲(chǔ)層巖性細(xì)，為粉細(xì)砂巖和粉砂巖，原始地層水礦化度高，濮城沙二段、沙三段的原始地層水總礦化度在（25～31）×104mg／L之間。經(jīng)過(guò)多年的注水開(kāi)采，濮城油田大部分儲(chǔ)層已普遍含水。由于注入水礦化度變化范圍大，致使水淹層的含水礦化度差異較大，低至5×104mg／L，高可達(dá)20×104mg／L。為較準(zhǔn)確地計(jì)算水淹層的剩余油飽和度，需要分析m、n以及孔隙度的變化，并研究適應(yīng)性強(qiáng)的混合液電阻率計(jì)算方法。

1 水淹層混合地層水電阻率的確定方法

在諸多的測(cè)井信息中，自然電位是唯一能夠連續(xù)、充分反映地層水電阻率變化的測(cè)井曲線。自然電位形成的基本原理［1］可表達(dá)為

式中，SPS為靜自然電位，mV；KSP為擴(kuò)散吸附系數(shù)，mV；Rmf為泥漿濾液電阻率，Ω·m；Rw為地層水電阻率，在水淹層就是混合地層水電阻率，Ω·m。

將式（1）變形就可得到求取地層水電阻率的方程

通過(guò)確定式（2）中的參數(shù)，就可以逐層計(jì)算出儲(chǔ)層的混合液電阻率，從而滿足在礦化度變化的層位計(jì)算剩余油飽和度的需要［2］。

1.1 靜自然電位SPS的求取

自然電位測(cè)井獲得的自然電位幅度ΔSP通常不等于式（1）中所指的靜自然電位SPS，主要原因有［1］

（1）層厚影響。當(dāng)自然電流流經(jīng)井身、砂巖、泥巖時(shí)，形成電路，由基爾霍夫定律得

式中，Rmd、Rsd、Rsh分別為泥漿、砂巖、泥巖的電阻率，Ω；ΔSP為自然電位幅度，mV。

對(duì)于厚層，砂巖和泥巖的截面積比井的截面積大得多，使得Rmd?Rsd，Rmd?Rsh，因此，ΔSP≈SPS。而對(duì)于薄層，ΔSP比SPS小，層越薄則小得越多。

（2）地層電阻率的影響。當(dāng)?shù)貙与娮杪试龈邥r(shí)，Rsd、Rsh與Rmd比較，不能忽略，則 ΔSP＜SPS。這里要著重討論油層和水淹程度不同的水淹層，其電阻率變化較大，因此電阻率影響必須要進(jìn)行校正。

（3）泥漿電阻率的影響。對(duì)電路公式進(jìn)行分析，可看到Rmd也有一定的影響，即Rmd越大，ΔSP越接近SPS；Rmd越小，ΔSP則比SPS小得越多。

為校正ΔSP，消除影響因素以獲得SPS，可查閱校正圖版。但查閱校正圖版不能用于連續(xù)計(jì)算，可將圖版回歸出校正公式

式中，Rm、Rs、Rt分別為泥漿、圍巖、地層的電阻率，Ω·m；h、d分別為儲(chǔ)層層厚和井眼直徑，m。

當(dāng)Rt／Rm＝1～5時(shí)，校正量很小，可近似認(rèn)為SPS＝ΔSP，即此時(shí)不用校正。由于校正圖版未給出連續(xù)變化的Rs／Rm，所以對(duì)于Rs／Rm不等于上述3個(gè)值的情況，選最接近的對(duì)應(yīng)校正公式。

1.2 過(guò)濾電位校正

在鉆井過(guò)程中，鉆井液壓力一般略大于地層壓力。在此壓力差作用下，在巖石孔隙中的濾液帶有相當(dāng)多的正離子向壓力低的地層移動(dòng)并聚集；而在壓力大的一端聚集較多的負(fù)離子，產(chǎn)生電位差，即過(guò)濾電位，其計(jì)算公式［1］為

式中，EP為過(guò)濾電位，mV；Δp為泥漿柱與地層間的壓力差，atm；AP為過(guò)濾電位系數(shù)，mV，滲透性巖石的AP平均值均為0.77mV；μ為泥漿濾液的黏度，mPa·s。

在水驅(qū)開(kāi)發(fā)30多年的濮城油田，注入水無(wú)法完全彌補(bǔ)采油造成的能量損失，繼而水淹層多出現(xiàn)壓力下降現(xiàn)象，例如PJ3井（見(jiàn)圖1）。有些儲(chǔ)層的壓力系數(shù)由原始的1.1下降至0.7～0.8，甚至降到0.3～0.4。因此在鉆井液壓力與壓力低的水淹層間就存在較大壓差，造成測(cè)得的自然電位中包含了較大的過(guò)濾電位。由式（1）可知，與混合液電阻率有關(guān)的是擴(kuò)散吸附電位，因此，在對(duì)自然電位進(jìn)行層厚等校正的基礎(chǔ)上，還要消掉其中的過(guò)濾電位以獲得更準(zhǔn)確的靜自然電位，即

圖1 PJ3井地層壓力與深度的關(guān)系

在中原油田RFT測(cè)井比較普及，為計(jì)算過(guò)濾電位提供了依據(jù)。根據(jù)RFT測(cè)得的泥漿和地層壓力資料，用式（9）計(jì)算出儲(chǔ)層的鉆井液與地層間的壓差，繼而用式（7）推算出過(guò)濾電位。

式中，pmud、pfor分別為RFT實(shí)測(cè)的泥漿壓力和儲(chǔ)層壓力，psi；14.22為單位換算系數(shù)。

1.3 擴(kuò)散吸附系數(shù)KSP

擴(kuò)散吸附系數(shù)KSP主要反映地層進(jìn)行離子擴(kuò)散的能力和對(duì)陰離子的吸附性能，它除與溶液的離子成分及溫度等有關(guān)外，主要取決于地層的巖性特征。濮城地區(qū)離子成分以NaCl為主，變化很小，所以該區(qū)塊的KSP值主要與巖性和地溫有關(guān)。在已知水性的純水層采用式（1）反推出KSP，再與反映巖性的自然伽馬以及地溫建立關(guān)系，得到

式中，ΔGR＝（GRmax－GR）／（GRmax－GRmin）；T為地層溫度，℃；GRmin、GRmax分別為純砂巖、純泥巖的自然伽馬測(cè)井值，API。

2 膠結(jié)指數(shù)和飽和度指數(shù)的分析

膠結(jié)指數(shù)m和飽和度指數(shù)n在水驅(qū)情況下是否發(fā)生較大變化，可以通過(guò)有關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。將巖心樣品分別飽和不同濃度（5 000、10 000、40 000及80 000mg／L）、不同水型（NaCl、CaCl2及 NaHCO3）的電解質(zhì)溶液，分別測(cè)量其m、n值。

圖2顯示膠結(jié)指數(shù)m與水型及礦化度有關(guān)。礦化度越高，m值越大，3種不同水型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所顯示的特征相同，說(shuō)明膠結(jié)指數(shù)m隨礦化度升高而增大的規(guī)律具有普遍性。但是膠結(jié)指數(shù)m并不是隨著礦化度的增大而無(wú)限增大，當(dāng)?shù)V化度超過(guò)40 000mg／L后，m值不再發(fā)生明顯變化。

圖2 m與地層水礦化度關(guān)系圖

圖3顯示飽和度指數(shù)n也是隨礦化度的增大而增大。與膠結(jié)指數(shù)m相似，在低礦化度條件下，飽和度指數(shù)隨地層水礦化度的升高而迅速增大，但是當(dāng)?shù)V化度超過(guò)一定值以后，飽和度指數(shù)n隨礦化度升高而增大的趨勢(shì)不再明顯。

實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，在計(jì)算濮城水淹層飽和度時(shí)，m和n不隨著水淹程度而變化。

圖3 n與地層水礦化度關(guān)系圖

3 水淹層物性變化趨勢(shì)分析

濮城油田原狀油層采用阿爾奇公式計(jì)算飽和度，對(duì)水淹層能否繼續(xù)使用該模型從物性方面做了分析。以時(shí)間間隔15年至22年的老井與新井的同砂組儲(chǔ)層進(jìn)行物性對(duì)比研究，這些井在構(gòu)造的不同部位，井組對(duì)的距離多在200m左右，減小橫向變化的影響，突出水淹后物性的變化趨勢(shì)。

在濮城油田沙二上段選擇了27對(duì)井組對(duì)、202組儲(chǔ)層對(duì)繪制儲(chǔ)層水淹前后聲波時(shí)差對(duì)比圖（見(jiàn)圖4）。圖4顯示，有59.4%的儲(chǔ)層表現(xiàn)出水淹之后聲波時(shí)差增大的趨勢(shì)。同樣，在沙二下段選擇了26對(duì)井組對(duì)、184組儲(chǔ)層對(duì)作水淹前后聲波時(shí)差對(duì)比圖（見(jiàn)圖5）。圖5顯示，數(shù)據(jù)點(diǎn)圍繞對(duì)角線附近，略微呈現(xiàn)儲(chǔ)層水淹后物性漸好的趨勢(shì)。對(duì)比說(shuō)明，水驅(qū)對(duì)儲(chǔ)層的物性有小幅度的改善，繼續(xù)使用阿爾奇公式計(jì)算飽和度是可行的［3］。

圖4 沙二上聲波時(shí)差對(duì)比圖

4 應(yīng)用效果

生產(chǎn)井的產(chǎn)出水性質(zhì)就是地層中所含水的主要性質(zhì)，因此可借助對(duì)產(chǎn)出水礦化度的分析確定混合地層水電阻率。由產(chǎn)出水礦化度計(jì)算電阻率的公式為［4］

圖5 沙二下聲波時(shí)差對(duì)比圖

式中，Rwc為地層溫度為T時(shí)的產(chǎn)出水電阻率，Ω·m；C為產(chǎn)出水等效NaCl的礦化度，mg／L；T為地層溫度，℃。

圖6是濮城油田某月產(chǎn)出水礦化度統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)出水礦化度分析數(shù)據(jù)顯示礦化度的分布范圍較大。地層水總礦化度超過(guò)20×104mg／L的是以原始地層水為主，低的則是受到注水影響的混合液。從濮城油田產(chǎn)出水的成分分析，水型為CaCl2。其中Cl－占到60%左右，Na＋占到30%～35%，其余離子Mg2＋、Ca2＋、、等累計(jì)占5%～10%，其成分上以NaCl為主，因此產(chǎn)出水礦化度可以不作等效NaCl換算，能直接用來(lái)計(jì)算電阻率。

圖6 濮城油田產(chǎn)出水礦化度的分布情況

選擇濮城油田資料較全的幾口井進(jìn)行混合地層水電阻率計(jì)算，具體結(jié)果見(jiàn)表1。從表1中數(shù)據(jù)看，利用自然電位計(jì)算出的混合地層水電阻率與產(chǎn)出水分析礦化度推出的產(chǎn)出水電阻率比較接近，為計(jì)算飽和度奠定了基礎(chǔ)。在上述研究的基礎(chǔ)上，選用密閉取心井巖心資料檢驗(yàn)計(jì)算飽和度的精度（見(jiàn)表2）。由對(duì)比看，計(jì)算出的含水飽和度與巖心分析數(shù)據(jù)十分接近，說(shuō)明在水淹層采用的參數(shù)符合地層實(shí)際情況。

表1 2種方法計(jì)算混合地層水電阻率

表2 測(cè)井計(jì)算飽和度與密閉取心飽和度對(duì)比表

5 結(jié) 論

（1）在確定混合地層水電阻率時(shí)，利用巖性曲線計(jì)算自然電位擴(kuò)散吸附系數(shù)，并校正過(guò)濾電位的影響，能使計(jì)算出混合液電阻率符合地層實(shí)際。

（2）在濮城油田水淹層礦化度較高的情況下，計(jì)算剩余油飽和度所需的的m、n參數(shù)基本穩(wěn)定。

［1］ 張庚驥.電法測(cè)井［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1984：1－17.

［2］ 張占松，張超謨.水淹層地層水電阻率的二步確定方法［J］.測(cè)井技術(shù)，2011，35（4）：340－343.

［3］ 雍世和，張超謨.測(cè)井?dāng)?shù)字處理與綜合解釋［M］.東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2002：131－134.

［4］ 雍世和，洪有密.測(cè)井資料綜合解釋與數(shù)字處理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1982：60－66.