魏 鋒，陳 現(xiàn)，陳 晶，高楚橋，李祖遙，胡文亮，戴紅霞

（1. 長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北武漢 430100；2. 中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院，上海 200120；3. 中國石油測井有限公司華北事業(yè)部，河北任丘 062550）

XX盆地低滲儲層束縛水飽和度計算方法研究

魏 鋒1，陳 現(xiàn)2，陳 晶2，高楚橋1，李祖遙1，胡文亮1，戴紅霞3

（1. 長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北武漢 430100；2. 中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院，上海 200120；3. 中國石油測井有限公司華北事業(yè)部，河北任丘 062550）

摘 要：束縛水飽和度的大小是劃分油氣層與水層的重要依據(jù)之一。在巖石物理實驗的基礎(chǔ)上，分析影響束縛水飽和度大小的各種因素，利用彼此之間的關(guān)系求取束縛水飽和度的大小。以XX盆地低滲儲層為例，分析低滲儲層束縛水飽和度的特點，建立了束縛水飽和度與孔隙度、滲透率、氣柱高度等的模型，應(yīng)用到實際資料中，檢驗各種模型的適用性與準確性，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：束縛水飽和度；巖石物理實驗；低滲儲層；影響因素

在常規(guī)的油氣藏測井評價中，利用毛管壓力實驗，通?？梢詼蚀_計算出束縛水飽和度的大小，尤其是隨著越來越多的測井新方法的廣泛應(yīng)用，如核磁共振測井等，可以對巖石的微觀特征進行深入研究，使得計算出的束縛水飽和度準確率和可靠性大大增加[1]。然而，在低孔滲儲層，束縛水飽和度的影響因素往往更加復(fù)雜，導(dǎo)致求取束縛水飽和度的難度增加。本文基于低滲儲層的特點，總結(jié)計算低滲儲層束縛水飽和度的方法，并對現(xiàn)場資料進行了處理和分析。

1　束縛水飽和度與各影響因素的關(guān)系

1.1束縛水飽和度與孔喉半徑的關(guān)系

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巖石的孔喉半徑與束縛水飽和度有密切關(guān)系，孔喉半徑大的巖石，孔隙結(jié)構(gòu)簡單，通常具有較好的滲流能力，因而不能束縛較多的地層水，相反，孔喉半徑小的巖石，孔隙結(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜，滲流能力也較差，容易束縛住較多的地層水，形成高束縛水飽和度。圖1是XX盆地壓汞毛管壓力實驗巖石樣本的束縛水飽和度與中值孔喉半徑的關(guān)系圖[2]，從圖中可以看出，隨著中值孔喉半徑的增大，束縛水飽和度變小，兩者相關(guān)系數(shù)的平方為0.902 2，因此可以利用中值孔喉半徑來計算束縛水飽和度。

圖1　束縛水飽和度與巖心中值孔喉半徑的關(guān)系圖

1.2束縛水飽和度與孔隙度、滲透率的關(guān)系

巖石的滲透率是衡量巖石滲流能力的指標，是巖石顆粒大小、泥質(zhì)含量、分選性、孔喉半徑等各因素的綜合體現(xiàn)，而孔隙度則代表了巖石的儲集能力，因而巖石的滲透率K和孔隙度φ能間接反映巖石的束縛水飽和度Swi。具體表現(xiàn)為孔隙度大的巖石，滲透率也往往較大，喉道也較粗，形成的束縛水往往較少；反之，孔隙度小的巖石，滲透率也低，喉道細，容易形成較多的束縛水。圖2為XX盆地利用壓汞實驗所得的Swi與K/φ的關(guān)系圖，從圖中可以看出，隨著滲孔比的增大，束縛水飽和度明顯變小，具體關(guān)系為

1.3束縛水飽和度與氣柱高度的關(guān)系

在原始氣藏，地層水與天然氣密度差所產(chǎn)生的浮力與巖石的毛細管壓力是平衡的，即兩者大小相等，因此可以用式（2）表達地層條件下毛細管壓力與氣藏自由水界面以上高度的關(guān)系：式中：ρw、ρg分別為地層水密度和井下氣體密度，g/cm3；H為自由水界面以上高度，m；PcR為氣藏條件下的毛細管壓力，MPa；g為重力加速度。

圖2　束縛水飽和度與孔滲比關(guān)系圖

本研究區(qū)的地層水密度為1 g/cm3，經(jīng)計算，在井深3 500 m左右，天然氣的密度為0.34 g/cm3。根據(jù)式（2）可以寫出本地區(qū)該深度下自由水界面以上高度與地層條件下毛細管壓力的關(guān)系式：

根據(jù)沈平平等1995年提出的《典型界面張力和接觸角值》，實驗室和1 524 m深的油藏條件下的空氣和水的界面張力分別為72 mN/m和50 mN/ m，接觸角都為零度，因此可以通過公式把油氣藏條件下的毛管壓力曲線轉(zhuǎn)換成實驗室條件下的毛管壓力曲線，如式（4）：式中：PcR為實驗室條件下的毛管壓力；下標R表示油藏條件下，下標L表示實驗條件下。

由公式（3）和公式（4）可以得到XX盆地壓汞毛細管壓力與氣柱高度的關(guān)系：式中：PcHg為壓汞毛管壓力，MPa。

大量實驗結(jié)果表明壓汞毛細管壓力與半滲透隔板、離心機毛細管壓力的比值在砂巖為7.5，由此可以得到XX盆地半滲透隔板、離心機毛細管壓力與氣柱高度的關(guān)系：式中：Pcw為半滲透隔板和離心機毛管壓力，MPa。

由以上分析可知，束縛水飽和度的大小還與氣柱高度有關(guān)。隨著氣柱高度的增加，毛細管壓力增大，束縛水飽和度變小，尤其是在低孔滲儲層，束縛水飽和度受氣柱高度的影響更為明顯。圖3是XX盆地高、低束縛水飽和度的巖樣含氣飽和度與自由水界面以上高度關(guān)系，從圖中可以看出：①高束縛水飽和度儲層的氣水過渡段比低束縛水飽和度儲層的要長；②高束縛水飽和度儲層隨著氣柱高度的增加，束縛水飽和度慢慢減小，而低束縛水飽和度儲層的束縛水飽和度隨著氣柱高度的增加，基本上沒有變化[3]。

圖3　高、低束縛術(shù)飽和度巖樣含氣飽和度與自由水界面以上高度的關(guān)系圖

利用數(shù)學(xué)擬合，可以得到束縛水飽和度與孔隙度、自由水界面以上高度這三者的關(guān)系：

式中：a、b、c、d分別為實驗分析資料得到的地區(qū)常數(shù)。

由XX盆地壓汞毛管壓力實驗資料得：a=1.335，b=-1.908，c=-0.215，d=0.216，R2=0.811。

利用上述數(shù)據(jù)可以做出XX盆地不同孔隙度條件下，束縛水飽和度與氣柱高度的關(guān)系圖（圖4）和不同氣柱高度下，束縛水飽和度與孔隙度的關(guān)系圖（圖5）。由圖4可以看出在孔隙度相同的情況下，束縛水飽和度隨氣柱高度的增加而逐漸變??；由圖5可以看出同一氣柱高度下，隨著孔隙度的增大，束縛水飽和度變小[4,5]。

2　應(yīng)用實例

圖6、圖7分別是應(yīng)用式（1）處理的XX盆地A井段、B井段的成果圖，第六道灰色虛線代表束縛水飽和度，藍色實線代表含水飽和度。圖6中2 902～2 908 m處的測試結(jié)論為凝析氣層，無水產(chǎn)出；而該層段計算得到的束縛水飽和度與含水飽和度曲線異常接近，幾乎重合，說明該層段所含水全為束縛水，與測試結(jié)論一致。圖7中3 810.2～3 815.2 m的測試結(jié)論為凝析氣層，計算得到的束縛水飽和度與含水飽和度比較接近，解釋結(jié)論為油氣同層，與測試結(jié)論一致。在3 820 m以上層段，在孔滲變化很小的情況下，束縛水飽和度隨著氣藏高度的增加逐漸變小。經(jīng)分析，主要原因為：低孔滲油氣層段的束縛水飽和度隨著氣柱高度的增加而變小。而圖6井段為中高孔滲地層，束縛水飽和度隨氣柱高度的增高變化很小，利用滲透率和孔隙度求得的束縛水飽和度即為真實束縛水飽和度。以上對圖6、圖7束縛水飽和度的分析也完全符合圖3關(guān)于高、低束縛水飽和度巖石與自由水界面以上高度的關(guān)系的闡述。

圖4　不同孔隙度條件下束縛水飽和度與氣柱高度的關(guān)系圖

圖5　不同氣柱高度下束縛水飽和度與孔隙度的關(guān)系圖

3　結(jié)論與認識

（1）通過分析毛管壓力實驗，建立孔隙度、滲透率與束縛水飽和度的關(guān)系，可以準確計算出中高孔滲儲層的束縛水飽和度的大小。

圖6　XX盆地A井段處理成果圖

（2）常規(guī)測井資料無法直接求得巖石孔喉半徑，但利用核磁共振測井資料可以求得孔喉半徑，再根據(jù)孔喉半徑與束縛水飽和度的關(guān)系，可以求得束縛水飽和度。但核磁共振測井成本較高，無法廣泛應(yīng)用，因此利用此方法求束縛水飽和度有一定局限性。

（3）在低孔滲儲層，利用孔隙度、滲透率、氣柱高度綜合分析計算束縛水飽和度，可以取得良好的效果，但是由于油氣藏的自由水界面高度不好確定，所以在應(yīng)用氣柱高度與束縛水飽和度的定量關(guān)系時，計算結(jié)果的精度有待提高，目前只能作為輔助手段，從定性角度分析。

參考文獻：

[1] 高華．鶯歌海盆地束縛水飽和度影響因素研究[J]．石油物探，2005，44（2）：158-159．

圖7　XX盆地B井段處理成果圖

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[4] Richardson S G. Flow Through Porous Media Handbook of fl uid Dynaniex Section16[M], McGraw Hill Book Company, NewYork, 1961.

[5] Brown H W. Capillary Pressure Investigation[J]. Journal of Petroleum Technology, 1951, 3(3): 67-74.

中圖分類號：TE122.2+3

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2014.01.067

收稿日期：2013-11-04；改回日期：2013-11-14

第一作者簡介：魏鋒，男，1984年生，長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院碩士研究生，主要從事地球物理測井解釋。

文章編號：1008-2336（2014）01-0067-05

Study on the Methods to Calculate the Irreducible Water Saturation of Low Permeable Reservoirs in XX Basin

WEI Feng1, CHEN Xian2, CHEN Jing2, GAO Chuqiao1, LI Zuyao1, HU Wenliang1, DAI Hongxia3
（1. School of Geophysics and Oil Resources, Yangtze University, Wuhan Hubei 430100, China; 2. Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai 200120, China; 3. Huabei Division, China Petroleum Logging Co. Ltd., Renqiu Hebei 062550, China）

Abstract:The irreducible water saturation is an important indicator of dividing oil & gas layer from water layer. The main factors inf

l uencing the amount of irreducible water saturation have been analyzed on the basis of petrophysical laboratory testing results. Then the amount of irreducible water saturation can be calculated with the relationships between the affecting factors and the irreducible water saturation. After analyzing the characteristics of the irreducible water saturation of low permeable layer, the models of irreducible water saturation with porosity, permeability, and the height of gas reservoirs have been established with an illustration of the low permeable layers in XX Basin. The applicability and accuracy of the models are checked by being applied in the actual situation and the result is good.

Key words:bound water saturation; petrophysical laboratory; low permeable layer; affecting factor