宋紅偉

1非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心(長江大學(xué))，湖北 武漢

2長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢

1. 引言

生產(chǎn)測井資料是注水開發(fā)油田進行開發(fā)方案設(shè)計、油田動態(tài)計算及水淹層剩余油飽和度評價中不可缺少的數(shù)據(jù)，它可以反映生產(chǎn)井在測井時生產(chǎn)層油水實時的產(chǎn)出情況及產(chǎn)層的動態(tài)信息。生產(chǎn)井的剩余油飽和度評價對于油田開發(fā)至關(guān)重要，充分利用注水開發(fā)油層動態(tài)生產(chǎn)測井資料探討新的剩余油飽和度具有十分重要的意義。筆者提出利用生產(chǎn)測井時間推移測井資料確定產(chǎn)層剩余油飽和度的方法，突破了生產(chǎn)測井資料只反映井筒流體特征和生產(chǎn)層流體產(chǎn)出情況的局限，擴大了生產(chǎn)測井資料的應(yīng)用范圍，對注水開發(fā)油田開發(fā)過程中方案的調(diào)整和合理措施的采取有重要作用。

2. 水驅(qū)油藏剩余油飽和度的變化

在實際水驅(qū)油藏中，由于巖層結(jié)構(gòu)、微觀非均質(zhì)性、油水性質(zhì)上的差異(如油水黏度不同)以及毛細管現(xiàn)象和巖石潤濕性的影響，儲層的孔隙體積模型可用圖1表示。

Figure 1. The schematic diagram of reservoir pore volume model圖1. 儲層孔隙體積模型示意圖

流體的飽和度應(yīng)包括可動流體飽和度、束縛水飽和度和殘余油飽和度；可動流體飽和度由可動油飽和度和可動水飽和度組成。在注水開發(fā)過程中，油、水兩相的分布必然發(fā)生變化[1]。油田開發(fā)最直接的結(jié)果是儲層中油量減少、水量增加，儲層中的流體飽和度遵循下式[2]：式中：Swi為巖石潤濕相束縛水飽和度，1；Sor為巖石殘余的非潤濕相流體飽和度，1；Swm為可動部分潤濕相流體飽和度，1；Som為可動部分非潤濕相流體飽和度，1。

對式(1)微分得：

如果認為油田開發(fā)過程中儲層原始狀態(tài)的改變對束縛水、殘余油飽和度的影響不大，即認為它們不隨油田整個開發(fā)過程而改變，則式(2)變?yōu)椋?/p>

式(3)說明產(chǎn)層中含油量的減少量等于產(chǎn)層中含水量的增加量。根據(jù)體積模型，儲層的含水飽和度為：

其中，

式中：Sw為含水飽和度，1；Vwm為可動水體積，m3；Vφ為有效孔隙體積，m3；Qo,swept為無水原油飽和體積，m3。

油藏的原始地層壓力，在開發(fā)過程中會隨著開采時間的推移和石油的不斷采出而逐漸下降，壓力下降使油藏中驅(qū)油能量減小，采出的油量也隨之減少，直到達到某一極限。水驅(qū)油田注入水的壓力高于產(chǎn)層的地層壓力，因此，注入產(chǎn)層的水會把孔隙中的一部分油驅(qū)替出來而占據(jù)該孔隙空間，從而使產(chǎn)層的含油飽和度降低，含水飽和度升高。隨著注水的不斷進行，產(chǎn)層的含油飽和度不斷降低，含水飽和度不斷升高，經(jīng)過一段時間后，產(chǎn)層就成了一種只含殘余油且主要含注入水的水層[3]。

3. 生產(chǎn)測井資料確定產(chǎn)層剩余油飽和度

在生產(chǎn)井中進行生產(chǎn)測井可以描述油藏動態(tài)和確定油田存在的問題。油藏動態(tài)研究包括確定油井中各產(chǎn)層產(chǎn)出的流體特性及其各相流體的產(chǎn)出量，油水的產(chǎn)出量反映了油藏油水的變化特征[4]，因此可以利用生產(chǎn)測井資料確定產(chǎn)層各相流體的產(chǎn)出量，進而聯(lián)合物質(zhì)平衡方程確定產(chǎn)層的剩余油飽和度。

在實際的水驅(qū)油藏中，由于巖層結(jié)構(gòu)、微觀非均質(zhì)性、油水性質(zhì)上的差異(如油水黏度不同)以及毛細管現(xiàn)象和巖石潤濕性的影響，當(dāng)水滲入油區(qū)后將出現(xiàn)一個油水兩相的混合流動區(qū)域，即兩相滲流區(qū)。在上述情況下，認為自供水邊緣到井排之間巖層中存在3個區(qū)——純水滲流區(qū)、油水兩相滲流區(qū)和純油滲流區(qū)。當(dāng)油井見水后，如果該井產(chǎn)量僅由一個油層供給時，則該油層中只有純水滲流區(qū)和兩相滲流區(qū)[5]。根據(jù)物質(zhì)平衡原理，兩相區(qū)中滲入水量的增加和被驅(qū)油量的減小決定了其含水飽和度變化的基本狀況[6]。

根據(jù)物質(zhì)平衡原理，有效孔隙體積中滲入水量的增加和被驅(qū)油量的減小以及Swi決定了Sw的大?。?/p>

式中：t為生產(chǎn)時間，mon；Qw,inj為油井控制范圍內(nèi)有效孔隙中注入水的相對體積，1；Qo為油井控制范圍內(nèi)有效孔隙中產(chǎn)出油的相對體積，1；Qw,prod、Qo,prod分別為累積水、累積油的產(chǎn)出體積，m3；Fw為產(chǎn)水率，1。

4. 時間推移飽和度預(yù)測

油、氣藏的實際開發(fā)資料表明，按照一定層系和井網(wǎng)投入開發(fā)的油、氣藏，由于含(產(chǎn))水率的增長或是地層壓力的下降，將會引起產(chǎn)量的遞減。遞減期是指對油氣藏施加各項措施后并不能改變產(chǎn)量遞減趨勢的時期。遞減期的長短主要取決于油氣藏開發(fā)的最終經(jīng)濟指標(biāo)的要求。該階段的產(chǎn)量隨時間的變化，可以利用不同的遞減規(guī)律進行預(yù)測，該產(chǎn)量將按照一定的規(guī)律隨時間而連續(xù)遞減。根據(jù)Arps的理論研究，遞減類型可分為指數(shù)遞減、調(diào)和遞減和雙曲線遞減3種，相關(guān)關(guān)系式為：

式中：Q為遞減到t時刻的產(chǎn)量(即遞減產(chǎn)量)，m3/mon；Qi為開始遞減時的產(chǎn)油量，m3/mon；D為遞減率，1；Di為開始遞減時的瞬時遞減率，1；te為從開始遞減瞬間算起的開發(fā)時間，mon；n為遞減指數(shù)，1。

當(dāng)n= ∞時為指數(shù)衰減；當(dāng)n= 1時為調(diào)和衰減；當(dāng)1 ＜n＜∞時為雙曲線遞減[6]。

根據(jù)油、氣藏或油、氣井遞減階段的生產(chǎn)測井時間推移產(chǎn)出剖面解釋數(shù)據(jù)，可以利用上述3種遞減類型的線性關(guān)系式進行判斷，以確定屬于哪一種遞減類型。根據(jù)產(chǎn)量的變化，適時地對遞減類型做出判斷，建立新的相關(guān)經(jīng)驗公式，進行新的產(chǎn)量衰減預(yù)測。根據(jù)遞減階段取得的產(chǎn)量、開發(fā)時間以及累積產(chǎn)量數(shù)據(jù)，利用上述判斷方法，通過線性回歸法求得遞減公式的系數(shù)，建立產(chǎn)量與開發(fā)時間的相關(guān)經(jīng)驗公式；利用上述相關(guān)經(jīng)驗公式，預(yù)測未來的產(chǎn)量、累積產(chǎn)量隨時間的變化數(shù)據(jù)，再結(jié)合式(5)確定油藏的含水飽和度。

5. 現(xiàn)場應(yīng)用實例

西部某油田自上而下鉆遇的地層有第四系、新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系及古生界的石炭系和奧陶系，地層埋深達6000 m以上。其中侏羅系、三疊系是該區(qū)的主要含油層系。L16井是20世紀90年代初鉆的一口生產(chǎn)井，主力生產(chǎn)層位于T1油組。該井1992年5月投產(chǎn)，2008～2011年供進行了6次生產(chǎn)測井，T1油組只有一個生產(chǎn)層段(射孔井段為4745～4762 m)，完井時Swi= 35.55%、Sor= 20.6%，原始含油飽和度為62.8%，歷次生產(chǎn)測井產(chǎn)出剖面解釋成果如表1所示。

Table 1. The interpreting result of time-lapse production logging data in Well L16表1. L16井時間推移生產(chǎn)測井資料解釋成果表

利用油藏產(chǎn)量遞減曲線分析法對歷年生產(chǎn)測井?dāng)?shù)據(jù)進行處理，得到遞減產(chǎn)量Q與累計產(chǎn)量的關(guān)系(圖2)。該油藏屬于指數(shù)遞減類型，擬合關(guān)系式為：

Figure 2. The relationship between declined production and cumulative production圖2. 遞減產(chǎn)量與累計產(chǎn)量的關(guān)系

根據(jù)時間推移生產(chǎn)測井資料計算得到歷次生產(chǎn)測井時的Sw，如表2所示。

Table 2. The result of saturation calculation using time-lapse production logging data in Well L16表2. L16井時間推移生產(chǎn)測井資料計算飽和度處理成果表

利用產(chǎn)量指數(shù)遞減曲線分析法對歷年生產(chǎn)測井?dāng)?shù)據(jù)進行回歸擬合，得到遞減產(chǎn)量隨生產(chǎn)時間的半對數(shù)遞減的直線預(yù)測關(guān)系見圖3、指數(shù)關(guān)系見圖4，回歸公式分別為：

Figure 3. The semi-log rectilinear of declined production changing with production time in Well L16圖3. L16井遞減產(chǎn)量隨生產(chǎn)時間的半對數(shù)遞減直線圖

Figure 4. The relation of exponential decline as the declined production changing with production time in Well L16圖4. L16井遞減產(chǎn)量隨生產(chǎn)時間的指數(shù)遞減關(guān)系圖

根據(jù)式(9)預(yù)測了L16井生產(chǎn)層段測井資料計算含水飽和度與生產(chǎn)測井時間推移測井資料預(yù)測含水飽和度對比圖(圖5)，可以看出，生產(chǎn)測井時間推移測井資料預(yù)測的含水飽和度隨時間變化的關(guān)系與測井資料是一致的。圖6對比分析了L16井歷次中子壽命測井含水飽和度數(shù)據(jù)，可以看出，生產(chǎn)測井時間推移測井資料預(yù)測含水飽和度與中子壽命測井含水飽和度趨于一致。

Figure 5. The contrast between water saturations calculated by using logging data and time-lapse prediction water saturation of neutron lifetime logging in Well L16圖5. L16井測井資料計算含水飽和度與時間推移預(yù)測含水飽和度對比圖

Figure 6. The contrast between water saturations predicted by using time-lapse logging data of production logging and neutron lifetime logging in Well L16圖6. L16井時間推移測井資料預(yù)測含水飽和度與中子壽命測井含水飽和度對比圖

6. 結(jié)論

1) 筆者給出了一種利用生產(chǎn)測井時間推移測井資料計算及預(yù)測后續(xù)生產(chǎn)時間生產(chǎn)層含水飽和度的新方法，為動態(tài)評價生產(chǎn)井油藏剩余油飽和度動態(tài)變化規(guī)律提供了一條新途徑，擴展了生產(chǎn)測井資料在動態(tài)油藏描述方面的應(yīng)用范圍，提高了生產(chǎn)測井資料的應(yīng)用率。

2) 以生產(chǎn)測井為基礎(chǔ)，結(jié)合水驅(qū)油藏物質(zhì)平衡原理確定產(chǎn)層剩余油飽和度的方法是可行的，利用不同開采時間的生產(chǎn)井產(chǎn)出層段生產(chǎn)測井產(chǎn)出剖面資料計算出剩余油飽和度，能夠了解和掌握油藏動態(tài)特征，該方法特別是對單井剩余油評價及隨生產(chǎn)時間變化預(yù)測具有積極意義。

湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目(D20141302)；中國石油天然氣集團公司工程技術(shù)重大專項(2013E-3809)。

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