李闖,楊清山,盧艷,馬宏宇,李金奉

(大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院,黑龍江 大慶 163712)

0 引 言

S油田經(jīng)30余年開發(fā),已進(jìn)入中、高含水開發(fā)階段。近年來,加密井投產(chǎn)后含水上升較快。其主力層位為P油層,埋深在1 500 m左右,地層厚度40.0 m,原始地層水礦化度平均9 800 mg/L。巖性以含泥粉砂巖為主,平均孔隙度19.5%,平均滲透率52.4 mD[注]非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,屬中低滲透儲(chǔ)層。儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng),泥質(zhì)含量重,孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,薄層、薄互層發(fā)育,水淹后測井響應(yīng)規(guī)律性較差。以水淹層導(dǎo)電機(jī)理實(shí)驗(yàn)為切入點(diǎn),分析了低滲透儲(chǔ)層電阻率Rt隨含水飽和度Sw的變化規(guī)律。利用巖石物理相技術(shù)及壓汞實(shí)驗(yàn)手段,開展儲(chǔ)層分類,構(gòu)建綜合參數(shù)實(shí)現(xiàn)水淹層定性識(shí)別。在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用密閉取心井水洗分析及相滲資料,確定含水率與含水飽和度變化量ΔSw的函數(shù)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了水淹層定量評(píng)價(jià)。經(jīng)MDT測試資料及檢查井水洗分析資料驗(yàn)證,測井解釋精度較高,滿足油田加密調(diào)整的需求。

1 水淹級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)

油層注水開發(fā)后的水淹程度受多種因素影響,可歸納為2類:①儲(chǔ)層的內(nèi)在因素,如巖性、物性、非均質(zhì)性、裂縫、潤濕性、連通性等;②外在因素,如注入井的井排密度、注入開采系統(tǒng)的完善程度、壓裂規(guī)模的大小等。對于S油田P油層,加密井均采用籠統(tǒng)射孔加規(guī)模壓裂,據(jù)前3個(gè)月的生產(chǎn)測試資料分析,含水均較高。因此,為了減少成本,穩(wěn)定產(chǎn)能,降低壓裂風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)用測井資料準(zhǔn)確預(yù)測加密井油層含水率很有必要。依據(jù)中國石油天然氣股份有限公司行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),將含水率Fw≤40%的油層定義為低水淹層;含水率Fw在40%～80%之間的油層定義為中水淹層;含水率Fw>80%的油層定義為高水淹層。

2 水淹層評(píng)價(jià)方法研究

對大量密閉取心井水洗分析資料、巖心資料、測井資料及基礎(chǔ)井、加密井的生產(chǎn)測試資料分析后表明,當(dāng)油層水淹后,在SP曲線、Rt曲線均有不同程度的響應(yīng)變化[1-4],油層水淹程度越嚴(yán)重,響應(yīng)特征變化越明顯。將響應(yīng)特征定量表征后,預(yù)測儲(chǔ)層水淹級(jí)別成為了現(xiàn)實(shí)可行的手段。

2.1 儲(chǔ)層分類研究

2.1.1 巖石物理相儲(chǔ)層分類

S油田P油層非均質(zhì)性較強(qiáng),孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,物理特征和滲流能力差異較大,導(dǎo)致在同樣水驅(qū)過程中,不同類型儲(chǔ)層水淹狀態(tài)相差很大。儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)是解決儲(chǔ)層非均質(zhì)性、消除孔隙結(jié)構(gòu)影響的有效手段。為了表征不同儲(chǔ)層之間的差異,國內(nèi)外學(xué)者普遍應(yīng)用流動(dòng)單元的概念實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià),相同的流動(dòng)單元應(yīng)具有相似的物理特征和流體滲流能力。儲(chǔ)層巖石物理相作為流動(dòng)單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ),對儲(chǔ)層巖性、物性、電性及含油性等均具有一定的控制作用,是多種地質(zhì)作用的綜合反映。其研究必須建立在沉積巖石相和成巖作用分析的基礎(chǔ)上,并借助于綜合化的定量指標(biāo)來表征。常用有孔隙度φ、滲透率K、泥質(zhì)含量Vsh、粒度中值Md及流動(dòng)帶指標(biāo)IFZ等參數(shù)研究儲(chǔ)層巖石物理相。IFZ值反映儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征,是把結(jié)構(gòu)和礦物地質(zhì)特征結(jié)合起來判定不同巖石物理相的重要參數(shù),可表示為

(1)

利用S油田P油層123層巖心分析有效孔隙度φ、空氣滲透率K,應(yīng)用概率累積圖法將儲(chǔ)層分為3類:A類儲(chǔ)層物性較好,IFZ值大于2.4;B類儲(chǔ)層物性略差,IFZ值介于0.8到2.4;C類儲(chǔ)層物性最差,孔隙度、滲透率匹配不好,IFZ值小于0.8(見圖1)。

圖1 基于IFZ概率累積圖的儲(chǔ)層分類

2.1.2 壓汞數(shù)據(jù)儲(chǔ)層分類

壓汞資料是反映儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)最直接可靠的資料。對S油田P油層25塊樣品的壓汞數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并在同一張圖中繪制出25塊實(shí)驗(yàn)樣品的毛細(xì)管壓力曲線。根據(jù)毛細(xì)管壓力曲線的特征,將25塊巖心實(shí)驗(yàn)樣品分成3類孔隙結(jié)構(gòu)。A類巖心樣品由紅色數(shù)據(jù)點(diǎn)組成,其孔隙結(jié)構(gòu)特征最好,排驅(qū)壓力最小,在較小的注汞壓力增量的情況下,就可以獲得較大的進(jìn)汞飽和度,毛細(xì)管壓力曲線比較平緩且離橫軸最近。C類巖心樣品是藍(lán)色的數(shù)據(jù)點(diǎn),其孔隙結(jié)構(gòu)特征最差,排驅(qū)壓力較大。與A類、B類樣品相比,在相同注汞壓力增量的情況下,進(jìn)汞飽和度增量較小,注汞的過程很緩慢,毛細(xì)管壓力曲線的形態(tài)比較陡峭。B類巖心樣品的孔隙結(jié)構(gòu)是介于A、C類之間(見圖2)。

2.1.3 儲(chǔ)層分類合理性評(píng)價(jià)

利用S油田P油層123層巖心分析有效孔隙度φ、空氣滲透率K,應(yīng)用概率累積法將儲(chǔ)層分為A、B、C等3類,從中優(yōu)選出25塊樣品開展壓汞實(shí)驗(yàn),按照壓汞儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)(見表1)將25塊實(shí)驗(yàn)樣品分成A、B、C這3類。分類結(jié)果表明,2種方法劃分的A、B、C這3類儲(chǔ)層具有較好的一致性,證明了S油田P油層儲(chǔ)層分類[5-6]的合理性及可靠性。

圖2 基于毛細(xì)管壓力曲線的儲(chǔ)層分類

儲(chǔ)層類型巖石物理相分類指標(biāo)壓汞孔隙半徑/μm最大孔隙半徑平均孔隙半徑分選系數(shù)半徑均值/μm排驅(qū)壓力/MPaA類IFZ≥2.40>6.648>2.533>2.413>1.934<0.111B類0.80≤IFZ<2.405.318～13.1541.595～4.5083.543～4.3571.047～3.3590.056～0.138C類IFZ<0.80<3.468<1.22<3.684<0.601>0.212

2.2 導(dǎo)電機(jī)理實(shí)驗(yàn)分析

S油田P油層,注水系統(tǒng)復(fù)雜,采取早期注入清水,后期污水回注的注水方式。結(jié)合現(xiàn)場資料可知,儲(chǔ)層導(dǎo)電規(guī)律非常復(fù)雜。為了從機(jī)理上探尋中低滲透儲(chǔ)層不同注水條件下的電性響應(yīng)變化規(guī)律,分別對A、B、C這3類儲(chǔ)層樣品開展多礦化度水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中,依據(jù)研究區(qū)水分析資料,配制了5種不同礦化度的模擬地層水,分別為600、2 000、4 000、5 000、10 000 mg/L。600 mg/L代表油田開發(fā)早期注入的淡水;5 000 mg/L代表油田注入的污水;10 000 mg/L模擬原始地層水。用每一種礦化度地層水對飽和10 000 mg/L模擬原始地層水的同一巖心樣品分別進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn),明確不同礦化度注入水條件下儲(chǔ)層巖石電阻率與含水飽和度的變化關(guān)系。對A、B、C這3類儲(chǔ)層樣品驅(qū)替實(shí)驗(yàn)分析可知,在礦化度小于2 000 mg/L時(shí),巖石電阻率隨含水飽和度呈現(xiàn)“U”型變化;礦化度在4 000 mg/L以上時(shí),巖石電阻率隨含水飽和度增大單調(diào)下降(見圖3),但3類樣品電阻率隨含水飽和度的增大而單調(diào)下降的趨勢有很大區(qū)別。據(jù)現(xiàn)階段采出井水分析資料顯示,平均礦化度均在5 000 mg/L以上,故電阻率隨含水飽和度增大仍處于單調(diào)下降狀態(tài)。另外,利用22層檢查井資料,繪制出電阻率隨飽和度變化關(guān)系圖,分析得出電阻率隨含水飽和度增大而下降,但分布條帶較寬,沒有明顯的規(guī)律可循。按照前述儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn),將22層數(shù)據(jù)分為A、B、C這3類后,電阻率隨含水飽和度變化規(guī)律清晰,均處于單調(diào)下降狀態(tài)。經(jīng)巖心實(shí)驗(yàn)資料及取心實(shí)測資料分析,利用電阻率曲線開展水淹層測井解釋方法研究,在S油田是可行的。從圖4得知,假定A類油層強(qiáng)水淹后飽和度下降20%,電阻率下降20 Ω·m以上;而對于C類油層,電阻率則下降不超過10 Ω·m。因此,在儲(chǔ)層分類的基礎(chǔ)上,開展水淹層定性及定量解釋是有依據(jù)的。

圖3 巖石電阻率Rt隨含水飽和度變化關(guān)系圖

圖4 3類儲(chǔ)層電阻率Rt隨含水飽和度變化關(guān)系圖

2.3 水淹級(jí)別定性判別標(biāo)準(zhǔn)

油層水淹后,不同的水淹級(jí)別所對應(yīng)的巖石物理特征也不同,這些特征的變化可在測井資料上有差異顯示。通?？捎肧P基線偏移、SP幅值變化、Rt幅度變化等測井資料,采用交會(huì)圖等方法進(jìn)行油層水淹級(jí)別識(shí)別。

(1)Rt曲線識(shí)別水淹層。Rt曲線主要反映儲(chǔ)層沖洗帶或原狀地層信息,可對儲(chǔ)層流體性質(zhì)進(jìn)行有效判別。當(dāng)油層水淹后,Rt曲線幅度明顯降低,水淹程度越強(qiáng),幅度降低越大,形態(tài)也越光滑[7]。利用Rt曲線水淹前后測井響應(yīng)變化特征可定性判別油層是否水淹。

(2)SP曲線識(shí)別水淹層。SP曲線是反映儲(chǔ)層滲透性最直接、可靠的曲線。油層淡水水淹早期,SP曲線會(huì)明顯地變化。地層水被淡化后,SP幅度與原始油層相比明顯增大,基線出現(xiàn)偏移。利用SP曲線的變化特征可進(jìn)行水淹層定性識(shí)別。

(3)構(gòu)建綜合參數(shù)識(shí)別水淹層。油層水淹后,SP、Rt曲線均呈現(xiàn)明顯的水淹特征。但受測井方法自身限制,反映水淹的靈敏特性存在差異。因此,采用歸一化方法,利用多種測井信息,對上述參數(shù)進(jìn)行定量化后求和構(gòu)建綜合參數(shù)。綜合參數(shù)值越大,儲(chǔ)層水淹級(jí)別越高。綜合參數(shù)的計(jì)算形式

Zgj=aRdxdz+bSPfdc+cSPpyl

(2)

式中,Rdxdz=Rsy/Rny;SPpyl=SPwy-SPsyh;SPfdc=SPsy-SPny;Rdxdz、SPpyl、SPfdc分別為Rt相對變化量、SP基線偏移量、SP幅度差值處理后的歸一化值;a、b、c分別為3個(gè)變化量在構(gòu)建綜合參數(shù)中權(quán)系數(shù),無量綱;Rsy為水淹后儲(chǔ)層電阻率幅值,Ω·m;Rny為穩(wěn)定泥巖電阻率幅值,Ω·m;SPwy、SPsyh分別為水淹層上、下部位泥巖自然電位值,mV;SPsy為水淹后儲(chǔ)層自然電位幅值,mV;SPny為泥巖層自然電位幅值,mV。

構(gòu)建的綜合參數(shù)可從單井縱向上反映出油層水淹程度,但儲(chǔ)層水淹程度的高低還與有效厚度、物性參數(shù)等因素有關(guān)。因此,某一單層的綜合參數(shù)與有效厚度、孔隙度的乘積能更好的反映水淹的程度,文中將其定義為含水率綜合指數(shù)[8]。應(yīng)用S油田17口井43層MDT測試資料(低水淹15層、中水淹15層、高水淹13層),建立含水率綜合指數(shù)與MDT測試含水率間的函數(shù)關(guān)系(見圖5),確定出S油田P油層水淹級(jí)別判別標(biāo)準(zhǔn)(見表2)。

圖5 S油田水淹定性識(shí)別圖版

水淹級(jí)別判別標(biāo)準(zhǔn)判別精度/%低水淹含水率綜合指數(shù)<3.093.0中水淹3.0≤含水率綜合指數(shù)<6.590.7高水淹6.5≤含水率綜合指數(shù)97.6

2.4 水淹級(jí)別定量判別標(biāo)準(zhǔn)

通常采用含水率Fw、含油飽和度So、含水飽和度變化量ΔSw(目前含水飽和度與原始含油飽和度之差)、采出程度EOR(含水飽和度變化量與可動(dòng)液飽和度之比)等參數(shù)定量劃分水淹級(jí)別[9]。中國各大油田普遍與股份公司三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng),但也依據(jù)自身油田的實(shí)際,制定出具有區(qū)域特征的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)股份公司行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)結(jié)合S油田中低滲透的特點(diǎn),將產(chǎn)水率Fw≤40%的儲(chǔ)層定義為低水淹;Fw在40%～80%之間的儲(chǔ)層定義為中水淹;Fw>80%的儲(chǔ)層定義為高水淹。

基于水驅(qū)油及相滲實(shí)驗(yàn),模擬水驅(qū)后樣品內(nèi)部油、水兩相流體流動(dòng)特性,建立油、水相對滲透率計(jì)算模型,結(jié)合分流量方程,得到含水率計(jì)算表達(dá)式

(3)

分析得到,含水率與含水飽和度變化量ΔSw之間存在隱函數(shù)關(guān)系[10-12]。應(yīng)用研究區(qū)6口密閉取心井水洗分析及20塊相滲實(shí)驗(yàn)資料,確定出不同水淹級(jí)別對應(yīng)的含水飽和度變化量ΔSw的界限值。低水淹層ΔSw≤10%;中水淹層10%<ΔSw<20%;高水淹層ΔSw≥20%(見圖6),實(shí)現(xiàn)了水淹層的定量評(píng)價(jià)。

圖6 S油田水淹定量解釋標(biāo)準(zhǔn)

2.5 水淹層測井定量評(píng)價(jià)

水淹層定量評(píng)價(jià)是指以計(jì)算剩余油飽和度為核心的產(chǎn)層參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。研究區(qū)泥質(zhì)含量較高,阿爾奇方程已不適用,應(yīng)用印尼方程進(jìn)行目前水飽和度的計(jì)算,利用巖心分析資料對計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證后認(rèn)為,飽和度計(jì)算精度較高,滿足了油田剩余油描述和加密調(diào)整的需求。

2.5.1 原始含水飽和度求取

在純含油段,儲(chǔ)層中的原始水由依附在巖石顆粒表面的束縛水、受毛細(xì)管力作用的殘余水及油氣運(yùn)移過程中未能驅(qū)替出來的少量原生水等組成。原始含水飽和度和巖石比面關(guān)系緊密,比面越大對流體的吸附能力越強(qiáng),則其滲透率越小,束縛水飽和度越大,故原始含水飽和度與滲透率成反比,隨其增大而降低。

應(yīng)用S油田P油層早期完鉆的5口密閉取心井290層資料,建立了原始含水飽和度解釋模型,即

Swi=-0.1237lnK+64.002

(4)

式中,Swi為原始含水飽和度,%;K為空氣滲透率,mD。相關(guān)系數(shù)0.94,平均絕對誤差3.5%,滿足儲(chǔ)量規(guī)范要求及加密井解釋需求。

2.5.2 目前含水飽和度求取

S油田P油層泥質(zhì)含量較高、鈣質(zhì)含量低,結(jié)合地質(zhì)特征及儲(chǔ)層特點(diǎn),考慮泥質(zhì)附加導(dǎo)電,選用適合于低滲透油藏目前含水飽和度計(jì)算的印尼方程開展飽和度解釋。

(5)

上述研究表明,不同類型儲(chǔ)層水淹層導(dǎo)電規(guī)律不同,因此,有必要分不同儲(chǔ)層類型確定飽和度參數(shù)。利用50塊樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別確定出P油層A、B、C這3類儲(chǔ)層的巖電參數(shù)m、n、a,在此基礎(chǔ)上,利用水淹層定性解釋標(biāo)準(zhǔn),分低、中、高3種不同的水淹級(jí)別分別給出Rwz,以達(dá)到對目前含水飽和度的精細(xì)解釋。實(shí)際應(yīng)用表明,其解釋的結(jié)果與巖心分析的含水飽和度具有很高的一致性,平均絕對誤差4.8%,滿足了S油田儲(chǔ)層參數(shù)精細(xì)解釋的需求。

3 應(yīng)用效果

應(yīng)用該方法對3口密閉取心井22個(gè)儲(chǔ)層進(jìn)行水淹解釋,符合18層,符合率達(dá)到81.8%(見表3),應(yīng)用效果較好,能夠滿足水淹層解釋及油田精細(xì)開發(fā)的需求。

表3 密閉取心分析與測井解釋水淹情況對比

表3(續(xù))

4 結(jié)論

(1)利用概率累積法及壓汞曲線法對S油田P油層進(jìn)行儲(chǔ)層分類,以此為基礎(chǔ),開展了水淹層定性、定量解釋方法的研究,解決了中低滲透儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重導(dǎo)致水淹層導(dǎo)電規(guī)律復(fù)雜的技術(shù)難點(diǎn)。

(2)將構(gòu)建的綜合參數(shù)與有效厚度、孔隙度等儲(chǔ)層物性結(jié)合,得到含水率綜合指數(shù),利用該指數(shù)判別水淹級(jí)別精度較高。

(3)針對S油田中低滲透儲(chǔ)層含泥重、薄互層發(fā)育的特征,基于儲(chǔ)層分類,結(jié)合巖電實(shí)驗(yàn),確定出不同儲(chǔ)層類型的巖電參數(shù),實(shí)現(xiàn)了飽和度的精細(xì)解釋。在水驅(qū)油及相滲實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,建立含水率與含水飽和度變化量ΔSw間的函數(shù)關(guān)系,確定出水淹定量解釋標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)密閉取心資料驗(yàn)證,水淹層解釋符合率達(dá)到81.8%,滿足剩余油評(píng)價(jià)的需求。