陳惠,李長(zhǎng)文,王玉生,田蔥蔥,郭松偉,李劍平

(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司國(guó)際事業(yè)部, 北京 102200;2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院, 北京 100083)

0 引 言

委內(nèi)瑞拉奧里諾科重油帶位于東委內(nèi)瑞拉盆地南緣的北傾單斜上,可采儲(chǔ)量約為500×108t[1],是目前世界上最大的超重油油藏,占世界超重油藏的90%。其主要儲(chǔ)集層是一套第三系河流——三角洲相砂巖,油層埋藏淺、厚度大、物性好、含油飽和度高[2-3],但由于受到地表淡水淋濾、沖洗作用,外來注入水和原生地層水發(fā)生了混合,且不同水淹級(jí)別,兩者混合程度不同,從而打破了原始地層水礦化度的分布規(guī)律,給水淹層混合液電阻率的確定帶來較大困難[4],極大地限制了傳統(tǒng)的飽和度計(jì)算模型在重油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。

飽和度評(píng)價(jià)是儲(chǔ)集層定量評(píng)價(jià)的核心,是油氣儲(chǔ)量計(jì)算、油水界面確定、優(yōu)化射孔方案的關(guān)鍵參數(shù)之一[5-6]。研究區(qū)超重油儲(chǔ)層開發(fā)方式主要采用水平井冷采技術(shù),在油水共滲體系中,油質(zhì)變稠使油的流動(dòng)性變差,水則顯得更為活躍,水相對(duì)重油流動(dòng)能力強(qiáng),射孔若不避開含水段,產(chǎn)層很容易出水,即使只有1%的自由水,射孔之后也僅有水產(chǎn)出,嚴(yán)重影響試油效果和采收率[7-9]。國(guó)外目前對(duì)重油儲(chǔ)層的研究主要集中在重油的成因機(jī)理、開采工藝方面[10-16],但對(duì)重油儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)方法尤其是重油儲(chǔ)層飽和度評(píng)價(jià)方面的研究較少,重油層測(cè)井識(shí)別與評(píng)價(jià)被認(rèn)為是測(cè)井解釋油氣層“十大難題”之一[17]。通過調(diào)研前人研究成果,目前求取重油儲(chǔ)層飽和度的方法主要有2類:對(duì)于泥質(zhì)含量較低的重油儲(chǔ)層主要采用阿爾奇公式計(jì)算[18-21];對(duì)于泥質(zhì)含量較高的重油儲(chǔ)層主要采用W-S模型求取[22-24]。上述2種飽和度評(píng)價(jià)方法在地層水性質(zhì)變化不大的地層中取得了很好的應(yīng)用效果,而委內(nèi)瑞拉超重油油藏,由于受到淡水沖刷的影響,儲(chǔ)層中包含高礦化度的束縛水和低礦化度的自由水,使得同一地層內(nèi)地層水性質(zhì)存在明顯差異,因此,需要根據(jù)研究區(qū)超重油儲(chǔ)層特征構(gòu)建新的重油飽和度測(cè)井解釋模型,提高飽和度計(jì)算精度,為重油儲(chǔ)層開發(fā)方案的制定提供理論支撐。本文在綜合分析研究區(qū)地層水成因的基礎(chǔ)上,應(yīng)用改進(jìn)的雙水飽和度模型確定了變化的地層水電阻率及飽和度,對(duì)經(jīng)濟(jì)合理地開發(fā)超重油區(qū)塊具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性,對(duì)超重油油藏開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

1 地層水特征分析

從地質(zhì)成因分析,地層水可分為原生水和次生水。沉積成巖過程中,地層水呈濃縮鹽化特征,形成高礦化度的地層水,當(dāng)油氣運(yùn)移并富集于砂巖儲(chǔ)層時(shí),巖石孔喉中的自由水會(huì)被驅(qū)替,而吸附在泥巖表面及巖石顆粒表面的束縛水在排驅(qū)壓力下,理化性質(zhì)基本不變,這部分束縛水稱為原生水。次生水是指地層沉積之后,通過原油生物降解、其他地層或地表水滲入等途徑形成的地層水[25]。

從區(qū)域位置考慮,東委內(nèi)瑞拉盆地西鄰安第斯山脈,奧里諾科河橫穿其中,研究認(rèn)為重油帶大氣水補(bǔ)充源在安第斯的西部露頭和南緣奧里諾科河。奧里諾科重油帶淺層Morichal組3套油層頂面由北西向南東呈階梯狀抬升,底部2套油藏超覆在不整合面上;重油帶南緣奧里諾科河流經(jīng),多條大斷層可能上通至地表河水;地表水沿?cái)鄬蛹安徽厦娼胂虏康貙?原始地層受淡水淋濾、沖刷影響導(dǎo)致巖層中高礦化度的原生水被含鹽量不高的、從地表運(yùn)移和滲透的自由水所溶解稀釋,交替生成次生水。次生水是被逐級(jí)改造過的一種淡化水,賦存于水層或油水同層中,研究區(qū)次生水實(shí)際為一種原生自由水和注入水的混合水。2008、2010年2次水分析資料表明油井產(chǎn)出水礦化度逐漸變淡,進(jìn)一步證明了地表淡水對(duì)儲(chǔ)層原生水的改造作用(見表1)。

表1 MPE-3相同井號(hào)不同時(shí)間水樣化驗(yàn)氯根濃度及 含水對(duì)比表

2 飽和度模型優(yōu)選

普通油氣藏保存條件好,地層水均為原生水,無次生水的影響,采用傳統(tǒng)固定地層水電阻率的導(dǎo)電模型即可準(zhǔn)確確定含水飽和度,但是奧里諾科重油帶在成巖后期,由于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,地層水受到地表淡水沖刷,外來注入水和原生地層水發(fā)生了混合,地層水總礦化度隨著束縛水體積和自由水體積比例的變化而變化。受此因素影響,重油油層內(nèi)部自然電位異常往往與儲(chǔ)層滲透性矛盾,當(dāng)泥漿礦化度介于束縛水礦化度和自由水礦化度之間的情況下,油層至水層甚至出現(xiàn)自然電位異常的反轉(zhuǎn)。針對(duì)研究區(qū)復(fù)雜的地層水特征,需要對(duì)飽和度模型進(jìn)行優(yōu)選。

2.1 雙水模型適應(yīng)性改進(jìn)

針對(duì)研究區(qū)復(fù)雜的地層水特征,需要對(duì)傳統(tǒng)的雙水模型進(jìn)行改進(jìn),提出以高礦化度的原生束縛水和低礦化度的次生自由混合水為基礎(chǔ)的雙水導(dǎo)電模型,該方法認(rèn)為地層水的導(dǎo)電性是由自由水與束縛水并聯(lián)導(dǎo)電決定的,雙水中的束縛水不是通常雙水模型的黏土水化水,而是指黏土化水和微毛細(xì)管孔隙滯水之和,而自由水(即混合水)也不是通常雙水模型的自由水,而是指原生自由水與注入水溶解生成的混合水(見圖1),且地層水電阻率等效為這2種水的混合液電阻率,隨兩者體積的變化而變化。

設(shè)自由水和束縛水混合液的電導(dǎo)率為Cwm,泥質(zhì)砂巖地層的電導(dǎo)率為Ct,根據(jù)純砂巖Archie公式有[26]

(1)

根據(jù)雙水模型理論,混合液的導(dǎo)電性是自由水與束縛水并聯(lián)導(dǎo)電的結(jié)果,因此

圖1 含泥質(zhì)砂巖重油地層的雙水模型

(2)

根據(jù)飽和度、孔隙度之間的相互關(guān)系可得

Cwm=[(Swt-Swb)Cwf+SwbCwb]/Swt

(3)

將式(3)代入式(1)可得

(4)

令n=2,方程(4)變?yōu)殛P(guān)于Swt的一元二次方程,解方程并取正值解可得

(5)

式中,φt為總孔隙度;φf為自由流體孔隙度;φb為束縛流體孔隙度;Cwb為束縛水電導(dǎo)率;Cwf為自由水電導(dǎo)率;Swb為束縛水飽和度;Swt為總含水飽和度。

2.2 改進(jìn)雙水模型參數(shù)確定

雙水飽和度模型方法的主要參數(shù):孔隙度、巖電參數(shù)、地層水電導(dǎo)率、自由水電導(dǎo)率和束縛水電導(dǎo)率,通過常規(guī)測(cè)井、巖心物性資料、相滲資料及地層水測(cè)試資料可以準(zhǔn)確計(jì)算這些參數(shù)。其中,地層水電導(dǎo)率是應(yīng)用雙水導(dǎo)電模型確定地層含水飽和度的關(guān)鍵參數(shù)。

2.2.1地層水電導(dǎo)率的確定

IZJ-B井位于奧里諾科超重油油藏低部位,目的層孔隙度30%～38%,測(cè)井深電阻率15～25 Ω·m,為典型水層。應(yīng)用視地層水電阻率分析法確定地層水電阻率為1.25 Ω·m,等效電導(dǎo)率為0.80 S/m。

自由水礦化度通過地層測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室水分析即可獲得,根據(jù)實(shí)驗(yàn)室水分析結(jié)果,淺層超重油儲(chǔ)層自由水礦化度為732.5 mg/L,等效電導(dǎo)率為0.25 S/m。

與自由水不同,束縛水礦化度難以通過測(cè)試等手段直接獲取。淺層超重油儲(chǔ)層孔隙中普遍存在殘余油,典型水層中含有殘余油、束縛水和自由水。束縛水飽和度、自由水飽和度和殘余油飽和度關(guān)系為

Swb+Swf+Sor=1

(6)

假設(shè)束縛水和自由水是并聯(lián)導(dǎo)電的,根據(jù)巖石體積模型,地層水電導(dǎo)率與束縛水電導(dǎo)率和自由水電導(dǎo)率之間的關(guān)系為

Cwm×φt(Swf+Swb)=Cwb×φtSwb+Cwf×φtSwf

(7)

由式(7)可得束縛水電導(dǎo)率為

(8)

式中,Swf為自由水飽和度,V/V;Sor為殘余油飽和度,V/V。其中,束縛水飽和度和殘余油飽和度通過綜合分析相滲資料與巖心物性資料得到。

束縛水包括黏土束縛水和毛細(xì)管束縛水。通過分析相滲資料與巖心物性資料,束縛水飽和度與滲透率有較好的相關(guān)性,利用統(tǒng)計(jì)方法建立束縛水飽和度解釋模型。

Swi=-7.42lnK+83.19R2=0.903 5

(9)

式中,K為滲透率,mD[注]非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同。

通過研究發(fā)現(xiàn),殘余油飽和度與地層孔隙度有很好的相關(guān)性。

Sor=96.773lnφ-307.49R2=0.694 6

(10)

式中,Sor為殘余油飽和度,%;φ為孔隙度,%。

根據(jù)式(6)、式(7)、式(8),確定研究區(qū)束縛水電導(dǎo)率為2.73 S/m。

2.2.2地層孔隙度的確定

通過分析研究區(qū)巖心物性資料,發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償密度與巖心孔隙度具有很好的相關(guān)性,利用巖心刻度測(cè)井的方法建立密度孔隙度計(jì)算模型,利用該模型推算骨架密度值為2.67 g/cm3,與理論砂巖骨架值基本吻合(見圖2)。

2.2.3巖電參數(shù)的確定

根據(jù)巖石物理實(shí)驗(yàn)分析,將地層因素和電阻率增大系數(shù)值繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系上,分別對(duì)應(yīng)孔隙度值和含水飽和度值,使用y=ax+b形式的回歸獲得直線斜率的膠結(jié)指數(shù)m值和飽和度指數(shù)n值(見圖3)。最終確定泥質(zhì)校正后的巖電參數(shù)a=0.828,m=2.007,b=0.849 5,n=2.002,為使式(4)具有解析解,取n=2。

圖2 孔隙度計(jì)算模型

圖3 過載壓力600 psi*泥質(zhì)校正后的膠結(jié)指數(shù)和飽和度指數(shù)*非法定計(jì)量單位,1 psi=6 894.76 Pa

圖4 CJS-A井測(cè)井綜合解釋成果圖

3 應(yīng)用實(shí)例

利用建立的改進(jìn)雙水飽和度模型對(duì)研究區(qū)CJS-A井進(jìn)行了處理(見圖4)。在第8道中,黑色曲線是運(yùn)用阿爾奇公式計(jì)算的含水飽和度,紅色曲線是雙水模型計(jì)算的含水飽和度,通過與巖心數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出,雙水模型的計(jì)算結(jié)果與巖心更吻合,且可動(dòng)水含量越高,雙水模型較阿爾奇公式計(jì)算的含水飽和度準(zhǔn)確性越高。以5號(hào)層為例進(jìn)行分析,研究區(qū)次生混合水礦化度732.5 mg/L,計(jì)算得到束縛水礦化度10 800 mg/L。按照巖石物理體積模型,地層水電阻率隨束縛水與自由水體積變化而不斷變化,計(jì)算得到地層水電阻率0.34～0.65 Ω·m之間變化。在純油層處只含束縛水,此時(shí)地層水電阻率最低為0.34 Ω·m,可動(dòng)水含量越高,地層水電阻率越大。在5號(hào)層采用傳統(tǒng)阿爾奇公式計(jì)算的飽和度僅僅15%,且5、6號(hào)層整體飽和度變化不大,易整體解釋為單砂體油層。應(yīng)用雙水模型計(jì)算的地層水電阻率為0.65 Ω·m,含水飽和度達(dá)到72%,解釋為水層。且雙水模型計(jì)算的飽和度與巖心分析結(jié)果更吻合,明顯提高了含水飽和度的計(jì)算精度及流體性質(zhì)判別的準(zhǔn)確性。

應(yīng)用改進(jìn)的雙水模型對(duì)研究區(qū)48口重點(diǎn)井進(jìn)行了精細(xì)解釋,重新制作了油藏橫剖面對(duì)比圖,明確了研究區(qū)超重油儲(chǔ)層流體分布規(guī)律。從圖5可以看出油藏北部IZZ01、IZJ002PV、IZJ005PV、IZJ40006E、IZJ08等井在E1層普遍發(fā)育沖刷帶,E2層沖刷帶也主要分布在構(gòu)造北部。構(gòu)造偏南部局部井IZZ0024、IZZ0023井E1、E2層有電阻率值降低明顯段,疑似有水侵現(xiàn)象,研究區(qū)超重油儲(chǔ)層開發(fā)方式主要采用水平井冷采技術(shù),因此,在開發(fā)中要注意避開含水層,有效指導(dǎo)射孔方案優(yōu)化以及開發(fā)方案的制定。

圖5 研究區(qū)油藏橫剖面對(duì)比圖

4 結(jié) 論

(1)奧里諾科重油帶超重油油藏由于受地表淡水沖刷,地層水礦化度變化復(fù)雜,地層水包含高礦化度的束縛水和低礦化度的次生混合水,使得同一地層內(nèi)地層水性質(zhì)存在明顯差異,因此選用雙水模型計(jì)算含水飽和度。

(2)在研究區(qū)地層水成因分析的基礎(chǔ)上,基于視地層水電阻率法、實(shí)驗(yàn)室水分析資料和巖石物理體積模型分別計(jì)算了地層水等效電導(dǎo)率、自由水電導(dǎo)率和束縛水電導(dǎo)率,揭示了研究區(qū)地層水礦化度的變化規(guī)律。

(3)在確定自由水和束縛水電導(dǎo)率的基礎(chǔ)上,綜合考慮自由水和束縛水電導(dǎo)率差異、體積比不同對(duì)地層水電阻率的影響,采用改進(jìn)的雙水模型有效提高了含水飽和度的計(jì)算精度。通過與阿爾奇公式計(jì)算結(jié)果對(duì)比,改進(jìn)的雙水模型計(jì)算結(jié)果與巖心分析吻合更好,進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法的適用性與準(zhǔn)確性。

(4)應(yīng)用改進(jìn)的雙水模型重新制作了研究區(qū)油藏橫剖面對(duì)比圖,明確了研究區(qū)沖刷帶的縱向分布規(guī)律,沖刷帶主要在油藏北部E1、E2層,構(gòu)造偏南局部井電阻降低明顯段,疑似有水侵現(xiàn)象,對(duì)研究區(qū)超重油儲(chǔ)層射孔方案優(yōu)化以及開發(fā)方案的制定具有重要指導(dǎo)意義。

致謝感謝中國(guó)石油大學(xué)(北京)毛志強(qiáng)教授、西安石油大學(xué)趙建鵬博士和中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院陳和平教授級(jí)高工及黃文松博士在論文寫作過程中對(duì)本文提出的寶貴意見和建設(shè)性的建議,在此一并致謝。