胡 凱

(中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司地質(zhì)研究院)

0 引 言

南蘇丹P油田位于Melut盆地北部凹陷西北斜坡帶上的斷背斜構(gòu)造帶上，開(kāi)發(fā)主力層位為Yabus組，其中YI-YV砂巖組為層狀油藏，YVI-YVII砂巖組為塊狀底水油藏。目的層孔隙度主要分布范圍為25%～35%，平均孔隙度為29.4%；滲透率主要分布范圍為100～10 000 mD，平均滲透率為4 900 mD。儲(chǔ)層為高孔、高滲儲(chǔ)層。該油田于2006年投產(chǎn)，初期日產(chǎn)油9 365桶，含水率為1%。隨著油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，底水錐進(jìn)、邊水推進(jìn)和注入水水淹的問(wèn)題日益嚴(yán)重，油田綜合含水率持續(xù)上升，目前綜合含水率為77.8%，油田已進(jìn)入中高含水期，因此有必要開(kāi)展水淹層綜合評(píng)價(jià)研究，進(jìn)而為找堵水作業(yè)、開(kāi)發(fā)井位調(diào)整、射孔作業(yè)等提供依據(jù)。

針對(duì)P油田水淹嚴(yán)重的問(wèn)題，本文基于流動(dòng)單元指數(shù)理論，利用累積頻率法將儲(chǔ)層劃分為三種巖石物理相?；诿舾行詼y(cè)、錄井響應(yīng)優(yōu)選，對(duì)水淹層進(jìn)行綜合定性識(shí)別；在巖石物理相劃分的基礎(chǔ)上，精細(xì)評(píng)價(jià)了不同儲(chǔ)層的原始含水飽和度、剩余油飽和度、束縛水飽和度等參數(shù)，進(jìn)而精確確定其含水率，實(shí)現(xiàn)了水淹層定量評(píng)價(jià)。經(jīng)驗(yàn)證，儲(chǔ)層參數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果與巖心分析結(jié)果基本吻合，水淹層定量評(píng)價(jià)結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際相符。

1 巖石物理相劃分

前人研究成果表明不同類(lèi)型的儲(chǔ)層巖石物理特性和滲流特性不同，對(duì)生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的控制作用不同，進(jìn)而導(dǎo)致不同類(lèi)型儲(chǔ)層的水淹程度相差較大，為實(shí)現(xiàn)水淹層的精細(xì)評(píng)價(jià)有必要開(kāi)展儲(chǔ)層分類(lèi)研究。

自Hearn等提出流動(dòng)單元概念后，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者利用流動(dòng)單元指數(shù)來(lái)劃分儲(chǔ)層[1-3]，依據(jù)流動(dòng)單元的概念，流動(dòng)單元指數(shù)被定義為：

(1)

(2)

(3)

式中：IFZ為流動(dòng)單元指數(shù)；IRQ為儲(chǔ)層品質(zhì)因子；φZ(yǔ)為標(biāo)準(zhǔn)化孔隙度，小數(shù)；φe為儲(chǔ)層有效孔隙度，小數(shù)；K為儲(chǔ)層滲透率，mD。

基于上述理論，利用研究區(qū)取心井的巖心分析孔隙度、滲透率，計(jì)算得到儲(chǔ)層流動(dòng)單元指數(shù)，采用累積頻率法將儲(chǔ)層劃分為3類(lèi)(圖1)：Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層物性、滲流特性最好，流動(dòng)單元指數(shù)大于10；Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層物性、滲流特性略差，流動(dòng)單元指數(shù)介于6～10之間；Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層物性、滲流特性最差，流動(dòng)單元指數(shù)小于6。

圖1 流動(dòng)單元指數(shù)累積頻率儲(chǔ)層分類(lèi)

為驗(yàn)證儲(chǔ)層分類(lèi)的合理性，利用22塊巖心樣品的壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)層分類(lèi)(圖2)，其結(jié)果與巖石物理相的劃分結(jié)果相一致，證實(shí)基于流動(dòng)單元指數(shù)的儲(chǔ)層劃分的可靠性。

圖2 壓汞曲線儲(chǔ)層分類(lèi)

基于敏感性測(cè)井響應(yīng)優(yōu)選，確定利用密度曲線計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度；基于沉積相控，利用巖心分析孔滲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立滲透率模型；在孔隙度、滲透率參數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)上，利用公式(1)、(2)、(3)確定儲(chǔ)層流動(dòng)單元指數(shù)，根據(jù)儲(chǔ)層巖石物理相劃分標(biāo)準(zhǔn)，劃分為3類(lèi)儲(chǔ)層。

2 水淹層綜合評(píng)價(jià)

2.1 水淹層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

含水率(Fw)是水淹層評(píng)價(jià)的重要參數(shù)，依據(jù)含水率的不同，將水淹層劃分為四個(gè)級(jí)別：未水淹、低水淹、中水淹和高水淹，其劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 水淹級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2 水淹層定性識(shí)別

油層水淹后，由于儲(chǔ)層流體特性、孔隙結(jié)構(gòu)、物性等巖石物理特性的改變，導(dǎo)致不同級(jí)別水淹層具有不同測(cè)井、錄井響應(yīng)特征[4-8]，因而可以優(yōu)選敏感的測(cè)井、錄井信息進(jìn)行水淹層定性識(shí)別。

水淹層在自然電位曲線上具有明顯的特征[9]。由于水淹的影響，自然電位曲線會(huì)在水淹層上下產(chǎn)生基線偏移，可根據(jù)基線偏移程度的大小，進(jìn)行水淹級(jí)別識(shí)別：基線偏移大于8 mV時(shí)，為高水淹層；基線偏移介于5～8 mV時(shí)，為中水淹層；基線偏移小于5 mV時(shí)，為低水淹層。

地層水或注入水驅(qū)替儲(chǔ)層原油，導(dǎo)致儲(chǔ)層導(dǎo)電規(guī)律發(fā)生變化，因而可根據(jù)電阻率曲線的變化特征進(jìn)行水淹層識(shí)別：當(dāng)深側(cè)向電阻率值小于10 Ω·m時(shí)，為高水淹層；當(dāng)深側(cè)向電阻率值介于10～15 Ω·m時(shí)，為中水淹層；當(dāng)深側(cè)向電阻率值介于15～20 Ω·m時(shí)，為低水淹層。

由于地層水或者注入水的驅(qū)替致使油層含油飽和度降低，烴類(lèi)組分含量降低，從而導(dǎo)致錄井氣測(cè)檢測(cè)到的烴類(lèi)組分減少，全烴曲線幅度減小，并且水淹程度越嚴(yán)重，全烴曲線的下降幅度越大。

2.3 水淹層定量評(píng)價(jià)

含水率是水淹級(jí)別定量評(píng)價(jià)[10-13]的關(guān)鍵參數(shù)，含水率的計(jì)算公式為：

(4)

(5)

(6)

式中：Kro、Krw為油、水相對(duì)滲透率；μo、μw為地區(qū)油、水相粘度，mPa·s；Sw為原始含水飽和度；Swi為束縛水飽和度；Shr為剩余油飽和度；r、h為地區(qū)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

為準(zhǔn)確求取含水率參數(shù)，在巖石物理相分類(lèi)的基礎(chǔ)上，利用J函數(shù)、印度尼西亞方程[13-14]以及通過(guò)相滲實(shí)驗(yàn)來(lái)精確評(píng)價(jià)原始含水飽和度、剩余油飽和度、束縛水飽和度等關(guān)鍵參數(shù)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果與密閉取心結(jié)果相對(duì)比，吻合較好。

2.3.1 原始含水飽和度確定

毛管壓力理論可描述油藏驅(qū)替力控制飽和度的分布規(guī)律，進(jìn)而確定油藏原始含水飽和度[14]。在巖石物理相分類(lèi)的基礎(chǔ)上，利用研究區(qū)壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)J函數(shù)值，根據(jù)原始含水飽和度與儲(chǔ)層孔隙度、滲透率、油柱高度之間的關(guān)系，利用公式(7)、(8)、(9)、(10)來(lái)確定儲(chǔ)層原始含水飽和度，如圖3、圖4、圖5、表2所示。

表2 原始含水飽和度關(guān)系式

圖3 Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層J函數(shù)與Sw關(guān)系圖

圖4 Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層J函數(shù)與Sw關(guān)系圖

圖5 Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層J函數(shù)與Sw關(guān)系圖

J=a′×Sw-b′

(7)

(8)

Pcres=(δ×cosθ)res/(δ×cosθ)lab×Pclab

(9)

Pcres=(ρw-ρo)×H×g

(10)

式中：a′、b′為回歸系數(shù)；Pcres、Pclab分別為儲(chǔ)層、實(shí)驗(yàn)室條件下的毛管壓力，psi(1.45×10-4psi=1 N/m2)；φ為儲(chǔ)層孔隙度；(δ×cosθ)res為儲(chǔ)層條件下的界面張力和接觸角余弦的乘積，對(duì)于油水接觸，其值為26；(δ×cosθ)lab為實(shí)驗(yàn)室條件下的界面張力和接觸角余弦的乘積，對(duì)于空氣水銀接觸，其值為367；ρw、ρo為地層水、原油密度，g/cm3，研究區(qū)ρw=1.0 g/cm3、ρo=0.845 g/cm3；H為自由水界面以上油柱高度，m；g為重力加速度，其值為9.8 N/kg。

2.3.2 剩余油飽和度確定

南蘇丹P油田儲(chǔ)層泥質(zhì)含量較高、地層水礦化度較低，綜合考慮其儲(chǔ)層和沉積特征，優(yōu)選泥質(zhì)附加導(dǎo)電的印度尼西亞方程計(jì)算儲(chǔ)層剩余油飽和度，如公式(11)所示。

(11)

Shr=1-Swn

(12)

式中：Swn為目前含水飽和度，小數(shù)；Rt為地層電阻率值，Ω·m；Rsh為泥巖電阻率值，Ω·m；Rw為地層水電阻率值，Ω·m；Vsh為泥質(zhì)含量；a、m、n為巖電參數(shù)。

不同儲(chǔ)層導(dǎo)電規(guī)律不同，因而有必要按不同儲(chǔ)層類(lèi)型確定不同巖電參數(shù)值[15-16]。本文利用研究區(qū)36塊巖電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類(lèi)儲(chǔ)層的巖電參數(shù)值，如表3所示，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層剩余油飽和度的精細(xì)評(píng)價(jià)。

表3 巖電參數(shù)取值

2.3.3 束縛水飽和度確定

基于研究區(qū)22塊巖心樣品相滲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別建立三類(lèi)儲(chǔ)層束縛水飽和度(Swi)與滲透率之間的關(guān)系，如圖6所示。

圖6 滲透率與束縛水飽和度關(guān)系

3 應(yīng)用效果

3.1 定性評(píng)價(jià)水淹層

利用敏感性測(cè)井、錄井信息，對(duì)X 1井進(jìn)行水淹層定性識(shí)別。10、12號(hào)層自然電位曲線發(fā)生基線偏移，偏移量介于5～8 mV，深側(cè)向電阻率介于10～15 Ω·m，氣測(cè)曲線幅度降低，綜合判別為中水淹層；13號(hào)層自然電位曲線發(fā)生基線偏移，偏移量大于8 mV，深側(cè)向電阻率小于10 Ω·m，氣測(cè)曲線幅度大幅降低，綜合判別為高水淹層，如圖7所示。

圖7 X 1井水淹層定性判別圖

3.2 定量評(píng)價(jià)水淹層

利用上述評(píng)價(jià)方法對(duì)研究區(qū)后期投產(chǎn)的6口井11個(gè)水淹層進(jìn)行識(shí)別，準(zhǔn)確識(shí)別10層，準(zhǔn)確識(shí)別率為90.9%。應(yīng)用該方法對(duì)X 3井進(jìn)行水淹分析，評(píng)價(jià)結(jié)果如圖8所示。該井12號(hào)層電阻率小于10 Ω·m，流動(dòng)單元指數(shù)為10.3，為Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層，該方法計(jì)算含水率為83.4%，綜合評(píng)價(jià)為高水淹層。該井投產(chǎn)井段分別為1 293～1 295 m、1 298～1 301 m、1 307～1 309 m，投產(chǎn)初期基本不產(chǎn)水，投產(chǎn)兩個(gè)月后含水率不斷上升，后期達(dá)到85.3%，隨即對(duì)12號(hào)層進(jìn)行擠水泥堵水作業(yè)，封堵后該井含水率下降至2.1%，該評(píng)價(jià)結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際相符。

圖8 X 3井水淹層測(cè)井評(píng)價(jià)綜合圖

4 結(jié) 論

(1)基于流動(dòng)單元指數(shù)理論，利用累積頻率法將儲(chǔ)層劃分為三種巖石物理相，并且利用壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了巖石物理相劃分結(jié)果的可靠性，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了水淹層定性識(shí)別、水淹級(jí)別定量評(píng)價(jià)方法研究。

(2)基于敏感性測(cè)井、錄井響應(yīng)，優(yōu)選了自然電位、電阻率、氣測(cè)等曲線，對(duì)水淹層進(jìn)行綜合定性評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)效果較好。

(3)基于巖石物理相分類(lèi)結(jié)果，精細(xì)評(píng)價(jià)了儲(chǔ)層原始含水飽和度、剩余油飽和度、束縛水飽和度等參數(shù)，進(jìn)而準(zhǔn)確計(jì)算水淹級(jí)別定量評(píng)價(jià)的重要參數(shù)含水率，并將該方法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)果表明水淹層評(píng)價(jià)結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際相符，水淹層準(zhǔn)確識(shí)別率達(dá)到90.9%。