濮城油田水淹层饱和度计算参数研究

2013-12-03申梅英谭海芳

测井技术 2013年1期

申梅英，谭海芳

（中石化中原石油工程有限公司地球物理测井公司，河南濮阳457001）

0 引言

濮城油田构造位于东濮凹陷中央隆起带北部，储层岩性细，为粉细砂岩和粉砂岩，原始地层水矿化度高，濮城沙二段、沙三段的原始地层水总矿化度在（25～31）×104mg／L之间。经过多年的注水开采，濮城油田大部分储层已普遍含水。由于注入水矿化度变化范围大，致使水淹层的含水矿化度差异较大，低至5×104mg／L，高可达20×104mg／L。为较准确地计算水淹层的剩余油饱和度，需要分析m、n以及孔隙度的变化，并研究适应性强的混合液电阻率计算方法。

1 水淹层混合地层水电阻率的确定方法

在诸多的测井信息中，自然电位是唯一能够连续、充分反映地层水电阻率变化的测井曲线。自然电位形成的基本原理［1］可表达为

式中，SPS为静自然电位，mV；KSP为扩散吸附系数，mV；Rmf为泥浆滤液电阻率，Ω·m；Rw为地层水电阻率，在水淹层就是混合地层水电阻率，Ω·m。

将式（1）变形就可得到求取地层水电阻率的方程

通过确定式（2）中的参数，就可以逐层计算出储层的混合液电阻率，从而满足在矿化度变化的层位计算剩余油饱和度的需要［2］。

1.1 静自然电位SPS的求取

自然电位测井获得的自然电位幅度ΔSP通常不等于式（1）中所指的静自然电位SPS，主要原因有［1］

（1）层厚影响。当自然电流流经井身、砂岩、泥岩时，形成电路，由基尔霍夫定律得

式中，Rmd、Rsd、Rsh分别为泥浆、砂岩、泥岩的电阻率，Ω；ΔSP为自然电位幅度，mV。

对于厚层，砂岩和泥岩的截面积比井的截面积大得多，使得Rmd≫Rsd，Rmd≫Rsh，因此，ΔSP≈SPS。而对于薄层，ΔSP比SPS小，层越薄则小得越多。

（2）地层电阻率的影响。当地层电阻率增高时，Rsd、Rsh与Rmd比较，不能忽略，则 ΔSP＜SPS。这里要着重讨论油层和水淹程度不同的水淹层，其电阻率变化较大，因此电阻率影响必须要进行校正。

（3）泥浆电阻率的影响。对电路公式进行分析，可看到Rmd也有一定的影响，即Rmd越大，ΔSP越接近SPS；Rmd越小，ΔSP则比SPS小得越多。

为校正ΔSP，消除影响因素以获得SPS，可查阅校正图版。但查阅校正图版不能用于连续计算，可将图版回归出校正公式

式中，Rm、Rs、Rt分别为泥浆、围岩、地层的电阻率，Ω·m；h、d分别为储层层厚和井眼直径，m。

当Rt／Rm＝1～5时，校正量很小，可近似认为SPS＝ΔSP，即此时不用校正。由于校正图版未给出连续变化的Rs／Rm，所以对于Rs／Rm不等于上述3个值的情况，选最接近的对应校正公式。

1.2 过滤电位校正

在钻井过程中，钻井液压力一般略大于地层压力。在此压力差作用下，在岩石孔隙中的滤液带有相当多的正离子向压力低的地层移动并聚集；而在压力大的一端聚集较多的负离子，产生电位差，即过滤电位，其计算公式［1］为

式中，EP为过滤电位，mV；Δp为泥浆柱与地层间的压力差，atm；AP为过滤电位系数，mV，渗透性岩石的AP平均值均为0.77mV；μ为泥浆滤液的黏度，mPa·s。

在水驱开发30多年的濮城油田，注入水无法完全弥补采油造成的能量损失，继而水淹层多出现压力下降现象，例如PJ3井（见图1）。有些储层的压力系数由原始的1.1下降至0.7～0.8，甚至降到0.3～0.4。因此在钻井液压力与压力低的水淹层间就存在较大压差，造成测得的自然电位中包含了较大的过滤电位。由式（1）可知，与混合液电阻率有关的是扩散吸附电位，因此，在对自然电位进行层厚等校正的基础上，还要消掉其中的过滤电位以获得更准确的静自然电位，即

图1 PJ3井地层压力与深度的关系

在中原油田RFT测井比较普及，为计算过滤电位提供了依据。根据RFT测得的泥浆和地层压力资料，用式（9）计算出储层的钻井液与地层间的压差，继而用式（7）推算出过滤电位。

式中，pmud、pfor分别为RFT实测的泥浆压力和储层压力，psi；14.22为单位换算系数。

1.3 扩散吸附系数KSP

扩散吸附系数KSP主要反映地层进行离子扩散的能力和对阴离子的吸附性能，它除与溶液的离子成分及温度等有关外，主要取决于地层的岩性特征。濮城地区离子成分以NaCl为主，变化很小，所以该区块的KSP值主要与岩性和地温有关。在已知水性的纯水层采用式（1）反推出KSP，再与反映岩性的自然伽马以及地温建立关系，得到

式中，ΔGR＝（GRmax－GR）／（GRmax－GRmin）；T为地层温度，℃；GRmin、GRmax分别为纯砂岩、纯泥岩的自然伽马测井值，API。

2 胶结指数和饱和度指数的分析

胶结指数m和饱和度指数n在水驱情况下是否发生较大变化，可以通过有关实验进行分析。将岩心样品分别饱和不同浓度（5 000、10 000、40 000及80 000mg／L）、不同水型（NaCl、CaCl2及 NaHCO3）的电解质溶液，分别测量其m、n值。

图2显示胶结指数m与水型及矿化度有关。矿化度越高，m值越大，3种不同水型的实验结果所显示的特征相同，说明胶结指数m随矿化度升高而增大的规律具有普遍性。但是胶结指数m并不是随着矿化度的增大而无限增大，当矿化度超过40 000mg／L后，m值不再发生明显变化。

图2 m与地层水矿化度关系图

图3显示饱和度指数n也是随矿化度的增大而增大。与胶结指数m相似，在低矿化度条件下，饱和度指数随地层水矿化度的升高而迅速增大，但是当矿化度超过一定值以后，饱和度指数n随矿化度升高而增大的趋势不再明显。

实验说明，在计算濮城水淹层饱和度时，m和n不随着水淹程度而变化。

图3 n与地层水矿化度关系图

3 水淹层物性变化趋势分析

濮城油田原状油层采用阿尔奇公式计算饱和度，对水淹层能否继续使用该模型从物性方面做了分析。以时间间隔15年至22年的老井与新井的同砂组储层进行物性对比研究，这些井在构造的不同部位，井组对的距离多在200m左右，减小横向变化的影响，突出水淹后物性的变化趋势。

在濮城油田沙二上段选择了27对井组对、202组储层对绘制储层水淹前后声波时差对比图（见图4）。图4显示，有59.4%的储层表现出水淹之后声波时差增大的趋势。同样，在沙二下段选择了26对井组对、184组储层对作水淹前后声波时差对比图（见图5）。图5显示，数据点围绕对角线附近，略微呈现储层水淹后物性渐好的趋势。对比说明，水驱对储层的物性有小幅度的改善，继续使用阿尔奇公式计算饱和度是可行的［3］。

图4 沙二上声波时差对比图

4 应用效果

生产井的产出水性质就是地层中所含水的主要性质，因此可借助对产出水矿化度的分析确定混合地层水电阻率。由产出水矿化度计算电阻率的公式为［4］

图5 沙二下声波时差对比图

式中，Rwc为地层温度为T时的产出水电阻率，Ω·m；C为产出水等效NaCl的矿化度，mg／L；T为地层温度，℃。

图6是濮城油田某月产出水矿化度统计，产出水矿化度分析数据显示矿化度的分布范围较大。地层水总矿化度超过20×104mg／L的是以原始地层水为主，低的则是受到注水影响的混合液。从濮城油田产出水的成分分析，水型为CaCl2。其中Cl－占到60%左右，Na＋占到30%～35%，其余离子Mg2＋、Ca2＋、、等累计占5%～10%，其成分上以NaCl为主，因此产出水矿化度可以不作等效NaCl换算，能直接用来计算电阻率。

图6 濮城油田产出水矿化度的分布情况

选择濮城油田资料较全的几口井进行混合地层水电阻率计算，具体结果见表1。从表1中数据看，利用自然电位计算出的混合地层水电阻率与产出水分析矿化度推出的产出水电阻率比较接近，为计算饱和度奠定了基础。在上述研究的基础上，选用密闭取心井岩心资料检验计算饱和度的精度（见表2）。由对比看，计算出的含水饱和度与岩心分析数据十分接近，说明在水淹层采用的参数符合地层实际情况。