砂岩储集层水淹层评价的地化录井方法*

2014-06-01蔡东梅

西南石油大学学报(自然科学版) 2014年2期

关键词：水淹录井储集层

蔡东梅

中国石油大庆油田勘探开发研究院，黑龙江大庆163712

砂岩储集层水淹层评价的地化录井方法*

蔡东梅

中国石油大庆油田勘探开发研究院，黑龙江大庆163712

砂岩储集层水淹层评价一直是困扰油田开发工作者的一个难题，应用地化录井资料开展水淹层评价是储层地球化学研究的一个新领域，可为油田二次开发寻找剩余油开辟新的途径。在深入分析油层水淹机理的基础上，从岩石热解和气相色谱实验入手，结合密闭取芯井资料，通过计算孔隙度、含油饱和度、驱油效率等评价参数，建立砂岩储集层水淹层评价模型和解释图版，形成一套具有适用性的定量计算和定性识别相结合砂岩储集层水淹层评价方法。应用该方法，对A盆地B油田C区D层砂岩储层进行了7口井水淹层评价，结果表明，利用地化录井方法评价砂岩水淹层，经试油结果验证，符合程度较高，达到95%以上，说明该方法适用性强，为油田开发中后期挖潜方案的调整和采收率的提高奠定了基础。

地化录井；水淹层；气相色谱；热解色谱；评价方法

蔡东梅．砂岩储集层水淹层评价的地化录井方法[J]．西南石油大学学报：自然科学版，2014，36（2）：51–56．

Cai Dongmei．Research on Chemical Logging Evaluation of Water Flooded Layer in Sandstone Reservoir[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2014，36（2）：51–56．

油田进入特高含水期后，各类油层水淹严重，水淹层解释难度增大，为满足油田开发需求，必须开展水淹层评价方法研究。中国在水淹层水淹机理和解释研究方面取得了很大进展[1-5]，常用的评价方法有密闭取芯井岩芯分析法和生产测井评价法，但受经济技术限制，都不能完全满足生产的需要。

地化录井方法具有可在现场快速、有效、定量评价储层物性及含油性参数的功能，能弥补其他方法的不足。20世纪90年代以来，许多地质研究者应用岩石热解技术[6-13]、气相色谱技术[9-10，14-16]、荧光显微图像技术[17-20]等地化录井方法对水淹层进行评价，但一直还处于定性和半定量阶段。

本文综合应用多种录井地化技术，计算A盆地B油田C区储层物性参数、含油饱和度以及含水率，并利用这些参数来定量评价水淹层，有效提高了水淹层解释精度。

1 水淹层评价的理论基础

油藏注水开发后，储层和流体的特征都会发生变化。首先，由于注入水的冲刷，较大孔隙中的黏土会被冲散和冲走，孔隙半径普遍增大，连通性变好，孔隙度和渗透率都有一定程度增加；其次，储层中的原油性质也发生了变化，随着采出程度的增加，储层中的可动油饱和度逐渐减少，可动水饱和度逐渐增加，此外，由于原油组分中含有烃类、胶质及沥青质等，这些组分在流动方面存在较大的差异性，其中分子小、黏度低、结构简单的轻质组分优先被采出，而分子大、黏度高、结构复杂的重质组分被留下，因此，随着原油采出程度的升高，低碳数的烃类相对含量逐渐降低，高碳数的烃类、胶质和沥青质相对含量逐渐升高，原油的烃类组分也发生了变化。

上述储层和流体性质的变化均可通过地化热解、气相色谱等地化录井参数来表征，具体表现为随着原油采出程度的增加，储层岩石中的含油饱和度降低、热解含油气总量降低、原油轻重比下降、正构烷烃谱图主要碳数响应值降低、碳数范围变窄、主峰碳后移、烃类正态分布变差和基线上漂，原油在孔隙中赋存状态发生改变等。因此，应用地化录井方法，即岩石热解、气相色谱录井技术，分析相关参数与储集层水淹程度的相互关系，建立水淹层判别标准，可定量评价油层水淹程度[9-10]。

2 岩石热解方法评价水淹层

岩石热解方法评价水淹层主要是在计算储层有效孔隙度、原油密度和原始含油饱和度等参数的基础上，采用驱油效率法、含水率法及评价图版法，综合评价油层的水淹程度和剩余油分布状况。

2.1 评价参数的计算

2.1.1 有效孔隙度

结合岩芯物性分析资料，采用热失重法求取砂岩的有效孔隙度，最终得到有效孔隙度的计算公式为

式中：ϕe—砂岩有效孔隙度，%；W骨架—样品热解后的质量，即砂岩骨架质量，mg；W总—砂岩样品质量，mg；ρ骨架—砂岩骨架密度，g/cm3；ρ总—砂岩密度，g/cm3。

2.1.2 剩余油饱和度

结合岩芯分析资料，利用热解地化参数求取地化含油饱和度，剩余油饱和度的计算公式为

式中：Sor—剩余油饱和度，%；ρ岩—砂岩密度，g/cm3；St—岩石经过烃类损失补偿后的含油气总量，mg烃/g岩石；ρ油—原油密度，g/cm3。

2.1.3 原始含油饱和度

若储集层为纯油层，则微孔隙中为束缚水，连通孔隙中为油，So的计算公式为[10]

当Vshl值极小时，原始含油饱和度计算公式简化为[10]

式中：So—原始含油饱和度，%；Vshl—层状泥质含量，%；Vsh—储集层的总泥质含量，%。

2.2 水淹程度评价方法

2.2.1 驱油效率评价法

驱油效率可用来评价油层的水淹程度，为油层注水后原油的驱替程度，驱油效率的计算公式为[10]

式中：ED—油层的驱油效率，%；Bo—原油体积系数，m3/m3。

综合热解分析与密闭取芯岩芯的对比结果，结合实际生产资料，确定录井热解法求取的驱油效率值评价水淹程度的标准，认为：ED≤5%为未水淹层；5%＜ED≤35%为弱水淹层；35%＜ED≤55%为中水淹层；ED＞55%为强水淹层。

2.2.2 图版评价法

剩余油饱和度、渗透率和有效孔隙度之间存在函数关系，其中含油饱和度和水淹程度有明显的线性关系，因此，可以试油结果为依据，建立有效孔隙度和剩余油饱和度的交会图版，来判断油层的水淹程度（图1）。

图1 ϕe−Sor评价水淹程度图版Fig.1 Evaluation graphic of flood out with the cross plot of effective porosity and remaining oil saturation

2.2.3 含水率评价法

按照流体力学的渗流原理，含水率公式为

式中：Qw—采出液体中水的含量，m3；Qo—采出液体中油的含量，m3；Fw—含水率，无因次；Kro—油的相对渗透率，无因次；Krw—水的相对渗透率，无因次；µo—油的黏度，mPa·s；µw—水的黏度，mPa·s；B—与岩性、物性有关的参数，无因次，岩性和物性越好，B值越小。

根据C区密闭取芯井岩芯样品的相渗分析资料，µo=26.520 mPa·s；µw=0.974 mPa·s；µw/µo=0.037；岩性参数B=5.2。

实际应用的储集层含水率判水淹层别标准为：Fw≤15%为未水淹层；15%＜Fw≤50%为弱水淹层；50%＜Fw≤80%为中水淹层；Fw＞80%为强水淹层。

3 气相色谱方法评价水淹层

气相色谱作为油层含水性识别的有效手段，从峰高、主峰碳、峰形、碳数范围等方面定性判别油层的水淹级别。分析C区密闭取芯井岩芯样品的热解气相色谱资料，认为强水淹气相色谱图具有明显的水层特征，曲线在尾部发生翘起；中水淹气相色谱图碳数分布不齐全，异构烷烃含量比较低，呈梳状或后三角形分布特征；弱水淹气相色谱图具有明显的含油特征，碳数分布齐全，异构烷烃含量高，基线在尾部微微发上隆起，呈前三角形或双峰分布特征；未水淹气相色谱图具有明显的油层特征，碳数分布齐全，异构烷烃含量高，基线平直，未发生隆起，呈正态分布特征（图2）。随着油层注水开发程度的增加，相邻正构烷烃不再按有规律的次序递增或递减，而出现峰型的不规律变化，主峰碳不明显，峰值有所下降。

气相色谱分析除了能获得色谱流出曲线图之外，还可以获得一系列较为敏感的反映油层水淹程度的定量评价参数，作为图版的解释参数，结合试油数据，绘制出水淹层解释图版，并根据解释图版建立定量解释油层的水淹程度标准。通过分析，选择两类参数建立图版：一类是Pr/nC17和Ph/nC18，这类参数与生油母质、原油的氧化、生物降解以及注水开发过程中油层遭受水淹程度有关。该区原油的油源和油气成藏过程相同，次生氧化和生物降解作用对这类参数造成差异很小，油层水淹程度的差别从根本上决定了该类参数的差异性。据色谱分析结果，随着水淹程度的增加，Pr/nC17和Ph/nC18的值逐渐增大（图3a）；另一类参数是nC21−/nC22+，从图版中可以看出，随着Pr/nC17的增加，nC21−/nC22+出现逐渐降低的趋势，当Pr/nC17增大到一定程度时，又出现回升的现象（图3b）。这是因为原油开采过程中首先损失的是较轻质组分，而重质组分变化不大，nC21−/nC22+逐渐降低；当油层水淹程度非常高（强–超强水淹）时，轻质组分的变化就不很明显，取而代之的是重组分的大幅度减少，因而nC21−/nC22+出现一定的反弹现象（图3b）。图版中应用了141个色谱分析样品，图3a符合的样品有127个，符合率达到90.1%，图3b符合的样品有129个，符合率达91.5%。依据这些水淹层解释图版，可得到气相色谱定量解释评价油层水淹程度标准（表1）。

图2 不同水淹程度气相色谱图特征Fig.1 Gas chromatographic characteristic with different floodout degree

图3 气相色谱参数水淹层评价图版Fig.3 Evaluation graphic of floodout with gas chromatographic parameters

表1 B油田C区D层砂岩气相色谱定量解释油水层标准Tab.1 Quantitative evaluation standards of floodout with gas chromatographic parameters in D group of C area in B Field

4 应用效果分析

利用建立的水淹层评价模型和图版，对B油田C区7口检查井D层中40个小层进行水淹层评价，结合试油和实际生产资料验证模型的准确性和可靠性。按照识别结果和试油结果属同一水淹级别统计，符合率为95.0%；按计算含水率与试油含水率之差在±5%以内为符合标准进行统计，平均符合率为81.3%。如C区检1井射开井段为415.6～418.9 m，日产油3.6 t，日产水47.9 m3，含水率为92.0%，试油解释为强水淹层。该层岩石热解分析St值为37.17 mg/g，剩余油饱和度为15%，含水率为88.9%，地化录井综合解释为强水淹层，与试油结果符合（图4）；检2井射开井段为424.0～428.2 m，日产油13.3 t，日产水28 m3，含水率为63.0%，试油解释为中水淹层。该层热解分析St值为52.66mg/g，剩余油饱和度50%，含水率为62.1%，录井解释为中水淹层，与试油结果符合（图5）。

图4 检1井415.0～419.8 m井段地化录井评价水淹层成果图Fig.4 Water-flooded result with geochemical logging evaluating in the 415.0～419.8 m of Well Jian 1

图5 检2井424.0～428.2 m井段地化录井评价水淹层成果图Fig.5 Water-flooded result with geochemical logging evaluating in the 424.0～428.2 m of Well Jian 2

5 结论

（1）热解和气相色谱地化录井方法能够利用录井信息快速、直接、准确判断油层的水淹级别和剩余油分布状况，实际应用效果较好，可以作为油田高含水开发阶段剩余油研究的一个重要手段。

（2）水淹层评价受到很多异常因素的干扰，如薄层、非均质性、高含钙等，因此在实际工作中，应综合多套图版、多评价参数综合识别油层的水淹级别和剩余油分布状况，提高剩余油解释精度。

（3）水淹层解释过程中要与动态人员紧密配合，开发阶段的研究是一个交互、反复的过程，只有通过不断应用动态信息验证、完善水淹层解释图版和模型，才能使水淹层解释精度不断提高。

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编辑：张云云

编辑部网址：http：//zk.swpuxb.com

Research on Chemical Logging Evaluation of Water Flooded Layer in Sandstone Reservoir

Cai Dongmei
Daqing Oilfield Exploration and Development Institute，PetroChina，Daqing，Heilongjiang 163712，China

Evaluationonwaterfloodedlayerinthesandstonereservoirisacomplexanddifficultproblemwhich haspersecuted oilfield workers for many years.It is a new field of geochemical investigation for evaluating waterflooded layer by geochemical logging，which may be an effective and new way for finding residual oil in the secondary development stage.Based on the depth analysis on the mechanism of the watered-out oil layer，gas chromatogram，pyrolysis chromatography and coring data，the evaluation model of waterflooded layer and interpretation chart are established by calculating the parameter of porosity，oil saturation，oil displacement efficiency，and so on，which provides the quantitative calculation and qualitative identification for the evaluation method of waterflooded layer in the sandstone reservoir.The method is applied in the D group of C area in B Field of A Basin.The result indicates that the effectiveness is very great，with the agreement rate of 95percent compared with the result of well testing interpretation.The study revealed that the chemical logging method is applicable with great utilization value，which lay the foundation for the scheme adjustment and the enhancing oil recovery of the oilfield in the mid-late period of oilfield development.

geochemical logging；water-flooded；gas chromatogram；pyrolysis chromatography；evaluation method

http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.11885/j.issn.1674-5086.2012.10.11.03.html