水淹層測井識別方法研究及效果驗證

賀順義,謝 楠,彭洪波,張成學(xué)

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京),北京100083;2.中海石油研究中心,北京100027;3.中國石油大港油田公司,天津300280)

水淹層測井識別方法研究及效果驗證

賀順義1,謝 楠2,彭洪波3,張成學(xué)1

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京),北京100083;2.中海石油研究中心,北京100027;3.中國石油大港油田公司,天津300280)

油田在長期注水開發(fā)過程中,不僅儲層孔隙空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,而且儲層含油飽和度也發(fā)生了變化,形成了水淹層。水淹層的測井解釋是油田開發(fā)的一個難題,經(jīng)研究分析表明,油層水淹前后的測井響應(yīng)特征不同,且從宏觀沉積特征看,不同的沉積微相類型,其儲層物性在水淹前后變化量也不同。據(jù)此,可以通過單井常規(guī)測井資料解釋,或通過一些特殊測井資料與常規(guī)測井資料的綜合分析來解釋和識別水淹層,并依據(jù)對子井測井曲線特征研究、生產(chǎn)動態(tài)資料研究、密閉取心資料分析、沉積微相劃分及多井綜合評價等一系列技術(shù)對解釋結(jié)果進(jìn)行有效性驗證,從而找到水淹層電性特征與含油飽和度及沉積特征的關(guān)系,達(dá)到準(zhǔn)確解釋水淹層的目的。

水淹層;常規(guī)測井;特殊測井;沉積微相;對子井;密閉取心

勘探開發(fā)中后期,水驅(qū)油田的測井解釋成為油氣開發(fā)中的重要環(huán)節(jié)[1]。隨著油田注水開發(fā)時間的延長,主力油層被水淹的情況越來越嚴(yán)重。在此情況下,水淹層解釋技術(shù)就顯得越來越重要。然而,由于各油田的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、注入水性質(zhì)、開發(fā)條件均不相同,尚沒有一種通用的水淹層測井解釋方法。為此,從水淹層特征入手,根據(jù)單一測井曲線的水淹層特性以及多種測井曲線水淹特征的組合分析,闡述水淹層段的測井響應(yīng)特征及其識別方法。

1 水淹層測井響應(yīng)特征及識別方法

隨著油田勘探開發(fā)程度的提高,各種測井、鉆井及巖心分析化驗資料日益豐富齊全。在鉆井較多的地區(qū),充分利用豐富的常規(guī)測井資料,盡可能地優(yōu)選對水淹層反應(yīng)敏感的特殊測井資料,結(jié)合區(qū)域沉積微相展布特征及開發(fā)動態(tài)資料,可以有效地研究采油區(qū)水淹情況,劃分水淹級別,指導(dǎo)開發(fā)方案的部署。

1.1 常規(guī)測井響應(yīng)特征及識別方法

1.1.1 電阻率測井

隨著油田的注水開發(fā),地層孔隙中水的含量及其礦化度都在不斷發(fā)生變化。注入水的礦化度高低決定了地層電阻率與含水飽和度的變化特征,一般有三種形式:(1)注入淡水時(礦化度小于3 000 mg/L),電阻率隨著含水飽和度的增加,呈現(xiàn)不對稱的U字形變化,即隨著水淹強度的加強,電阻率開始降低,達(dá)到某一極值后電阻率反而增加;(2)注入低礦化度污水時(礦化度在20 000～100 000 mg/L),隨著油層水洗程度的加強,電阻率開始下降,降到某一低值后上升,上升到一定值后又下降,電阻率隨含水飽和度的變化形態(tài)像一個水平放置的S形;(3)注入高礦化度的污水時,電阻率與含水飽和度關(guān)系比較簡單,基本為單調(diào)遞減變化,即隨著含水飽和度的增加電阻率下降[2](圖1)。

圖1 大港油田X1井水淹層常規(guī)測井曲線特征Fig.1 Conventional logging characteristic of water flooding layer in well X1

利用電阻率測井識別水淹層通常有兩種方法:(1)徑向電阻率比值法。當(dāng)泥漿濾液電阻率大于地層水電阻率時,油層顯示為低阻侵入和無侵入特征,水層和水淹層顯示為高阻侵入特征。通常在水淹層中,隨著水淹程度的增強,侵入徑向特征明顯。(2)井間電阻率比值法。這種方法主要適用于污水、地層水或咸水等非淡水水淹層的識別,在水淹層部位電阻率明顯下降,利用原始狀態(tài)下所鉆老井的深電阻率和新井的深電阻率進(jìn)行比較,若二者有較大差別說明新井對比層位已被水淹[3]。根據(jù)研究區(qū)塊制定出不同水淹級別的井間電阻率比值標(biāo)準(zhǔn),對新井水淹層水淹級別進(jìn)行定性識別。主要表現(xiàn)為電阻率不同程度的降低和深淺電阻率曲線的重合。

對于由儲層巖性、殘余油飽和度高等特殊原因造成的高阻水淹層,單從電阻率測井曲線研究,容易出現(xiàn)誤判,常常被解釋為油層或者弱水淹層,需結(jié)合其它測井資料進(jìn)行綜合判斷。

1.1.2 自然電位測井

未水淹的儲層,當(dāng)其物性及厚度相近的情況下,儲層電阻率值越低,自然電位異常幅度越大。油層水淹后自然電位曲線會發(fā)生顯著變化,在水淹層位,由于注入水與原始地層水礦化度的差異,導(dǎo)致自然電位曲線基線發(fā)生偏移、異常幅度增大或者異常方向發(fā)生翻轉(zhuǎn)?；€偏移的大小主要取決于水淹前后地層水礦化度的比值,二者的比值越大,表明油層水淹程度越高,則自然電位基線偏移越大。另外,水淹層中地層與井筒之間的壓力差較大,使得過濾電位與擴散吸附電位電動勢增大,從而造成水淹層自然電位幅度大于油層甚至水層自然電位幅度(圖1)。

值得注意的是,在油層水淹初期,由于地層混合液礦化度一般與泥漿濾液礦化度差別較大,利用自然電位幅度變化識別水淹層效果較好,但當(dāng)水淹時間很長時,自然電位曲線異常幅度變得很小,識別效果變差[4]。

1.1.3 聲波時差測井

聲波在巖石中的傳播速度受巖石骨架性質(zhì)、孔隙分布特征及孔隙中的流體性質(zhì)控制。一方面,由于水淹后儲層受到長時間沖刷,巖石孔隙度會明顯增大;反之,如果地層中富含易膨脹的黏土礦物(如蒙脫石),水淹會導(dǎo)致孔隙度顯著降低。另一方面,隨著水淹程度的增加,地層壓力會發(fā)生變化?？紫洞笮〖捌浣Y(jié)構(gòu)的改變,以及地層壓力的變化,都會直接造成彈性波能量衰減,從而在水淹部位導(dǎo)致聲波時差值增大(圖1)。

1.1.4 自然伽馬測井

地層自然伽馬放射性強弱決定于泥巖層中的鈾、釷、鉀等放射性同位素的含量。油層水淹后,自然伽馬測井曲線發(fā)生兩種截然相反的變化:(1)受注入水流沖刷,微細(xì)顆粒隨混合液發(fā)生位移,將砂層中富含放射性元素的泥質(zhì)顆粒帶走,與開發(fā)初期鄰井同一層位相比,儲層自然伽馬曲線值明顯減小;(2)受地下壓力差作用,富含放射性元素的的微細(xì)顆粒順地層水流動方向發(fā)生位移,在已射孔的產(chǎn)層周圍沉淀聚集,造成該地層自然伽馬測井響應(yīng)表現(xiàn)為異常高值[5]。

1.1.5 中子伽馬測井

中子伽馬測井主要反映地層中的氫元素含量,測量結(jié)果受氯含量的影響大,當(dāng)油層水淹后,水淹部位氯元素增加,使得中子伽馬值增大。

1.1.6 聲波時差—密度交會圖版綜合判斷

密度測井獲得的是地層的總孔隙度,受地層內(nèi)流體性質(zhì)影響不大(氣層除外),而聲波測井獲得的是地層的有效孔隙度,且受流體性質(zhì)影響較大。油層水淹后,黏土或泥質(zhì)被溶解或沖走,勢必增大其有效孔隙,反映在聲波時差上顯示增大,因此利用二者孔隙度的差值或比值,可以作為一種識別水淹層的方法。

1.2 特殊測井水淹層識別

1.2.1 核磁共振測井識別水淹層

利用核磁共振測井能確定流動流體與束縛流體的界限,從而確定束縛水飽和度。油層水淹后,其儲層性質(zhì)、孔隙結(jié)構(gòu)、流體性質(zhì)等都會發(fā)生變化,這些變化都會在核磁共振測井響應(yīng)上有所體現(xiàn),因而可以研究水淹層的水淹程度[6]。

受巖石非均質(zhì)性影響,水淹層一般具有局部水淹特征,在驅(qū)動作用下,注入水或者地層水總是優(yōu)先流入滲透率高的地層,從而具有較大的T1和T2;而滲透率相對低的地層則水淹程度低,剩余油飽和度相對較大,從而具有較小的T1和T2。因此,水淹層在核磁共振測井標(biāo)準(zhǔn)T2譜、移譜、差譜上反映出與油層、水層不同的響應(yīng)特征,可根據(jù)水淹后儲層的物性變化來判別水淹層的水淹狀況。

1.2.2 雙頻介電測井

雙頻介電測井(簡稱DPT)是測量高頻電磁波在地層傳播過程中由于幾何擴散及介質(zhì)的介電損耗所產(chǎn)生的幅度衰減和相位變化,這種變化與地層特性密切相關(guān)[7]。介電測井受地層水礦化度的影響比常規(guī)電阻率測井受地層水礦化度的影響小得多,所以介電測井是識別高阻水層、低阻油層、淡水水淹層的一種較好的測井方法。

介電測井適用條件:地層電阻率大于2Ω·m,不宜在低阻地層或鹽水鉆井液中使用;介電測井的探測深度很淺,不適宜在鉆井液浸泡時間較長的井眼條件,適合用于低孔、低滲地層或鉆井液侵入很淺的井眼條件。在開發(fā)區(qū)塊,由于油、水關(guān)系復(fù)雜、注入水礦化度不穩(wěn)定,常規(guī)測井資料難以準(zhǔn)確解釋水淹層,而介電測井可確定水淹層,并能劃分水淹強度,提高解釋符合率。

1.2.3 中子壽命測井

油層水淹后,熱中子壽命特征將發(fā)生變化,其變化程度主要取決于儲層中氯離子的含量,即取決于驅(qū)替油的水化學(xué)成分[8]。在地層原始狀態(tài)下,油層的含氯量很低;當(dāng)油層開始被水淹后,隨著含水飽和度的不斷增大,地層孔喉被驅(qū)替水占據(jù)和浸泡,地層中的含氯量隨之增加,熱中子壽命測井值顯著增大,增大范圍取決于水淹程度。

2 識別效果驗證

根據(jù)研究區(qū)擁有的的資料情況及開發(fā)程度,可選擇不同的方法進(jìn)行水淹層測井解釋和評價,為了得到較高的解釋符合率,對于水淹層解釋結(jié)果,須通過以下幾種方法進(jìn)行驗證和分析。

2.1 根據(jù)對子井對比研究

井距很小的相鄰兩口井(對子井)測井曲線一般能反映同一個地質(zhì)體的電性特征,通過對幾個相同儲層的測井對比,可以觀察油層水淹前后測井響應(yīng)特征的變化。以大港油田某區(qū)兩口對子井X2a井和X2b井為例(圖2),兩口井相距45 m, X2a井是開發(fā)初期一口生產(chǎn)井,X2b井是油田水淹后新鉆的井。從兩口井曲線形態(tài)來看,藍(lán)色矩形區(qū)域所示的砂巖層是典型的水淹層,水淹前后電性曲線顯示出明顯的變化,特別是自然電位和電阻率曲線。

2.2 根據(jù)密閉取心資料分析

密閉取心資料能夠最直觀地反映地下巖石的真實狀態(tài),主要用于觀察取心井段含流體情況。在含水率較高的井區(qū),根據(jù)密閉取心檢查井的巖心分析資料,結(jié)合相應(yīng)試油試采結(jié)果進(jìn)行觀察分析,既可直接獲取儲層水淹狀況,又可統(tǒng)計不同類型油層的見水層厚度、水淹段厚度及驅(qū)油效率。水淹區(qū)密閉取心檢查井法適用于水驅(qū)砂巖油藏。

2.3 根據(jù)開發(fā)動態(tài)資料分析

根據(jù)一口井在井區(qū)中所處的位置,可以通過分析其與注水井之間的關(guān)系,間接判斷油層是否水淹。如果周圍有注水井,且該油層物性很好,吸水能力強,又在主水流方向,則可解釋為水淹層;如果周圍沒有注水井,則要謹(jǐn)慎判斷。從開發(fā)井注采剖面可以實時掌握油層水淹動態(tài),用實際動態(tài)資料驗證測井資料識別水淹層方法的可靠性。

2.4 根據(jù)沉積微相研究結(jié)果

一般來說,水線推進(jìn)速度與沉積微相密切相關(guān),因而沉積相與水淹級別有著直接關(guān)系[9-10]。以河流相沉積為例,主河道等沉積微相一般位于古河道水流強度最大的部位,且順河道方向容易造成水淹。河道沉積表現(xiàn)為沉積物顆粒粗、沉積厚度大,儲層物性高孔高滲的特點,因此,對于該類儲層首先水淹。通過前人對水淹層研究表明,主河道、河口沙壩大多為強水淹層,水淹級別高,含水上升很快;分支河道、泛濫平原含水上升速度相對低,相應(yīng)的水淹級別也低。

平面上水驅(qū)方向主要受沉積微相和非均質(zhì)性控制,沉積微相控制了滲透率的分布,而高滲透帶又控制了注入水的流動方向。

3 結(jié)論

(1)大規(guī)模的水淹層識別必須依靠常規(guī)測井資料。在特殊測井標(biāo)定下的常規(guī)測井資料水淹層解釋,準(zhǔn)確率高,經(jīng)濟實用。開展有針對性的組合測井和綜合解釋,是提高水淹層測井解釋水平的必然方向。

(2)水淹層解釋模型需與時俱進(jìn),不斷更新。油田進(jìn)入開發(fā)中后期,其物性、含油性均會發(fā)生變化,開發(fā)初期使用的解釋模型,已不再適用于水淹層的解釋。因此,必須建立新的水淹層解釋模型,提高水淹層解釋水平。

(3)充分利用特殊測井的特殊作用,選擇識別水淹層最有效的測井方法,對常規(guī)測井資料進(jìn)行“刻度”,尋找水淹層在常規(guī)測井曲線上的響應(yīng)特征。

(4)動態(tài)資料、試油資料及對子井研究依然是界定水淹層最直接、最可靠的方法,應(yīng)作為水淹層識別的首選資料。

[1]雍世和,張超謨.測井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋[M].東營:中國石油大學(xué)出版社,2007.

[2]歐陽健.測井地質(zhì)分析與油氣層定量評價[M].北京:石油工業(yè)出版社,1999.

[3]趙培華.中國油田開發(fā)水淹層測井技術(shù)[C].北京:石油工業(yè)出版業(yè),2003.

[4]安小平,李相方,郭海敏,等.RM T測井解釋方法及軟件開發(fā)研究[J].石油學(xué)報,2005,26(3):82-85.

[5]季平,張善成.水淹層測井解釋機理及基礎(chǔ)實驗研究[J].古潛山,1999,21(1):32-41.

[6]劉傳平,楊青山,楊景強,等.薄差層水淹層測井解釋技術(shù)研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2004,23(5):118-120.

[7]邵維志,梁巧峰,丁娛嬌,等.核磁共振測井評價水淹層方法的研究及應(yīng)用[J].測井技術(shù),2004,28(1):34-38.

[8]黃宏才,吳玉賢,譚海芳,等.高礦化度地層水地區(qū)水淹層識別的幾種實用方法[J].斷塊油氣田,2002,9(3):54-56.

[9]張斌成,石曉燕,劉瑛,等.水淹層測井綜合解釋及水淹特性研究[J].測井技術(shù),2005,29(6):545-547.

[10]張善成.砂巖油田高含水期水淹層測井方法綜合研究[R].華北油田研究院,1996.

Iden tification and evaluation of water flooded zones with logging data and itsapplication

He Shunyi1,Xie Nan2,Peng Hongbo3,Zhang Chengxue1
(1.China U niversity of Geoscience(Beijing),Beijing100083;2.CNOOC Research Center,Beijing100027;3.Dagang Oilfield Co.,PetroChina,Tianjin300280)

During long term water injection period,both the pore texture and oil saturation of reservoir have changed,resulting in the development of water flooded layers.It is a difficult matter to conduct interp retation of water flooded layer w ith logging data during oil field development.According to analysisof this study,log responses are quite different before and after oil layer been water flooded.In addition,for different sedimentary microfacies,their physical p ropertiesof reservoir before and after water flooding are also quite different.Therefore,w ater flooded layers can be identified by conventional log analysis or by multidisciplinary analysis w ith conventional and special log data.For the interp retation results,validity check can be carried out by a series of method such as log characters comparison of adjacent-wells, production performance data study,sealed coring data analysis,sedimentary microfacies division and multiwell comp rehensive evaluation and so on.

water flooded layers;conventional log;purpose log;sedimentary microfacies;adjacent-wells; sealed coring data

book=91,ebook=2

P631.8+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.091

1008-2336(2010)02-0091-05

2010-02-26;改回日期:2010-03-25

賀順義,1974年生,男,地球物理測井工程師,石油地質(zhì)專業(yè)工程碩士學(xué)位,現(xiàn)就讀于中國地質(zhì)大學(xué)(北京),攻讀理科博士學(xué)位,石油地質(zhì)專業(yè)。E-mail:he—shy@126.com。