低飽和度油藏原始飽和度計算及含水上升規(guī)律

戴勝群，徐勛誠，洪秀娥，尹太舉，付 波

(1.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院3RG研究組，湖北荊州 434023;2.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，湖北荊州 434023）

低飽和度油藏原始飽和度計算及含水上升規(guī)律

戴勝群1，2，徐勛誠1，2，洪秀娥1，2，尹太舉1，2，付 波1，2

(1.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院3RG研究組，湖北荊州 434023;2.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，湖北荊州 434023）

受低幅度構(gòu)造、地層傾角小、儲層滲透率低、油源供給不足等因素影響，油層中存在自由水，若整個開發(fā)層系的油層大面積內(nèi)均為油水同層，則稱為低含油飽和度油藏。低含油飽和度油藏油井投產(chǎn)初期就具有一定含水率。由于室內(nèi)巖心試驗獲得的油水相對滲透率曲線是在飽和油情況下進行，因此，油田實際含水與采出程度和利用室內(nèi)試驗曲線計算出的理論含水與采出程度曲線不能較好吻合，當(dāng)油藏原始含水飽和度較高時這種誤差會很大，導(dǎo)致含水與采出程度理論曲線無法正確預(yù)測油藏含水上升規(guī)律。根據(jù)試驗獲得的相滲曲線和實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，采用試驗數(shù)據(jù)與生產(chǎn)實際相互印證的方法，修正油藏含水上升規(guī)律，計算油藏原始含水飽和度，解決了油藏原始含油飽和度計算以及具有原始含水飽和度油藏含水上升規(guī)律預(yù)測問題，對正確認識油藏和開發(fā)指標(biāo)預(yù)測具有重要意義。

低幅度構(gòu)造;低飽和度油藏;原始含油飽和度計算;含水上升規(guī)律

常規(guī)油藏在原始飽和度下束縛水一般低于40%，而且束縛水在油田開發(fā)過程中一般不會發(fā)生流動，而低含油飽和度油藏的共存水飽和度高于常規(guī)束縛水飽和度，含油飽和度明顯偏低，存在明顯可動水，這類油氣田在開發(fā)過程中不存在無水期采油，具有明顯不同于常規(guī)油藏的滲流特征。

低含油飽和度油藏形成的原因一般歸結(jié)為三個方面:一是油源供給不足;二是儲集層巖石顆粒細小，孔喉細小，部分相對大的孔喉內(nèi)充注了油氣，而細小孔喉內(nèi)仍然被原始水所占據(jù);三是地層傾角小，構(gòu)造幅度低，這種情況導(dǎo)致油水密度差產(chǎn)生的浮力小，不能有效排驅(qū)小孔喉內(nèi)的水分。由于以上原因油藏原始含油飽和度低，油藏內(nèi)存在自由水。

某油藏為一寬緩背斜油藏，構(gòu)造主體僅發(fā)育少量斷層，含油面積內(nèi)地層傾角2.7°，儲層沉積于干旱氣候條件下，巖石顆粒主要為碳酸鹽巖，少量碎屑顆粒。干旱氣候條件下沉積的盆外碎屑顆粒細小，以細砂和粉砂為主，盆內(nèi)自生的碳酸鹽巖受水體能量弱影響顆粒直徑細小，細粒的碎屑顆粒和碳酸鹽巖顆粒形成了低孔低滲儲集層，儲層平均孔隙度14.6%，平均滲透率2.98 ×10－3μm2。油氣聚集過程中因油源不足，油層大面積為油水同層，油井投產(chǎn)初期就具有一定含水率。

1 試油及油井投產(chǎn)狀況分析

1.1 試油情況分析

油藏共試油21口井、58個層組。單試小層中，油水同層7層，含油水層7層，低產(chǎn)油層1層，干層4層，水層2層。統(tǒng)計單試層產(chǎn)狀，日產(chǎn)油30.54 t/d，日產(chǎn)水109 t/d，含水78.11%;合試層組18個，日產(chǎn)油9.68 t/d，日產(chǎn)水 49.3 t/d，含水 83.59%。試油結(jié)果表明油藏油層原始含油飽和度低，油層中含自由水。油藏原油密度0.75 g/cm3，地下原油黏度0.98 MPa·s。

1.2 油井投產(chǎn)狀況分析

油藏于1998發(fā)現(xiàn)，當(dāng)年完鉆4口井，1999～2001年間完鉆24口井，2002～2005年間完鉆4口井，其中轉(zhuǎn)注7口井，2006年完鉆加密調(diào)整井40口，2008年轉(zhuǎn)注8口井，2009年底轉(zhuǎn)注22口井。根據(jù)油藏勘探開發(fā)歷程分析，2006年之前油藏基礎(chǔ)井網(wǎng)已經(jīng)建成，構(gòu)造高、低部位均有完鉆井分布，油藏基本處于天然能量開采狀態(tài)。

表1 2006年前油藏投產(chǎn)油井生產(chǎn)狀況表Tab.1 The production status of oil wells put into production before 2006

統(tǒng)計2006年前投產(chǎn)油井生產(chǎn)狀況，共投產(chǎn)45口油井，因投產(chǎn)第一個月含作業(yè)水不能真實反映油藏狀況，而其后幾個月的生產(chǎn)狀況基本能反映油藏的原始特征。根據(jù)統(tǒng)計，油井投產(chǎn)后約半年生產(chǎn)時間內(nèi)，平均月開井?dāng)?shù) 42口(表 1），單井日產(chǎn)油3.98 t/d，日產(chǎn)水 2.43 m3/d，綜合含水 37.88%。分析油井投產(chǎn)狀況，可以看出油藏原始含油飽和度較低，投產(chǎn)初期油井就有一定含水率，相當(dāng)于飽含油油藏經(jīng)過一定時間水驅(qū)開發(fā)后的生產(chǎn)狀況。

2 含水率變化規(guī)律

判斷一個油藏含水是否正常，通常用含水與采出程度曲線作為依據(jù)［1］。理論含水與采出程度曲線依據(jù)相滲曲線制作，根據(jù)油水滲流理論，分流量方程如下:

通常將油水相對滲透率的比值表示為含水飽和度的函數(shù)，油水兩相滲透率的比值與含水飽和度間為一曲線關(guān)系［2－5］。曲線可分為三段，束縛水飽和度下初期的一段為曲線，中間一段為直線，殘余油飽和度附近為曲線，而中間的直線段部分正好是實際應(yīng)用中常用的范圍。

經(jīng)過上述變換之后，含水率與相對滲透率之間的關(guān)系，轉(zhuǎn)變?yōu)楹逝c含水飽和度和油水黏度之間的關(guān)系，從而與油藏實際含水率計算和預(yù)測聯(lián)系起來。

3 驅(qū)油效率和采出程度變化規(guī)律

按照采收率標(biāo)定規(guī)范，油藏廢棄含水率為98%，對應(yīng)的采出程度為油田的最終采收率。最終采收率的計算方法包括經(jīng)驗公式法、圖版法、水驅(qū)特征曲線法和謝爾卡喬夫公式等等［6，7］，諸多采收率計算公式中，采收率與驅(qū)油效率和波及體積關(guān)系式是最基本的表達式，在達到最終采收率之前，驅(qū)油效率與波及體積的乘積可看作是油藏的采出程度。

油藏驅(qū)油效率可通過室內(nèi)相滲試驗數(shù)據(jù)計算，根據(jù)公式(4）得知，隨著巖心含水飽和度不斷增加，驅(qū)油效率呈不斷增加趨勢，當(dāng)含水率98%時為巖樣驅(qū)油效率的最大值(ED）。若利用經(jīng)驗公式計算出油藏的最終采收率ER，就可以應(yīng)用采收率計算的一般表達式來反算油藏的最終波及體積，計算公式如下:

經(jīng)驗公式計算的采收率或采出程度，通常假設(shè)油藏的驅(qū)油效率為定值，認為波及體積隨油藏開發(fā)程度的不斷加深而逐步增加。但應(yīng)用室內(nèi)相滲試驗數(shù)據(jù)計算驅(qū)油效率公式(4）得出的結(jié)論并非如此，驅(qū)油效率為一變量，隨含水飽和度增加而增加。

許多物理模擬試驗結(jié)果證明，流體在多孔介質(zhì)內(nèi)流動過程中，在流體黏度、試驗壓差等保持恒定的情況下，流體總是沿著較大孔喉半徑分布區(qū)域流動，較小孔喉半徑區(qū)域流體很難參與流動?；谝陨戏治觯J為水驅(qū)油過程中驅(qū)油效率為一變量，波及體積為定值，由此可導(dǎo)出采出程度隨含水飽和度變化計算公式。

在室內(nèi)試驗條件下，巖心樣品水驅(qū)波及體積可以看作100%，即巖心樣品的含水飽和度變化所體現(xiàn)的是驅(qū)油效率變化，計算公式如下:

應(yīng)用公式(3）和公式(7），可建立含水與采出程度理論關(guān)系式，即隨含水飽和度增加，采出程度和含水逐步增加。

4 油藏原始含水飽和度計算

油藏經(jīng)過水驅(qū)后，隨含水飽和度增加含水率上升，反過來利用已知油藏初始含水率可以推算出油藏的原始含水飽和度。低飽和度油藏，尤其是在取得的飽和度資料少，或者飽和度資料代表性差的情況下，可利用豐富的投產(chǎn)資料計算油藏的原始含水飽和度，計算結(jié)果對低含油飽和度油藏開發(fā)調(diào)整和指標(biāo)預(yù)測具有重要的經(jīng)濟價值和現(xiàn)實意義。

由公式(2）進行曲線回歸擬合，得到參數(shù)a、b值，利用公式(3）可導(dǎo)出油藏原始含水飽和度計算公式。

5 低含油飽和度油藏含水與采出程度變化規(guī)律

5.1 低含油飽和度油藏含水與采出程度校正方法

分析油藏試油和初期油井投產(chǎn)狀況，若油藏以油水同層為主，油井投產(chǎn)初期就必然有一定含水率，即油藏內(nèi)除束縛水之外還存在可動水。當(dāng)油藏原始含油飽和度較低時，應(yīng)用室內(nèi)相滲試驗獲得的含水與采出程度數(shù)據(jù)與油藏實際曲線相比相差甚遠，此時，利用理論曲線來預(yù)測油藏的實際含水上升規(guī)律，必然導(dǎo)致錯誤的預(yù)測結(jié)果，為此，需要推導(dǎo)出符合油藏實際情況的含水與采出程度預(yù)測模型。具體步驟如下:

(1）根據(jù)相滲試驗數(shù)據(jù)利用公式(2）回歸出系數(shù) a、b值;

(2）根據(jù)相滲曲線回歸的系數(shù)、油藏初始含水率和油水黏度，再利用公式(8）計算油藏原始含水飽和度;

(3）利用公式(7）計算對應(yīng)含水飽和度下采出程度，該采出程度為飽含油油藏水驅(qū)開發(fā)、含水飽和度上升后所對應(yīng)的數(shù)值，對于低含油飽和度油藏而言為虛擬采出程度;

(4）油藏的實際采出程度+虛擬采出程度，兩個采出程度之和與含水的對應(yīng)關(guān)系才能正確反映油藏的含水變化規(guī)律。

5.2 低含油飽和度油藏含水與采出程度不能很好匹配的原因分析

室內(nèi)試驗獲得的相滲曲線是在巖心飽和原油的條件下進行，巖心原始含水飽和度為束縛水飽和度。由此看出，理論與實際之間的差別主要體現(xiàn)在含水飽和度差異上，即油藏實際初始含水率對應(yīng)的為某一含水飽和度，理論曲線初始含水率對應(yīng)的卻是束縛水飽和度。

6 應(yīng)用實例

油藏共測得12組相滲曲線，根據(jù)油藏平均滲透率和所測得的相滲曲線進行擬合，獲得了油藏綜合相滲曲線(表2）。

表2 油藏綜合相滲曲線Tab.2 The integrated relative permeability curve of oil reservoirs

油藏含水率98%時的驅(qū)油效率為48.21%;油藏最終采收率利用水驅(qū)經(jīng)驗公式計算，并參考同類油藏的最終采收率，綜合取值25%;利用驅(qū)油效率和采收率計算結(jié)果反算波及體積為51.86%。應(yīng)用綜合相對滲透率曲線可繪制出不同含水飽和度下的采出程度與含水關(guān)系理論曲線(圖1），并將實際采出程度與含水?dāng)?shù)據(jù)點標(biāo)繪到理論曲線圖上。由圖1看出，實際采出程度與含水明顯背離理論曲線。理論曲線與油藏實際采出程度差異大的主要原因是所對應(yīng)的含水飽和度不同，這個觀點前文已經(jīng)論述。

圖1 校正前采出程度與含水關(guān)系曲線Fig.1 The curve of degree of reserve recovery and water cut before correcting

為了正確表征低含水飽和度油藏采出程度與含水的關(guān)系，需要將實際采出程度與含水的關(guān)系校正到理論曲線含水飽和度下，從而可正確表征油藏采出程度與含水變化規(guī)律。

根據(jù)油藏油井平均原始含水率，利用公式(8）計算油藏原始含水飽和度為50.37%，計算對應(yīng)含水飽和度下采出程度為15.61%，在此含水飽和度下油藏并未采出，因此，這個采出程度實際不存在，可稱為油藏的虛擬采出程度。

低含水飽和度油藏實際采出程度加上虛擬采出程度，對應(yīng)的含水飽和度與理論曲線一致，從而使理論曲線與實際數(shù)據(jù)在同一含水飽和度下比較(圖2）。由圖2看出，兩項采出程度之和與含水關(guān)系接近理論曲線，且實際開采效果一定程度上好于理論曲線。分析認為實際開采效果好于理論曲線的主要原因是油藏長期處于天然能量開采狀態(tài)，采出油量高，采出水量低，另外一個原因是注水狀況不正常，多數(shù)水井一年正常注水時間僅3個月左右。

圖2 校正后采出程度與含水關(guān)系曲線Fig.2 The curve of degree of reserve recovery and water cut after correcting

油藏注水不正常導(dǎo)致了含水變化規(guī)律不正常，預(yù)測這種非常條件下含水上升規(guī)律，需要進一步調(diào)整虛擬采出程度，最大程度的縮小誤差，正確預(yù)測目前注采條件下的含水上升規(guī)律。經(jīng)過調(diào)整，油藏虛擬采出程度降低到12.17%時效果最好(圖3）。

圖3 校正匹配采出程度與含水關(guān)系曲線Fig.3 The curve of degree of reserve recovery and water cut after correcting and matching

此外，利用虛擬采出程度和飽含油油藏最終采收率預(yù)測結(jié)果，可以計算出低含油飽和度油藏在開采末期的采出程度，具體做法是用預(yù)測的最終采收率減去虛擬采出程度，得到油藏的采出程度為9.39%，油藏可采儲量為106 ×104t。

7 結(jié)論與認識

(1）低構(gòu)造幅度、小地層傾角、油源不足是形成低飽和度油藏的重要原因。

(2）應(yīng)用油水滲流理論和油藏投產(chǎn)初期含水率，計算油藏原始含水飽和度。

(3）低飽和度油藏不能直接應(yīng)用理論含水與采出程度曲線預(yù)測油藏含水上升規(guī)律，需要根據(jù)油藏特征進行修正，修正后的曲線可正確預(yù)測油藏的含水上升規(guī)律。

(4）利用理論曲線和虛擬采出程度計算結(jié)果能夠預(yù)測低含油飽和度油藏可采出油量的采出程度，為該類油藏可采儲量標(biāo)定提供依據(jù)。

符號注釋:fw為含水率，小數(shù);Qw為產(chǎn)水量，t;Qo為產(chǎn)油量，t;Kro為油相滲透率;Krw為水相滲透率;μo為原油黏度，mPa·s;μw為水黏度，mPa·s;a、b為系數(shù);Sw為含水飽和度，小數(shù);Swi為束縛水飽和度，小數(shù);ED為驅(qū)油效率，小數(shù);EV為波及體積，小數(shù);ER為采收率，小數(shù);R為采出程度，小數(shù)。

［1］王曙光，趙國忠，余碧君.大慶油田油水相對滲透率統(tǒng)計規(guī)律及其應(yīng)用［J］.石油學(xué)報，2005，26(3）:78－83.

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The initial oil saturation calculation and water cut rising rules of low oil saturation reservoir

DAI Shengqun1，2，XU Xuncheng1，2，HONG Xiu’e1，2，YIN Taiju1，2，F(xiàn)U Bo1，2
(1.Remaining Resource Research Group，College of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou Hubei 434023，China;2.MOE Key Laboratory of Oil＆ Gas Resources and Exploration Technique，Yangtze University，Jingzhou Hubei 434023，China）

Under the influence of low amplitude structures，low formation dip，low reservoir permeability，insufficient supply of oil sources and other factors，there is free water in the reservoir.If large areas of the reservoir in the entire layer series of development are oil-water layers，it is a low oil saturation reservoir.Reservoir wells have certain water cut during the initial production in low oil saturation reservoir.Oil-water relative permeability curves are obtained from indoor core tests in the case of the saturated oil，therefore，the actual water cut and degree of reserve recovery which was calculated through indoor tests can’t match well.And the error will be very large with higher initial water saturation，which makes the theoretic curve of water cut and degree of reserve recovery unable to predict water cut rising rules correctly.Taking the method of confirming experimental data and actual production by each other，based on the relative permeability curves obtained by experiments and data from actual production，this paper revises the laws of water cut rising，calculates the initial water saturation，and solves the problems of the calculation of the initial oil saturation and the prediction of water cut rising rules in a reservoir with initial water saturation，which is of great importance to a correct understanding of reservoir and the prediction of development index.

low amplitude structure;low saturation reservoirs;calculate the initial oil saturation;water cut rising rules

TE349

A

10.3969/j.issn.1008－2336.2011.04.068

國家重大專項課題“剩余油分布綜合預(yù)測與精細注采結(jié)構(gòu)調(diào)整技術(shù)”(編號:2011ZX05010－002）部分成果。

2011－05－1;改回日期:2011－06－29

戴勝群，男，1963年生，回族，1987年7月畢業(yè)于江漢石油學(xué)院石油地質(zhì)專業(yè)，博士，副教授，主要從事油氣田地質(zhì)與開發(fā)研究和教學(xué)工作。E-mail:daishengqun@126.com。

1008－2336(2011）04－0068－05