電阻法測定多孔介質(zhì)含水飽和度可行性研究

孫玉龍 （中石化勝利油田分公司勝利采油廠，山東 東營257051）

郎立術(shù) （中石化勝利技術(shù)檢測中心能源站，山東 東營257000）

馬清明，黃玉雷 （中石化勝利油田分公司勝利采油廠，山東 東營257051）

岳湘安 （中國石油大學(xué) （北京）石油與天然氣工程學(xué)院，北京102249）

電阻法測定多孔介質(zhì)含水飽和度可行性研究

孫玉龍 （中石化勝利油田分公司勝利采油廠，山東 東營257051）

郎立術(shù) （中石化勝利技術(shù)檢測中心能源站，山東 東營257000）

馬清明，黃玉雷 （中石化勝利油田分公司勝利采油廠，山東 東營257051）

岳湘安 （中國石油大學(xué) （北京）石油與天然氣工程學(xué)院，北京102249）

為了研究電阻法測定多孔介質(zhì)中含水飽和度方法的可行性，設(shè)計(jì)了靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)和二維動(dòng)態(tài)物理模擬試驗(yàn)，對比根據(jù)含水飽和度變化計(jì)算的最終采收率和實(shí)際采收率是否相符。試驗(yàn)結(jié)果表明，礦化度由4000mg/L降低到1000mg/L時(shí)，靜態(tài)電阻值上升幅度接近50%；電極間距對測量電阻值影響可以忽略不計(jì)；通過含水飽和度的變化計(jì)算出的最終采收率17.99%與實(shí)際采收率18.41%基本相符。因此，電阻法測定多孔介質(zhì)含水飽和度方法性能穩(wěn)定且一致性較好，對于油田的開發(fā)效果分析、潛力評價(jià)、水淹層測井解釋方法的驗(yàn)證等諸多方面起著良好的指導(dǎo)作用。

電阻法；多孔介質(zhì)；含水飽和度；物理模擬

油層的基質(zhì)和原油通常是不導(dǎo)電的，而巖石中的水溶解了鹽份，鹽在水中電離出正、負(fù)離子，在電場的作用下，離子運(yùn)動(dòng)，從而形成電流。鹽濃度越大，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，電導(dǎo)率越大，因而電阻也越?。?，2］。地層中電阻的大小主要受多孔介質(zhì)的形狀、水礦化度和油水比例的影響［3］。當(dāng)多孔介質(zhì)、水礦化度不變時(shí)，電阻的大小只與含水飽和度有關(guān)［4，5］。利用多孔介質(zhì)模型進(jìn)行油藏開采物理模擬試驗(yàn)，檢測不同驅(qū)替階段結(jié)束時(shí)含水飽和度變化情況，然后對比根據(jù)含水飽和度變化計(jì)算的產(chǎn)油量和實(shí)際采出油量關(guān)系，研究電阻法測定含水飽和度方法的穩(wěn)定性及可行性。

1 試驗(yàn)簡介

1.1 試驗(yàn)設(shè)備及材料

1）巖心流動(dòng)試驗(yàn)裝置 巖心夾持器、平流泵、手動(dòng)高壓泵、中間容器、流體采集器、恒溫箱、水平井物理模擬裝置。

2）試驗(yàn)測試系統(tǒng) 含水飽和度測試系統(tǒng)。

3）試驗(yàn)材料 試驗(yàn)用巖心是人造橫向三段非均質(zhì)巖心 （實(shí)驗(yàn)室自制，見表1）、地層水 （礦化度3760mg/L，各離子濃度見表2）、原油 （物性參數(shù)見表3）。

表1 人造巖心試驗(yàn)基本參數(shù)表

表2 實(shí)驗(yàn)室所用地層水基本參數(shù)表

表3 試驗(yàn)用原油物性基本參數(shù)表

1.2 測量儀器原理及方法

飽和度測量系統(tǒng)由探針、A/D轉(zhuǎn)換板、ARM微處理器以及計(jì)算機(jī)等組成，整個(gè)試驗(yàn)過程由計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)收集，試驗(yàn)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，減少了誤差，提高了測量精度。

多孔介質(zhì)的電性主要取決于巖性、孔隙度、孔隙幾何形狀、油 （氣）水飽和度和地層水的礦化度、溫度等。因此，試驗(yàn)開始前要對含油飽和度進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，過程如下：

1）巖心抽真空，飽和水 （試驗(yàn)用地層水），測量孔隙度，油驅(qū)水 （飽和油）。

2）從巖心入口端注入不同比例的油、水混合液，待流動(dòng)穩(wěn)定后，測量其電阻值，油水比例依次取0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0。

3）繪制含油飽和度與電阻的關(guān)系曲線 （圖1）。重復(fù)4次第2步試驗(yàn)的內(nèi)容，繪制含油飽和度與電阻間的關(guān)系曲線，4次試驗(yàn)過程中電阻值變化具有很好的一致性，說明模型中油水分布均勻，關(guān)系曲線具有代表性。

圖1 含油飽和度與電阻關(guān)系曲線

1.3 試驗(yàn)步驟

1）用濃度分別為0、1000、2000、4000、6000、8000、10000mg/L的NaCl溶液進(jìn)行電阻值標(biāo)定。

2）針對同一濃度的NaCl溶液，改變電極間距，對測試儀器性能進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)。

3）根據(jù)試驗(yàn)要求在非均質(zhì)多孔介質(zhì)模型上布置電極，用巖心夾持器封裝好待用巖心，連接信號線。

4）將安裝好的驅(qū)替模型抽真空24h，飽和地層水125ml，計(jì)算孔隙度；連接試驗(yàn)裝置，將模型置于60℃恒溫箱中加熱24h，測量巖心的基礎(chǔ)物性參數(shù)，試驗(yàn)裝置如圖2所示。

5）以速度0.8ml/min注入飽和原油82ml，原始含油飽和度65.6%，然后以速度0.5ml/min注入地層水驅(qū)油，至綜合含水率98%時(shí)停止，試驗(yàn)過程中每4s測定一個(gè)電阻值。

6）注入0.1PV化學(xué)堵水劑，成膠后進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，至綜合含水率98%時(shí)停止，計(jì)算整個(gè)驅(qū)替過程含水飽和度變化情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果

表4為在不同濃度NaCl溶液中兩對電極A、B的靜態(tài)電阻值。從表4中可以看出，去離子水中因其離子極少，導(dǎo)電能力差，所測得電阻值較大，平均電阻達(dá)到123102Ω。隨著礦化度從10000、8000、6000、4000、2000mg/L逐漸降低到1000mg/L，其所測得的電阻值逐漸增大，表明隨著水的礦化度減少，水中離子濃度降低，導(dǎo)電能力下降，電阻值增大。礦化度由10000mg/L降低到4000mg/L，靜態(tài)電阻值的上升幅度相對較緩；而當(dāng)?shù)V化度由4000mg/L降低到1000mg/L時(shí)，靜態(tài)電阻值上升幅度接近50%。因此，試驗(yàn)選用地層水礦化度的范圍在1000～4000mg/L之間。

圖2 動(dòng)態(tài)驅(qū)替試驗(yàn)裝置圖

表4 不同濃度NaCl溶液靜態(tài)電阻值

為了進(jìn)一步說明該含水飽和度檢測裝置性能的穩(wěn)定性，做了如下試驗(yàn)，見表5。試驗(yàn)結(jié)果表明，在不同濃度NaCl溶液中同時(shí)放入兩對電極C、D，所測得電阻值跟單電極的值差別較小，再改變兩對電極之間的距離，電阻值變化也很小，由此說明兩對電極間距離變化對所測電阻值的影響較小。因此，在多對電極同時(shí)工作時(shí)，電極之間的影響可以忽略不計(jì)。

表5 不同距離的電極靜態(tài)電阻值

2.2 動(dòng)態(tài)測定試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可以看出，注入堵劑前，隨著水驅(qū)過程的進(jìn)行，高滲帶中含水飽和度緩慢上升；注入0.4PV流體后，含水飽和度有一個(gè)急劇上升的階段；注入流體大于1.2PV時(shí)，含水飽和度基本不再變化，隨后穩(wěn)定于77.8%。而低滲帶中含水飽和度緩慢上升，水驅(qū)過程結(jié)束后保持在27.7%。注入堵劑后的水驅(qū)過程中，高滲帶的含水飽和度變化很小，由79%上升至87%；而低滲帶含水飽和度有較高幅度的上升，最終達(dá)到66.2%。

圖3 注入堵劑前 （左）、后 （右）含水飽和度變化曲線

通過液體采集器計(jì)量共采出原油15.1ml，采收率為18.41% （15.1ml/82ml）。

水驅(qū)結(jié)束后各滲透帶含水飽和度計(jì)算可得到殘余油飽和度53.8%。根據(jù)采收率＝［（原始含油飽和度－殘余油飽和度）/原始含油飽和度］×100%計(jì)算，得到最終采收率為17.99%（［（65.6%－53.8%）/65.6%］×100%），與實(shí)際采收率基本一致。

眾所周知，注入化學(xué)堵水劑后能有效地封堵水驅(qū)形成的大孔道，使注入水在油層深部轉(zhuǎn)向，擴(kuò)大注入水波及范圍，有效地改善注水效果，使水驅(qū)能夠更多地采出中低滲帶中的原油，較大幅度地提高采收率。由此說明，含水飽和度測試儀器顯示的飽和度變化曲線與理論值符合。因此，利用含水飽和度測試方法監(jiān)測驅(qū)替過程中巖心含水飽和度的動(dòng)態(tài)變化是可行的。

3 結(jié) 論

1）在不同濃度NaCl溶液中同時(shí)放入兩對電極，所測的值與單電極的值差別很小，因此多對電極工作時(shí)，電極間影響可以忽略不計(jì)。

2）在同一濃度NaCl溶液中改變電極間距，所測電阻值變化也很小，電極間距離變化對所測電阻值影響較小，說明該測試方法性能穩(wěn)定。

3）在非均質(zhì)物理模型中，對通過巖心含水飽和度的變化計(jì)算得出的最終采收率與實(shí)際采收率相符，說明電阻法測定多孔介質(zhì)中含水飽和度變化是一種穩(wěn)定且有效的方法。

［1］沈愛新，王黎，陳守軍.油層低電阻率及阿爾奇公式中各參數(shù)的巖電實(shí)驗(yàn)研究 ［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2003，25（增刊 （上））：24～25.

［2］王勇，章成廣，李進(jìn)福，等.巖電參數(shù)影響因素研究 ［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2006，28（4）：75～77.

［3］張超謨，張占松，郭海敏，等.水驅(qū)油電阻率與含水飽和度關(guān)系的理論推導(dǎo)和數(shù)值模擬研究 ［J］.中國科學(xué) （D輯：地球科學(xué)），2008，38 （增刊Ⅱ）：151～156.

［4］賀國芬，袁洪林，路濤，等.一種同時(shí)反演地層水電阻率和含水飽和度的方法 ［J］.國外測井技術(shù)，2010，（1）：37～40.

［5］徐麗媛.利用飽和度分析數(shù)據(jù)確定阿爾奇參數(shù) ［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2003，26（3）：65～68.

The Feasibility of Determining Water Saturation in Porous Media by Using Electrical Resistivity

SUN Yu-long，LANG Li-shu，MA Qing-ming，HUANG Yu-lei，YUE Xiang-an （First Author’s Address：Shengli Oil Production P1ant，Shengli Oilfield Company，SINOPEC，Dongying257051，Shandong，China）

To study the feasibility of determining water saturation in porous media by using electrical resistivity method，static calibration experiments and 2-D dynamic physical simulation experiments were established，it compared the calculation of oil production by the water saturation with the actual oil recovery.The results show that when the salinity was reduced from the 4000mg/L to 1000mg/L，the static resistance values were reduced by nearly 50%，and the distance between electrodes on the measurement of resistance was negligible.The ultimate recovery calculated by using the water saturation changes of the different permeability distributions is 17.99%，it is consistent with the actual oil recovery of 18.41%.Therefore，water saturation in porous media determined with the electrical resistivity method presents stability and consistency.It provides a guidance for the evaluation of oilfield development effect，its potential analysis and the proving the logging interpretation of water-out reservoirs.

electrical resistivity method；porous media；water saturation；physical model

TE311

A

1000-9752（2012）02-0110-04

2011-12-21

孫玉龍 （1983-），男，2006年大學(xué)畢業(yè)，碩士，助理工程師，現(xiàn)從事油層改造技術(shù)研究工作。

［編輯］ 龍 舟