低滲透砂礫巖油層的異常侵入特征成因分析

曹志鋒, 林有志, 王先虎, 徐靜, 張中慶, 張凱

(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司新疆分公司, 新疆 克拉瑪依 834000; 2.杭州迅美科技有限公司, 浙江 杭州 310000)

0　引　言

準(zhǔn)噶爾盆地低滲透砂礫巖儲(chǔ)層復(fù)雜多樣,具有非均質(zhì)性強(qiáng)、儲(chǔ)層物性差、低飽和度、低地層壓力的特點(diǎn),儲(chǔ)層中的流體性質(zhì)對(duì)泥漿侵入特征不明顯,泥漿侵入特征往往不能定性識(shí)別儲(chǔ)層中的流體性質(zhì)。通常情況下,在測(cè)井過(guò)程中地層水電阻率小于泥漿電阻率,泥漿侵入特征表現(xiàn)為增阻侵入,雙側(cè)向測(cè)井在水層段表現(xiàn)為負(fù)差異,油層段為正差異;若測(cè)井過(guò)程中地層水電阻率大于泥漿電阻率,泥漿侵入特征表現(xiàn)為減阻侵入,雙側(cè)向測(cè)井在油水層段表現(xiàn)為正差異,水層的正差異幅差大,油層的正差異幅差小[1]。準(zhǔn)噶爾盆地的低滲透率砂礫巖儲(chǔ)層在測(cè)井過(guò)程中出現(xiàn)了雙側(cè)向測(cè)井侵入特征與常規(guī)的相反的異常侵入特征,本文通過(guò)分析低滲透率油層異常侵入特征的形成機(jī)理及通過(guò)數(shù)值模擬仿真進(jìn)行考察分析,認(rèn)為這種異常侵入特征客觀存在,為定性識(shí)別儲(chǔ)層中的流體性質(zhì)提供了理論依據(jù)。

1　測(cè)井環(huán)境與油層異常侵入特征

1.1　油藏地質(zhì)特征

通過(guò)巖石物理實(shí)驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)分析,低滲透率砂礫巖儲(chǔ)層樣品孔隙度變化范圍:油層孔隙度7.50%～15.60%,平均9.24%;滲透率(0.05～83.90)×10-3μm2,平均1.61×10-3μm2。該區(qū)油層飽和度下限為42%,低滲透率砂礫巖油藏具有低孔隙度、低滲透率、低飽和度、高束縛水飽和度的特點(diǎn),造成流體響應(yīng)特征不明顯,儲(chǔ)層為典型的特低滲透性油藏。從該區(qū)油層物性統(tǒng)計(jì)分析,油層孔隙度一般在8.4%,孔隙度變化不大,但滲透率變化較大;滲透性是影響油層產(chǎn)能大小的關(guān)鍵因素。根據(jù)壓汞資料分析,砂礫巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)整體表現(xiàn)為中—低孔、微—細(xì)喉道特征,滲流條件整體偏差[1]。

1.2　測(cè)井環(huán)境與油層異常侵入特征

該區(qū)泥漿類型為鉀鈣基聚璜,地面泥漿電阻率平均0.13 Ω·m,換算到油層段的泥漿電阻率平均0.53 Ω·m,而該區(qū)的地層水電阻率為0.14 Ω·m,地層水電阻率大于泥漿電阻率,自然電位表現(xiàn)為正異常,泥漿為減阻侵入特征(見(jiàn)表1)。

圖1為低滲透率砂礫巖儲(chǔ)層流體性質(zhì)對(duì)雙側(cè)向侵入特征統(tǒng)計(jì)分析,油層段明顯呈現(xiàn)深電阻率小于淺電阻率,表現(xiàn)為泥漿增阻侵入特征;而該區(qū)為典型的泥漿減阻侵入特征,與常規(guī)認(rèn)識(shí)矛盾,為異常泥漿侵入特征。對(duì)于水層來(lái)說(shuō),雙側(cè)向測(cè)井呈現(xiàn)深電阻率大于淺電阻率,表現(xiàn)為泥漿減阻侵入特征;與該區(qū)泥漿減阻侵入特征一致,為正常泥漿侵入特征,純水層的雙側(cè)向正差異幅差更大。

表1　低滲透率砂礫巖儲(chǔ)層泥漿使用情況統(tǒng)計(jì)表

圖1　低滲透率儲(chǔ)層雙側(cè)向測(cè)井侵入特征分析圖

2　異常侵入特征形成機(jī)理分析

2.1　儲(chǔ)層物性對(duì)泥漿侵入地層的影響分析

低孔隙度低滲透率地層泥漿侵入隨著地層滲透率K值增加,儲(chǔ)集層流體的流動(dòng)性也增加,侵入前沿的推進(jìn)速度也相應(yīng)增加,侵入深度增加。但是,侵入深度并非隨時(shí)間而無(wú)限增大,當(dāng)侵入時(shí)間達(dá)到一定值時(shí),侵入達(dá)到穩(wěn)定,深度不再增加。影響泥漿侵入深度的主要因素為儲(chǔ)層的滲透率,滲透性越小,泥漿侵入深度越淺或無(wú)侵入[2]。

2.2　油層異常侵入特征形成機(jī)理分析

從圖2瑪××井泥漿侵入特征分析圖可知,3 212.33～3 220.98 m井段巖心分析孔隙度平均為8.48%,滲透率為0.805×10-3μm2,屬于低孔隙度低滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)差的Ⅴ類的差儲(chǔ)集層。從常規(guī)電阻率泥漿侵入特征分析,該井泥漿電阻率0.09 Ω·m,地層水電阻率0.14 Ω·m,為減阻侵入,但從電阻率曲線表現(xiàn)為深電阻率<淺電阻率<微球電阻率的增阻侵入,為異常侵入特征;從巖心資料分析,巖心出筒放置1～2 h后,原油緩慢滲出,說(shuō)明儲(chǔ)層的物性差,泥漿侵入不深;從斷面分析,巖心靠外的部分含油性好于里面的,也就是在巖心表面富集了油氣,使巖心表面的含油飽和度高于地層中的含油飽和度。

圖2　瑪××井油層泥漿侵入特征分析圖

圖3為滴南×井高產(chǎn)油層常規(guī)與成像對(duì)比圖。從常規(guī)電阻率泥漿侵入特征分析,該井泥漿電阻率為0.13 Ω·m,地層水電阻率為0.15 Ω·m,為減阻侵入,但從電阻率曲線表現(xiàn)為深電阻率≤淺電阻率<微球電阻率的增阻侵入,為異常侵入特征;從成像資料分析,一個(gè)極板由于附油變得模糊,也就是在井壁附近富集了油氣,泥漿未能侵入到地層中,使井壁附近的含油飽和度高于地層中的含油飽和度。

泥漿侵入表現(xiàn)為擴(kuò)散過(guò)程,由于泥漿與油層不能產(chǎn)生離子交換,泥漿徑向侵入深度淺或不侵入。同時(shí),由于受井眼應(yīng)力的改變,儲(chǔ)層中的油向井筒附近運(yùn)移,由于受儲(chǔ)層物性的影響,很少部分進(jìn)入泥漿,大部分油在井筒附近聚集,形成油環(huán),導(dǎo)致儲(chǔ)層近井眼附近的含油飽和度比地層原始狀態(tài)下的油層飽和度要高,雙側(cè)向測(cè)井表現(xiàn)為深電阻率<淺電阻率<微球電阻率,形成了異常侵入特征。

圖3　滴南×井油層段FMI圖

2.3　水層侵入特征分析

通常情況下,泥漿的侵入過(guò)程表現(xiàn)為驅(qū)替過(guò)程、混合過(guò)程、擴(kuò)散過(guò)程。對(duì)于低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層主要表現(xiàn)為擴(kuò)散過(guò)程,該過(guò)程是指由鉆井液與地層水之間的離子濃度差產(chǎn)生的高濃度向低濃度擴(kuò)散的過(guò)程。當(dāng)擴(kuò)散過(guò)程達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),離子雖然在不停的交換,但這個(gè)面兩邊的正負(fù)離子的遷移數(shù)相等,形成動(dòng)態(tài)平衡,并形成離子交換面[2]。

低滲透率砂礫巖儲(chǔ)層的地層水電阻率大于泥漿電阻率,泥漿侵入表現(xiàn)為減阻侵入的特征,自然電位表現(xiàn)為正異常[3]。圖4為夏×××井試油井段泥漿侵入特征關(guān)系圖。圖4中在水層的井段,雙側(cè)向測(cè)井表現(xiàn)為深電阻率<淺電阻率<微球電阻率,泥漿侵入特征表現(xiàn)為減阻侵入,為正常侵入特征,但水層段的雙側(cè)向深淺電阻率差異大,巖石物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,主要原因是該區(qū)的水層潤(rùn)濕性強(qiáng),高礦化度泥漿向低礦化度水層產(chǎn)生擴(kuò)散,使泥漿濾液侵入深度比油層深,導(dǎo)致儲(chǔ)層近井眼附近的礦化度比原狀地層水的礦化度低,雙側(cè)向測(cè)井表現(xiàn)為深電阻率>淺電阻率>微球電阻率,三者之間的差異大。

圖4　夏×××井試油井段泥漿侵入特征關(guān)系圖

3　異常侵入的正演仿真程序模擬

針對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地低滲砂礫巖儲(chǔ)層實(shí)際測(cè)井中出現(xiàn)的雙側(cè)向測(cè)井曲線反向等現(xiàn)象,從而導(dǎo)致測(cè)量曲線出現(xiàn)與常規(guī)認(rèn)識(shí)矛盾的現(xiàn)象。本文在有限元素法的基礎(chǔ)上,結(jié)合雙側(cè)向測(cè)井儀器的儀器結(jié)構(gòu)和工作原理[4],利用前線解法[5]開發(fā)了高效快速的數(shù)值模擬程序[6],模擬了在上述油層異常侵入情況下雙側(cè)向測(cè)井儀器的測(cè)量響應(yīng)情況(見(jiàn)圖5),從另一個(gè)側(cè)面加強(qiáng)了對(duì)油層泥漿異常侵入的認(rèn)識(shí),再研究油層異常侵入時(shí),可直接通過(guò)數(shù)值模擬仿真進(jìn)行考察分析,無(wú)需通過(guò)巖心實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。

3.1　模型設(shè)計(jì)

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,低滲透率油層形成異常侵入的主要原因是儲(chǔ)層的孔隙度低,一般小于10%,滲透率小于1×10-3μm2,儲(chǔ)層的含油飽和度小于45%;儲(chǔ)層飽和中值壓力一般在10.98 MPa,飽和中值半徑一般在0.09 μm,排驅(qū)壓力一般在0.50 MPa,毛細(xì)管半徑一般在0.55 μm?？紫督Y(jié)構(gòu)整體表現(xiàn)為中—低孔、微—細(xì)喉特征,滲流條件整體偏差,含油飽和度偏低的油藏特征。

井徑8.5 in*非法定計(jì)量單位,1 in=2.54 cm,下同,泥漿電阻率0.1 Ω·m,原狀地層層厚4 m,上下圍巖電阻率1 Ω·m,油氣富集區(qū)厚度0.25 m,油氣富集區(qū)電阻率100 Ω·m,侵入深度0.35 m,侵入帶電阻率10 Ω·m,原狀地層電阻率50 Ω·m,儀器居中測(cè)量(見(jiàn)圖5)。

圖5　仿真模型示意圖

圖6　雙側(cè)向測(cè)井模擬仿真結(jié)果(存在油氣富集區(qū))

3.2　雙側(cè)向仿真結(jié)果

雙側(cè)向測(cè)井儀器在上述地層模型下的測(cè)量響應(yīng)見(jiàn)圖6。通過(guò)仿真結(jié)果可知,在目的層由于井壁附近油氣富集區(qū)的存在,導(dǎo)致儀器測(cè)量響應(yīng)曲線出現(xiàn)增阻現(xiàn)象,即淺側(cè)向測(cè)量響應(yīng)值大于深側(cè)向測(cè)量響應(yīng)值。這與實(shí)際測(cè)量響應(yīng)一致,表明井壁附近油氣富集區(qū)的存在確實(shí)會(huì)導(dǎo)致測(cè)量曲線出現(xiàn)增阻現(xiàn)象。

對(duì)比圖7不存在油氣富集區(qū)的仿真結(jié)果可知,存在油氣富集區(qū)時(shí)儀器的測(cè)量響應(yīng)值會(huì)增大,且測(cè)量曲線會(huì)表現(xiàn)出減阻現(xiàn)象,即淺側(cè)向大于深側(cè)向。

圖7　雙側(cè)向模擬仿真結(jié)果(不存在油氣富集區(qū))

3.3　不同富集區(qū)厚度下的仿真結(jié)果

模型設(shè)置中其他地層參數(shù)保持不變,考察在不同油氣富集區(qū)厚度下,雙側(cè)向測(cè)井儀器在目的層中的測(cè)量響應(yīng)變化規(guī)律,油氣富集區(qū)的厚度從0 cm增加到25 cm。圖8的橫坐標(biāo)表示油氣富集區(qū)的厚度,縱坐標(biāo)表示不同探測(cè)模式的響應(yīng)值。

圖8　雙側(cè)向測(cè)井模擬仿真結(jié)果

通過(guò)圖8的仿真模擬結(jié)果可知,隨著油氣富集區(qū)厚度的增大,雙側(cè)向測(cè)井儀器測(cè)量響應(yīng)值逐漸增大,雙側(cè)向測(cè)井儀器在油氣富集區(qū)厚度小于15 cm時(shí)依然保持正序,即深側(cè)向大于淺側(cè)向,而當(dāng)其厚度大于15 cm時(shí),測(cè)量曲線會(huì)出現(xiàn)反向,不同的地層模型下,該富集區(qū)厚度的臨界值不同。

4　應(yīng)用效果

應(yīng)用泥漿在低孔隙度低滲透率油層中的異常侵入特征和低孔隙度低滲透率油層、油水同層、含油水層、含油層的束縛水飽和度存在較大差異的特征進(jìn)行交會(huì)識(shí)別流體。從圖9應(yīng)用效果分析,該方法能有效識(shí)別儲(chǔ)層中的流體性質(zhì),油層符合率100%,應(yīng)用效果顯著,為低滲儲(chǔ)層中的流體定性識(shí)別提供了新的方法。

圖9　Rt/RI與束縛水飽和度交會(huì)

5　結(jié)　論

(1) 通過(guò)正演仿真程序模擬了低滲油層異常侵入情況下可直接通過(guò)數(shù)值模擬仿真進(jìn)行考察分析,而無(wú)需通過(guò)巖心實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。

(2) 對(duì)于特低儲(chǔ)層泥漿的侵入過(guò)程主要為擴(kuò)散過(guò)程,而混合過(guò)程、驅(qū)替過(guò)程通常發(fā)生在物性較好的儲(chǔ)層;對(duì)于特低油層的減阻侵入表現(xiàn)為異常侵入特征;對(duì)于水層的侵入表現(xiàn)為深淺電阻率差異較大的特征。

(3) 該方法只適用于特低滲砂礫巖儲(chǔ)層中的油層識(shí)別,對(duì)于氣層來(lái)說(shuō),因?yàn)闅鈱拥膹椥韵禂?shù)大,滑脫效應(yīng)明顯,鉆開儲(chǔ)層中的氣體很快進(jìn)入泥漿中,不能在井筒附近聚集,故不能用該方法識(shí)別氣層。

(4) 低滲油層的異常侵入特征與油環(huán)的厚度有關(guān),雙側(cè)向測(cè)井儀器在油氣富集區(qū)厚度小于15 cm時(shí)依然保持正序,即深側(cè)向大于淺側(cè)向,而當(dāng)其厚度大于15 cm時(shí),測(cè)量曲線會(huì)出現(xiàn)反向,不同的地層模型下,該富集區(qū)厚度的臨界值不同。

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