陣列感應(yīng)測(cè)井在廊固凹陷W10斷塊沙四下儲(chǔ)層中的侵入特征

薛輝, 竇連彬, 呂亞輝, 齊秋紅, 焦素麗, 王津津

(中國(guó)石油華北油田公司地球物理勘探研究院, 河北 任丘 062552)

0 引 言

泥漿侵入到滲透性地層中,將會(huì)改變儲(chǔ)層中原有的流體性質(zhì)及分布,致使儲(chǔ)層徑向電阻率發(fā)生不均勻變化。一般認(rèn)為,徑向電阻率變化為簡(jiǎn)單的臺(tái)階狀模型。實(shí)際上,泥漿侵入地層是一個(gè)復(fù)雜的物理過程,侵入剖面不光是非臺(tái)階狀[1-3],而且還呈漸變形態(tài)。考慮到侵入時(shí)間、泥漿性質(zhì)和巖石物理特征等條件的影響,侵入剖面變化更加復(fù)雜,常規(guī)電阻率曲線無法有效反映泥漿侵入導(dǎo)致地層徑向電阻率變化[4]。根據(jù)陣列感應(yīng)測(cè)井特點(diǎn),林純?cè)龅萚5]認(rèn)為,可以依據(jù)多條探測(cè)深度的電阻率曲線分析地層徑向電阻率變化。關(guān)于低電阻率環(huán)帶形成,前人做過很多研究,任書俊等[6]認(rèn)為是同油水兩相滲透率密切相關(guān),張建華等[3]通過時(shí)間推移模擬認(rèn)為低電阻率環(huán)帶形成還跟侵入時(shí)間有關(guān)系,但對(duì)于高電阻率環(huán)帶的形成,國(guó)內(nèi)外的研究資料相對(duì)較少。

通過分析研究區(qū)陣列感應(yīng)測(cè)井特征發(fā)現(xiàn),由于淡水泥漿的侵入,廊固凹陷W10區(qū)塊沙四下儲(chǔ)層陣列感應(yīng)測(cè)井曲線不僅出現(xiàn)正差異、負(fù)差異,還出現(xiàn)低電阻率環(huán)帶、高電阻率環(huán)帶特征。單純依據(jù)正(負(fù))差異劃分油(水)層很容易造成漏判甚至錯(cuò)判。本文通過對(duì)泥漿侵入的機(jī)理分析,用數(shù)值模擬方法分析引起地層電阻率變化的因素,分析低電阻率環(huán)帶和高電阻率環(huán)帶的形成原因及特征,采用差異累計(jì)法判斷儲(chǔ)層流體性質(zhì),為后期二次解釋提供理論依據(jù)。

1 泥漿侵入對(duì)電阻率影響

1.1 泥漿侵入機(jī)理

在井眼和原狀地層壓力差的驅(qū)動(dòng)下,泥漿侵入地層可分為2個(gè)過程。

(1) 驅(qū)替過程。假設(shè)整個(gè)驅(qū)替過程是非混溶的,流體的滲流遵循Darcy定律,當(dāng)存在毛細(xì)管現(xiàn)象和忽略重力影響時(shí),則可用水相、油相質(zhì)量平衡方程描述[7]

(j=o,w)

(1)

pc=po-pw

(2)

So+Sw=1

(3)

(2) 擴(kuò)散過程。由于泥漿濾液和地層水礦化度不同,二者在侵入的前緣將發(fā)生物理混合,可用流體擴(kuò)散方程表示[8]

(4)

式中,pc、pw、po分別為毛細(xì)管壓力和水相、油相壓力,Pa;So、Sw分別為含油、含水飽和度,%;μo、μw分別為油、水黏度Pa·s;K為地層絕對(duì)滲透率;Kro、Krw為油、水兩相相對(duì)滲透率,D*非法定計(jì)量單位,1 D=0.987 μm2,下同;φ為孔隙度,%;qo、qw為單位地層厚度的油、水產(chǎn)量(采出為負(fù),注入為正),kg/(s·m3);ρw、ρo分別為水、油的密度,g/cm3;r為地層徑向半徑;t為侵入時(shí)間,s;Cw、Cmf分別為地層水、鉆井液濾液礦化度,mg/L。

把原始地層含水飽和度、原始地層壓力、原始地層水礦化度作為初始條件,把井底定流動(dòng)壓力和封閉外邊界作為邊界條件,用有限差分方法聯(lián)立求解式(1)至式(3),可得到鉆井液濾液侵入地層后地層徑向飽和度的分布特征、地層壓力分布以及侵入半徑變化特征。再把不同時(shí)刻求取的地層壓力和流體飽和度徑向分布帶入式(4),可以得到不同時(shí)刻地層水礦化度的動(dòng)態(tài)分布Cw(r,t)[9],根據(jù)地層水經(jīng)驗(yàn)公式(5)計(jì)算給定溫度條件下的地層水電阻率Rw(r,t)

(5)

利用阿爾奇公式得到徑向電阻率分布Rf(r,t)

(6)

式中,a、b、m、n為巖電參數(shù),是由儲(chǔ)層性質(zhì)決定的常數(shù);Rw、Rmf分別為地層水、鉆井濾液電阻率,Ω·m;T為溫度, ℃。

1.2 侵入帶電阻率數(shù)值模擬分析

泥漿侵入受儲(chǔ)層巖性、物性、泥漿柱與地層壓力差、泥漿性能、流體性質(zhì)等因素的影響,根據(jù)電阻率的變化可以將泥漿侵入因素分為2類[10],一類引起電阻率增大,即泥漿的擴(kuò)散作用,由于地層水的礦化度與泥漿濾液率之間存在濃度差,則二者之間發(fā)生離子交換,造成混合液礦化度降低,使得混合水電阻率增大,最終導(dǎo)致地層電阻率升高;另一類是引起電阻率減小,即泥漿的驅(qū)替作用,泥漿濾液不斷地向地層中滲透,造成含水飽和度增大,地層電阻率降低。

W10斷塊砂四下儲(chǔ)層孔隙度變化范圍為4%～20%,儲(chǔ)層含水飽和度平均為35%,地層水電阻率平均為0.15 Ω·m,對(duì)公式(6)進(jìn)行數(shù)值模擬,從圖1可以看出孔隙度與地層電阻率負(fù)相關(guān)。在假定含水飽和度一定時(shí),當(dāng)孔隙度相同時(shí),電阻率隨地層水礦化度減小而增大,說明擴(kuò)散作用使地層電阻率增大[見圖1(a)]。在地層水礦化度一定時(shí),當(dāng)孔隙度相同時(shí),地層電阻率隨含水飽和度增加而減小,說明驅(qū)替作用使電阻率降低[見圖1(b)]。

綜合圖1可以發(fā)現(xiàn),在物性差(φ<12%)時(shí)地層水礦化度減小(擴(kuò)散作用)對(duì)電阻率增大幅度比物性好(φ>12%)的電阻率增大幅度大,同樣物性差時(shí)含水飽和度增加(驅(qū)替作用)對(duì)電阻率減小幅度比物性好的電阻率減小幅度大。從圖1中還可以看出孔隙度越大,含水飽和度和地層水礦化度對(duì)地層電阻率影響越小。

當(dāng)泥漿侵入地層,假定地層的孔隙度一定,根據(jù)式(6)可知,地層的電阻率只與含水飽和度和地層水電阻率有關(guān)系。為進(jìn)一步分析地層電阻率與二者的關(guān)系,對(duì)WX0-1×井96號(hào)層進(jìn)行數(shù)值模擬,該層段參數(shù)選取a=b=1,m=1.65,n=1.48,地層孔隙度為18%(見圖2)。

(1) 地層水礦化度的變化范圍要遠(yuǎn)大于含水飽和度的范圍,因此礦化度的變化對(duì)地層電阻率的改變幅度要大于飽和度的變化對(duì)電阻率改變幅度。同時(shí),當(dāng)飽和度一定時(shí),地層電阻率與礦化度的關(guān)系曲線為近似線性,即礦化度的變化對(duì)地層電阻率更加敏感,一旦礦化度發(fā)生改變,地層電阻率隨之變化。

(2) 含水飽和度和地層水礦化度的增加,電阻率減小,當(dāng)含水飽和度大于50%,電阻率下降幅度隨含水飽和度增加逐漸變小,含水飽和度對(duì)地層電阻率影響減弱,說明驅(qū)替作用減弱,電阻率變化平緩。

用W2-10井2塊孔隙度不同的巖心做淡水注入實(shí)驗(yàn)?zāi)M泥漿的侵入過程,實(shí)驗(yàn)條件為地層水礦化度25 000 mg/L,注入水礦化度7 000 mg/L,注入壓力為20 MPa。結(jié)果表明,地層電阻率與注入水飽和度為非對(duì)稱的U形曲線(見圖3)。從圖3中可以看出,隨著注入水不斷侵入,含水飽和度迅速增加,驅(qū)替作用增強(qiáng),電阻率減小。巖心1比巖心2物性差,電阻率減小幅度更大。

隨著原始地層水不斷的被淡化,礦化度的變化相比含水飽和度的變化對(duì)地層電阻率影響更大,即泥漿侵入造成擴(kuò)散作用對(duì)電阻率增大的影響要強(qiáng)于驅(qū)替作用對(duì)電阻減小的影響,也就是圖3中電阻率下降到一定極點(diǎn)時(shí),隨著含水飽和度增大,地層電阻率反而增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與本文數(shù)值模擬結(jié)論吻合。

圖1 地層電阻率與孔隙度和礦化度關(guān)系

圖2 地層電阻率與礦化度和含水飽和度關(guān)系

圖3 地層電阻率與注入水飽和度關(guān)系

2 陣列感應(yīng)測(cè)井在W10斷塊曲線特征及應(yīng)用

2.1 高電阻率環(huán)帶特征分析

對(duì)于油水兩相儲(chǔ)集層,因?yàn)橛?氣)、水相相對(duì)滲透率不同造成泥漿驅(qū)替油(氣)、水的速度不同,且其滲流速度取決于Kro/μo和Krw/μw這2個(gè)參數(shù)[11]。在沖洗帶泥漿濾液完全驅(qū)替地層流體,這樣在沖洗帶內(nèi)流體為泥漿濾液,殘余油氣(油氣層)及殘余水(水層),泥漿滲透速度大于油水相的滲透速度。因此,當(dāng)泥漿濾液的電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地層水電阻率(泥漿濾液礦化度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地層水礦化度)時(shí),擴(kuò)散作用大于驅(qū)替作用。

由于泥餅形成,泥漿濾液由徑向滲濾轉(zhuǎn)化為縱向滲濾[見圖4(a)],在重力分異作用下,沖洗帶內(nèi)低密度的油(氣)將向上移動(dòng)代替泥漿濾液,2種原因都會(huì)導(dǎo)致沖洗帶電阻率要大于過渡帶電阻率,甚至是原狀地層電阻率,在陣列感應(yīng)電阻率曲線上會(huì)形成兩端低、中間高的高電阻率環(huán)帶特征。從圖4(b)可以看出,在WX2-4×井40號(hào)層處泥餅的形成導(dǎo)致地層縮徑,泥漿侵入明顯,測(cè)井解釋在該深度處孔隙度為11.8%,含水飽和度為31.5%,泥漿濾液的電阻率為2.18 Ω·m,地層水電阻率為0.08 Ω·m,高電阻率環(huán)帶出現(xiàn)在20～60 in*非法定計(jì)量單位,1 in=25.4 mm,下同之間[見圖4(b)],利用譚氏方法[12]計(jì)算的泥漿侵入直徑為1.68 m,在陣列感應(yīng)測(cè)井探測(cè)深度60～90 in之間,說明高電阻率環(huán)帶在沖洗帶范圍內(nèi)。

2.2 低電阻率環(huán)帶特征分析

隨著泥漿的持續(xù)侵入,當(dāng)油水相的滲透速度大于泥漿滲透速度時(shí),高電阻率的油層首先被驅(qū)替。在過渡帶內(nèi)導(dǎo)電流體主要為泥漿濾液、束縛水、未被驅(qū)替的可動(dòng)水,以致在未侵入帶之前形成一個(gè)含水飽和度相對(duì)較高的環(huán)帶形空間[13][見圖5(a)],形成了地層水聚集帶,即低電阻率環(huán)帶。該環(huán)帶內(nèi)地層水富集,地層電阻率較沖洗帶電阻率、原狀地層電阻率都低,當(dāng)?shù)貙铀娮杪市∮谀酀{濾液電阻率時(shí),在陣列感應(yīng)曲線上呈簸箕狀、兩邊高、中間低的低電阻率環(huán)帶特征。

圖4 高電阻率環(huán)帶原理與WX2-4×井高電阻率環(huán)帶測(cè)井曲線特征圖

圖5 低電阻率環(huán)帶原理及WX8-2×井低電阻率環(huán)帶測(cè)井曲線圖

圖5是WX8-2×井低電阻率環(huán)帶示意圖。在3 766.6～3 774 m井段,井徑明顯縮徑,泥漿侵入明顯,泥漿濾液電阻率為1.38 Ω·m,地層水電阻率為0.06 Ω·m,低電阻率環(huán)帶出現(xiàn)在20～60 in之間。譚氏方法計(jì)算泥漿侵入直徑為1.16 m,在陣列感應(yīng)測(cè)井探測(cè)深度40 in附近,說明低電阻率環(huán)帶在過渡帶范圍內(nèi)。

2.3 陣列感應(yīng)電阻率曲線應(yīng)用

根據(jù)對(duì)W10斷塊沙四下儲(chǔ)層陣列感應(yīng)電阻率曲線特征分析,在儲(chǔ)層段由于泥漿的侵入及流體性質(zhì)的不同,陣列感應(yīng)出現(xiàn)正差異、負(fù)差異、高電阻率環(huán)帶、低電阻率環(huán)帶4種特征(見圖6)。特別是高電阻率環(huán)帶和低電阻率環(huán)帶,通過對(duì)其形成原因分析,認(rèn)為高電阻率環(huán)帶和低電阻率環(huán)帶是油層存在的充分條件[14],即當(dāng)陣列感應(yīng)測(cè)井不同探測(cè)深度電阻率出現(xiàn)高電阻率環(huán)帶或低電阻率環(huán)帶特征時(shí),便可認(rèn)為儲(chǔ)層含油。

通過對(duì)研究區(qū)陣列感應(yīng)測(cè)井特征分析,發(fā)現(xiàn)高電阻率環(huán)帶和低電阻率環(huán)帶的主要出現(xiàn)在20～60 in之間。本文采用差異累計(jì)法[15-16]建立不同探測(cè)深度電阻率曲線總差異。該方法放大了不同流體性質(zhì)的差異特征,且能夠定量描述儲(chǔ)層的差異特征。設(shè)置2個(gè)參數(shù)D1、D2,計(jì)算公式為

(7)

(8)

式中,M2R1～M2RX為陣列感應(yīng)測(cè)井2 ft縱向分辨率的10～120 in不同徑向探測(cè)深度電阻率數(shù)值,Ω·m;D1、D2為陣列感應(yīng)比值,無量綱。

正差異特征:陣列感應(yīng)測(cè)井電阻率(M2R1～M2RX)隨探測(cè)深度增加而逐漸增大(見圖6),D1>1,D2>1,如WX8-3×井在3 912～3 927 m井段,D1=4.51,D2=2.13,測(cè)井解釋為油層。該層投產(chǎn)初期日產(chǎn)油8.99 t。

圖6 4種陣列感應(yīng)測(cè)井特征圖

負(fù)差異特征:陣列感應(yīng)電阻率隨探測(cè)深度逐漸降低(見圖6),D1<1,D2<1,對(duì)WX0-2×井3 664～3 675 m井段用差異累積法分析,D1=0.63,D2=0.81,在該層段試油,日產(chǎn)水60.9 m3,證實(shí)為水層。

高電阻率環(huán)帶特征:感應(yīng)電阻率呈中間高,兩邊低(見圖6),D1>1,D2<1,如WX2-4×井3 630～3 641 m井段,D1=13.9,D2=0.69,測(cè)井解釋為油層,在該層段試油,日產(chǎn)油3.1 t。

低電阻率環(huán)帶特征:電阻率中間低,兩邊高(見圖6),D1<1,D2>1,如WX2-1×井在深度3 503.8～3 506.8 m井段,D1=0.27,D2=1.81,測(cè)井解釋為油層。在該層段試油日產(chǎn)油16.04 t,產(chǎn)氣1.08萬m3,不產(chǎn)水。

3 結(jié) 論

(1) W10斷塊沙四下儲(chǔ)層電阻率與孔隙度負(fù)相關(guān),孔隙度越小,物性越差,電阻率降低的幅度越大。電阻率與礦化度同樣負(fù)相關(guān),在含水飽和度一定時(shí),電阻率與礦化度關(guān)系近乎直線,同含水飽和度相比,礦化度變化對(duì)電阻率更加敏感。

(2) 數(shù)值模擬泥漿侵入導(dǎo)致地層電阻率變化的因素,把電阻率變化分為驅(qū)替作用和擴(kuò)散作用2種,驅(qū)替作用使含水飽和度升高,電阻率下降,泥漿擴(kuò)散作用使礦化度降低,電阻率升高,這與淡水注入試驗(yàn)分析結(jié)果相一致。

(3) W10斷塊沙四下儲(chǔ)層高電阻率環(huán)帶和低電阻率環(huán)帶出現(xiàn)在20～60 in之間,可以根據(jù)陣列感應(yīng)電阻率之間的差異,采用差異累積法識(shí)別不同陣列感應(yīng)電阻率特征所代表的流體類型。在實(shí)際應(yīng)用中取得較好的效果。

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