利用產(chǎn)出剖面測(cè)井確定剩余油飽和度

李震, 許思勇, 王謙, 李玉寧, 靳敏剛, 楊立華

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司, 陜西 西安 710200)

0 引 言

利用產(chǎn)出剖面測(cè)井能夠了解油氣井各產(chǎn)層生產(chǎn)動(dòng)態(tài),確定各小層產(chǎn)出情況,明確多層系開(kāi)發(fā)間矛盾,為優(yōu)化開(kāi)發(fā)技術(shù)決策提供依據(jù);同時(shí)可確定高含水層,為調(diào)剖堵水等上產(chǎn)控水措施提供幫助;還可驗(yàn)證地質(zhì)資料,幫助認(rèn)識(shí)地層內(nèi)部構(gòu)造,計(jì)算儲(chǔ)層剩余油飽和度等[1-3],為油田實(shí)施卡堵水、調(diào)整注采方案、提高剩余油的開(kāi)采效率等方面提供重要的技術(shù)支持。儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)剩余油飽和度確定主要依靠生產(chǎn)測(cè)井,如碳氧比、中子壽命、PNN、TNIS、寬能閾-氯能譜等[4]。本文以輪南油田某區(qū)塊三疊系TII油組為例,利用生產(chǎn)動(dòng)態(tài)測(cè)井技術(shù)即產(chǎn)出剖面測(cè)井資料確定儲(chǔ)層剩余油飽和度,同時(shí),對(duì)其應(yīng)用效果作了綜合評(píng)價(jià)。

1 產(chǎn)水率與含水飽和度關(guān)系

油田長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā),注采系統(tǒng)達(dá)到平衡,油井處于穩(wěn)定生產(chǎn)期,產(chǎn)層壓力大于孔隙中流體泡點(diǎn)壓力,此時(shí)產(chǎn)層只有油、水兩相流體流動(dòng),其流動(dòng)方向一致且互不相溶。應(yīng)用徑向流油水兩相達(dá)西定律,從距井軸距離為x處流入井內(nèi)的油、水流量分別為[5-8]

(1)

(2)

式中,Qo、Qw分別為油、水產(chǎn)出量,m3/d;μo、μw分別為油、水黏度,Pa·s;?po/?x、?pw/?x分別為油、水在距井筒為x處的壓差,MPa;h為儲(chǔ)層厚度,m;r為井眼半徑,m;Ko、Kw分別為油、水有效滲透率,μm2。

生產(chǎn)測(cè)井許多參數(shù)(如持水率、密度)是產(chǎn)層流體各相比例(含水飽和度)和性質(zhì)的直觀反映。因此,可以通過(guò)油水相對(duì)滲透率作為橋梁將生產(chǎn)測(cè)井參數(shù)和產(chǎn)層參數(shù)聯(lián)系起來(lái),進(jìn)而利用生產(chǎn)測(cè)井資料確定產(chǎn)層的剩余油飽和度及其分布。

將油水產(chǎn)液公式代入含水率公式

(3)

當(dāng)儲(chǔ)層中油水兩相共存時(shí),每一相的相對(duì)滲透率為其有效滲透率與絕對(duì)滲透率的比值,即Kro=Ko/K;Krw=Kw/K。假設(shè)忽略毛細(xì)管壓力的影響,式(3)變?yōu)?/p>

(4)

式中,Kro、Krw分別為油、水相對(duì)滲透率;Fw為產(chǎn)水率。

油層是否產(chǎn)油不僅與含油飽和度有關(guān),還與巖石的滲透性及潤(rùn)濕性有關(guān),即使束縛水含量很高的油層也能產(chǎn)出純油。油水相對(duì)滲透率的大小是判別儲(chǔ)層產(chǎn)液性質(zhì)最直接的參數(shù),同時(shí)它也是求取含水率的必要參數(shù)。根據(jù)毛細(xì)管滲流模型和毛細(xì)管導(dǎo)電模型推導(dǎo)出親水儲(chǔ)層油、水的相對(duì)滲透率Kro、Krw與含水飽和度的關(guān)系式[9]

(5)

(6)

式中,Sw、Swi、Sor分別為產(chǎn)層含水飽和度、束縛水飽和度和殘余油飽和度;α、β分別為殘余油飽和度下水的相對(duì)滲透率、束縛水飽和度下油的相對(duì)滲透率;m、n是與儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)和潤(rùn)濕性有關(guān)的指數(shù),有

(7)

將剩余油飽和度和產(chǎn)出剖面資料求得的產(chǎn)水率聯(lián)系起,弱化了地層水礦化度參數(shù),克服了單井剩余油解釋受地層水礦化度影響大的因素。

2 輪南某區(qū)應(yīng)用

2.1 束縛水飽和度計(jì)算

實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的毛細(xì)管壓力曲線與油氣藏的油氣飽和度形成過(guò)程的機(jī)理相似,一般可認(rèn)為最小非進(jìn)汞飽和度可以反映巖石束縛水飽和度。理論上,毛細(xì)管壓力曲線的累積進(jìn)汞量的極限值是對(duì)應(yīng)孔隙空間中可以流動(dòng)流體含量,剩余部分是束縛水飽和度。

根據(jù)輪南油田某區(qū)塊三疊系123塊巖心壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建模,束縛水飽和度與滲透率K和孔隙度φ的比值有較好的相關(guān)性(見(jiàn)圖1)。確定輪南油田某區(qū)塊三疊系束縛水飽和度計(jì)算公式

(8)

式中,Swi為束縛水飽和度,%;φ為孔隙度,%;K為滲透率,10-3μm2。

圖1 壓汞法束縛水飽和度模型

2.2 殘余油飽和度計(jì)算

注入水的壓力高于產(chǎn)層的地層壓力,注入產(chǎn)層的水會(huì)把孔隙中的一部分油驅(qū)替出來(lái)而占據(jù)該孔隙空間,從而使產(chǎn)層的含油飽和度降低,含水飽和度升高。隨著注水的不斷進(jìn)行,產(chǎn)層的含油飽和度不斷降低,含水飽和度不斷升高,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,產(chǎn)層就成為只含殘余油(不能驅(qū)動(dòng)的那部分油)而主要含注入水的水層了,殘余油飽和度的大小除與巖石孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)外,還與巖石的潤(rùn)濕性有關(guān)。

殘余油飽和度計(jì)算常用壓汞毛細(xì)管壓力實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)室一般認(rèn)為在退汞過(guò)程中,一直退到汞的飽和度不變的時(shí)候定義這時(shí)的汞飽和度為殘余油飽和度。圖2是殘余油飽和度與滲透率的關(guān)系圖,通過(guò)LN×-×井43個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品擬合得到的殘余油計(jì)算公式

Sor=13.55 logK+8.889R=0.858

(9)

式中,Sor為殘余油飽和度,%。

圖2 殘余油飽和度與滲透率的關(guān)系

2.3 產(chǎn)水率系數(shù)m、n確定方法

利用輪南油田某區(qū)82塊巖心相滲實(shí)驗(yàn)資料確定求取油水相對(duì)滲透率的模型,并用于確定油藏產(chǎn)液性質(zhì),計(jì)算水淹層含水率。圖3、圖4分別為多元回歸確定水、油相對(duì)滲透率,通過(guò)擬合可得到的油、水相對(duì)滲透率計(jì)算模型為

(10)

(11)

2.4 油水黏度計(jì)算

水、油黏度比也是影響含水率計(jì)算的重要因素,要求是地層條件下的測(cè)量值可由高壓物性資料得到。μw、μo為地層中水和油的黏度。水的黏度可根據(jù)地區(qū)水黏度與礦化度、溫度的實(shí)驗(yàn)得到。例如LN×井原始地層水礦化度為233 866.6 mg/L,地層溫度為135.2 ℃,查表得水地下粘度為0.35 mPa·s。表1為輪南油田的高壓物性資料得到水、油黏度比。

圖3 含水飽和度與水相對(duì)滲透率的關(guān)系

圖4 含水飽和度與油相對(duì)滲透率關(guān)系

2.5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

桑A井為輪南油田某區(qū)塊的采油井,將2014年6月產(chǎn)出剖面資料計(jì)算出含油飽和度(圖5中A井飽和度道)與相距時(shí)間最近的新投產(chǎn)鄰井桑B井的裸眼井結(jié)論(圖5中B井飽和度道)作對(duì)比,儲(chǔ)層上部1號(hào)差油層和3號(hào)油層平均飽和度基本相同,并且對(duì)應(yīng)性較好,對(duì)比結(jié)果令人滿意。

輪C井在不同開(kāi)發(fā)階段先后經(jīng)過(guò)裸眼完井測(cè)井、 產(chǎn)液剖面測(cè)井、PNN測(cè)井,

該井1992年投產(chǎn)時(shí)

日產(chǎn)油126 t、日產(chǎn)水0 m3;2013年日產(chǎn)油1.9 t、日產(chǎn)水175 m3;2014年日產(chǎn)油1.2 t、日產(chǎn)水189 m3。將1992年裸眼完井資料、2013年產(chǎn)出剖面計(jì)算飽和度和2014年P(guān)NN含油飽和度進(jìn)行對(duì)比(圖6第6道),可見(jiàn)隨開(kāi)發(fā)程度的提高,14號(hào)油層平均含油飽和度由投產(chǎn)初期76%下降到2013年的34%,到2014年平均剩余油飽和度僅為25%,這也與井口產(chǎn)液實(shí)際相符。

圖5 桑A井計(jì)算剩余油飽和度與鄰井對(duì)比圖*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

圖6 輪C井剩余油飽和度變化圖

3 技術(shù)拓展

通過(guò)分析,由含水率計(jì)算剩余油飽和度需要建立在精準(zhǔn)求取束縛水、殘余油等參數(shù)的基礎(chǔ)上。如果目標(biāo)研究區(qū)取心井資料很少,只通過(guò)幾塊巖心的相滲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立整個(gè)油田或者所有產(chǎn)層的含水率與含水飽和度的關(guān)系是不合理的,也不切實(shí)際。因?yàn)槊刻變?chǔ)層由于沉積年代和沉積環(huán)境不同,每口井每一儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)和潤(rùn)濕性也就不盡相同。即使同一儲(chǔ)層,儲(chǔ)層的非均質(zhì)性,不同井的同一儲(chǔ)層的束縛水和殘余油值也會(huì)有差別,會(huì)明顯降低剩余油飽和度的可信度。此時(shí),不能用統(tǒng)一值代表所有井點(diǎn)和所有層位的m、n和Swi、Sor值。實(shí)際使用中可以將式(7)作等效變形

(12)

式中,A=1-Sor;B=Swi;C=mlg (1-Swi-Sor)-nlg (1-Swi)+lg (αμo/βμw),其中m、n、C為待定系數(shù)。

對(duì)研究區(qū)塊要確定上述待定系數(shù),可以均勻地選擇若干口井,同一口井中既進(jìn)行剩余油又進(jìn)行產(chǎn)出剖面測(cè)井,讀取這些井的每個(gè)產(chǎn)層的含水率和含水飽和度值,并通過(guò)裸眼完井測(cè)井資料求得Swi和Sor值代入式(12),進(jìn)行多元回歸,得到研究區(qū)塊不同儲(chǔ)層含水率與含水飽和度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。如輪南油田某區(qū)塊TⅡ?qū)踊貧w結(jié)果為

1.578 lg (Sw-B)-0.091

(13)

即式(12)中待定系數(shù)m=1.711,n=1.578和C=-0.091。

如果要及時(shí)了解某井某產(chǎn)層的含油飽和度,可以通過(guò)產(chǎn)液剖面測(cè)井確定該產(chǎn)層的產(chǎn)水率的高低,通過(guò)上述經(jīng)驗(yàn)公式得到該層的含水飽和度值,用So=1-Sw得到目前儲(chǔ)層的剩余油飽和度。通過(guò)上述轉(zhuǎn)換就可以避開(kāi)研究區(qū)塊因沒(méi)有取心井、缺少相對(duì)滲透率曲線而無(wú)法用產(chǎn)出剖面資料求儲(chǔ)層含油飽和度的矛盾。

4 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

(1) 利用產(chǎn)出剖面資料求取產(chǎn)層含水率,利用巖心分析數(shù)據(jù)和測(cè)井資料求取儲(chǔ)層含油飽和度,兩者均是油水相對(duì)滲透率的函數(shù),可以建立產(chǎn)水率和含油飽和度的關(guān)系。

(2) 利用產(chǎn)出剖面測(cè)井和剩余油飽和度測(cè)井資料多元回歸模型,拓展了該方法的適用范圍,解決了研究區(qū)塊取心資料少,無(wú)法確定模型系數(shù)而難以使用產(chǎn)出剖面資料求剩余油飽和度的問(wèn)題。

(3) 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)在油田每年的測(cè)試工作量需求較大,該方法能夠?qū)Ξa(chǎn)層的剩余油飽和度進(jìn)行跟蹤評(píng)價(jià),將產(chǎn)出剖面結(jié)論引申到油田區(qū)塊剩余油評(píng)價(jià)研究,并由此確定區(qū)域內(nèi)的剩余油飽和度的分布情況,為區(qū)域開(kāi)發(fā)調(diào)整及后期采油方案的制定提供了可靠依據(jù)。

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