冀中束鹿西斜坡潛山油水界面判識技術(shù)

張明揚 姜維寨 孟慶峰 戴廣闊 孫紅華 陳玉蓉 顏懷羽 陳京原 郭素杰

(中國石油渤海鉆探工程有限公司第二錄井分公司)

0 引 言

近兩年，華北油田在冀中坳陷北部楊稅務(wù)潛山、南部束鹿西斜坡潛山油氣勘探中先后取得重大發(fā)現(xiàn)，為油氣產(chǎn)能、規(guī)模儲量的穩(wěn)步提升發(fā)揮了重要的作用，展現(xiàn)出良好的油氣勘探前景，使?jié)撋接蜌饪碧皆俅纬蔀榻窈笥蜌饪碧介_發(fā)的重點。研究表明，潛山受構(gòu)造形態(tài)、儲集層發(fā)育程度，以及高溫、高壓、凝析油氣顯示，低壓、低地層水礦化度、重稠油顯示的影響，給潛山油水界面準(zhǔn)確判識增加了難度，因此制約著新鉆井完鉆層位的確定以及試油段的優(yōu)選。為了進(jìn)一步完善潛山油水界面有效判識技術(shù)，為潛山及潛山內(nèi)幕油氣勘探提供技術(shù)支撐，筆者利用錄井技術(shù)與資料，開展了本文的研究。

1 地質(zhì)特征和地層水化學(xué)特征

1.1 區(qū)域油藏地質(zhì)特征

束鹿西斜坡帶位于冀中坳陷南部，是夾于寧晉凸起和束鹿凹陷中央洼槽帶之間的北北東走向的典型的東斷西超箕狀凹陷斜坡帶，面積約346 km2，東部為束鹿凹陷洼槽帶，西部為寧晉凸起，南部是小劉村凸起，北以衡水?dāng)嗔雅c深縣凹陷相接，西斜坡帶自南向北依次為雷家莊構(gòu)造、西曹固構(gòu)造、臺家莊構(gòu)造和南小陳構(gòu)造[1]。

斜坡潛山帶以殘丘潛山為主，其類型多樣，風(fēng)化剝蝕時間長，儲集層物性發(fā)育，受構(gòu)造運動及沉積影響，潛山上伏新生界地層礫巖發(fā)育，成分復(fù)雜。該地區(qū)殘丘潛山一般埋藏較淺，保存條件欠佳，造成油質(zhì)相對較差，原油相對密度一般在0.89～0.95之間，粘度較大，自然流動性較差；在斜坡帶潛山較深地區(qū)，原油性質(zhì)屬中質(zhì)-中質(zhì)偏重類型。上述復(fù)雜地質(zhì)因素導(dǎo)致束鹿西斜坡潛山油藏具有低氣油比、高甲烷、油質(zhì)重的特點，給地質(zhì)層位判定、潛山油水界面確定增加了難度。

1.2 地層水化學(xué)特征

本文收集了束鹿西斜坡潛山9口出水井的地層水測試水樣。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)(表1)來看，潛山地層水pH值一般為6.5，浮動較小，表明該地區(qū)地層水處于良好弱酸環(huán)境中。地層水陽離子主要有K+、Na+、Ca2+、Mg+，陰離子主要有Cl-、SO42-、HCO3-，不同井地層水離子含量和礦化度有所差別。

根據(jù)滴定結(jié)果，研究區(qū)水型主要是過渡型構(gòu)造中形成的反映海水或大陸水成因的NaHCO3型，總礦化度介于1 473.3～3 279.4 mg/L之間，屬于低礦化度地層水。

表1 束鹿西斜坡潛山地層水化學(xué)特征統(tǒng)計

地層水的離子組成是反映其特征的重要指標(biāo)[2]。根據(jù)離子組成變化特征，可分析地層水的來源和成巖演化情況，特別是Na+、Cl-對蒸發(fā)濃縮作用反應(yīng)敏感，在各類油田水中屬于富集離子[3]。束鹿西斜坡地層水主要離子及其含量符合我國陸相油田水類型的排列順序，即陽離子Na+>Ca2+>Mg2+，陰離子Cl->HCO3->SO42-，均以Na+、Cl-含量占優(yōu)勢。

Na+和Cl-含量隨深度增加而增大，而Ca+、Mg2+的溶解與沉淀易受地層水化學(xué)性質(zhì)影響，導(dǎo)致其含量隨深度增加而減小；對于SO42-而言，埋藏越深、封閉條件越好，硫酸鹽還原細(xì)菌及熱還原作用使SO42-的含量越小，因而地層水中SO42-含量普遍很低[4]。

通過對束鹿西斜坡潛山油藏和地層水化學(xué)特征分析，該區(qū)油藏具有低氣油比、高甲烷、油質(zhì)重等特點，地層水為低礦化度NaHCO3型，這一特點給潛山油水界面判定增加了難度，運用常規(guī)錄井技術(shù)不能明顯地判識油水界面，因此需要探索新方法和新技術(shù)來解決這一生產(chǎn)難題，為潛山井的完鉆層位以及后期試油選層提供依據(jù)。

2 “含水指數(shù)”判識油水界面

目前，常規(guī)判識油水界面的方法主要有實時電導(dǎo)率判斷油水界面、后效電導(dǎo)率判斷油水界面、CO2判斷油水界面、油性指數(shù)判斷油水界面、氯離子以及氣測顯示和組分判斷油水界面的方法，其中電導(dǎo)率、CO2含量、油性指數(shù)、Cl-含量以及C1相對含量均為水敏感參數(shù)，其在縱向上增大，均可指示地層含水；而氣測全烴為含油敏感參數(shù)，其在縱向上增大表明地層含油的可能性增大。

但由于束鹿西斜坡潛山油藏具有低礦化度地層水、低氣油比、高甲烷、油質(zhì)重的特點，利用以上參數(shù)的變化來判斷潛山油水界面已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)場要求。因此筆者通過數(shù)學(xué)方法，綜合充分利用錄井參數(shù)，對水敏感的參數(shù)進(jìn)行放大組合，與對油氣顯示敏感的參數(shù)進(jìn)行相比，創(chuàng)新引入“含水指數(shù)”，來判斷潛山油水界面。

含水指數(shù)公式如下：

式中：Ks為含水指數(shù)；Kz為可鉆性指數(shù)，由賓漢公式繁衍而來，其值大小反映儲集層好壞，實現(xiàn)儲集層評價的定量化；Tg為隨鉆過程中地層中的全烴值含量；D為電導(dǎo)率歸一化值，電導(dǎo)率減去電導(dǎo)率基值，得出的結(jié)果再與電導(dǎo)率相比，然后乘以100；Z為二氧化碳?xì)w一化值，其計算方法與電導(dǎo)率歸一化值的計算方法相同；L為鉆井液中氯離子歸一化值；S為油性指數(shù)；Y為含油級別，根據(jù)巖屑的顯示級別賦予不同值，無顯示值為0.5，熒光的顯示值為2，油跡的顯示值為4，油斑的顯示值為8。

該含水指數(shù)公式的物理意義如下：儲集層發(fā)育的地層必定有流體的存在，流體性質(zhì)取決于巖屑含油顯示、氣測值高低、氣測組分以及曲線形態(tài)。如果巖屑含油顯示級別較高，且氣測全烴值高，氣測能量能夠充分填滿對應(yīng)的儲集層，此流體以油氣為主；但如果相反，流體中可能會含水，當(dāng)流體經(jīng)過鉆頭破碎后進(jìn)入鉆井液，勢必會影響錄井參數(shù)的變化，如CO2、電導(dǎo)率突然升高，氯離子抬升，因此將含油敏感參數(shù)作為分母，把含水敏感參數(shù)作為分子，這兩項相比再乘以表示地層儲集層物性的可鉆性指數(shù)即得出含水指數(shù)，含水指數(shù)越大，表明地層含水的可能性越大。

通過計算束鹿西斜坡潛山出水井的含水指數(shù)可以發(fā)現(xiàn)(表2)，在潛山界面以上，出水井的含水指數(shù)(Ks)小于1 000，而在油水界面以下，含水指數(shù)(Ks)大于1 000。通過總結(jié)區(qū)域規(guī)律特征可知，當(dāng)含水指數(shù)(Ks)大于1 000時，表明已經(jīng)鉆穿油水界面。

表2 束鹿西斜坡潛山出水井含水指數(shù)統(tǒng)計

3 離子色譜技術(shù)判識油水界面

離子色譜技術(shù)作為一項高效液相色譜分析技術(shù)，可實現(xiàn)鉆井液中Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等無機離子質(zhì)量濃度的批量檢測[5]。利用該技術(shù)可快速、準(zhǔn)確地對地層水離子變化進(jìn)行判斷。結(jié)合蘇林地層水分類法[6]，依據(jù)Na+/Cl-、(Na+-Cl-)/ SO42-、(Cl--Na+)/ Mg2+這三個特征系數(shù)，可有效判斷地層是否含水及地層水類型。束鹿西斜坡潛山出水井較多，對其中的9口井進(jìn)行水樣收集，利用離子色譜分析儀進(jìn)行檢測，檢測出的離子含量按照蘇林提出的特征系數(shù)計算，進(jìn)一步證實了束鹿西斜坡潛山出水井的水型為NaHCO3型(表3)。

表3 束鹿西斜坡潛山離子色譜檢測地層水離子含量

在鉆井過程中，原始地層中的地層水進(jìn)入鉆井液體系，勢必會引起鉆井液中無機離子類型和質(zhì)量濃度的變化[7]，由離子色譜分析化驗得出的結(jié)果可以看出，束鹿西斜坡潛山地層水的Na+、HCO3-、Cl-含量最高，因此當(dāng)檢測到鉆井液中以上離子含量明顯升高，相應(yīng)的鉆井液總礦化度也升高時，可判斷地層含水。筆者根據(jù)束鹿西斜坡地層水的水型以及敏感離子優(yōu)選了Na+和總礦化度(Kh)兩參數(shù)，計算其在鉆井液背景值下的增長率，根據(jù)產(chǎn)出流體性質(zhì)不同的井計算束鹿西斜坡十幾口出油和出水井的Na+、總礦化度(Kh)的增長率，建立了本地區(qū)不同的含水級別標(biāo)準(zhǔn)(表4)。

表4 離子色譜地層水判別標(biāo)準(zhǔn)

由表4可知，束鹿西斜坡油區(qū)Na+增長率≤10%，Kh增長率≤20%；水區(qū)(少)Na+增長率10%～25%，Kh增長率20%～60%；水區(qū)(多)Na+增長率≥25%，Kh增長率≥60%。根據(jù)以上評價判別標(biāo)準(zhǔn)，以 Na+增長率、Kh增長率分別作為橫、縱坐標(biāo)進(jìn)行交會分析，構(gòu)建離子色譜地層水解釋評價圖板(圖1)。

從該圖板可以直接看出，油區(qū)、水區(qū)分布區(qū)間明顯，且當(dāng)數(shù)據(jù)點位于水區(qū)(少)時表明已經(jīng)鉆穿油水界面，同時根據(jù)潛山儲集層的發(fā)育程度，又將水區(qū)按出水量多少劃分為水區(qū)(多)、水區(qū)(少)。

圖1 離子色譜地層水解釋評價圖板

4 應(yīng)用效果

在束鹿西斜坡地區(qū)利用含水指數(shù)和離子色譜分析技術(shù)判識潛山油水界面，總共應(yīng)用13口井，其中包括反驗證井9口，現(xiàn)場應(yīng)用井4口，最終油水界面準(zhǔn)確識別率100%，有效解決了油水界面識別的難題，為完鉆層位的確定和試油段優(yōu)選提供了科學(xué)的依據(jù)。

4.1 JG 33X井

JG 33X井位于束鹿西斜坡北段JG 9井西，是一口鉆探JG 9井西潛山圈閉含油氣性的預(yù)探井。該井屬于對含水指數(shù)和離子色譜分析技術(shù)進(jìn)行反驗證的一口井，在鉆進(jìn)至井深2 780 m處時(圖2)，電導(dǎo)率明顯抬升，依據(jù)常規(guī)方法判斷，表明已經(jīng)鉆穿油水界面，建議就此完鉆并在井深2 775 m處注灰塞。根據(jù)上述含水指數(shù)判識束鹿西斜坡地層水的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)含水指數(shù)(Ks)大于1 000時，可判斷地層出水。通過計算本井的含水指數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，在井深2 785 m以上含水指數(shù)小于100，在這之下含水指數(shù)迅速升高并超過1 000，判斷井深2 785 m處為該井的油水界面；運用離子色譜分析儀對2 785 m上下的鉆井液進(jìn)行離子檢測，并計算Na+、總礦化度(Kh)的增長率，將所得數(shù)據(jù)在建立的離子色譜地層水解釋評價圖板上進(jìn)行投點(圖1)，可以看出，在出油的井段，其Na+、總礦化度(Kh)的增長率交會的數(shù)據(jù)點均落在解釋評價圖板的油區(qū)；而在含水指數(shù)增大的井段，其鉆井液中Na+、礦化度(Kh)的增長率交會的數(shù)據(jù)點均落在解釋評價圖板的水區(qū)(少)。隨后在灰塞以上井段2 750.18～2 775 m射孔并進(jìn)行射流泵熱采，獲得了產(chǎn)油14.82 t/d的高產(chǎn)油流，通過試油證實了含水指數(shù)和離子色譜分析技術(shù)判斷油水界面的可靠性。

圖2 JG 33X井綜合錄井圖

4.2 JG 30X井

JG 30X井是部署在冀中坳陷束鹿凹陷北部斜坡外帶J 75井南圈閉上的一口預(yù)探井，鉆探目的是預(yù)探北部西斜坡區(qū)J 75井南圈閉館陶組、霧迷山組儲集層含油氣情況，同時落實儲集層、含油氣面積、儲量。該井在1 467 m進(jìn)入潛山以后(圖3)，計算其含水指數(shù)(Ks)，可以發(fā)現(xiàn)含水指數(shù)(Ks)迅速升高，且均值大于1 000，符合束鹿西斜坡潛山含水指數(shù)判識油水界面標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)含水指數(shù)(Ks)大于1 000時，地層出水。對其鉆井液進(jìn)行取樣，然后在實驗室中應(yīng)用離子色譜分析儀檢測其離子含量，并計算其在當(dāng)前鉆井液背景值下的Na+、總礦化度(Kh)增長率，通過對數(shù)據(jù)點進(jìn)行交會(圖1)，可以發(fā)現(xiàn)落在束鹿西斜坡潛山離子色譜解釋評價圖板的水區(qū)(多)。通過含水指數(shù)和離子色譜技術(shù)判斷，該井的油水界面即為潛山界面，井深1 467 m，建議就此完鉆，并對潛山以下注灰封堵。隨后在井段1 467.72～1 488.35 m進(jìn)行裸眼測試，螺桿泵抽汲，產(chǎn)水22.44 m3/d，Cl-1 064 mg/L，水型為NaHCO3型。

圖3 JG 30X井綜合錄井圖

5 結(jié)論與認(rèn)識

(1)束鹿西斜坡潛山有低氣油比、高甲烷、油質(zhì)重油藏的特點，且地層水礦化度低，因此利用常規(guī)方法判識油水界面難度大。

(2)通過將錄井中對水敏感的參數(shù)進(jìn)行放大，然后與對油氣顯示敏感的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)勢組合，綜合充分利用錄井參數(shù)，創(chuàng)新引入“含水指數(shù)”，在束鹿西斜坡潛山應(yīng)用效果良好。

(3)運用離子色譜分析技術(shù)找出了束鹿西斜坡潛山地層水的敏感離子，通過計算其在鉆井液背景值下Na+與總礦化度(Kh)的增長率，建立了該區(qū)的離子色譜地層水解釋評價標(biāo)準(zhǔn)和圖板，應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)和圖板可更簡便、直觀地識別不同含水級別地層。

(4)綜合應(yīng)用“含水指數(shù)”和離子色譜分析技術(shù)兩種方法判識潛山油水界面更加準(zhǔn)確。