密閉取心飽和度正演分段插值校正方法*

付敏杰 李 偉 王亞會(huì) 陳維華 伍文明

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司 廣東深圳 518054)

準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)油田開(kāi)發(fā)各階段地下流體飽和度情況，對(duì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、動(dòng)態(tài)分析、剩余油分布研究及后續(xù)開(kāi)發(fā)方案調(diào)整等都具有重要意義[1-3]。目前各油田普遍采用密閉取心方法進(jìn)行未飽和油藏油、水飽和度分析[4],但受地層、井筒和地面環(huán)節(jié)等因素影響，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的油、水飽和度之和多小于100%，相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)法直接應(yīng)用，因此有必要開(kāi)展密閉取心飽和度校正方法研究。綜合分析密閉取心作業(yè)及地面分析化驗(yàn)流程方法[5-10]，認(rèn)為井筒環(huán)節(jié)溫度、壓力的變化是造成未飽和油藏密閉取心飽和度誤差的主要原因，且誤差不可避免，必須進(jìn)行校正；地面環(huán)節(jié)影響次之，應(yīng)以規(guī)范巖心出筒、丈量、運(yùn)輸、切割、制作及實(shí)驗(yàn)操作步驟和加強(qiáng)質(zhì)量控制為主；地層環(huán)節(jié)影響最弱，當(dāng)巖心密閉率檢測(cè)合格時(shí)，剔除侵入段，剩余巖心飽和度校正可忽略鉆井液侵入的影響。

目前針對(duì)未飽和油藏密閉取心井筒環(huán)節(jié)飽和度損失的校正方法從原理上可分為數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、物理實(shí)驗(yàn)法和分流率校正法[7-12]，其中利用相滲曲線進(jìn)行油、水分流率校正的方法理論依據(jù)充分、成本低，應(yīng)用前景更大。但由于該方法數(shù)據(jù)處理過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，現(xiàn)有文獻(xiàn)在損失量計(jì)算、相滲點(diǎn)選取等細(xì)節(jié)處理上各有不同；校正過(guò)程多未考慮物性品質(zhì)對(duì)相滲的影響，校正量多采用單因素校正后簡(jiǎn)單加和；尤其是在油水損失量較大時(shí)，未考慮分段插值，影響了校正結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，在前人研究基礎(chǔ)上，本文充分考慮儲(chǔ)層物性品質(zhì)與物質(zhì)守恒規(guī)律，結(jié)合相滲分流理論與插值法原理，提出了一種密閉取心正演分段插值飽和度校正方法。

1 正演分段插值飽和度校正方法

1.1 校正思路

巖心在井筒中上提時(shí)，環(huán)境壓力和溫度不斷下降，巖心孔隙體積、流體體積隨溫壓系統(tǒng)的變化而不斷變化。特別是當(dāng)環(huán)境壓力低于泡點(diǎn)壓力后，溶解氣脫出，孔隙流體在溶解氣驅(qū)作用下不斷外溢，整個(gè)過(guò)程逐步緩慢進(jìn)行，孔隙流體流動(dòng)始終符合滲流規(guī)律，可采用相滲分流理論對(duì)飽和度損失量進(jìn)行校正。

針對(duì)飽和度校正過(guò)程，筆者認(rèn)為必須從以下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化、完善：

1) 根據(jù)巖心物性品質(zhì)進(jìn)行精細(xì)相滲分類，實(shí)現(xiàn)對(duì)好、中、差儲(chǔ)層的全覆蓋。

2) 遵循物質(zhì)守恒定律，地下油水損失總體積等于地面剩余油、水體積折算到地下后不能充滿地下孔隙體積的部分。

3) 流體飽和度損失是各因素綜合作用的結(jié)果，各因素同時(shí)發(fā)生；以體積概念代替飽和度進(jìn)行過(guò)程計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)各影響因素的協(xié)同考慮，避免單因素分別計(jì)算飽和度損失量后簡(jiǎn)單加和。

4) 整個(gè)排液過(guò)程符合相滲分流規(guī)律。當(dāng)?shù)貙佑兔摎夂?，氣相損失量最大，但油、水兩相分流比例仍成立。

5) 由于損失后的含水飽和度(折算到地下)偏小，因此必須以損失前的飽和度數(shù)據(jù)進(jìn)行分流率的迭代正演計(jì)算。

6) 當(dāng)流體損失量較大時(shí)，必須進(jìn)行分段插值計(jì)算。隨著流體不斷損失，油相滲透率沿Kro曲線右移，水相滲透率沿Krw曲線左移，原理示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 正演分段插值飽和度校正法原理示意圖

1.2 校正步驟

基于以上思路，通過(guò)VBA編程實(shí)現(xiàn)密閉取心飽和度校正。具體步驟如下：

1) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集整理，如PVT、覆壓孔滲、相滲、飽和度測(cè)定等。

2) 精細(xì)相滲分類數(shù)據(jù)處理，回歸分析巖心覆壓孔隙度與地面孔隙度關(guān)系。

3) 計(jì)算地下油、水損失總體積ΔVow=Vpr-VwsBw-VosBo，即地面剩余油、水體積折算到地下后不能充滿地下孔隙體積的部分。

4) 結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)定飽和度，給定地下初始含水飽和度Swr邊界條件，賦初始值Swr0，計(jì)算地下初始油、水體積，即Vwr0=VprSwr0，Vor0=Vpr(1-Swr0)；將Swr0代入對(duì)應(yīng)巖石分類的相滲曲線，計(jì)算Krw0、Kro0，并進(jìn)一步計(jì)算fw0、fo0。

5) 根據(jù)地下油、水損失總體積占地下孔隙體積倍數(shù)(ΔVow/Vpr)，給定合理的插值步長(zhǎng)dV= ΔVow/n。

6) 計(jì)算一次損失后的油、水體積，即Vwr0[1]=Vwr0-dVfw0，Vor0[1]=Vor0-dVfo0，并計(jì)算一次損失后的油、水飽和度，即Swr0[1]=(Vwr0[1])/Vpr，Sor0[1]=(Vor0[1])/Vpr。

7) 將Swr0[1]與(1-Sor0[1])再次分別代入相滲曲線，計(jì)算Krw0[1]、Kro0[1]，并計(jì)算fw0[1]、fo0[1]。

8) 重復(fù)步驟6)和7)，直到n步。

9) 判斷經(jīng)過(guò)n次正演插值計(jì)算后的Vwr0[n]、Vor0[n]與實(shí)驗(yàn)室得到的水、油體積(換算到地下)是否相等。

10) 若步驟9)成立，則運(yùn)算結(jié)束；否則，重復(fù)步驟4)～9)依次迭代計(jì)算Swr1，Swr2,…,Swri，直至步驟9)成立，此時(shí)Swri即為校正后的地下含水飽和度，地下含油飽和度為(1-Swri)。

2 實(shí)例應(yīng)用

南海東部X油田早期全部采用大位移定向井合采，動(dòng)用油藏20個(gè)。由于缺乏生產(chǎn)測(cè)試資料，層間貢獻(xiàn)難以判斷，地下油水關(guān)系復(fù)雜，剩余油挖潛難度大。為進(jìn)一步了解油藏現(xiàn)狀，保障綜合調(diào)整方案的順利實(shí)施，在B井進(jìn)行了密閉取心作業(yè)。

2.1 資料分析

圖2 南海東部X油田校正前地面水、油飽和度分布關(guān)系

圖3 南海東部X油田地面損失飽和度與儲(chǔ)層滲透率關(guān)系

在H3G、H6A、H6B、H11和H13潛力目標(biāo)油藏作業(yè)共取得密閉心9筒，巖心密閉率較高，現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)總密閉率分別為95.5%、89.4%。實(shí)驗(yàn)室飽和度分析測(cè)定的地面油、水飽和度之和介于61.7%～99.8%，如圖2所示。繪制密閉取心地面油、水飽和度損失總量與巖心滲透率關(guān)系(圖3)，結(jié)果表明：當(dāng)巖心滲透率小于10 mD時(shí)，油水飽和度損失較少，平均低于5%；隨著滲透率增大，損失量呈逐漸上升趨勢(shì)，有必要開(kāi)展飽和度校正。

2.2 飽和度校正

對(duì)X油田相滲數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)分類處理，共劃分15類，相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。利用本文方法開(kāi)展密閉取心正演分段插值飽和度校正，校正后油、水飽和度之和恒等于100%。

表1 南海東部X油田精細(xì)相滲分類數(shù)據(jù)匯總表

注：K為實(shí)驗(yàn)巖心滲透率，D；φ為實(shí)驗(yàn)巖心孔隙度；Swc為束縛水飽和度，%；Sor為殘余油飽和度，%；Krwmax為殘余油飽和度下的水相相對(duì)滲透率；m為水相指數(shù)；n為油相指數(shù)。

圖4 南海東部X油田密閉取心校正飽和度與Elan解釋對(duì)比圖

以H13和H6B兩個(gè)典型油藏為例，將飽和度校正結(jié)果與Elan解釋成果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖4所示。H13油藏為儲(chǔ)層物性較好的純凈砂巖油藏，密閉取心飽和度校正結(jié)果與Elan解釋成果高度吻合，相互印證；但密閉取心具有更高的解釋精度，可精細(xì)刻畫(huà)出夾層下部“屋檐油”的存在。H6B油藏儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，密閉取心校正飽和度與Elan解釋成果存在較大差異；Elan解釋認(rèn)為上部砂體純凈、物性好的層段含油，下部泥質(zhì)含量高、物性差的層段基本不含油；但密閉取心校正結(jié)果顯示，上部?jī)?chǔ)層由于物性較好，早期合采動(dòng)用程度高，校正后含油飽和度約為30%；而下部?jī)?chǔ)層由于物性差，早期動(dòng)用程度低，校正后含油飽和度在45%～65%，仍具有一定的后期挖潛潛力。利用3 123.7～3 127.7 m處的巖心白光、熒光照片對(duì)H6B油藏分析結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步校驗(yàn)，如圖5所示，發(fā)現(xiàn)H6B油藏下部為粉砂巖夾泥質(zhì)條帶，砂巖段具有較好的熒光顯示，且現(xiàn)場(chǎng)巖心出筒時(shí)發(fā)現(xiàn)原油明顯外溢；綜合分析認(rèn)為，密閉取心飽和度校正結(jié)果更為準(zhǔn)確，巖性變化影響使得Elan解釋結(jié)果偏悲觀。

圖5 南海東部X油田H6B油藏白光、熒光照片

同理，對(duì)其他各油藏油、水飽和度校正量和校正比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表2)，并結(jié)合儲(chǔ)層物性對(duì)剩余油挖潛潛力進(jìn)行梳理，取得以下主要認(rèn)識(shí)：①H3G、H13油藏上部流體飽和度校正以含油飽和度為主，剩余油飽和度較高；同時(shí)由于物性較好，為綜合調(diào)整方案挖潛的主力油藏。②H6B油藏下部物性相對(duì)較差，早期動(dòng)用程度低，具有一定的后期挖潛潛力。③H11、H13油藏下部已高度水淹，校正得到殘余油飽和度分別為15%、21%，后期挖潛潛力小。

表2 南海東部X油田各油藏油、水飽和度校正量及校正比例

3 結(jié)論

1) 充分考慮儲(chǔ)層物性品質(zhì)與物質(zhì)守恒規(guī)律，結(jié)合相滲分流理論與插值法原理，提出了密閉取心正演分段插值飽和度校正方法；以體積概念開(kāi)展校正計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了不同影響因素的協(xié)同考慮；采用正演分段插值方法，對(duì)油水損失較多的巖心具有更高的解釋準(zhǔn)確度。

2) 本文新方法已在南海東部X油田成功應(yīng)用，將密閉取心飽和度校正結(jié)果與Elan解釋以及巖心熒光、白光照片進(jìn)行對(duì)比分析，證實(shí)本文方法對(duì)于不同物性品質(zhì)油藏都具有很好的校正準(zhǔn)確度和解釋精度。

符號(hào)注釋

ΔVow—地下油、水損失總體積，mL;

Vpr—巖心地下孔隙體積，mL;

Vws—實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的水相體積，mL;

Bw—地層水體積系數(shù)；

Vos—實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的油相體積，mL;

Bo—地層原油體積系數(shù)；

Vor—地下油相體積,mL;

Vwr—地下水相體積，mL;

Swr—地下含水飽和度，f;

Sor—地下含油飽和度，f。

[1] 馬勇新,李文紅,朱紹鵬.密閉取心飽和度校正新模型[J].中國(guó)海上油氣,2016,28(2):78-82.DOI：10.11935/j.issn.1673-1506.2016.02.009.

MA Yongxin,LI Wenhong,ZHU Shaopeng.A new saturation correction model for the samples from sealed coring wells[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(2):78-82.DOI：10.11935/j.issn.1673-1506.2016.02.009.

[2] 王延忠.水驅(qū)砂巖油藏特高含水期剩余油精細(xì)表征技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2011：89-90.

[3] 高興軍,宋新民,李淑貞,等.高含水油田密閉取心檢查井水淹狀況及主控因素研究:以扶余油田泉四段油層為例[J].地學(xué)前緣,2012,19(2):162-170.

GAO Xingjun,SONG Xinmin,LI Shuzhen,et al.Waterflooded situation and its key controlling factors in sealed coring of inspection wells at high water-cut stage:a case study of Quan-4 Formation of Fuyu Oilfield[J].Earth Science Frontiers,2012,19(2):162-170.

[4] 辛治國(guó),侯加根,馮偉光.密閉取心飽和度校正數(shù)學(xué)模型[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版),2012,42(3):698-704.

XIN Zhiguo,HOU Jiagen,FENG Weiguang.Correction model of oil and water saturation in sealing core[J].Journal of Jilin University(Earth Science Edition),2012,42(3):698-704.

[5] 胡渤,史軍,程建.密閉取心分析含水飽和度的泥漿濾液浸入校正法[J].西部探礦工程,2005,17(10):43-44.

HU Bo,SHI Jun,CHENG Jian.Corrected method of immersion of mud infiltrate for analyzing water saturation in sealed coring[J].West-China Exploration Engineering,2005,17(10):43-44.

[6] 國(guó)家能源局.SY/T 5343—2013濾液侵入巖心量的測(cè)定方法[S].北京:石油工業(yè)出版社,2013.

National Energy Administration.SY/T 5343—2013 Detremination method for testing the amount of filtrate invading core[S].Beijing:Petroleum Industry Press,2013.

[7] 鄒拓,張會(huì)卿.港西油田疏松砂巖密閉取心井室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究[J].延安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,34(1):51-55.

ZOU Tuo,ZHANG Huiqing.Experimental study on sealed coring well of loose sandstone reservoir in Gangxi oilfield[J].Journal of Yan’an University(Natural Science Edition),2015,34(1):51-55.

[8] 趙富貞,陳淦.巖心分析飽和度資料的一種校正方法[J].新疆石油地質(zhì)，1996,17(1):68-74.

ZHAO Fuzhen,CHEN Gan.A correction method of saturation data from core analysis[J].Xinjiang Petroleum Geology,1996,17(1):68-74.

[9] 馬名臣,李建樹(shù).密閉取心井巖心油、水飽和度校正方法[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),1993,20(4):102-105.

MA Mingchen,LI Jianshu.A correction of oil and water saturation obtained from sealed core analysis[J].Petroleum Exploration and Development,1993,20(4):102-105.

[10] 譚峰奇,楊長(zhǎng)春,李洪奇,等.密閉取心井油水飽和度校正方法[J].地球科學(xué)——中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,38(3):592-598.

TAN Fengqi,YANG Changchun,LI Hongqi,et al.Study on oil-water saturation correction from sealed core wells[J].Earth Science—Journal of China University of Geosciences,2013,38(3):592-598.

[11] 楊勝來(lái),胡學(xué)軍,李輝.密閉取心流體飽和度誤差的影響因素及修正方法[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,28(6):64-67.

YANG Shenglai,HU Xuejun,LI Hui.Influencing factors and correction method for error of fluid saturation calculation during sealed coring[J].Journal of the University of Petroleum,China,2004,28(6):64-67.

[12] 顧保翔,劉維永.綏中36-1油田水淹層密閉取心飽和度校正[J].中國(guó)海上油氣,2008,20(1):38-40.

GU Baoxiang,LIU Weiyong.Saturation correction of sealed coring for water-flooded zones in SZ36-1 oilfield[J].China Offshore Oil and Gas,2008,20(1):38-40.