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基于并联导电模型的水淹层剩余油饱和度评价方法_王丽

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基于 并联 导电 模型 水淹 剩余 饱和度 评价 方法 王丽
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2016年4月第35卷第2期大庆石油地质与开发PetroleumGeologyandOilfieldDevelopmentinDaqingApr.,2016Vol.35No.2收稿日期:2015-06-25改回日期:2016-03-03基金项目:中国海洋石油有限公司综合科技项目(YXKY-2014-ZJ-01)。作者简介:王丽,女,1979年生,工程师,从事岩石物理测井解释与评价研究。E-mail:wangli8@cnooc.com.cnDOI:10.3969/J.ISSN.1000-3754.2016.02.025基于并联导电模型的水淹层剩余油饱和度评价方法王丽1谭伟1何胜林1吴进波1王晓光2(1.中海石油有限公司湛江分公司,广东湛江524057;2.新疆油田公司勘探开发研究院,新疆克拉玛依834000)摘要:储层水淹以后注入水与原生地层水发生混合,导致地层混合液矿化度出现较大变化,如何获得合理的地层混合液电阻率来计算剩余油饱和度成为高含水油田普遍面临的难点问题。通过基于水淹储层并联导电的理论模型,利用迭代计算方法,优选印度尼西亚公式探讨解决水淹储层剩余油饱和度计算难题。首先依据储层导电机理,将地层等效为符合实际地质特征的体积模型,分析储层水淹前后孔隙内注入水和原生水体积的变化规律;然后根据欧姆定律建立水淹层并联导电模型,进而推导出混合液电阻率与剩余油饱和度、原生水电阻率及注入水电阻率的计算关系;最后结合印度尼西亚公式,利用迭代算法获得合理的混合液电阻率值,为高含水储层剩余油饱和度的准确计算提供基础支撑。此方法在涠洲W油田实际应用,计算的剩余油饱和度平均绝对误差小于5%,与以前模型相比其计算精度大幅提高,为高含水开发期油田的剩余油分布特征研究提供了地质依据。关键词:并联导电;剩余油饱和度;水淹层;混合液电阻率;迭代求解中图分类号:P631文献标识码:A文章编号:1000-3754(2016)02-0134-06EVALUATINGMETHODOFTHEREMAINEDOILSATURATIONFORTHEWATERED-OUTRESERVOIRBASEDONPARALLELCONDUCTIONMODELWANGLi1,TANWei1,HEShenglin1,WUJinbo1,WANGXiaoguang2(1.ZhanjiangBranchofCNOOCLtd.,Zhanjiang524057,China;2.ResearchInstituteofExplorationandDevelopmentofXinjiangOilfieldCompany,Kalamay834000,China)Abstract:Forthereservoir,afterwateredout,themixturebetweentheinjectedandprimarywatersresultsinthebiggerchangeinthesalinityoftheformationmixedliquid.Sohowtoobtainthereasonablemixtureresistivitytocalculatetheremainedoilsaturationisthedifficultproblemforthehigh-watercutoilfield.Basedonthetheoreticalmodelofparallelconductionforthewatered-outreservoirs,withthehelpofiterativecalculatingmethod,IndonesiaFormulaisoptimizedtosolvetheproblemofcalculatingthesaturationoftheremainedoil.Firstly,accordingtothereservoirconductingmechanism,theformationscanbeequivalenttothevolumemodelwhichmeetstherealgeolog-icalfeatures,andthenthevolumechangedlawsareanalyzedfortheinjectedandprimarywatersinthepores.Sec-ondly,accordingtoOhm'sLaw,theparallelconductionmodelisestablishedforthewatered-outlayers,andthenthecalculatingrelationshipsbetweentheresistivityofthemixtureandtheremainedoilsaturation,primarywaterre-sistivityandinjectedwaterresistivityarededuced.Finally,combiningwiththeIndonesiaFormulaanditerativeal-gorithm,thereasonablevalueofthemixedwaterresistivityisobtained,thusthebasisandsupportisprovidedfortheaccuratecalculationoftheremainedoilsaturationofthehigh-watercutreservoir.TheactualapplicationofthemethodinWeizhouWOilfieldshowsthattheaverageabsoluteerrorsofthecalculationresultsarelessthan5%,thecalculationprecisionisgreatlyimprovedthanthatofthepreviousmodel,sothegeologicalevidencesarepresentedforthestudiesontheremainedoildistributioncharacteristicsoftheoilfieldsatthehigh-watercutdevelopmentstage.Keywords:parallelconduction;remainedoilsaturation;watered-outreservoir;mixedliquidresistivity;iterativesolution储层水淹后,其孔隙内流体性质和微观孔隙结构都相应的发生了一系列变化。虽然水淹前的泥质含量和孔隙度等常规储层参数评价方法对水淹后的储层依旧适用,但对于水淹储层剩余油饱和度的计算,除了岩电参数需要在地层温压条件下重新模拟水驱油实验测量之外,最关键的地层水电阻率参数也不能再继续沿用水淹前的原生水电阻率值[1-3]。由于储层水淹后,外来注入水和原生地层水发生了混合,且不同水淹级别,两者混合程度不同,从而打破了原始地层水矿化度的分布规律,给水淹层混合液电阻率的确定带来较大困难。常规解决办法是利用自然电位曲线能够反映井筒钻井液和地层水矿化度差异的原理来计算混合液电阻率[4-9]。但针对海上油田,由于工程建设需要,油田开发调整井都以大斜度或水平井为主,电缆测井作业难度巨大,因此测井系列均以随钻测井为主,自然电位曲线资料不具备普遍性,导致无法利用自然电位曲线来计算混合液电阻率,增加了水淹层剩余油饱和度评价的难度。本文拟利用涠洲W油田注入水为海水,矿化度基本稳定,且高于地层原始水矿化度这一有利条件,通过分析储层水淹前后孔隙内流体体积的变化规律,建立适用于该地区的水淹层并联导电模型,结合印度尼西亚公式,利用迭代法求解剩余油饱和度,为后续水淹层评价提供准确的饱和度参数。1水淹层并联导电模型大量室内实验数据和生产试验资料均证实[10-14]:在储层水淹之前,纯油层的孔隙流体由束缚水和油气(包括可动油和残余油)两部分组成,此时储层导电的主要贡献来自束缚水和湿黏土(图1(a));而储层水淹之后,注入水驱替孔隙内部分原油,导致含水饱和度增加,同时由于注入水矿化度高于原始地层水矿化度而导致离子发生交换[15-16],其综合作用共同影响储层的导电性,改变电阻率的测量值(图1(b))。虽然水淹储层孔隙中的注入水与原生水矿化度存在明显差异,但由于储层孔隙结构复杂以及微细孔喉的发育,注入水与孔隙中的原生束缚水并不能充分均匀混合[17],因此,混合液的导电性可以等效为注入海水和原生水按照一定的体积比并联组成[18-21](图2)。依据储层水淹模式下的并联导电理论基础,借鉴经验公式建立水淹层并联导电模型1rt=1rw+1rwj+1rsh(1)式中rt、rw、rwj、rsh分别代表地层电阻、原始地层水电阻、注入海水电阻、泥质电阻,Ω。若定义混合液电阻rwz为原始地层水电阻rw和·531·第35卷第2期王丽等:基于并联导电模型的水淹层剩余油饱和度评价方法注入海水电阻rwj并联而成,则有1rwz=1rw+1rwj(2)定义储层水淹后混合水饱和度为Swz,小数;Swb为未被注入水混合的剩余原生束缚水饱和度,可建立水淹层混合液导电模型SwzRwz=SwbRw+Swz-SwbRwj(3)式中Rwz、Rw、Rwj分别代表混合液、原生水和注入水电阻率,Ω·m。2剩余油饱和度计算通过对探井的取样分析证实,涠洲W油田目的层W3段原始地层水矿化度约为14g/L,而注入水海水的矿化度稳定在33.5g/L左右。根据本地区的地温梯度,可以有效地计算地层条件下的原生水和注入海水电阻率。因此,储层水淹后,式(3)中包含Swz、Swb和Rz三个未知数。但由于水淹层导电模型(图2)中,未被注入水混合的剩余原生水饱和度的变化范围为0~Swi,其中,Swi为油层原始束缚水饱和度,即最大混合程度为束缚水被注入水完全混合,而最小混合程度为注入水与束缚水不混合;而混合水饱和度Swz的可变范围则为Swi~1,即最小水驱程度为未被水驱,最大水驱程度为水驱至纯水层。因此,该方程有两个边界条件。由于W油田储层中的泥质主要以层状泥质与·631·大庆石油地质与开发2016年分散泥质混合形式存在,根据地区经验[1],该区饱和度计算公式中的印度尼西亚公式计算结果与实际密闭取心分析的饱和度吻合效果较好,该区印度尼西亚公式的表现形式Sn/2w=1R槡t/V1-0.5VclclR槡sh+φmeaR槡()w(4)式中Sw———含水饱和度;Rt、Rsh———原状地层和泥岩电阻率,Ω·m;Vcl———储层泥质含量,小数;a、m、n———岩电参数中的岩性系数、胶结指数和饱和度指数。通过模拟W油田油藏温压条件下的岩电实验测得a=0.8609,m=1.7421,n=1.921[1];φe———有效孔隙度。虽然储层水淹前后泥质含量、孔隙结构发生一定的改变,但印度尼西亚公式依旧能够反映地层电阻率和含水饱和度的关系,因此,对于水淹层而言,式(4)中Sw和Rw相应的变为Swz和Rwz。即水淹层储层的印度尼西亚公式为Sn/2wz=1R槡t/V1-0.5VclclR槡sh+φmeaR槡()wz(5)由于式(5)中的原状地层电阻率、泥质含量、岩电参数以及孔隙度都可以测量得到,因此要计算水淹层的含水饱和度Swz,只需知道混合水电阻率Rwz即可。联立式(3)和式(5),得到水淹层混合水饱和度计算方程组,该方程组包含2个方程,3个未知数,另外还有2个边界条件。可利用迭代计算进行Rwz的求解,具体计算步骤如下:(1)假定Swb以1/10个百分数单位(可调整),即0.001为步长,从Swi到0逐一取值;(2)Swb每取一个定值时,令Swz以相同的步长从Swi到1逐一取值;(3)利用式(3)计算出一个Rwz值,再将此Rwz值代入式(5),计算出一个Swz值,将该Swz值与步骤(2)的假定Swz对比,如此循环,将控制误差最小的混合水饱和度Swz值作为方程组的最优解,也即是计算深度点最终混合水饱和度值。基于上述算法,利用VC编制了研究区水淹层剩余油饱和度计算程序,具体流程见图3。该程序在已有泥质含量、孔隙度、束缚水饱和度等储层参数计算结果前提下,只需给定准确的注入水和原生水矿化度,以及泥岩电阻率,便能自动迭代计算出合理的混合液电阻率,从而计算出混合水饱和度。3水淹层剩余油饱和度解释实例利用该程序对涠洲W油田实测井的水淹层段进行了实际处理。图4为研究区B33井W3段水淹层段处理成果图。图中第7道和第8道分别是孔隙度计算道和砂泥岩剖面道,其中的孔隙度和泥质含量均采用常规的测井计算方法得到,且与岩心分析结果标定效果良好,保证水淹层程序计算剩余油饱和度时所需的基础参数是可靠的。第5道为地层水电阻率道,从图中可见采用水淹层程序计算的混合液电阻率(红色实线)介于注入海水电阻率(蓝色虚线,换算到地层条件下斜深2740~2750m处,垂深为2470~2480m,地温105~106℃,海水电阻率约为0.068Ω·m)与储层原生水电阻率(绿色虚线,在地层条件下约为0.168Ω·m)之间,满足注入海水在储层中与原生水发生混合的规律,说明混合液电阻率计算是合理的。第6道为饱和度道,其中黑色与蓝色曲线分别是采用原生水电阻率和采用水淹层程序计算的混合液电阻率然后利用印度尼西亚公式计算的含水饱和度。从图中可以看出,利用混合液电阻率计算的含水饱和度与密闭取心分析化验含水饱和度吻合更好。该井段共有56块样品做了库仑法密闭心饱和度分析实验,将这56块样品对应的井深按照物性相似原则分为11个小层进行了剩余油饱和度计算结果误差分析。表1为该井段采用两种不同类型水的电阻率计算的含水饱和度与密闭取心分析含水饱和度分小层误差统计。从表1可知,水淹层程序计算的混合水饱和度Swz与实际密闭心分析含水饱和度Swcore的误差为-2.93%~4.02%,平均绝对误差仅为0.06%,而采用原生水计算的含水饱和度Sw的误差为6.67%~16.43%,平均绝对误差为9.20%。由此可见,基于并联导电模型的水淹层剩余油饱和度迭代求解方法在研究区水淹层剩余油饱和度的求取中应用效果良好,计算结果可靠,同时也说明对注入水和原生水矿化度差异较大的水淹层而言,原生地层水电阻率不能真实的反映孔隙流体信息,若直接采用其来计算剩余油饱和度,最终会导致饱和度参数评价出现较大误差,甚至错误,进而影响油藏的精细评价。·731·第35卷第2期王丽等:基于并联导电模型的水淹层剩余油饱和度评价方法表1涠洲W油田B33井W3段密闭取心段水淹层含水饱和度计算分小层误差统计Table1Statisticsoftheindividual-layererrorsinthewatersaturationcalculationsforthewatered-outreservoirinNo.W3closedcoringsectionofWellB33inWeizhouWOilfield小层序号深度/m岩心分析化验φe/%Swcore/%一次计算Rw/(Ω·m)Sw/%σ1/%程序计算Rwz/(Ω·m)Swz/%σ2/%12739.05~2739.7520.5858.490.16865.757.260.09255.56-2.9322740.04~2740.3117.0963.300.16872.749.440.09662.68-0.6232740.51~2740.7119.5358.170.16874.6016.430.09462.194.0242741.04~2741.7218.7257.810.16864.486.670.10258.500.6952742.29~2743.4519.7756.490.16863.336.840.09855.90-0.5962743.61~2744.7920.3954.830.16861.897.060.09052.77-2.0672744.95~2746.6318.6359.150.16765.836.680.09356.69-2.4682746.78~2747.7220.7060.760.16770.7710.010.09461.660.9192747.91~2748.6220.8359.770.16770.3210.550.10161.611.84102748.79~2750.3119.7059.060.16768.519.460.09259.370.32112750.50~2750.8318.9161.220.16772.1510.930.09361.540.31平均值19.5359.0168.219.2058.950.06注:Swcore—密闭心分析含水饱和度;σ1—一次计算含水饱和度误差;σ2—程序计算含水饱和度误差。·831·大庆石油地质与开发2016年4结论与建议在水淹储层孔隙内注入水与原生束缚水混合情况不清楚的前提下,将混合水等效为注入水和原生水按一定比例组合的并联导电模型,通过两种不同类型水各自所占比例的变化,采用迭代法求解合理的混合液电阻率(Rwz)和对应的混合水饱和度(Swz),其计算过程更加符合实际地层的流体性质,计算精度也更高。该方法在涠洲W油田饱和度的计算中取得了很好的应用效果,通过密闭取心资料验证,剩余油饱和度求解方法也具有一定的可靠性,可以在研究区推广应用。当注入水与原生水矿化度差异较大时,直接采用原生水电阻率计算水淹层的剩余油饱和度是不合理的,需要结合储层特征,建立合理的导电模型,才能够获得能够反映实际流体信息的参数,为饱和度的计算提供数据支撑。参考文献:[1]蔡军,李茂文,何胜林.海水注入开发中剩余油饱和度评价研究[J].石油钻采工艺,2007,29(6):77-79.[2]何胜林,高楚桥,陈嵘.涠洲W油田中块剩余油饱和度计算中关键参数确定方法研究[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报),2011,33(12):88-91.[3]申辉林,方鹏.水驱油地层电阻率变化规律数值模拟及拐点影响因素分析[J].中国石油大学学报(自然科学版),2011,35(3):58-62.[4]侯连华.自然电位基线偏移影响因素的实验研究[J].石油大学学报(自然科学版),2001,25(1):93-98.[5]褚人杰,孙德明,姜文达.确定水驱油藏地层混合液电阻率的方法[J].测井技术,1995,19(2):117-125.[6]余军,史謌,王伟男.高含水期地层水电阻率求取方法[J].北京大学学报(自然科学版),2005,41(4):536-541.[7]张占松,张超谟.水淹层地层水电阻率的二步确定方法[J].测井技术,2011,35(4):340-343.[8]王美珍,俞军.用测井资料确定大庆长垣水淹层混合液电阻率[J].大庆石油地质与开发,2007,26(2):120-122.[9]李凤琴,程浩,曲丽萍,等.高含水期地层混合液电阻率的求取方法[J].国外测井技术,2001,16(2):52-54.[10]孙怡.成藏动力对束缚水饱和度的影响[J].油气地质与采收率,2007,14(2):64-66.[11]郭平,黄伟岗,姜贻伟,等.致密气藏束缚与可动水研究[J].天然气工业,2006,26(10):99-101.[12]杨仁林,刘知国.束缚水饱和度与储层流体性质的判别[J].天然气工业,2004,23(增刊):46-49.[13]耿长喜,赵晨颖,马德华.水淹层原始含油饱和度的估算方法探讨[J].大庆石油地质与开发,2005,24(增刊):67-68.[14]雍世和,洪有密.测井资料综合解释与数字处理[M].北京:石油工业出版社,1989.[15]王绍民,姜文达,杨元军.注水开发油田储层的测井评价技术[J].世界石油工业,1998,5(10):61-65.[16]杜宗军,荆万学.利用测井资料定量计算水淹层地层水电阻率[J].测井技术,1999,23(1):43-45.[17]杨景强,卢艳,马宏宇,等.水淹层地层水电阻率变化规律研究[J].测井技术,2006,30(3):195-197.[18]邹长春,尉中良,潘令枝.计算混合液电阻率的一种有效方法[J].物探化探计算技术,1999,21(3):216-219.[19]王敬农.混合液电导率的实验室研究[J].测井技术,1985,9(1):42-46.[20]袁伟,张占松,吕洪志,等.水淹层混合液地层水电阻率的计算方法[J].石油天然气学报,2014,36(9):78-83.[21]赵文杰.水淹层岩石电阻率特性的实验研究[J].油气采收率技术,1995,4(2):32-38.编辑:杨家伟徐衍彬·931·第35卷第2期王丽等:基于并联导电模型的水淹层剩余油饱和度评价方法
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