基于岩石物理相的水淹层综合评价方法研究

引用本文

胡凯. 基于岩石物理相的水淹层综合评价方法研究[J]. 录井工程, 2021,32(3): 57-62.
HU Kai. Study on comprehensive evaluation method of water-flooded zone based on petrophysical facies[J]. Mud Logging Engineering, 2021,32(3): 57-62.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2021.03.010 复制到剪切板

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基于岩石物理相的水淹层综合评价方法研究

胡凯

中国石油长城钻探工程有限公司地质研究院

作者简介：胡凯工程师,1988年生,2015年毕业于东北石油大学地球探测与信息技术专业,现在长城钻探地质研究院从事地球物理测井综合评价工作。通信地址:124010 辽宁省盘锦市大洼区林丰路总部花园A3-1栋213房间。电话:13604235214。E-mail:1014194892@qq.com

收稿日期: 2021-06-29

摘要

南苏丹P油田是Melut盆地勘探开发较早的区块,开发中后期由于底水锥进、边水推进和注入水水淹,目前已进入中高含水期阶段。针对储层非均质性强、含泥较重的特征,基于流动单元指数理论以及压汞和物性实验数据,采用累积频率法将储层划分为3种岩石物理相。通过敏感性测井、录井响应,优选了自然电位、电阻率、气测等曲线,对水淹层进行综合定性识别;基于岩石物理相的划分结果,对不同储层类型的原始含水饱和度、剩余油饱和度、束缚水饱和度等参数进行精细评价,进而精确确定含水率参数,实现了水淹层精细定量评价。该方法应用于实际生产的结果表明,水淹层识别准确率达到90.9%,水淹层定量评价结果与生产实际结果相符,满足了油田开发生产对水淹层评价的需求。

关键词: 水淹层; 流动单元指数; 压汞; 岩石物理相; 定性识别; 含水率; 定量评价

中图分类号:TE132.1 文献标志码:A

Study on comprehensive evaluation method of water-flooded zone based on petrophysical facies

HU Kai

CNPC GWDC Geology Research Institute, Panjin, Liaoning 124010, China

Abstract

P Oilfield in South Sudan is an earlier exploration and development block in Melut Basin. Due to bottom water coning, edge water incursion and injection water flooding in medium and late development phases, it has entered the medium-high water cut stage. For strong reservoir heterogeneity and heavy mud, the reservoir is divided into three petrophysical facies by cumulative frequency method based on the flow unit index theory, mercury injection and physical property experimental data. Through sensitivity logging and mud logging responses, optimize natural potential, resistivity, gas logging and other curves to comprehensively and qualitatively identify the water-flooded zones. Based on the division results of petrophysical facies, the original water saturation, remaining oil saturation, irreducible water saturation and other parameters of different reservoir types are finely evaluated. Then the water cut is determined precisely, and the fine quantitative evaluation of water-flooded zone is realized. The method is applied to production practice. The results show that the identification accuracy of water-flooded zone is 90.9%, and the quantitative evaluation results of water-flooded zone are consistent with the actual production results, which meets the needs of oilfield development and production for water-flooded zone evaluation.

Keyword: water-flooded zone; flow unit index; mercury injection; petrophysical facies; qualitative identification; water cut; quantitative evaluation

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0 引言

南苏丹P油田位于Melut盆地北部凹陷西北斜坡带上的断背斜构造带上, 开发主力层位为Yabus组, 其中YI-YV砂岩组为层状油藏, YVI-YVII砂岩组为块状底水油藏。目的层孔隙度主要分布范围为25%~35%, 平均孔隙度为29.4%; 渗透率主要分布范围为100~10 000 mD, 平均渗透率为4 900 mD。储层为高孔、高渗储层。该油田于2006年投产, 初期日产油9 365桶, 含水率为1%。随着油田开发的不断深入, 底水锥进、边水推进和注入水水淹的问题日益严重, 油田综合含水率持续上升, 目前综合含水率为77.8%, 油田已进入中高含水期, 因此有必要开展水淹层综合评价研究, 进而为找堵水作业、开发井位调整、射孔作业等提供依据。

针对P油田水淹严重的问题, 本文基于流动单元指数理论, 利用累积频率法将储层划分为三种岩石物理相。基于敏感性测、录井响应优选, 对水淹层进行综合定性识别; 在岩石物理相划分的基础上, 精细评价了不同储层的原始含水饱和度、剩余油饱和度、束缚水饱和度等参数, 进而精确确定其含水率, 实现了水淹层定量评价。经验证, 储层参数评价结果与岩心分析结果基本吻合, 水淹层定量评价结果与生产实际相符。

1 岩石物理相划分

前人研究成果表明不同类型的储层岩石物理特性和渗流特性不同, 对生产开发的控制作用不同, 进而导致不同类型储层的水淹程度相差较大, 为实现水淹层的精细评价有必要开展储层分类研究。

自Hearn等提出流动单元概念后, 国内外许多学者利用流动单元指数来划分储层^{[1, 2, 3]}, 依据流动单元的概念, 流动单元指数被定义为:

I_FZ=0.031 4× $\frac{I_{RQ}}{ϕ_{Z}}$ (1)

I_RQ= $\sqrt[]{\frac{K}{ϕ_{e}}}$ (2)

ϕ _Z= $\frac{ϕ_{e}}{1 - ϕ_{e}}$ (3)

式中:I_FZ为流动单元指数; I_RQ为储层品质因子; ϕ _Z为标准化孔隙度, 小数; ϕ _e为储层有效孔隙度, 小数; K为储层渗透率, mD。

基于上述理论, 利用研究区取心井的岩心分析孔隙度、渗透率, 计算得到储层流动单元指数, 采用累积频率法将储层划分为3类(图1):Ⅰ 类储层物性、渗流特性最好, 流动单元指数大于10; Ⅱ 类储层物性、渗流特性略差, 流动单元指数介于6~10之间; Ⅲ 类储层物性、渗流特性最差, 流动单元指数小于6。

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	图1 流动单元指数累积频率储层分类

为验证储层分类的合理性, 利用22块岩心样品的压汞实验数据进行储层分类(图2), 其结果与岩石物理相的划分结果相一致, 证实基于流动单元指数的储层划分的可靠性。

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	图2 压汞曲线储层分类

基于敏感性测井响应优选, 确定利用密度曲线计算储层孔隙度; 基于沉积相控, 利用岩心分析孔渗实验数据建立渗透率模型; 在孔隙度、渗透率参数计算的基础上, 利用公式(1)、(2)、(3)确定储层流动单元指数, 根据储层岩石物理相划分标准, 划分为3类储层。

2 水淹层综合评价

2.1 水淹层评价标准

含水率(F_w)是水淹层评价的重要参数, 依据含水率的不同, 将水淹层划分为四个级别:未水淹、低水淹、中水淹和高水淹, 其划分标准如表1所示。

表1 水淹级别划分标准

2.2 水淹层定性识别

油层水淹后, 由于储层流体特性、孔隙结构、物性等岩石物理特性的改变, 导致不同级别水淹层具有不同测井、录井响应特征^{[4, 5, 6, 7, 8]}, 因而可以优选敏感的测井、录井信息进行水淹层定性识别。

水淹层在自然电位曲线上具有明显的特征^[9]。由于水淹的影响, 自然电位曲线会在水淹层上下产生基线偏移, 可根据基线偏移程度的大小, 进行水淹级别识别:基线偏移大于8 mV时, 为高水淹层; 基线偏移介于5~8 mV时, 为中水淹层; 基线偏移小于5 mV时, 为低水淹层。

地层水或注入水驱替储层原油, 导致储层导电规律发生变化, 因而可根据电阻率曲线的变化特征进行水淹层识别:当深侧向电阻率值小于10 Ω · m时, 为高水淹层; 当深侧向电阻率值介于10~15 Ω · m时, 为中水淹层; 当深侧向电阻率值介于15~20 Ω · m时, 为低水淹层。

由于地层水或者注入水的驱替致使油层含油饱和度降低, 烃类组分含量降低, 从而导致录井气测检测到的烃类组分减少, 全烃曲线幅度减小, 并且水淹程度越严重, 全烃曲线的下降幅度越大。

2.3 水淹层定量评价

含水率是水淹级别定量评价^{[10, 11, 12, 13]}的关键参数, 含水率的计算公式为:

F_w=1/(1+ $\frac{K_{ro} μ_{w}}{K_{rw} μ_{o}}$ )(4)

K_ro=(1- $\frac{S_{w} - S_{wi}}{1 - S_{wi} - S_{hr}}$ )^r [1-( $\frac{S_{w} - S_{wi}}{1 - S_{wi} - S_{hr}}$ )^h](5)

K_rw=( $\frac{S_{w} - S_{wi}}{1 - S_{wi}}$ )^r(6)

式中:K_ro、K_rw为油、水相对渗透率; μ_o、μ_w为地区油、水相粘度, mPa· s; S_w为原始含水饱和度; S_wi为束缚水饱和度; S_hr为剩余油饱和度; r、h为地区经验系数。

为准确求取含水率参数, 在岩石物理相分类的基础上, 利用J函数、印度尼西亚方程^{[13, 14]}以及通过相渗实验来精确评价原始含水饱和度、剩余油饱和度、束缚水饱和度等关键参数, 并将评价结果与密闭取心结果相对比, 吻合较好。

2.3.1 原始含水饱和度确定

毛管压力理论可描述油藏驱替力控制饱和度的分布规律, 进而确定油藏原始含水饱和度^[14]。在岩石物理相分类的基础上, 利用研究区压汞实验数据J函数值, 根据原始含水饱和度与储层孔隙度、渗透率、油柱高度之间的关系, 利用公式(7)、(8)、(9)、(10)来确定储层原始含水饱和度, 如图3、图4、图5、表2所示。

J=a'× ${S_{w}}^{- b'}$ (7)

J=0.216 4× Pc_res× $\frac{\sqrt[]{\frac{K}{ϕ}}}{{(δ \times \cos θ)}_{res}}$ (8)

Pc_res=(δ × cosθ )_res/(δ × cosθ )_lab× Pc_lab(9)

Pc_res=(ρ _w -ρ _o)× H× g(10)

式中:a'、b'为回归系数; Pc_res、Pc_lab分别为储层、实验室条件下的毛管压力, psi(1.45× 10^-4 psi=1 N/m²); ϕ 为储层孔隙度; (δ × cosθ )_res为储层条件下的界面张力和接触角余弦的乘积, 对于油水接触, 其值为26; (δ × cosθ )_lab为实验室条件下的界面张力和接触角余弦的乘积, 对于空气水银接触, 其值为367; ρ _w、ρ _o为地层水、原油密度, g/cm³, 研究区ρ _w=1.0 g/cm³、ρ _o=0.845 g/cm³; H为自由水界面以上油柱高度, m; g为重力加速度, 其值为9.8 N/kg。

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	图3 Ⅰ 类储层J函数与S_w关系图

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	图4 Ⅱ 类储层J函数与S_w关系图

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	图5 Ⅲ 类储层J函数与S_w关系图

表2 原始含水饱和度关系式

储层类别	J-S_w	S_w
Ⅰ 类	J=0.214 5 ${S_{w}}^{- 2.282}$	S_w= $e^{2.0877 - 0.439 \times \ln (H \times \sqrt[]{\frac{K}{ϕ}})}$
Ⅱ 类	J=0.169 9 ${S_{w}}^{- 2.356}$	S_w= $e^{1.925 - 0.426 \times \ln (H \times \sqrt[]{\frac{K}{ϕ}})}$
Ⅲ 类	J=0.163 4 ${S_{w}}^{- 1.562}$	S_w= $e^{2.8767 - 0.641 \times \ln (H \times \sqrt[]{\frac{K}{ϕ}})}$

表2 原始含水饱和度关系式

2.3.2 剩余油饱和度确定

南苏丹P油田储层泥质含量较高、地层水矿化度较低, 综合考虑其储层和沉积特征, 优选泥质附加导电的印度尼西亚方程计算储层剩余油饱和度, 如公式(11)所示。

S_wn=[ $\frac{1}{\sqrt[]{R_{t}}}$ × $\frac{1}{{V_{sh}}^{(1 - 0.5 V_{sh})} / \sqrt[]{R_{sh}} + ϕ^{0.5 m} / \sqrt[]{a \times R_{w}}}]^{\frac{2}{n}}$ (11)

S_hr=1-S_wn(12)

式中:S_wn为目前含水饱和度, 小数; R_t为地层电阻率值, Ω · m; R_sh为泥岩电阻率值, Ω · m; R_w为地层水电阻率值, Ω · m; V_sh为泥质含量; a、m、n为岩电参数。

不同储层导电规律不同, 因而有必要按不同储层类型确定不同岩电参数值^{[15, 16]}。本文利用研究区36块岩电实验数据, 分别确定Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 三类储层的岩电参数值, 如表3所示, 进而实现储层剩余油饱和度的精细评价。

表3 岩电参数取值

2.3.3 束缚水饱和度确定

基于研究区22块岩心样品相渗实验数据, 分别建立三类储层束缚水饱和度(S_wi)与渗透率之间的关系, 如图6所示。

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	图6 渗透率与束缚水饱和度关系

3 应用效果

3.1 定性评价水淹层

利用敏感性测井、录井信息, 对X 1井进行水淹层定性识别。10、12号层自然电位曲线发生基线偏移, 偏移量介于5~8 mV, 深侧向电阻率介于10~15 Ω · m, 气测曲线幅度降低, 综合判别为中水淹层; 13号层自然电位曲线发生基线偏移, 偏移量大于8 mV, 深侧向电阻率小于10 Ω · m, 气测曲线幅度大幅降低, 综合判别为高水淹层, 如图7所示。

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	图7 X 1井水淹层定性判别图

3.2 定量评价水淹层

利用上述评价方法对研究区后期投产的6口井11个水淹层进行识别, 准确识别10层, 准确识别率为90.9%。应用该方法对X 3井进行水淹分析, 评价结果如图8所示。该井12号层电阻率小于10 Ω · m, 流动单元指数为10.3, 为Ⅰ 类储层, 该方法计算含水率为83.4%, 综合评价为高水淹层。该井投产井段分别为1 293~1 295 m、1 298~1 301 m、1 307~1 309 m, 投产初期基本不产水, 投产两个月后含水率不断上升, 后期达到85.3%, 随即对12号层进行挤水泥堵水作业, 封堵后该井含水率下降至2.1%, 该评价结果与生产实际相符。

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	图8 X 3井水淹层测井评价综合图

4 结论

(1)基于流动单元指数理论, 利用累积频率法将储层划分为三种岩石物理相, 并且利用压汞实验数据验证了岩石物理相划分结果的可靠性, 在此基础上开展了水淹层定性识别、水淹级别定量评价方法研究。

(2)基于敏感性测井、录井响应, 优选了自然电位、电阻率、气测等曲线, 对水淹层进行综合定性评价, 其评价效果较好。

(3)基于岩石物理相分类结果, 精细评价了储层原始含水饱和度、剩余油饱和度、束缚水饱和度等参数, 进而准确计算水淹级别定量评价的重要参数含水率, 并将该方法应用于生产实际, 结果表明水淹层评价结果与生产实际相符, 水淹层准确识别率达到90.9%。

编辑陈娟

参考文献

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Abstract：Evaluation on water flooded layer in the sandstone reservoir is a complex and difficult problem which has persecuted oilfield workers for many years. It is a new field of geochemical investigation for evaluating waterflooded layer by geochemical logging，which may be an effective and new way for finding residual oil in the secondary development stage. Based on the depth analysis on the mechanism of the watered-out oil layer，gas chromatogram，pyrolysis chromatography and coring data， the evaluation model of waterflooded layer and interpretation chart are established by calculating the parameter of porosity，oil saturation，oil displacement efficiency，and so on，which provides the quantitative calculation and qualitative identification for the evaluation method of waterflooded layer in the sandstone reservoir. The method is applied in the D group of C area in B Field of A Basin. The result indicates that the effectiveness is very great，with the agreement rate of 95percent compared with the result of well testing interpretation. The study revealed that the chemical logging method is applicable with great utilization value，which lay the foundation for the scheme adjustment and the enhancing oil recovery of the oilfield in the mid-late period of oilfield development.

Daqing Oilfield Exploration and Development Institute，PetroChina，Daqing，Heilongjiang 163712，China

摘要：砂岩储集层水淹层评价一直是困扰油田开发工作者的一个难题，应用地化录井资料开展水淹层评价是储层地球化学研究的一个新领域，可为油田二次开发寻找剩余油开辟新的途径。在深入分析油层水淹机理的基础上，从岩石热解和气相色谱实验入手，结合密闭取芯井资料，通过计算孔隙度、含油饱和度、驱油效率等评价参数，建立砂岩储集层水淹层评价模型和解释图版，形成一套具有适用性的定量计算和定性识别相结合砂岩储集层水淹层评价方法。应用该方法，对A 盆地B 油田C 区D 层砂岩储层进行了7 口井水淹层评价，结果表明，利用地化录井方法评价砂岩水淹层，经试油结果验证，符合程度较高，达到95% 以上，说明该方法适用性强，为油田开发中后期挖潜方案的调整和采收率的提高奠定了基础。

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Facing on the technological difficulty in the qualitative interpretation of water-flooded zones in present, this paper represents that the sedimentary unit is a primary factor to control the level of water-flooded in the channel sand. The water-flooded regularity is independent each other among the different sedimentary units but correlative highly in a same sedimentary unit. Therefore it is a key to dividing properly sedimentary unit for qualitative interpretation in water-flooded zones. The concept of interpretation unit is represented by mapping sedimentary unit in geology into the well-logging curve and the stable mudstone barrier bed is adopted as the separable symbol for different interpretation units so that the method and process of automatic division are obtained by using the resistivity curve. The processing result of two sealed core wells show that this method can divided accurately the interpretation unit and the interpretation coincidental rate is up to 96.3% with the result interpreted by man.

1. College of Earth Science, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China; 2. Jilin Enterprise Section of Well-logging Branch Company of Daqing Drilling Engineering Company, Songyuan 138000, China; 3. No. 2 Production Plant, PetroChina Qinghai Oilfield Company, Haixi 816400, China; 4. Xinmu Oil Recovery Plant, Jilin Oilfield Company, Songyuan 138000, China

本文针对目前水淹层定性解释中存在的技术难题,提出了沉积单元是控制河道砂体水淹级别分布的主要因素,认为不同沉积单元之间的水淹规律彼此独立,同一沉积单元内部水淹规律高度相关,而正确划分沉积单元是水淹层定性解释的关键.将地质上的沉积单元映射到测井曲线上,提出了解释单元的基本概念,利用稳定的泥岩隔层作为不同解释单元的分界标志,给出了利用电阻率曲线自动划分解释单元的方法与步骤.2口密闭取心井处理结果表明:该套方法可以有效地划分解释单元,与人工解释结果对比,符合率达到96.3%.

... 3 水淹层定量评价含水率是水淹级别定量评价^{[10,11,12,13]}的关键参数,含水率的计算公式为: ...

2010

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邵德艳, 姜在兴, 夏斌, 等. H区块萨尔图油层水淹层解释方法研究及应用[J]. 测井技术, 2010, 34(1): 51-54.

SHAO

Deyan

, JIANG

Zaixing

, XIA

Bin

, et al. On the interpretation method of water flooded layers in Shaertu reservoir of H block and its application[J]. Well Logging Technology, 2010, 34(1): 51-54.

... 3 水淹层定量评价含水率是水淹级别定量评价^{[10,11,12,13]}的关键参数,含水率的计算公式为: ...

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... 3 水淹层定量评价含水率是水淹级别定量评价^{[10,11,12,13]}的关键参数,含水率的计算公式为: ...

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... 3 水淹层定量评价含水率是水淹级别定量评价^{[10,11,12,13]}的关键参数,含水率的计算公式为: ...

... 为准确求取含水率参数,在岩石物理相分类的基础上,利用J函数、印度尼西亚方程^[13,14]以及通过相渗实验来精确评价原始含水饱和度、剩余油饱和度、束缚水饱和度等关键参数,并将评价结果与密闭取心结果相对比,吻合较好 ...

2020

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... 毛管压力理论可描述油藏驱替力控制饱和度的分布规律,进而确定油藏原始含水饱和度^[14] ...

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... 不同储层导电规律不同,因而有必要按不同储层类型确定不同岩电参数值^[15,16] ...

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... 不同储层导电规律不同,因而有必要按不同储层类型确定不同岩电参数值^[15,16] ...