水淹層測井識別方法研究及效果驗證

賀順義,謝 楠,彭洪波,張成學

(1.中國地質大學(北京),北京100083;2.中海石油研究中心,北京100027;3.中國石油大港油田公司,天津300280)

水淹層測井識別方法研究及效果驗證

賀順義1,謝 楠2,彭洪波3,張成學1

(1.中國地質大學(北京),北京100083;2.中海石油研究中心,北京100027;3.中國石油大港油田公司,天津300280)

油田在長期注水開發過程中,不僅儲層孔隙空間結構發生變化,而且儲層含油飽和度也發生了變化,形成了水淹層。水淹層的測井解釋是油田開發的一個難題,經研究分析表明,油層水淹前后的測井響應特征不同,且從宏觀沉積特征看,不同的沉積微相類型,其儲層物性在水淹前后變化量也不同。據此,可以通過單井常規測井資料解釋,或通過一些特殊測井資料與常規測井資料的綜合分析來解釋和識別水淹層,并依據對子井測井曲線特征研究、生產動態資料研究、密閉取心資料分析、沉積微相劃分及多井綜合評價等一系列技術對解釋結果進行有效性驗證,從而找到水淹層電性特征與含油飽和度及沉積特征的關系,達到準確解釋水淹層的目的。

水淹層;常規測井;特殊測井;沉積微相;對子井;密閉取心

勘探開發中后期,水驅油田的測井解釋成為油氣開發中的重要環節[1]。隨著油田注水開發時間的延長,主力油層被水淹的情況越來越嚴重。在此情況下,水淹層解釋技術就顯得越來越重要。然而,由于各油田的地質結構、注入水性質、開發條件均不相同,尚沒有一種通用的水淹層測井解釋方法。為此,從水淹層特征入手,根據單一測井曲線的水淹層特性以及多種測井曲線水淹特征的組合分析,闡述水淹層段的測井響應特征及其識別方法。

1 水淹層測井響應特征及識別方法

隨著油田勘探開發程度的提高,各種測井、鉆井及巖心分析化驗資料日益豐富齊全。在鉆井較多的地區,充分利用豐富的常規測井資料,盡可能地優選對水淹層反應敏感的特殊測井資料,結合區域沉積微相展布特征及開發動態資料,可以有效地研究采油區水淹情況,劃分水淹級別,指導開發方案的部署。

1.1 常規測井響應特征及識別方法

1.1.1 電阻率測井

隨著油田的注水開發,地層孔隙中水的含量及其礦化度都在不斷發生變化。注入水的礦化度高低決定了地層電阻率與含水飽和度的變化特征,一般有三種形式:(1)注入淡水時(礦化度小于3 000 mg/L),電阻率隨著含水飽和度的增加,呈現不對稱的U字形變化,即隨著水淹強度的加強,電阻率開始降低,達到某一極值后電阻率反而增加;(2)注入低礦化度污水時(礦化度在20 000～100 000 mg/L),隨著油層水洗程度的加強,電阻率開始下降,降到某一低值后上升,上升到一定值后又下降,電阻率隨含水飽和度的變化形態像一個水平放置的S形;(3)注入高礦化度的污水時,電阻率與含水飽和度關系比較簡單,基本為單調遞減變化,即隨著含水飽和度的增加電阻率下降[2](圖1)。

圖1 大港油田X1井水淹層常規測井曲線特征Fig.1 Conventional logging characteristic of water flooding layer in well X1

利用電阻率測井識別水淹層通常有兩種方法:(1)徑向電阻率比值法。當泥漿濾液電阻率大于地層水電阻率時,油層顯示為低阻侵入和無侵入特征,水層和水淹層顯示為高阻侵入特征。通常在水淹層中,隨著水淹程度的增強,侵入徑向特征明顯。(2)井間電阻率比值法。這種方法主要適用于污水、地層水或咸水等非淡水水淹層的識別,在水淹層部位電阻率明顯下降,利用原始狀態下所鉆老井的深電阻率和新井的深電阻率進行比較,若二者有較大差別說明新井對比層位已被水淹[3]。根據研究區塊制定出不同水淹級別的井間電阻率比值標準,對新井水淹層水淹級別進行定性識別。主要表現為電阻率不同程度的降低和深淺電阻率曲線的重合。

對于由儲層巖性、殘余油飽和度高等特殊原因造成的高阻水淹層,單從電阻率測井曲線研究,容易出現誤判,常常被解釋為油層或者弱水淹層,需結合其它測井資料進行綜合判斷。

1.1.2 自然電位測井

未水淹的儲層,當其物性及厚度相近的情況下,儲層電阻率值越低,自然電位異常幅度越大。油層水淹后自然電位曲線會發生顯著變化,在水淹層位,由于注入水與原始地層水礦化度的差異,導致自然電位曲線基線發生偏移、異常幅度增大或者異常方向發生翻轉。基線偏移的大小主要取決于水淹前后地層水礦化度的比值,二者的比值越大,表明油層水淹程度越高,則自然電位基線偏移越大。另外,水淹層中地層與井筒之間的壓力差較大,使得過濾電位與擴散吸附電位電動勢增大,從而造成水淹層自然電位幅度大于油層甚至水層自然電位幅度(圖1)。

值得注意的是,在油層水淹初期,由于地層混合液礦化度一般與泥漿濾液礦化度差別較大,利用自然電位幅度變化識別水淹層效果較好,但當水淹時間很長時,自然電位曲線異常幅度變得很小,識別效果變差[4]。

1.1.3 聲波時差測井

聲波在巖石中的傳播速度受巖石骨架性質、孔隙分布特征及孔隙中的流體性質控制。一方面,由于水淹后儲層受到長時間沖刷,巖石孔隙度會明顯增大;反之,如果地層中富含易膨脹的黏土礦物(如蒙脫石),水淹會導致孔隙度顯著降低。另一方面,隨著水淹程度的增加,地層壓力會發生變化。孔隙大小及其結構的改變,以及地層壓力的變化,都會直接造成彈性波能量衰減,從而在水淹部位導致聲波時差值增大(圖1)。

1.1.4 自然伽馬測井

地層自然伽馬放射性強弱決定于泥巖層中的鈾、釷、鉀等放射性同位素的含量。油層水淹后,自然伽馬測井曲線發生兩種截然相反的變化:(1)受注入水流沖刷,微細顆粒隨混合液發生位移,將砂層中富含放射性元素的泥質顆粒帶走,與開發初期鄰井同一層位相比,儲層自然伽馬曲線值明顯減小;(2)受地下壓力差作用,富含放射性元素的的微細顆粒順地層水流動方向發生位移,在已射孔的產層周圍沉淀聚集,造成該地層自然伽馬測井響應表現為異常高值[5]。

1.1.5 中子伽馬測井

中子伽馬測井主要反映地層中的氫元素含量,測量結果受氯含量的影響大,當油層水淹后,水淹部位氯元素增加,使得中子伽馬值增大。

1.1.6 聲波時差—密度交會圖版綜合判斷

密度測井獲得的是地層的總孔隙度,受地層內流體性質影響不大(氣層除外),而聲波測井獲得的是地層的有效孔隙度,且受流體性質影響較大。油層水淹后,黏土或泥質被溶解或沖走,勢必增大其有效孔隙,反映在聲波時差上顯示增大,因此利用二者孔隙度的差值或比值,可以作為一種識別水淹層的方法。

1.2 特殊測井水淹層識別

1.2.1 核磁共振測井識別水淹層

利用核磁共振測井能確定流動流體與束縛流體的界限,從而確定束縛水飽和度。油層水淹后,其儲層性質、孔隙結構、流體性質等都會發生變化,這些變化都會在核磁共振測井響應上有所體現,因而可以研究水淹層的水淹程度[6]。

受巖石非均質性影響,水淹層一般具有局部水淹特征,在驅動作用下,注入水或者地層水總是優先流入滲透率高的地層,從而具有較大的T1和T2;而滲透率相對低的地層則水淹程度低,剩余油飽和度相對較大,從而具有較小的T1和T2。因此,水淹層在核磁共振測井標準T2譜、移譜、差譜上反映出與油層、水層不同的響應特征,可根據水淹后儲層的物性變化來判別水淹層的水淹狀況。

1.2.2 雙頻介電測井

雙頻介電測井(簡稱DPT)是測量高頻電磁波在地層傳播過程中由于幾何擴散及介質的介電損耗所產生的幅度衰減和相位變化,這種變化與地層特性密切相關[7]。介電測井受地層水礦化度的影響比常規電阻率測井受地層水礦化度的影響小得多,所以介電測井是識別高阻水層、低阻油層、淡水水淹層的一種較好的測井方法。

介電測井適用條件:地層電阻率大于2Ω·m,不宜在低阻地層或鹽水鉆井液中使用;介電測井的探測深度很淺,不適宜在鉆井液浸泡時間較長的井眼條件,適合用于低孔、低滲地層或鉆井液侵入很淺的井眼條件。在開發區塊,由于油、水關系復雜、注入水礦化度不穩定,常規測井資料難以準確解釋水淹層,而介電測井可確定水淹層,并能劃分水淹強度,提高解釋符合率。

1.2.3 中子壽命測井

油層水淹后,熱中子壽命特征將發生變化,其變化程度主要取決于儲層中氯離子的含量,即取決于驅替油的水化學成分[8]。在地層原始狀態下,油層的含氯量很低;當油層開始被水淹后,隨著含水飽和度的不斷增大,地層孔喉被驅替水占據和浸泡,地層中的含氯量隨之增加,熱中子壽命測井值顯著增大,增大范圍取決于水淹程度。

2 識別效果驗證

根據研究區擁有的的資料情況及開發程度,可選擇不同的方法進行水淹層測井解釋和評價,為了得到較高的解釋符合率,對于水淹層解釋結果,須通過以下幾種方法進行驗證和分析。

2.1 根據對子井對比研究

井距很小的相鄰兩口井(對子井)測井曲線一般能反映同一個地質體的電性特征,通過對幾個相同儲層的測井對比,可以觀察油層水淹前后測井響應特征的變化。以大港油田某區兩口對子井X2a井和X2b井為例(圖2),兩口井相距45 m, X2a井是開發初期一口生產井,X2b井是油田水淹后新鉆的井。從兩口井曲線形態來看,藍色矩形區域所示的砂巖層是典型的水淹層,水淹前后電性曲線顯示出明顯的變化,特別是自然電位和電阻率曲線。

2.2 根據密閉取心資料分析

密閉取心資料能夠最直觀地反映地下巖石的真實狀態,主要用于觀察取心井段含流體情況。在含水率較高的井區,根據密閉取心檢查井的巖心分析資料,結合相應試油試采結果進行觀察分析,既可直接獲取儲層水淹狀況,又可統計不同類型油層的見水層厚度、水淹段厚度及驅油效率。水淹區密閉取心檢查井法適用于水驅砂巖油藏。

2.3 根據開發動態資料分析

根據一口井在井區中所處的位置,可以通過分析其與注水井之間的關系,間接判斷油層是否水淹。如果周圍有注水井,且該油層物性很好,吸水能力強,又在主水流方向,則可解釋為水淹層;如果周圍沒有注水井,則要謹慎判斷。從開發井注采剖面可以實時掌握油層水淹動態,用實際動態資料驗證測井資料識別水淹層方法的可靠性。

2.4 根據沉積微相研究結果

一般來說,水線推進速度與沉積微相密切相關,因而沉積相與水淹級別有著直接關系[9-10]。以河流相沉積為例,主河道等沉積微相一般位于古河道水流強度最大的部位,且順河道方向容易造成水淹。河道沉積表現為沉積物顆粒粗、沉積厚度大,儲層物性高孔高滲的特點,因此,對于該類儲層首先水淹。通過前人對水淹層研究表明,主河道、河口沙壩大多為強水淹層,水淹級別高,含水上升很快;分支河道、泛濫平原含水上升速度相對低,相應的水淹級別也低。

平面上水驅方向主要受沉積微相和非均質性控制,沉積微相控制了滲透率的分布,而高滲透帶又控制了注入水的流動方向。

3 結論

(1)大規模的水淹層識別必須依靠常規測井資料。在特殊測井標定下的常規測井資料水淹層解釋,準確率高,經濟實用。開展有針對性的組合測井和綜合解釋,是提高水淹層測井解釋水平的必然方向。

(2)水淹層解釋模型需與時俱進,不斷更新。油田進入開發中后期,其物性、含油性均會發生變化,開發初期使用的解釋模型,已不再適用于水淹層的解釋。因此,必須建立新的水淹層解釋模型,提高水淹層解釋水平。

(3)充分利用特殊測井的特殊作用,選擇識別水淹層最有效的測井方法,對常規測井資料進行“刻度”,尋找水淹層在常規測井曲線上的響應特征。

(4)動態資料、試油資料及對子井研究依然是界定水淹層最直接、最可靠的方法,應作為水淹層識別的首選資料。

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[10]張善成.砂巖油田高含水期水淹層測井方法綜合研究[R].華北油田研究院,1996.

Iden tification and evaluation of water flooded zones with logging data and itsapplication

He Shunyi1,Xie Nan2,Peng Hongbo3,Zhang Chengxue1
(1.China U niversity of Geoscience(Beijing),Beijing100083;2.CNOOC Research Center,Beijing100027;3.Dagang Oilfield Co.,PetroChina,Tianjin300280)

During long term water injection period,both the pore texture and oil saturation of reservoir have changed,resulting in the development of water flooded layers.It is a difficult matter to conduct interp retation of water flooded layer w ith logging data during oil field development.According to analysisof this study,log responses are quite different before and after oil layer been water flooded.In addition,for different sedimentary microfacies,their physical p ropertiesof reservoir before and after water flooding are also quite different.Therefore,w ater flooded layers can be identified by conventional log analysis or by multidisciplinary analysis w ith conventional and special log data.For the interp retation results,validity check can be carried out by a series of method such as log characters comparison of adjacent-wells, production performance data study,sealed coring data analysis,sedimentary microfacies division and multiwell comp rehensive evaluation and so on.

water flooded layers;conventional log;purpose log;sedimentary microfacies;adjacent-wells; sealed coring data

book=91,ebook=2

P631.8+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.091

1008-2336(2010)02-0091-05

2010-02-26;改回日期:2010-03-25

賀順義,1974年生,男,地球物理測井工程師,石油地質專業工程碩士學位,現就讀于中國地質大學(北京),攻讀理科博士學位,石油地質專業。E-mail:he—shy@126.com。