吐哈油田注水驅油實驗和數值模擬研究

劉洪亮，張予生，劉海濤，謝志清，李家萱，馬肅濱

（1.中國石油集團測井有限公司吐哈事業部，新疆鄯善838202；2.吐哈油田丘東采油廠，新疆鄯善838202）

吐哈油田注水驅油實驗和數值模擬研究

劉洪亮1，張予生1，劉海濤1，謝志清1，李家萱2，馬肅濱1

（1.中國石油集團測井有限公司吐哈事業部，新疆鄯善838202；2.吐哈油田丘東采油廠，新疆鄯善838202）

吐哈油田具有低孔隙度、低滲透率、低礦化度儲層特征，其含水飽和度大于50%時，電阻率隨含水飽和度增大而增大。室內巖心注水驅油實驗表明，注入水礦化度與原始地層總礦化度相當時，電阻率隨含水飽和度升高而降低；注入水礦化度小于原始地層水礦化度，電阻率隨含水飽和度升高而不再單調下降，出現U形曲線。建立水淹層含水飽和度計算模型，結合過套管地層電阻率，經過多次迭代計算，可求得套后地層含水飽和度和套后地層含油飽和度。實際應用中，綜合分析確定水淹階段及混合水電阻率，結合阿爾奇公式，用U形曲線迭代方法尋找最優的含水飽和度值。

巖石物理實驗；電阻率；含水飽和度；水淹層；水驅油實驗；數值模擬；吐哈油田

0 引 言

吐哈油田是低孔隙度、低滲透率、低礦化度的三低油田［1］。儲層水淹后的開發過程中，對于注入水礦化度與原生水礦化度相差不大的儲層，可以用烴類衰竭指數來定量評價水淹層［2］。但注入水礦化度變化較大時，中孔隙度、中滲透率儲層電阻率與含水飽和度出現下降的L形、下降－上升－下降的S形及下降－上升的U形3種類型［3－4］，這種變化是否適合“三低”油田的儲層特點，有必要進行注水驅油實驗來尋求電阻率和含水飽和度的定量關系。

1 儲層水淹后電阻率變化

吐哈鄯善、溫米、丘陵油田是典型的低孔隙度、低滲透率、低礦化度的“三低”油藏，目前油田整體上進入中等含水開發時期，水淹狀況差異大。圖1為陵檢14－×井保壓密閉取心含水飽和度與電阻率關系圖。該井只取到含水飽和度Sw＞50%的巖心，由于該油田采用的注入水為清水，原始油田儲層的電阻率會隨著儲層含水飽和度的增大單調下降，所以含水飽和度Sw＜50%時用虛擬值表示趨勢線。通過測取其巖心對應的電阻率可見，含水飽和度Sw＞50%時，電阻率隨含水飽和度增大而增大。

圖1 陵檢14ˉ×井保壓密閉取心含水飽和度與電阻率關系圖（井段2 810～2 820m）

2 注水驅油實驗

為了解不同礦化度的水驅替飽含油的電阻率變化情況，選取鄯善、溫米、丘陵油田的溫檢×－1、鄯10－×、陵檢13－×取心井32塊巖樣，經過洗油、脫鹽、烘干，用密度0.8g／cm3的煤油飽和，進行了不同濃度NaCl溶液水驅油實驗（見表1）。

表1 實驗巖樣特征

圖2 陵檢13ˉ×井水驅油電阻率實驗結果

圖2、圖3、圖4為3口井巖心不同注入水電阻率水驅油電阻率實驗結果。分別列舉注入水電阻率與原始地層水電阻率比值接近5、3、1.5及1等4種情況，其中Rwj為注入水電阻率，Rwi為原始地層水電阻率。如果注入水電阻率接近原始地層水電阻率的1倍時，也就是注入水礦化度與原始地層總礦化度相當時，電阻率隨含水飽和度升高而降低。而如果注入水電阻率接近原始地層水電阻率的1.5倍以上時，也就是注入水礦化度小于原始地層水礦化度（淡水水驅）時，電阻率隨含水飽和度升高不再單調下降，出現U形曲線。U形曲線的拐點基本在含水飽和度Sw＝60%左右?？偟V化度不同的注入水電阻率產生的U形曲線的形狀不同，隨注入水電阻率倍數Rwj／Rwi的增加，U形曲線上升點的含水飽和度Sw逐漸下降，即上升點提前。

3 數值模擬研究

U形曲線使由儲層電阻率求取剩余油飽和度時出現多解性。在注水驅油過程中，儲層飽和度計算的難點之一就是地層水電阻率難以確定［5－6］。實際上，當注入水進入地層時，注入的淡水與地層水形成混合溶液并進行離子交換，地層水將發生淡化。

混合液電阻率變化遵循式（1）規律［7］

式中，Rwz為混合液電阻率，Ω·m；Rwi為原生水電阻率，Ω·m；Rwj為注入水電阻率，Ω·m；Sw為地層含水飽和度，%；Swi為束縛水飽和度，%。

在Archie公式中

根據上述公式可建立水淹層含水飽和度計算模型，結合過套管地層電阻率Rt，ch，經過多次迭代計算，可求得套后地層含水飽和度Sw，進而計算套后地層含油飽和度So＝1－Sw。

取Swi＝0.35、Rwi＝0.12；分別取注入水電阻率Rwj為Rwi的不同倍數，利用Matlab可數值模擬出Rwz－Sw關系曲線。取a＝1.35、b＝1、m＝1.825、n＝1.749、φ＝0.145，利用Matlab可求得1組Rt－Sw關系曲線（見圖5）。

數值模擬過程中，為了克服1個電阻率對應2個含水飽和度的矛盾，首先通過綜合分析確定水淹階段（即曲線左半枝或右半枝階段），然后確定混合水電阻率，結合阿爾奇公式尋求最優飽和度值。

在不考慮多次水淹過程中的油淹（過路油）情況下，當水淹后的地層電阻率Rt，ch大于未淹時的原始地層電阻率Rt時，采用U形曲線可求得唯一的含水飽和度值及與之對應的混合液電阻率；當Rt，ch小于Rt時，1個Rt值對應2個含水飽和度，這時，必須先借助其他方法判斷水淹程度，并選取U形曲線左半枝或右半枝，采用迭代方法計算含水飽和度。

（1）左半枝迭代：選取Sw初值為Swi，記為，用式（1）求Rwz，用式（2）求Sw，記為若為事先給定的誤差上限），則停止迭代，令

圖5 注入水電阻率、地層水飽和度、混合液電阻率、地層電阻率關系圖

（2）右半枝迭代：選取Sw初值為1或1－Sor（Sor為殘余油飽和度），記為，用式（1）求Rwz，用式（2）求Sw，記為若為事先給定的誤差上限），則停止迭代，令

4 應用效果

鄯×井1989年6月12日開鉆，1989年9月2日完井，1989年9月3日進行裸眼井測井，于1989年10月試油投產，2010年4月產水已經達到100%。圖6是該井2010年5月14日進行過套管電阻率測井成果。由圖6可見，4號層（3 034.0～3 039.0m井段）的ECOS過套管地層電阻率值高于裸眼井深側向電阻率值。經查該井1號層（2 958.8～2 962.6m井段）和2號層（2 993.6～2 996.0m井段）注入水礦化度為12 760mg／L，經計算Rwj／Rwi＝0.79，選U形曲線左半枝求取含油飽和度，該井2號層（3 024.0～3 029.0m井段）和4號層（3 034.0～3 039.0m井段）注入水礦化度為2 949mg／L，經計算Rwj／Rwi＝2.708，選U形曲線右半枝求取含油飽和度，1號層位（2 958.8～2 962.6m井段）計算套后含水飽和度67.6%；2、3、4號層位計算套后含水飽和度分別為64.9%、69.9%、67.1%以上，該解釋結論與該井過套管電阻率測井前4層合采產水100%的產狀相吻合?和?層裸眼結論為差油層；S1－2和?層結論為油層。

圖6 鄯×井ECOS井測井解釋成果圖

5 結 論

（1）通過巖心注水驅油實驗可見，注入水電阻率是原始地層水電阻率的1倍時，電阻率隨含水飽和度升高而降低。注入水電阻率是原始地層水電阻率的1.5倍以上時，電阻率隨含水飽和度升高而不再單調下降，出現U形曲線。

（2）總礦化度不同的注入水電阻率產生的U形曲線的形狀不同，隨注入水電阻率倍數Rwj／Rwi的增加，U形曲線上升點的含水飽和度逐漸下降，即上升點提前。

（3）實際應用中，可以按照綜合分析確定水淹階段，（即曲線左半枝或右半枝階段），然后確定混合水電阻率，結合阿爾奇公式，用U形曲線迭代方法計算尋求最優的含水飽和度值。

［1］ 陸大衛，王春利.剩余油飽和度測井評價新技術［M］.北京：石油工業出版社，2003.

［2］ 胡秀杰，萬新德.過套管電阻率測井（CHFR）在剩余油綜合挖潛中的應用［J］.大慶石油地質與開發，2006，25（4）：104－106.

［3］ 張艷娟，郝艷秋，于濤，等.低滲油藏水驅油室內物理模擬實驗方法研究［J］.特種油氣藏，2007，14（2）：101－104.

［4］ 張國杰，張崇軍，趙國瑞，等.過套管電阻率測井在京11斷塊水淹層評價中的應用［J］.測井技術，2008，32（5）：451－454.

［5］ 雍世和，張超漠.測井數據處理與綜合解釋［M］.東營：中國石油大學出版社，1996.

［6］ 楊春梅，李洪奇，陸大衛，等.不同驅替方式下巖石電阻率與飽和度的關系［J］.吉林大學學報：地球科學版，2005，35（5）：667－671.

［7］ 張超謨，張占松，郭海敏，等.水驅油電阻率與含水飽和度關系的理論推導和數值模擬研究［J］.中國科學D輯：地球科學，2008，38（S2）：151－156.

圖4 主要流程示意圖

6 結 論

試驗系統充分發揮了FPGA的優勢，將相應功能模塊集成在1塊芯片上，簡化了硬件的結構，減小了系統的體積，提高了系統的穩定性，縮短了開發周期，而且也便于修改調試，系統小巧靈活。實驗系統有效地對電纜測井數據傳輸過程的關鍵環節如HDB3編碼、模擬信道上的傳輸、以及接收端譯碼等進行了實驗模擬分析，取得了預期的效果。但仍有進一步研究的空間，如相應數字濾波處理、消除碼間干擾的時域均衡處理等，或者為了更進一步提高傳輸效率而在編碼之前先進行數據壓縮處理等，均是進一步研究探討的方向。系統設計時采用高性價比的有豐富資源的EP2C35芯片，正是考慮了系統的擴展性和冗余性，使得在試驗系統的基礎上進行進一步的研究具有可行性。同時從實現技術上，因為EP2C35還支持Nios II嵌入式軟核，所以可以將相應功能模塊封裝成一個基于Avalon內部總線的軟IP核，也即基于Nios II的自定義外設，由Nios II內核控制，實現軟硬件協同設計，形成一個SOPC應用系統。

參考文獻：

［1］ 陳國瑞.成像測井系統中影響電纜傳輸性能因素的分析［J］.現代電子技術，2004，27（04）：40－42，45.

［2］ 陶立偉，張 伏，王小波，等.全數字16QAM解調器設計與實現［J］.無線電工程，2008，38（10）：53－55.

［3］ 楊建軍，林興春，郝秀權，等.測井電纜通信系統綜述［J］.石油儀器，2007，21（03）：1－4.

［4］ 葛 輝，龐巨豐，張芳向，等.幾種應用在高速測井電纜傳輸系統中的編碼技術［J］.電子測試，2007，（11）.

［5］ 吳翠娟.基于SOPC技術的HDB3編碼器的建模與設計［J］.湖南科技學院學報，2009，30（04）：82－85.

（收稿日期：2009－11－16 本文編輯 王小寧）

Numerical Simulation Based on Water－flooded Experiment in Turpan－Hami Oilfield

LIU Hongliang1，ZHANG Yusheng1，LIU Haitao1，XIE Zhiqing1，LI Jiaxuan2，MA Subin1
（1.Tuha Division，China Petroleum Logging CO.LTD.，Shanshan，Xinjiang 838202，China；2.Qiudong Oil Recovery Plant，Tuha Oilfield，Shanshan，Xinjiang 838202，China）

Turpan－Hami oilfield is characterized by low porosity，low permeability and low salinity.When the formation water saturation is greater than 50%，reservoir resistivity increases with the rise of formation water saturation.The indoor core water injection displacement experiments show that resistivity decreases with the increase of formation water saturation when injection water salinity equals to raw formation water salinity.When injection water salinity is lower than formation water salinity，resistivity curve shows“U”shape when the water saturation increases，rather than monotonically decreasing.Established is the saturation calculation model for waterflooded layer.Formation water saturation and oil saturation for cased hole can be calculated through multiple iterative computations based on through casing formation resistivity.Optimalizing water saturation may be figured out by following steps：determining water flooding stage through comprehensive analysis；determining the mixed water resistivity；using“U”shape curve iteration method to compute water saturation combining with Archie equation.

petrophysical experiment，resistivity，water saturation，water－flooded zone，water flooding experiment，numerical simulation，Turpan－Hami oilfield

P631.84

A

2011－08－12 本文編輯 王小寧）

1004－1338（2012）03－0230－04

劉洪亮，男，1969年生，從事測井資料研究、技術管理工作。