基于產水率的水淹層剩余油分布研究

高衍武,毛晨飛,趙延靜,肖華,藺敬旗,程亮

(1.中國石油集團測井有限公司測井應用研究院,陜西西安710077;2.中國石油集團測井有限公司長慶分公司,陜西西安710201;3.中國石油集團測井有限公司新疆分公司,新疆克拉瑪依834000)

0 引 言

W油田主力區MII層為受構造控制的層狀邊底水油藏,儲層沉積環境為辮狀河三角洲沉積,巖性以雜色砂礫巖和細砂巖為主,儲層孔隙度主要分布在9.6%～26.0%,平均為18.5%,滲透率主要分布在1.75～1 375.50 mD(1)非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,平均為195.7 mD。2016年注水開發以來,儲層水淹現象嚴重,含水率持續上升,目前綜合含水率達78.6%。

利用測井資料確定注水開發油田產層的剩余油飽和度時,會受到諸多條件限制[1-3],如注入水使產層的混合液礦化度發生改變,通過電阻率測井確定產層剩余油飽和度的可信度降低。目前使用較為廣泛研究剩余油分布的方法:油藏工程法[4]、數值模擬法[5-6]及利用生產測井資料確定水驅油藏剩余油分布[7]。前2種方法需要資料較多,應用實現難度較高,結果準確性較低。生產測井資料中的產水率是生產層位生產能力、水淹狀況的綜合直觀反映,各井產水率與生產井產層的產出能力、地層滲透性以及油藏剩余油飽和度大小及其分布之間都存在著密切的聯系[8]。因此,本次研究以生產測井資料為基礎,以油水相對滲透率作為橋梁,依據常規產水率模型,首次引入束縛水飽和度和殘余油飽和度2個參數,推導出新的產水率模型,建立不同束縛水飽和度下的產水率與含水飽和度圖版,確定老井產層的平均剩余油飽和度,結合沉積韻律分析及三維地質建模擬合結果,實現研究區水淹層剩余油縱向及平面分布情況的綜合分析。研究區應用實例表明,綜合分析結果與實際生產情況相符,適用于確定注水開發油田生產層位的剩余油分布情況。

1 剩余油飽和度確定

1.1 油水相對滲透率模型

油水相對滲透率是反映儲層油水兩相滲流能力的重要參數,在一定程度上可以反映出儲層的產液性質。大量的實驗研究表明,相對滲透率與含水飽和度之間具有函數關系。目前用于計算油、水相對滲透率的公式有皮爾遜經驗方程、乘方公式、瓊斯方程和Willhite經驗方程等[9-10],其中,Willhite經驗方程綜合考慮了束縛水飽和度及殘余油飽和度對油、水相對滲透率的影響,應用較為廣泛。

(1)

(2)

式中,Kro為油相相對滲透率;Krw為水相相對滲透率;Sw為含水飽和度,%;Swi為束縛水飽和度,%;Sor為殘余油飽和度,%;m、n為油相經驗指數和水相經驗指數;α為殘余油飽和度下水的相對滲透率;β為束縛水飽和度下油的相對滲透率。其中,不同的α、β、m、n對應不同的油水兩相滲流模式。因此,α、β、m、n值的確定對于產水率與含水飽和度圖版存在較大的影響。根據研究區相滲實驗數據,以Willhite經驗方程為基礎,進行函數擬合,對α、β、m、n值進行求解,擬合效果見圖1,相關性較好,擬合所得公式為

圖1 W油田MII層巖心相對滲透率實驗擬合成果圖

R2=0.948

(3)

R2=0.9272

(4)

1.2 產水率模型

在注水開發油田中,生產井處于穩定生產期時,假設油藏滿足:①流體是不可壓縮的,產層中流體為穩定流動狀態,流量是常數;②產層壓力大于孔隙中流體的飽和壓力,產層只有油和水為可動流體,其流動方向相同;③產層為水平地層,忽略重力影響;④在線性驅替路徑中,任一點的含水飽和度在厚度上是均勻分布的[11]。儲層內油水兩相徑向流動時,產水率Fw可表達為

(5)

式中,μw為水的黏度,mPa·s;μo為油的黏度,mPa·s。將式(1)～式(4)代入式(5)中得到

(6)

由式(6)可知,對于特定油藏,油水黏度比基本保持不變,通過巖心分析資料確定殘余油飽和度后,在一定的束縛水飽和度下,產水率會隨著含水飽和度的改變而改變。因此,利用生產測井資料的產出剖面確定產層的產水率后,可得到產層的剩余油飽和度So。根據式(6)建立不同束縛水飽和度下的產水率與含水飽和度的關系圖版(見圖2)。由圖2可見,隨著含水飽和度的增加,束縛水飽和度越大,產水率的增加速度越快,產水率曲線越陡。

圖2 不同束縛水飽和度下產水率與含水飽和度的關系

在前述的理論及公式基礎上,總結出一套利用生產測井資料計算老井產層剩余油飽和度的方法:①根據油水兩相相對滲透率實驗數據,在Willhite經驗方程的基礎上,經最小二乘法擬合確定模型中未知參數值;②根據相滲實驗資料、原油和地層水的分析化驗等資料確定束縛水飽和度、殘余油飽和度以及油的黏度和水的黏度;③根據產水率公式繪制Fw和Sw的關系圖版,利用新井的生產動態資料得出的產水率和測井資料解釋出的含水飽和度,對該圖版進行驗證;④由各老井的Fw值通過圖版確定各老井產層的平均含水飽和度,進一步確定產層的剩余油飽和度。

1.3 應用效果分析

根據研究區的水淹井測井解釋處理成果對上述方法進行驗證。圖3為36井測井解釋成果圖,36井為W油田開發老區新完鉆的加密井,生產層段為MII-2層,射孔深度為1 443～1 445 m。投產初期,日產油6.6 t,日產水18.7 m3,產水率73.9%,測井計算1 443.9～1 445.1 m層段束縛水飽和度為49.7%,含水飽和度為55.21%,測井解釋與實際生產資料均顯示1 443.9～1 445.1 m層段為中水淹。根據產水率與含水飽和度圖版,得到該層段平均含水飽和度約為54%,剩余油飽和度約為46%,測井解釋該層段剩余油飽和度為44.79%,兩者結果基本一致,表明利用該圖版計算剩余油飽和度較為可靠。

圖3 36井水淹層測井解釋成果圖

2 剩余油分布規律研究

2.1 水淹模式分析

研究區MII-2層發育大段砂礫巖,整體上物性較好,沉積韻律以均質韻律、正韻律及復合韻律(正韻律疊置)為主。前人研究表明儲層遭受水淹時層內垂向上水淹程度的變化服從該層的沉積韻律[12-13]。

(1)均質韻律水淹模式。均質韻律層的測井相特征主要為各條測井曲線呈近似箱形,反映儲層內部巖性及物性分布較為均勻。圖4中1 443.5～1 455.0 m井段為均質韻律層水淹后特征曲線圖。該類儲層各部位物性相近,受重力影響,注入水略偏下推進,中、下部水淹相對較強,因此,中、下部電阻率值整體降低且沒有明顯差異,水淹嚴重。

圖4 36井均質韻律層水淹規律

(2)正韻律層水淹模式。正韻律層的測井相特征主要為各條測井曲線呈近似鐘形或鐘形-箱形組合形態,反映儲層內部自上而下孔隙度、滲透率變好。圖5中1 430.3～1 439.0 m井段為正韻律層水淹后特征曲線圖。該類儲層水淹時易于底部形成高滲透通道,層段下部自然電位正異常幅度減小,電阻率值迅速降低,而上部滲透性相對較差的層段未發生水淹,剩余油富集于儲層的中上部。

圖5 59井正韻律層水淹規律

(3)復合韻律層水淹模式。復合正韻律層為多個正韻律疊加而成。測井相特征為各條測井曲線呈多段鐘形。圖6中1 444～1 456 m井段是2個正韻律段疊置而成的復合正韻律層水淹后特征曲線圖,該類儲層水淹后表現出明顯的“多段式”水淹特征,單一層段的水淹特征與正韻律層較為一致。受層間干擾影響,單一層段上部物性較差,水驅效果減弱,成為剩余油的富集層段。

圖6 55井復合正韻律層水淹規律

2.2 三維地質建模

根據研究區開發特點及資料情況,通過三維地質建模[14],在相約束及屬性約束的條件下,以各老井產層的剩余油飽和度為基礎,對研究區的剩余油平面分布情況進行擬合。

研究區建模面積約20 km2,區內直井30口。建模具體步驟:①以地震解釋層面數據及井間分層數據為基礎,建立儲層層面模型;②在儲層層面模型的基礎上,采用克里金插值法內插小層,進一步剖分,建立儲層骨架模型;③以地震解釋斷層數據為基礎,建立儲層斷層模型;④以錄井、測井資料劃分的巖性資料為基礎,建立巖相模型;⑤在巖相模型約束下,采用序貫高斯模擬法,建立儲層屬性模型。屬性建模就是建立研究區孔隙度、滲透率等參數模型。屬性建模的孔隙度、滲透率成果見圖7。以MII-2小層為例,該層孔隙度整體分布為20%左右,部分區域孔隙度大于20%,滲透率約為10～500 mD。

圖7 MII-2層孔隙度、滲透率柵狀圖

2.3 剩余油平面分布規律

綜合前述分析結果,在水淹模式認識的基礎上,將根據不同束縛水飽和度下產水率與含水飽和度圖版得到的部分老井產層剩余油飽和度數據(見表1),加載到petrel軟件中。

表1 部分老井產層平均剩余油飽和度

在相模型及屬性模型約束的基礎上,對研究區剩余油飽和度的平面分布進行擬合,擬合結果見圖8,以新完鉆加密井36井對該剩余油飽和度分布圖進行驗證,該井位于剩余油相對富集區域,該井的測井解釋結果和實際生產情況均反映該井含油飽和度較高,井周剩余油相對富集,與擬合結果相符,擬合效果較好。

圖8 剩余油平面分布圖

剩余油分布的具體特征:①MII-1儲層動用情況較少,剩余油主要集中在中部、東南部一帶;②MII-2層是研究區的主力產層,剩余油主要集中在南部及北部構造位置較高的部位,東北部2井、45井區域井網不完善,構造位置相對較高,仍有一定剩余油富集。

3 結 論

(1)本文闡述了產水率和油水相對滲透率的關系,引入束縛水飽和度參數建立起新的產水率與含水飽和度圖版,提出生產動態與測井資料相結合確定產層平均剩余油飽和度的方法,并利用新井解釋資料及產水率對該方法進行驗證,結果較為準確。

(2)測井相分析表明研究區MII-2層沉積韻律主要為均質韻律、正韻律、復合正韻律,韻律特征分析表明,層內垂向上剩余油主要分布于同一韻律孔隙率、滲透率相對較低的層段。

(3)將基于產水率的剩余油飽和度與三維地質建模相結合,在巖相約束及屬性約束的條件下,采用序貫高斯模擬法,對研究區剩余油平面分布進行擬合,擬合結果與研究區實際生產情況相符合。

(4)該方法充分利用了各井的測井、生產等資料和區域地質特征,剩余油擬合分布情況具有一定代表性,適用于確定研究區的剩余油分布情況。