吐哈油田注水驱油实验和数值模拟研究

刘洪亮，张予生，刘海涛，谢志清，李家萱，马肃滨

（1.中国石油集团测井有限公司吐哈事业部，新疆鄯善838202；2.吐哈油田丘东采油厂，新疆鄯善838202）

吐哈油田注水驱油实验和数值模拟研究

刘洪亮1，张予生1，刘海涛1，谢志清1，李家萱2，马肃滨1

（1.中国石油集团测井有限公司吐哈事业部，新疆鄯善838202；2.吐哈油田丘东采油厂，新疆鄯善838202）

吐哈油田具有低孔隙度、低渗透率、低矿化度储层特征，其含水饱和度大于50%时，电阻率随含水饱和度增大而增大。室内岩心注水驱油实验表明，注入水矿化度与原始地层总矿化度相当时，电阻率随含水饱和度升高而降低；注入水矿化度小于原始地层水矿化度，电阻率随含水饱和度升高而不再单调下降，出现U形曲线。建立水淹层含水饱和度计算模型，结合过套管地层电阻率，经过多次迭代计算，可求得套后地层含水饱和度和套后地层含油饱和度。实际应用中，综合分析确定水淹阶段及混合水电阻率，结合阿尔奇公式，用U形曲线迭代方法寻找最优的含水饱和度值。

岩石物理实验；电阻率；含水饱和度；水淹层；水驱油实验；数值模拟；吐哈油田

0 引 言

吐哈油田是低孔隙度、低渗透率、低矿化度的三低油田［1］。储层水淹后的开发过程中，对于注入水矿化度与原生水矿化度相差不大的储层，可以用烃类衰竭指数来定量评价水淹层［2］。但注入水矿化度变化较大时，中孔隙度、中渗透率储层电阻率与含水饱和度出现下降的L形、下降－上升－下降的S形及下降－上升的U形3种类型［3－4］，这种变化是否适合“三低”油田的储层特点，有必要进行注水驱油实验来寻求电阻率和含水饱和度的定量关系。

1 储层水淹后电阻率变化

吐哈鄯善、温米、丘陵油田是典型的低孔隙度、低渗透率、低矿化度的“三低”油藏，目前油田整体上进入中等含水开发时期，水淹状况差异大。图1为陵检14－×井保压密闭取心含水饱和度与电阻率关系图。该井只取到含水饱和度Sw＞50%的岩心，由于该油田采用的注入水为清水，原始油田储层的电阻率会随着储层含水饱和度的增大单调下降，所以含水饱和度Sw＜50%时用虚拟值表示趋势线。通过测取其岩心对应的电阻率可见，含水饱和度Sw＞50%时，电阻率随含水饱和度增大而增大。

图1 陵检14¯×井保压密闭取心含水饱和度与电阻率关系图（井段2 810～2 820m）

2 注水驱油实验

为了解不同矿化度的水驱替饱含油的电阻率变化情况，选取鄯善、温米、丘陵油田的温检×－1、鄯10－×、陵检13－×取心井32块岩样，经过洗油、脱盐、烘干，用密度0.8g／cm3的煤油饱和，进行了不同浓度NaCl溶液水驱油实验（见表1）。

表1 实验岩样特征

图2 陵检13¯×井水驱油电阻率实验结果

图2、图3、图4为3口井岩心不同注入水电阻率水驱油电阻率实验结果。分别列举注入水电阻率与原始地层水电阻率比值接近5、3、1.5及1等4种情况，其中Rwj为注入水电阻率，Rwi为原始地层水电阻率。如果注入水电阻率接近原始地层水电阻率的1倍时，也就是注入水矿化度与原始地层总矿化度相当时，电阻率随含水饱和度升高而降低。而如果注入水电阻率接近原始地层水电阻率的1.5倍以上时，也就是注入水矿化度小于原始地层水矿化度（淡水水驱）时，电阻率随含水饱和度升高不再单调下降，出现U形曲线。U形曲线的拐点基本在含水饱和度Sw＝60%左右。总矿化度不同的注入水电阻率产生的U形曲线的形状不同，随注入水电阻率倍数Rwj／Rwi的增加，U形曲线上升点的含水饱和度Sw逐渐下降，即上升点提前。

3 数值模拟研究

U形曲线使由储层电阻率求取剩余油饱和度时出现多解性。在注水驱油过程中，储层饱和度计算的难点之一就是地层水电阻率难以确定［5－6］。实际上，当注入水进入地层时，注入的淡水与地层水形成混合溶液并进行离子交换，地层水将发生淡化。

混合液电阻率变化遵循式（1）规律［7］

式中，Rwz为混合液电阻率，Ω·m；Rwi为原生水电阻率，Ω·m；Rwj为注入水电阻率，Ω·m；Sw为地层含水饱和度，%；Swi为束缚水饱和度，%。

在Archie公式中

根据上述公式可建立水淹层含水饱和度计算模型，结合过套管地层电阻率Rt，ch，经过多次迭代计算，可求得套后地层含水饱和度Sw，进而计算套后地层含油饱和度So＝1－Sw。

取Swi＝0.35、Rwi＝0.12；分别取注入水电阻率Rwj为Rwi的不同倍数，利用Matlab可数值模拟出Rwz－Sw关系曲线。取a＝1.35、b＝1、m＝1.825、n＝1.749、φ＝0.145，利用Matlab可求得1组Rt－Sw关系曲线（见图5）。

数值模拟过程中，为了克服1个电阻率对应2个含水饱和度的矛盾，首先通过综合分析确定水淹阶段（即曲线左半枝或右半枝阶段），然后确定混合水电阻率，结合阿尔奇公式寻求最优饱和度值。

在不考虑多次水淹过程中的油淹（过路油）情况下，当水淹后的地层电阻率Rt，ch大于未淹时的原始地层电阻率Rt时，采用U形曲线可求得唯一的含水饱和度值及与之对应的混合液电阻率；当Rt，ch小于Rt时，1个Rt值对应2个含水饱和度，这时，必须先借助其他方法判断水淹程度，并选取U形曲线左半枝或右半枝，采用迭代方法计算含水饱和度。

（1）左半枝迭代：选取Sw初值为Swi，记为，用式（1）求Rwz，用式（2）求Sw，记为若为事先给定的误差上限），则停止迭代，令

图5 注入水电阻率、地层水饱和度、混合液电阻率、地层电阻率关系图

（2）右半枝迭代：选取Sw初值为1或1－Sor（Sor为残余油饱和度），记为，用式（1）求Rwz，用式（2）求Sw，记为若为事先给定的误差上限），则停止迭代，令

4 应用效果

鄯×井1989年6月12日开钻，1989年9月2日完井，1989年9月3日进行裸眼井测井，于1989年10月试油投产，2010年4月产水已经达到100%。图6是该井2010年5月14日进行过套管电阻率测井成果。由图6可见，4号层（3 034.0～3 039.0m井段）的ECOS过套管地层电阻率值高于裸眼井深侧向电阻率值。经查该井1号层（2 958.8～2 962.6m井段）和2号层（2 993.6～2 996.0m井段）注入水矿化度为12 760mg／L，经计算Rwj／Rwi＝0.79，选U形曲线左半枝求取含油饱和度，该井2号层（3 024.0～3 029.0m井段）和4号层（3 034.0～3 039.0m井段）注入水矿化度为2 949mg／L，经计算Rwj／Rwi＝2.708，选U形曲线右半枝求取含油饱和度，1号层位（2 958.8～2 962.6m井段）计算套后含水饱和度67.6%；2、3、4号层位计算套后含水饱和度分别为64.9%、69.9%、67.1%以上，该解释结论与该井过套管电阻率测井前4层合采产水100%的产状相吻合?和?层裸眼结论为差油层；S1－2和?层结论为油层。

图6 鄯×井ECOS井测井解释成果图

5 结 论

（1）通过岩心注水驱油实验可见，注入水电阻率是原始地层水电阻率的1倍时，电阻率随含水饱和度升高而降低。注入水电阻率是原始地层水电阻率的1.5倍以上时，电阻率随含水饱和度升高而不再单调下降，出现U形曲线。

（2）总矿化度不同的注入水电阻率产生的U形曲线的形状不同，随注入水电阻率倍数Rwj／Rwi的增加，U形曲线上升点的含水饱和度逐渐下降，即上升点提前。

（3）实际应用中，可以按照综合分析确定水淹阶段，（即曲线左半枝或右半枝阶段），然后确定混合水电阻率，结合阿尔奇公式，用U形曲线迭代方法计算寻求最优的含水饱和度值。

［1］ 陆大卫，王春利.剩余油饱和度测井评价新技术［M］.北京：石油工业出版社，2003.

［2］ 胡秀杰，万新德.过套管电阻率测井（CHFR）在剩余油综合挖潜中的应用［J］.大庆石油地质与开发，2006，25（4）：104－106.

［3］ 张艳娟，郝艳秋，于涛，等.低渗油藏水驱油室内物理模拟实验方法研究［J］.特种油气藏，2007，14（2）：101－104.

［4］ 张国杰，张崇军，赵国瑞，等.过套管电阻率测井在京11断块水淹层评价中的应用［J］.测井技术，2008，32（5）：451－454.

［5］ 雍世和，张超漠.测井数据处理与综合解释［M］.东营：中国石油大学出版社，1996.

［6］ 杨春梅，李洪奇，陆大卫，等.不同驱替方式下岩石电阻率与饱和度的关系［J］.吉林大学学报：地球科学版，2005，35（5）：667－671.

［7］ 张超谟，张占松，郭海敏，等.水驱油电阻率与含水饱和度关系的理论推导和数值模拟研究［J］.中国科学D辑：地球科学，2008，38（S2）：151－156.

图4 主要流程示意图

6 结 论

试验系统充分发挥了FPGA的优势，将相应功能模块集成在1块芯片上，简化了硬件的结构，减小了系统的体积，提高了系统的稳定性，缩短了开发周期，而且也便于修改调试，系统小巧灵活。实验系统有效地对电缆测井数据传输过程的关键环节如HDB3编码、模拟信道上的传输、以及接收端译码等进行了实验模拟分析，取得了预期的效果。但仍有进一步研究的空间，如相应数字滤波处理、消除码间干扰的时域均衡处理等，或者为了更进一步提高传输效率而在编码之前先进行数据压缩处理等，均是进一步研究探讨的方向。系统设计时采用高性价比的有丰富资源的EP2C35芯片，正是考虑了系统的扩展性和冗余性，使得在试验系统的基础上进行进一步的研究具有可行性。同时从实现技术上，因为EP2C35还支持Nios II嵌入式软核，所以可以将相应功能模块封装成一个基于Avalon内部总线的软IP核，也即基于Nios II的自定义外设，由Nios II内核控制，实现软硬件协同设计，形成一个SOPC应用系统。

参考文献：

［1］ 陈国瑞.成像测井系统中影响电缆传输性能因素的分析［J］.现代电子技术，2004，27（04）：40－42，45.

［2］ 陶立伟，张 伏，王小波，等.全数字16QAM解调器设计与实现［J］.无线电工程，2008，38（10）：53－55.

［3］ 杨建军，林兴春，郝秀权，等.测井电缆通信系统综述［J］.石油仪器，2007，21（03）：1－4.

［4］ 葛 辉，庞巨丰，张芳向，等.几种应用在高速测井电缆传输系统中的编码技术［J］.电子测试，2007，（11）.

［5］ 吴翠娟.基于SOPC技术的HDB3编码器的建模与设计［J］.湖南科技学院学报，2009，30（04）：82－85.

（收稿日期：2009－11－16 本文编辑 王小宁）

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 本文编辑 王小宁）

1004－1338（2012）03－0230－04

刘洪亮，男，1969年生，从事测井资料研究、技术管理工作。