电阻法测定多孔介质含水饱和度可行性研究

孙玉龙 （中石化胜利油田分公司胜利采油厂，山东 东营257051）

郎立术 （中石化胜利技术检测中心能源站，山东 东营257000）

马清明，黄玉雷 （中石化胜利油田分公司胜利采油厂，山东 东营257051）

岳湘安 （中国石油大学 （北京）石油与天然气工程学院，北京102249）

电阻法测定多孔介质含水饱和度可行性研究

孙玉龙 （中石化胜利油田分公司胜利采油厂，山东 东营257051）

郎立术 （中石化胜利技术检测中心能源站，山东 东营257000）

马清明，黄玉雷 （中石化胜利油田分公司胜利采油厂，山东 东营257051）

岳湘安 （中国石油大学 （北京）石油与天然气工程学院，北京102249）

为了研究电阻法测定多孔介质中含水饱和度方法的可行性，设计了静态标定试验和二维动态物理模拟试验，对比根据含水饱和度变化计算的最终采收率和实际采收率是否相符。试验结果表明，矿化度由4000mg/L降低到1000mg/L时，静态电阻值上升幅度接近50%；电极间距对测量电阻值影响可以忽略不计；通过含水饱和度的变化计算出的最终采收率17.99%与实际采收率18.41%基本相符。因此，电阻法测定多孔介质含水饱和度方法性能稳定且一致性较好，对于油田的开发效果分析、潜力评价、水淹层测井解释方法的验证等诸多方面起着良好的指导作用。

电阻法；多孔介质；含水饱和度；物理模拟

油层的基质和原油通常是不导电的，而岩石中的水溶解了盐份，盐在水中电离出正、负离子，在电场的作用下，离子运动，从而形成电流。盐浓度越大，导电能力越强，电导率越大，因而电阻也越小［1，2］。地层中电阻的大小主要受多孔介质的形状、水矿化度和油水比例的影响［3］。当多孔介质、水矿化度不变时，电阻的大小只与含水饱和度有关［4，5］。利用多孔介质模型进行油藏开采物理模拟试验，检测不同驱替阶段结束时含水饱和度变化情况，然后对比根据含水饱和度变化计算的产油量和实际采出油量关系，研究电阻法测定含水饱和度方法的稳定性及可行性。

1 试验简介

1.1 试验设备及材料

1）岩心流动试验装置 岩心夹持器、平流泵、手动高压泵、中间容器、流体采集器、恒温箱、水平井物理模拟装置。

2）试验测试系统 含水饱和度测试系统。

3）试验材料 试验用岩心是人造横向三段非均质岩心 （实验室自制，见表1）、地层水 （矿化度3760mg/L，各离子浓度见表2）、原油 （物性参数见表3）。

表1 人造岩心试验基本参数表

表2 实验室所用地层水基本参数表

表3 试验用原油物性基本参数表

1.2 测量仪器原理及方法

饱和度测量系统由探针、A/D转换板、ARM微处理器以及计算机等组成，整个试验过程由计算机完成数据收集，试验全部实现自动化，减少了误差，提高了测量精度。

多孔介质的电性主要取决于岩性、孔隙度、孔隙几何形状、油 （气）水饱和度和地层水的矿化度、温度等。因此，试验开始前要对含油饱和度进行标定试验，过程如下：

1）岩心抽真空，饱和水 （试验用地层水），测量孔隙度，油驱水 （饱和油）。

2）从岩心入口端注入不同比例的油、水混合液，待流动稳定后，测量其电阻值，油水比例依次取0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0。

3）绘制含油饱和度与电阻的关系曲线 （图1）。重复4次第2步试验的内容，绘制含油饱和度与电阻间的关系曲线，4次试验过程中电阻值变化具有很好的一致性，说明模型中油水分布均匀，关系曲线具有代表性。

图1 含油饱和度与电阻关系曲线

1.3 试验步骤

1）用浓度分别为0、1000、2000、4000、6000、8000、10000mg/L的NaCl溶液进行电阻值标定。

2）针对同一浓度的NaCl溶液，改变电极间距，对测试仪器性能进行稳定性评价。

3）根据试验要求在非均质多孔介质模型上布置电极，用岩心夹持器封装好待用岩心，连接信号线。

4）将安装好的驱替模型抽真空24h，饱和地层水125ml，计算孔隙度；连接试验装置，将模型置于60℃恒温箱中加热24h，测量岩心的基础物性参数，试验装置如图2所示。

5）以速度0.8ml/min注入饱和原油82ml，原始含油饱和度65.6%，然后以速度0.5ml/min注入地层水驱油，至综合含水率98%时停止，试验过程中每4s测定一个电阻值。

6）注入0.1PV化学堵水剂，成胶后进行后续水驱，至综合含水率98%时停止，计算整个驱替过程含水饱和度变化情况。

2 试验结果与分析

2.1 静态标定试验结果

表4为在不同浓度NaCl溶液中两对电极A、B的静态电阻值。从表4中可以看出，去离子水中因其离子极少，导电能力差，所测得电阻值较大，平均电阻达到123102Ω。随着矿化度从10000、8000、6000、4000、2000mg/L逐渐降低到1000mg/L，其所测得的电阻值逐渐增大，表明随着水的矿化度减少，水中离子浓度降低，导电能力下降，电阻值增大。矿化度由10000mg/L降低到4000mg/L，静态电阻值的上升幅度相对较缓；而当矿化度由4000mg/L降低到1000mg/L时，静态电阻值上升幅度接近50%。因此，试验选用地层水矿化度的范围在1000～4000mg/L之间。

图2 动态驱替试验装置图

表4 不同浓度NaCl溶液静态电阻值

为了进一步说明该含水饱和度检测装置性能的稳定性，做了如下试验，见表5。试验结果表明，在不同浓度NaCl溶液中同时放入两对电极C、D，所测得电阻值跟单电极的值差别较小，再改变两对电极之间的距离，电阻值变化也很小，由此说明两对电极间距离变化对所测电阻值的影响较小。因此，在多对电极同时工作时，电极之间的影响可以忽略不计。

表5 不同距离的电极静态电阻值

2.2 动态测定试验结果

由图3可以看出，注入堵剂前，随着水驱过程的进行，高渗带中含水饱和度缓慢上升；注入0.4PV流体后，含水饱和度有一个急剧上升的阶段；注入流体大于1.2PV时，含水饱和度基本不再变化，随后稳定于77.8%。而低渗带中含水饱和度缓慢上升，水驱过程结束后保持在27.7%。注入堵剂后的水驱过程中，高渗带的含水饱和度变化很小，由79%上升至87%；而低渗带含水饱和度有较高幅度的上升，最终达到66.2%。

图3 注入堵剂前 （左）、后 （右）含水饱和度变化曲线

通过液体采集器计量共采出原油15.1ml，采收率为18.41% （15.1ml/82ml）。

水驱结束后各渗透带含水饱和度计算可得到残余油饱和度53.8%。根据采收率＝［（原始含油饱和度－残余油饱和度）/原始含油饱和度］×100%计算，得到最终采收率为17.99%（［（65.6%－53.8%）/65.6%］×100%），与实际采收率基本一致。

众所周知，注入化学堵水剂后能有效地封堵水驱形成的大孔道，使注入水在油层深部转向，扩大注入水波及范围，有效地改善注水效果，使水驱能够更多地采出中低渗带中的原油，较大幅度地提高采收率。由此说明，含水饱和度测试仪器显示的饱和度变化曲线与理论值符合。因此，利用含水饱和度测试方法监测驱替过程中岩心含水饱和度的动态变化是可行的。

3 结 论

1）在不同浓度NaCl溶液中同时放入两对电极，所测的值与单电极的值差别很小，因此多对电极工作时，电极间影响可以忽略不计。

2）在同一浓度NaCl溶液中改变电极间距，所测电阻值变化也很小，电极间距离变化对所测电阻值影响较小，说明该测试方法性能稳定。

3）在非均质物理模型中，对通过岩心含水饱和度的变化计算得出的最终采收率与实际采收率相符，说明电阻法测定多孔介质中含水饱和度变化是一种稳定且有效的方法。

［1］沈爱新，王黎，陈守军.油层低电阻率及阿尔奇公式中各参数的岩电实验研究 ［J］.石油天然气学报，2003，25（增刊 （上））：24～25.

［2］王勇，章成广，李进福，等.岩电参数影响因素研究 ［J］.石油天然气学报，2006，28（4）：75～77.

［3］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 （增刊Ⅱ）：151～156.

［4］贺国芬，袁洪林，路涛，等.一种同时反演地层水电阻率和含水饱和度的方法 ［J］.国外测井技术，2010，（1）：37～40.

［5］徐丽媛.利用饱和度分析数据确定阿尔奇参数 ［J］.天然气勘探与开发，2003，26（3）：65～68.

The Feasibility of Determining Water Saturation in Porous Media by Using Electrical Resistivity

SUN Yu-long，LANG Li-shu，MA Qing-ming，HUANG Yu-lei，YUE Xiang-an （First Author’s Address：Shengli Oil Production P1ant，Shengli Oilfield Company，SINOPEC，Dongying257051，Shandong，China）

To study the feasibility of determining water saturation in porous media by using electrical resistivity method，static calibration experiments and 2-D dynamic physical simulation experiments were established，it compared the calculation of oil production by the water saturation with the actual oil recovery.The results show that when the salinity was reduced from the 4000mg/L to 1000mg/L，the static resistance values were reduced by nearly 50%，and the distance between electrodes on the measurement of resistance was negligible.The ultimate recovery calculated by using the water saturation changes of the different permeability distributions is 17.99%，it is consistent with the actual oil recovery of 18.41%.Therefore，water saturation in porous media determined with the electrical resistivity method presents stability and consistency.It provides a guidance for the evaluation of oilfield development effect，its potential analysis and the proving the logging interpretation of water-out reservoirs.

electrical resistivity method；porous media；water saturation；physical model

TE311

A

1000-9752（2012）02-0110-04

2011-12-21

孙玉龙 （1983-），男，2006年大学毕业，硕士，助理工程师，现从事油层改造技术研究工作。

［编辑］ 龙 舟