油基泥浆密闭取心饱和度校正方法

2014-12-03王谦苏波宋帆于华李震姚亚彬

测井技术 2014年4期

王谦，苏波，宋帆，于华，李震，姚亚彬

（1.中国石油集团测井有限公司，陕西西安710077；2.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒841000）

0 引言

密闭取心饱和度由于受测量环境、挥发脱气等因素的影响，使得实际测量值与地层原始值之间存在较大的差异，影响密闭取心的实际应用效果。因此，密闭取心饱和度校正方法的研究是人们长期关注的重点。刘丽、胡学军等［1－2］通过室内物理模拟实验，建立了降压脱气前后含水饱和度关系，以模拟实验数据为基础对密闭取心饱和度进行校正；杨克兵、陈新等［3－4］根据密闭取心油水饱和度数据间的线性关系，对岩心测量数据进行物性分类与多元回归，利用数理统计方法形成了一套密闭取心饱和度校正方法；孔祥礼、王艺景等［5－6］在密闭取心油水饱和度拟合线的基础上，通过数学方法对拟合线上的数据点进行平移校正与旋转校正，得到归一化处理的校正饱和度。模拟实验建立的密闭取心饱和度校正法其精度受所选样品及样品数的影响较大，而且整个实验过程在高温高压下进行，周期长费用高；其余方法都是在数理统计的基础上直接对饱和度进行校正，均未考虑测量环境对饱和度变化的影响，使饱和度的校正量大于实际变化值，而且没有转换成地层条件下的原始油水饱和度。当岩心到达地面时由于压力减小，岩石孔隙体积会变大，所以在计算地层条件下孔隙度时经常进行覆压校正。即使密闭取心的密闭率为100%（岩心中饱和的流体没有任何挥发与损耗），但由于在地面条件下岩心的孔隙度变大，孔隙中流体的体积也发生了变化，并且与孔隙度的变化率不同，这样就导致测量的油水饱和度之和不等于100%。本文在进行密闭取心饱和度校正时分2步进行，首先通过岩石物理实验校正孔隙度变化引起的饱和度变化；其次通过数理统计方法进行降压脱气校正，从而求得地层条件下的原始饱和度。

1 密闭取心饱和度的覆压孔隙度校正

在实验室条件下通过各种测试方法，其计算含水饱和度的公式为

式中，Sw测为地面测量的密闭取心含水饱和度，%；So测为地面测量的密闭取心含油饱和度，%；Vw地面为地面测量的孔隙中含水体积，cm3；Vo地面为地面测量的孔隙中含油体积，cm3；Vφ地面为地面条件下岩石的孔隙体积，cm3。

假设同一块岩样饱含相同的流体且没有任何损耗，孔隙体积与流体体积在不同的测量环境中数值不同。因此，在不考虑降压脱气损耗的情况下，地层条件下含水饱和度计算公式为

式中，Sw实为地层条件下密闭取心含水饱和度，%；So实为地层条件下密闭取心含油饱和度，%；Vw地层为地层条件下孔隙中的含水体积，cm3；Vo地层为地层条件下孔隙中的含油体积，cm3；Vφ地层为地层条件下岩石的孔隙体积，cm3。

其中

式中，Cw为地层水体积系数；Co为原油体积系数。

联立式（1）、式（2）与式（3），可得

式中，φ为常温常压下测量的岩石孔隙度，%；V地面为常温常压下测量的岩石体积，cm3；φ覆压为地层温度压力下测量的岩石孔隙度，%；V地层为地层温度压力下测量的岩石体积，cm3。

2 密闭取心饱和度的降压脱气校正

在取心筒起钻和岩心封装过程中，岩心流体系统的压力逐渐下降，这就使得溶解在油水中的气体不断膨胀，从而推动油水向孔隙外移动，造成油水饱和度严重损失。在地层条件下如果岩样孔隙仅由油和水充满，那么含油饱和度与含水饱和度之和应为100%。本文利用数理统计方法进行降压脱气饱和度损失校正，假设油的剩余率为ηo，水的剩余率为ηw，则

式中，Soc为校正后的含油饱和度，%；Swc为校正后的含水饱和度，%。

由密闭取心的原始油水饱和度之和为100%，可得

由式（10）可知降压脱气校正前的油水饱和度存在线性关系，即

其中

式中，A、B可以由密闭取心饱和度测量数据通过线性拟合得到，这样就可以求出ηo、ηw，完成密闭取心饱和度的脱气校正。

图1是××1井油基泥浆密闭取心井测井解释成果图。该井连续密集取心多于160m，穿过了油水界面，在油层与水层中进行了系统的取心分析。在以往的研究中取心数量较少，目的层没有足够的油藏高度，取心未穿过稳定的油水界面，水基泥浆钻井对取心筒内岩心有一定的侵入影响等多方面存在局限性。本文在取心资料丰富的情况下，讨论油层、水层中式（11）中的A、B系数是否相同。长久以来人们认为在亲水性岩石中，油层中的油占据着有利孔隙通道，水以薄膜束缚水和毛细管滞留水形式存在，在降压脱气的过程中油的损耗大于水的损耗；而在水层中，水占据着有利孔隙通道，油以残余油的形式在一些孔隙联通性较差的地方富集，导致在降压脱气过程中水的损耗大于油的损耗。如果这种假设成立，分别建立油层、水层的校正公式，油层中油的剩余率为ηo1、水的剩余率为ηw1，水层中油的剩余率为ηo2、水的剩余率为ηw2，则

油层

水层

如果校正后的含水饱和度与含油饱和度之和不等于100%，需要进一步对这些数据进行归一化处理，校正因子必须换算成油水损耗总百分比，归一化校正公式为

式中，So为经过归一化校正地层条件下的含油饱和度，%；Sw为经过归一化校正地层条件下的含水饱和度，%；δ为饱和度损耗总值中油所占的百分比，（1－δ）为水所占的百分比，其中δ的表达式为

通过式（1）到式（17）建立了油基泥浆密闭取心饱和度的校正方法，在覆压孔隙度实验的基础上，结合密闭取心分析资料，可对该井的密闭取心饱和度进行合理校正。

图1 ××1井测井解释成果图

3 ××1井密闭取心饱和度校正

在对××1井进行密闭取心饱和度校正时，应该首先进行密闭取心饱和度的覆压孔隙度校正，在确定取心井段净上覆压力的基础上，利用该井段覆压孔隙度实验数据建立覆压孔隙度校正公式，其中，净上覆压力通过式（18）进行确定

式中，pe为净上覆压力，MPa；pgs为上覆地层压力，MPa；pf为流体压力，MPa；D为样品埋藏深度，m；ρ为上覆岩层平均密度，一般取为2.3g／cm3。

根据研究区石炭系目的层系地层测试器确定的原始地层压力（即流体压力）为42.33MPa，由式（18）、式（19）确定该井石炭系取心井段的净上覆压力为40.47MPa。利用目的层系21块覆压孔隙度实验数据，可以确定在净上覆压力下的三轴孔隙度，但地层条件下为单轴孔隙度，因此必须将实验室测量的三轴孔隙度转化为单轴孔隙度。美国岩心公司提供的CMS300岩心自动分析仪三轴孔隙度转化为地层孔隙度的公式［7－8］为

式中，φ3为净上覆压力下测量的三轴孔隙度；ε为转换因子，一般取0.61。

利用式（20）可以确定地层孔隙度，然后回归建立地面孔隙度转化为地层孔隙度的校正公式（见图2），即

利用式（21）将石炭系密闭取心岩样的地面孔隙度转化为地层孔隙度。

图2 覆压孔隙度与地层孔隙度关系

由于岩石颗粒骨架弹性形变引起的体积变化比岩石孔隙体积变化小，因此，假定岩石颗粒骨架的体积变化可以忽略不计，式（5）、式（6）简化为

由该地区流体分析实验与生产测井资料确定该地区石炭系取心井段的Cw为1.04，Co为1.40。在覆压孔隙度校正的基础上，利用式（22）、式（23）对密闭取心测量的饱和度进行覆压孔隙度校正，消除由于孔隙体积变化和流体体积变化对测量饱和度的影响，然后在此次校正的基础上进行降压脱气校正。

在数据的整理分析过程中发现岩心测量饱和度损失较大，许多岩心油水饱和度之和远小于50%，为了消除环境及测试因素的影响，使建立的脱气校正公式更符合实际情况，应该选取剩余率较高的岩心数据。本文选取经过饱和度覆压孔隙度校正后油水饱和度之和大于70%的岩心数据。图3为分油层、水层分别建立油水层剩余率计算公式。图4为未区分油层、水层建立的剩余率计算公式。对比分析图3、图4发现未区分油层、水层建立的剩余率计算公式相关性更高，而且油层、水层的含水饱和度与含油饱和度线性变化，变化趋势未出现明显的分异。因此，对该井石炭系进行饱和度校正时应将式（13）、式（14）统一为式（12），由图4线性回归的数据可得

图3 ××1井区石炭系密闭取心油水层饱和度关系图

图4 ××1井区石炭系密闭取心饱和度关系图

结合式（11）、式（12）、式（24）确定密闭取心的油水剩余率为

在密闭取心测量的饱和度进行覆压孔隙度校正的基础上，利用式（7）、式（8）、式（26）对密闭取心饱和度进行降压脱气校正，最后利用式（15）、式（16）、式（17）对校正后的饱和度进行归一化处理，使油水饱和度之和为100%。

表1为××1井密闭取心饱和度校正前后对比数据。从表1中可见校正后的含油饱和度与含水饱和度之和不等于100%，需要进行归一化处理。因为在进行密闭取心饱和度降压脱气校正时采用线性回归的方法确定油水的剩余率，它是建立在数理统计分析的基础上，因此不可能使校正后的结果完全符合地层实际情况（油水饱和度之和为100%），只能是逼近地层的实际情况，所以需要进行归一化校正，使校正结果更符合实际情况。