密闭取心饱和度校正新模型*

马勇新 李文红 朱绍鹏

(1.中国地质大学(武汉)资源学院 湖北武汉 430074； 2.中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057)

密闭取心饱和度校正新模型*

马勇新1,2李文红2朱绍鹏2

(1.中国地质大学(武汉)资源学院 湖北武汉 430074； 2.中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057)

为准确求取密闭取心饱和度，在前人分析流体饱和度损失变化主要影响因素的基础上，考虑岩心从地下至地面压力系统变化引起的岩心孔隙体积、流体体积的变化及降压脱气排液对密闭取心饱和度的影响，引入了应力敏感效应对孔隙体积的影响，同时考虑了流体在地下始终遵循物质平衡原理，从渗流力学角度推导了一种新的密闭取心饱和度校正模型。利用本文模型对南海西部W油田A井78块密闭取心饱和度进行了校正，结果表明，不论是未开发层还是已处于高含水阶段的层位，本文模型校正结果相对于实验校正结果均更符合油田开发实际，证实了本文方法的合理性和推广价值。

密闭取心；流体饱和度；应力敏感；降压脱气；校正模型

油藏流体饱和度是油田地质储量计算中的重要参数之一，也是油藏驱油效率研究中不可或缺的重要资料。目前最直接获取饱和度资料的方法为密闭取心[1-11]，但受技术条件影响，地面测定的流体饱和度结果往往存在误差[1-2]，须进行实验校正或经验公式校正[2-9]，但实验校正繁琐复杂不易于矿场操作，经验公式校正可移植性和推广性不强。程会明 等[1]首次提出了基于渗流力学原理建立密闭取心饱和度校正模型，但该校正模型有两点值得商榷：一是未考虑孔隙体积变化对饱和度校正的影响， 而储层尤其是异常高压储层具有应力敏感效应[12-14]，因此在饱和度校正时应考虑孔隙体积变化的影响；二是在阐述原油脱气排液过程时基于地面排出液量开展的层次分析过于繁琐且不易理解，未抓住无论地面排出液多少，在地下其始终遵循物质平衡这一核心开展分析。因此，笔者在前人研究基础上，结合密闭取心流体实际损失情况，引入了应力敏感效应对孔隙体积的影响，同时考虑流体在地下始终遵循物质平衡原理，从渗流力学角度推导了一种新的密闭取心饱和度校正模型。

1 密闭取心饱和度校正模型的建立

密闭取心饱和度影响因素多样[10-11]，但综合分析认为校正过程中主要应该考虑由地下至地面压力系统的变化导致的孔隙体积变化、流体体积变化以及降压脱气排液对密闭取心饱和度的影响，如图1、2所示。

图1 密闭取心时油为连续相流体损失示意图

图2 密闭取心时油为非连续相流体损失示意图

1.1 孔隙体积变化分析

储层尤其是异常高压储层具有应力敏感效应，即在施加一定的有效应力时储层的物性参数随应力变化而改变(它反映了储层孔隙几何学及裂缝壁面形态对应力变化的响应)，而在钻井取心时岩心经历了应力释放(简称降压过程)。根据实验结果，地下孔隙体积和地面孔隙体积存在以下相关式：

(1)

pob=0.01[h水深+2.3(h中深-h水深)]

(2)

式(1)、(2)中：Vp为岩心在地下的孔隙体积，m3；Vps为岩心地面孔隙体积，m3；pob为储层上覆压力，MPa；pi为储层原始地层压力，MPa；m为应力敏感指数;h中深为地层埋藏中深，m；h水深为海(河)水的自由断面到其海(河)床面的垂直距离，m。

由式(1)可知，应力敏感效应越强，引起的孔隙体积变化越大。因此在校正饱和度值时对于强应力敏感储层不能忽视应力敏感效应。

1.2 流体体积变化分析

根据文献[1]，同时考虑地下至地面压力的变化，地面测量的流体饱和度与地下流体饱和度存在以下相关式：

(3)

(4)

式(3)、(4)中:Sos、Sws为地面测量原油和水的饱和度，f；Sor、Swr为Sos、Sws对应的地下原油和水的饱和度，f;Bo为油的体积系数，m3/m3；Bw为水的体积系数，m3/m3。

令

(5)

则

Sor=βSosBo

(6)

Swr=βSwsBw

(7)

因此,流体体积变化引起的油、水饱和度的校正式分别为

ΔS1or=Sos(βBo-1)

(8)

ΔS1wr=Sws(βBw-1)

(9)

从式(8)、(9)中可知，流体体积变化主要是由流体体积系数引起的，而地层水体积系数接近1，因此流体体积变化主要是由原油引起的，地下原油体积系数越大，流体体积变化越大，则对含油饱和度校正值影响就越大。所以，对于高气油比油藏,在密闭取心饱和度校正时一定要考虑流体体积变化对含油饱和度校正的影响。

1.3 降压脱气排液分析

取心过程中降压脱气排液所产生的油、气、水总体积比岩心的孔隙体积大[1]，原油的原始溶解气油比越高，则排出的油、气、水体积就越多。但无论地面排出液多少，在地下其始终遵循物质平衡，因此地层条件下损失的油、水总体积ΔVow为

ΔVow=Vp(1-Sor-Swr)=

Vp(1-βSosBo-βSwsBw)

(10)

地层条件下损失的油、水总体积中，油、水体积按分流率进行分配，即地层条件下损失的油、水量分别为

ΔVor=ΔVowfo=Vp(1-βSosBo-βSwsBw)fo

(11)

ΔVwr=ΔVowfw=Vp(1-βSosBo-βSwsBw)fw

(12)

式(11)、(12)中:ΔVor、ΔVwr为地层条件下损失的油、水体积，m3;fo为原油分流率，f;fw为地层水分流率，f。

因此，油、水饱和度损失分别为

ΔS2or=(1-βSosBo-βSwsBw)fo

(13)

ΔS2wr=(1-βSosBo-βSwsBw)fw

(14)

从式(13)、(14)可以看出，降压脱气排液过程中，除了上述所分析的孔隙体积变化和流体体积变化会对流体饱和度校正值产生影响之外，地下油、水分流量也会对其产生影响。含水率越大，含水饱和度校正值越大，含油饱和度校正值越小。因此，未开发层流体饱和度校正主要是含油饱和度校正，而高含水层流体饱和度校正主要是含水饱和度校正。

1.4 油、水饱和度综合校正量表达式

综合上述多因素分析，最终的油、水饱和度校正量表达式分别为

ΔSor=ΔS1or+ΔS2or=

Sos(βBo-1)+(1-βSosBo-βSwsBw)fo

(15)

ΔSwr=ΔS1wr+ΔS2wr=

Sws(βBw-1)+(1-βSosBo-βSwsBw)fw

(16)

对于地下油水两相流动，fo=1-fw,则

ΔS=ΔSor+ΔSwr=1-Sos-Sws

(17)

油、水分流率计算公式分别为

(18)

(19)

式(18)、(19)中：μo为地层原油黏度，mPa·s；μw为地层水黏度，mPa·s；Kro为油相相对渗透率,f；Krw为水相相对渗透率,f。

由相渗实验数据可知，油水两相相对渗透率比值与损失前地下真实含油、含水饱和度So和Sw具有以下函数关系[15-16]：

(20)

式(20)中：a、b为相渗曲线指数，可以通过相渗实验数据确定。

将式(18)～(20)代入式(15)、(16)，可得

ΔSor=Sos(βBo-1)+

(21)

ΔSwr=Sws(βBw-1)+

(22)

最终，校正后的地下真实油水饱和度分别为

So=Sos+ΔSor=βBoSos+

(23)

Sw=Sws+ΔSwr=βBwSws+

(24)

基于以上公式，用EXCEL宏编制简易程序可进行快速计算，具体步骤如下。

第1步：根据岩心应力敏感或覆压实验结果确定研究目标的应力敏感指数。若没有开展上述实验，须根据区域孔隙度与应力敏感指数的关系式确定相应研究目标孔隙度对应的应力敏感指数。

第2步：根据PVT实验结果确定Bo。

第3步：根据区域岩心相渗实验结果分类建立储层物性与束缚水饱和度以及储层物性与残余油饱和度的关系式，并确定含油饱和度与含水率关系曲线。

第4步：根据研究目标的地质油藏特征及储层物性确定残余油饱和度、束缚水饱和度及相应的a、b值。

第5步：根据密闭取心饱和度实验测定的Sos和Sws值，结合式(23)、(24)并采用迭代法求取校正后的地下真实含油饱和度和含水饱和度。

2 实例应用

利用本文方法对南海西部W油田A井78块密闭岩心样品的油、水饱和度进行了分析。该井取心目的层位为ZJ1和ZJ2,取心井段分别为1 120～1 144 m和1 352～1 377 m。其中，ZJ1为低阻层，储层平均孔隙度31.2%，平均渗透率49 mD，暂未开发；ZJ2为高渗层，储层平均孔隙度33.6%，平均渗透率1 880 mD，生产已进入高含水阶段(含水率85%)。该井各层密闭取心实测流体饱和度(Sos+Sws)均小于100%(图3)。

根据本文推导的饱和度校正模型，利用EXCEL宏编制简易程序进行快速计算，结果见图4。其中，ZJ1低阻层校正后的平均含水饱和度为71.2%，接近实测平均值68.1%，低于实验校正结果81.7%；校正后的平均含油饱和度为28.9%，高于实测平均值15.1%，也高于实验校正结果18.3%。分析认为，ZJ1未开发低阻层水多为束缚水，难以动用，在密闭取心降压过程中损失的主要是含油量，因此利用本文方法所得饱和度校正结果相对于实验校正结果更符合油田开发实际。

图3 南海西部W油田A井密闭取心实测流体饱和度分布图

图4 南海西部W油田A井校正后地下油水饱和度分布图

ZJ2高渗层校正后的平均含水饱和度为65.5%，高于实测平均值52.9%，更高于实验校正结果49.0%；校正后平均含油饱和度为34.5%，高于实测平均值26.1%，但小于实验校正结果51.0%。分析认为，ZJ2高渗层含水饱和度校正的幅度大于含油饱和度校正的幅度，符合驱替原理。由实验校正结果计算的ZJ2高渗层驱油效率为27%，与实际值52.8%不相符；而由本文模型校正结果计算的驱油效率为51%，与实际接近。因此，对于高渗层，本文饱和度校正模型的结果相对于实验校正结果同样更符合油田开发实际。

总之，无论是未开发层还是已处于高含水阶段的层位，利用本文方法获取的饱和度校正值均优于实验校正结果，且与实际生产情况相吻合，这进一步证实了本文方法的合理性和推广价值。

3 结论

1) 考虑应力敏感效应对孔隙体积的影响、流体在地下始终遵循物质平衡原理，从渗流力学角度推导了一种新的密闭取心饱和度校正模型，该模型可以较好地校正地层条件下的饱和度数据，使地层的驱油效率计算趋于合理，可推广应用于未饱和油藏密闭取心流体饱和度校正。该模型用EXCEL宏编制简易程序进行快速计算，简单易操作，具推广性。

2) 在密闭取心流体饱和度校正过程中应注意以下几点:①对于强应力敏感油藏，不能忽视应力敏感效应对含油饱和度校正的影响;②对于高气油比油藏，须关注流体体积变化对含油饱和度校正的影响;③未开发层流体饱和度校正主要是含油饱和度校正，而高含水层流体饱和度校正主要是含水饱和度校正。

[1] 程会明，李传亮，程呈.密闭取心饱和度校正方法研究[J].科学技术与工程，2012，20(12)：4892-4895.

Cheng Huiming,Li Chuanliang,Cheng Cheng.Study on saturation correction of sealing core constrained by fluid viscosity and relative permeability[J].Science Technology and Engineering,2012，20(12)：4892-4895.

[2] 谭锋奇，杨长春，李洪奇，等.密闭取心井油水饱和度校正方法[J].地球科学——中国地质大学学报，2013，28(3)：592-598.Tan Fengqi,Yang Changchun,Li Hongqi,et al.Study on oil-water saturation correction from sealed core wells[J].Earth Science—Journal of China University Geosciences，2013，28(3)：592-598.

[3] 马名臣，李建树.密闭取心井岩心油、水饱和度校正方法[J].石油勘探与开发，1993,20(4):102-105.

Ma Mingchen,Li Jianshu.A correction of oil and water saturation obtained from sealed core analysis[J].Petroleum Exploration and Development，1993,20(4):102-105.

[4] 王艺景，黄华，刘志远，等.取心分析饱和度数理统计校正方法及其应用[J].江汉石油学院学报，2002,22(4):42-44.Wang Yijing,Huang Hua,Liu Zhiyuan,et al.Mathematically statistical calibration for saturation analysis by coring and its application[J].Journal of Jianghan Petroleum Institute，2002,22(4):42-44.

[5] 赵富贞，陈淦.岩心分析饱和度资料的一种校正方法[J].新疆石油地质，1996,17(1):68-70,74.

Zhao Fuzhen,Chen Gan.A correction method of saturation data from core analysis[J].Xinjiang Petroleum Geology，1996,17(1):68-70,74.

[6] 申本科，李萍.用毛管压力资料对密闭取心井岩心饱和度校正[J]．国外测井技术，2004,19(2):64-66.

Shen Benke,Li Ping.A correction of saturation obtained from sealed core analysis by means of capillarity data[J]．World Well Logging Technology，2004,19(2):64-66.

[7] 杨胜来，胡学军，李辉.密闭取心流体饱和度误差的影响因素及修正方法[J].石油大学学报(自然科学版)，2004，28(6)：64-67.

Yang Shenglai,Hu Xuejun,Li Hui.Influencing factors and correction method for error of fluid saturation calculation during sealed coring[J].Journal of the University of Petroleum,China，2004，28(6)：64-67.

[8] 张亮.密闭取心井岩心饱和度校正物理模拟实验[J].油气地质与采收率，2009，16(2)：94-95,98.

Zhang Liang.Physical simulation experiment on the saturation correction for sealed coring wells[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2009，16(2)：94-95,98.

[9] 杨克兵,张善成,黄文革.密闭取心井岩石含油饱和度测量数据校正方法[J]，测井技术,1998，22(2)：71-74.

Yang Kebing,Zhang Shancheng,Huang Wenge.A correction of saturation data obtained from sealed core analysis[J].Well Logging Technology,1998，22(2)：71-74.

[10] 王帅，胡胜男.密闭取心井岩心油水饱和度校正方法研究[J].国外测井技术，2011(6):50-52.

Wang Shuai,Hu Shengnan.Oil and water saturated correction of the samples from sealed coring wells[J].World Well Logging Technology，2011(6):50-52.

[11] 顾保祥，刘维永.绥中36-1油田水淹层密闭取心饱和度校正[J].中国海上油气，2008，20(1)：38-40.

Gu Baoxiang,Liu Weiyong.Saturation correction of sealed coring for water-flooded zones in SZ36-1 oilfield[J].China Offshore Oil and Gas，2008，20(1)：38-40.

[12] 朱绍鹏，李茂，劳业春，等．一种新的低渗压敏油藏产能方程推导及特征分析[J]．中国海上油气，2012，24(5)：29-33．

Zhu Shaopeng,Li Mao,Lao Yechun,et al.A new deliverability equation for oil reservoirs with low permeability and pressure-sensitivity and its characteristics[J].China Offshore Oil and Gas，2012，24(5)：29-33．

[13] 董平川，江同文，唐明龙.异常高压气藏应力敏感性研究[J].岩石力学与工程学报,2008,27(10)：2087-2093．

Dong Pingchuan，Jiang Tongwen，Tang Minglong.Research on stress-sensitivity in abnormal high pressure gas reservoir[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2008,27(10)：2087-2093．

[14] 田虓丰，程林松，薛永超，等.致密油藏液测应力敏感特征及微观作用机理[J]．中国海上油气，2015，27(2)：63-67.

Tian Xiaofeng,Cheng Linsong,Xue Yongchao,et al.Characteristics and micro-mechanism of stress sensitivity by using liquid measurement method in tight oil reservoirs[J].China Offshore Oil and Gas,2015，27(2)：63-67.

[15] 刘斌.利用相对渗透率曲线计算油田采收率方法的改进[J]．中国海上油气(地质)，1996，10(1)：45-48.

Liu Bin.The improvement of oil recovery factor determination method by using relative permeability curves[J].China Offshore Oil and Gas(Geology),1996，10(1)：45-48.

[16] 李金宜,戴卫华,罗宪波,等.海上油田波及系数修正新方法[J]．中国海上油气，2012，24(增刊1)：86-89.

Li Jinyi,Dai Weihua,Luo Xianbo,et al.A new method to correct the sweep efficiency in offshore oilfields[J].China Offshore Oil and Gas,2012，24(S1)：86-89.

(编辑：杨 滨)

A new saturation correction model for the samples from sealed coring wells

Ma Yongxin1,2Li Wenhong2Zhu Shaopeng2

(1.FacultyofResources,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China;2.ZhanjiangBranchofCNOOCLtd.,Zhanjiang,Guangdong524057,China)

To accurately calculate the saturation of the sealed core sample, a mathematical model of saturation correction with material balance and seepage mechanics principle is derived based on the previous study about the main factors influencing the loss of fluid saturation change, in which the effect of stress on pore volume has been introduced, and the effects of core pore volume change with pressure, the fluid volume variation caused by pressure decreasing, and degasification on saturation are considered. With this model, saturation corrections of 78 sealed cores have been completed for Well A in W oilfield, and the results indicate that the correction model results are more applied to oilfield compared with experiment calibration in both undeveloped layers and high water cut layers.

sealed coring; fluid saturation; stress sensitivity; pressure depletion and gas liberation; correction model

*中海石油(中国)有限公司综合科研项目“文昌油田群剩余油分布及挖潜研究(编号：YXKY-2010-ZJ-02)”部分研究成果。

马勇新，男，高级工程师，1995年毕业于原石油大学(北京)石油工程专业，获学士学位，现从事油气田开发科研管理工作。地址：广东省湛江市坡头区22号信箱(邮编：524057)。E-mail:mayx@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)02-0078-05

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.02.009

TE 311+.2

A

2015-02-21 改回日期：2015-06-12

马勇新,李文红,朱绍鹏.密闭取心饱和度校正新模型[J].中国海上油气，2016,28(2)：78-82.

Ma Yongxin,Li Wenhong,Zhu Shaopeng.A new saturation correction model for the samples from sealed coring wells[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(2):78-82.