一种改进的密闭取心饱和度校正方法*

管 耀 冯 进 石 磊

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司 广东深圳 518054)

密闭取心是获取地层流体信息的直接手段。目前南海东部海域有多口井进行了密闭取心，随着油气勘探开发研究需求的加大，将会有越来越多的井进行密闭取心。理论上密闭取心是获取地层流体饱和度数据的可靠依据，但是密闭取心化验分析的饱和度数据往往存在流体饱和度之和不等于100%的问题[1-6]，这让地质家对密闭取心的作用提出了质疑。另外，密闭取心成本高昂，亟需找到一种可靠的密闭取心饱和度校正方法。

目前理论依据最充分的密闭取心饱和度校正方法是由公式推导得到的[7-9]，本文称之为理论公式法，该方法计算出原油降压脱气、流体体积系数变化、岩心孔隙体积变化这3个主要因素对饱和度变化的影响，并一一补偿校正，进而形成综合校正公式。如果能取准公式中的重要参数，特别是计算分流率的参数，则校正结果将是可信的。但是已有公式中有关分流率的计算参数复杂，在资料有限的条件下很难取准。

本文利用岩心相渗资料拟合得出分流率经验计算式，将其代入常规的密闭取心饱和度校正数学模型中，使模型中的重要参数计算简单并且准确，模型实用性得到了大大提高。

1 分流率计算

结合南海东部海域多口密闭取心井的情况，视储层物性条件差异、地层和地面条件差异、流体性质差异等，密闭取心流体饱和度损失差异较大，密闭取心岩样分析的流体饱和度平均损失量为15%～25%[1]。以南海东部海域X油田某灰岩油藏A井为例，其密闭取心岩心分析的含水饱和度和含油饱和度交会点基本偏离45°线(图1)，说明含水和含油饱和度之和小于100%，平均损失约20%。一般认为，造成饱和度损失的主要原因包括以下3个方面[2]：

1) 原油降压脱气作用。岩心取到地面后，由于压力降低导致原油不断脱气，生成的气体占据孔隙空间并排挤液态流体，造成油水流失、油水饱和度降低。岩心出筒后至取样完毕这段过程中原油轻质成分挥发，原油品质好、气油比高，损失量就大。

2) 流体体积系数变化。由于地面与地层温度、压力差异大，相同质量流体地面体积较地层体积小，地面流体体积变小后导致油水饱和度降低。

图1 南海东部海域X油田A井密闭取心岩心分析含油和含水饱和度交会图

3) 孔隙体积变化。岩心取到地面后没有了上覆压力，孔隙空间会变大，导致油水饱和度降低。孔隙度的变化量可以通过岩心覆压实验得到。

以上3种影响因素中，原油降压脱气作用的影响最大，一般认为占总流体损失量的80%以上；而流体体积系数变化和孔隙体积变化的影响，因为有确定的实验数据，相对较容易校正。因此，研究流体流失量及被排挤流体中油和水各占的比例(分流率)是校正的关键，这决定着饱和度校正的方向。影响分流率的主要因素是油水的相对渗透率和流体黏度[3-4]。油、水分流率的计算公式为[3]

(1)

式(1)中：fo为油的分流率；fw为水的分流率；μo为油的黏度，mPa·s；μw为水的黏度，mPa·s；Krw为水的相对渗透率；Kro为油的相对渗透率。

以A井为例，利用岩心分析相渗数据计算分流率。由A井灰岩岩心油水相对渗透率比值与含水饱和度关系(图2)可以看出，不同绝对渗透率岩心的Krw/Kro和含水饱和度相关关系较一致。一般而言，相同类型储层的岩心油、水相渗的比值与含水饱和度有较好的对数关系[3]，这就得到了分流率计算的核心参数Krw/Kro。取地面原油黏度为45 mPa·s，地面水的黏度为0.58 mPa·s，求得A井油、水的分流率与含水饱和度的关系为

(2)

式(2)中：Sw为含水饱和度，%。

图2 南海东部海域X油田A井岩心Krw/Kro和含水饱和度相关关系

利用式(2)绘出油的分流率与含水饱和度关系曲线(图3)，可以看出，含水饱和度以40%为拐点，当岩心含水饱和度大于40%时油的分流率基本接近于0；而当岩心含水饱和度小于40%时，油的分流率随着含油饱和度的增加急速上升，即岩心含水饱和度不同，流体流失规律不同。

图3 南海东部海域X油田A井油的分流率与含水饱和度关系

2 校正方法的改进

理论校正模型主要考虑3个因素：流体体积系数变化、覆压孔隙体积变化和原油降压脱气。以流体体积系数、孔隙覆压校正和油水分流率为理论依据，推导出校正以上3个因素的饱和度误差模型，最后进行累加获得总的饱和度校正模型。各因素的影响校正公式前人已有详细推导过程[5-8]，以下叙述关键步骤。

对于原油降压脱气驱替油水两相流体流出岩心，流失流体总体积ΔVow由实验分析的含油饱和度和含水饱和度推导得出，近似为[7]:

ΔVow=(Vo+Vw)(1-SosBo-SwsBw)

(3)

式(3)中：Vw为地层条件下地层水的体积，m3；Vo为地层条件下油的体积，m3；Sos为实测含油饱和度，%；Sws为实测含水饱和度，%；Bw为地层水体积系数；Bo为油的体积系数。

式(3)的内涵即地面条件分析的流体体积的损失量通过体积系数变换得到地层条件下流体体积的总的损失量。实际情况比式(3)理想化的情况复杂得多，比如由于脱气作用产生的第3相流体气体流失的影响，但是这些因素对总的体积损失影响较小，为了便于计算采用了近似公式。

排出的油水总体积中，油水损失量按分流率进行分配，其中排出的油体积量ΔVo为

ΔVo=ΔVowfo

(4)

将式(1)、(3)代入式(4)，即校正了流体体积系数变化和原油降压脱气的影响，获得油饱和度校正值ΔSo为[7]

(5)

覆压孔隙体积变化导致的含油饱和度校正值ΔSoφ为[7]

(6)

式(6)中：φs为地面条件下孔隙度，%；φr为地层条件下孔隙度，%。

综合流体体积变化和降压脱气饱和度校正值ΔSo与覆压孔隙体积变化导致的饱和度误差校正值ΔSoφ，得到综合这3种因素的含油饱和度总的理论校正量为[7]

(7)

得到校正后地层条件下含油饱和度理论值为[7]

(8)

公式中有较多需要确定的油田储层和流体参数，如地面条件下孔隙度与地层条件下孔隙度关系、流体体积系数、流体黏度、流体相渗等。地面条件下孔隙度与地层条件下孔隙度关系通过油田岩心覆压实验数据确定。岩心覆压校正公式为

φr=0.959 8φs

(9)

油田流体体积系数、流体黏度通过流体分析数据确定。地层条件下X油田油的体积系数为1.05，水的体积系数为1.045。

分流率中流体相渗的确定是公式中各参数确定的难点，已有校正模型中油、水相渗比值计算式为[7]

(10)

式(10)中：Sor为残余油饱和度，%；Swc为束缚水饱和度，%。

式(10)在实际应用中困难重重，需要确定每块岩心的残余油饱和度Sor和束缚水饱和度Swc。如果岩心未做充分的化验分析，这2个数值的确定本身就是一个难题，如果取值不准会极大影响密闭取心饱和度的校正精度。本文“分流率计算”一节中通过岩心相渗数据拟合得到油、水相渗比值表达式(图2)。与式(10)相比，图2中的拟合公式仅需含水饱和度就可以确定油、水相渗比值的计算，简化了计算，且由于不需要复杂参数的确定，计算结果更加可靠。将新的油、水相渗比值计算方法应用到理论校正公式中，即

(11)

式(11)是对原理论公式的改进。最终地层条件下含油饱和度实际计算公式为

(12)

最终公式中所有参数都是依据油田岩心和流体化验分析数据得到，数据依据充分，改进的理论校正公式比原公式应用更简单合理。

3 改进方法的校正效果分析

3.1 油、水校正量分析

可通过饱和度校正量的直方图(图4)说明本文改进方法的特点。由图4可以看出，岩心含油饱和度校正量随着实测含油饱和度的增大而逐渐增大。当岩心校正后含油饱和度为60%左右时，含油饱和度校正量从4%以下跃升为10%～20%；随着实测含水饱和度的降低，含水饱和度校正量逐渐减小，当实测含油饱和度大于58%，校正量主要以含油饱和度为主，含水饱和度校正量较低。

图4 本文方法岩心油、水饱和度校正量

改进的理论公式校正方法依据油水分流率理论，用可靠的岩心分析相渗数据计算分流率，校正量与岩心实际饱和度形成非线性相关关系，均是从模拟实际油水损失情况出发；并且精细考虑了流体体积随温度、压力的变化和孔隙体积覆压的变化，理论依据充分合理。

3.2 校正效果分析

将改进的方法应用于南海东部X油田两口密闭取心井A井和B井，进行校正效果分析(图5、6)，两口井均有充分的化验分析资料。A井在生物礁灰岩油层段密闭取心，储集空间主要是孔隙型，储层物性好。B井在中浅层砂岩油层段进行了密闭取心，为孔隙型储层，物性较好。

图5中第7道中So是校正前岩心含油饱和度，So3是校正后的含油饱和度，Sw是测井解释含水饱和度。由图5可以看出：1375～1380m井段物性较好、油柱较高的油层段，含油饱和度校正量较大；在1 380 m以深物性较差层段，特别是1 410 m以深含油水层段，油饱和度几乎无校正量，因为这些层段岩心以水的损失为主。

密闭取心井B井压汞资料丰富，可利用岩心毛管压力资料计算地层原始含油饱和度，这也是测井上常用的一种标定含油饱和度的方法[10-12]。生产实践表明，在自由水界面明确且物性较好的砂岩油层，利用岩心毛管压力计算的含油饱和度准确性较高；但在一些非均质强、物性差的油藏应用效果较差。B井密闭取心段属于均质且物性较好的砂岩储层，因此采用岩心毛管压力资料确定的饱和度来验证密闭取心饱和度是适用的。图6中第7道Sw_before和第8道Sw_after分别是校正前、后的密闭取心含水饱和度，Swe为测井计算的含水饱和度，Sw为岩心毛管压力资料确定的含水饱和度。对比发现，密闭取心含油饱和度的校正量较大，Sw_after与Sw吻合较好。密闭取心校正后含油饱和度与毛管压力资料确定含油饱和度之间的绝对误差小于4.1%(表1)，满足测井计算精度要求，证明了本文方法的合理性。

图6 南海东部海域X油田B井理论公式校正含油饱和度结果

深度/m含油饱和度/%测井计算毛管压力计算岩心校正后绝对误差/%1625 264 265 061 5-3 51631 855 356 353 0-3 31634 928 530 226 8-3 41635 99 210 28 1-2 11645 950 046 050 14 11646 871 080 280 1-0 11648 250 247 548 61 11652 145 246 347 61 31654 142 343 642 6-1 0

本文方法在A井和B井的应用表明，改进的理论公式适合所有较均质的孔隙型油藏，包括砂岩和灰岩，只要代入油田相渗、黏度和覆压孔隙等资料即可得到实际校正公式，可推广性强，应用范围广。

4 结论

利用岩心相渗资料拟合得到了计算分流率的经验公式，代入常规的密闭取心校正公式后，得到了改进的校正方法。本文方法消除了常规公式计算分流率时多个重要参数难以确定的问题，提高了校正公式的易用性。

南海东部海域X油田密闭取心井应用结果表明，本文方法校正后密闭取心饱和度结果与毛管压力资料计算结果相近，绝对误差小于4%，说明了本文方法的准确性。

[1] 胡学军，杨胜来，李辉．密闭取心降压脱气对岩心含水饱和度的影响[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2004,19(6):27-30．

HU Xuejun,YANG Shenglai,LI Hui.Effect of degassing in sealing core drilling on the water saturation of cores[J].Journal of Xi’an Shiyou University(Natural Science Edition),2004,19(6):27-30.

[2] 孔祥礼,玄中海.常压密闭取心含油饱和度校正新方法[J].断块油气田，2006,13(1):20-22.

KONG Xiangli,XUAN Zhonghai.A new way to proofread the oil saturation of the sealed coring by using ordinary pressure[J].Fault-Block Oil & Gas Field,2006,13(1):20-22.

[3] 何更生.油层物理[M].2版.北京：石油工业出版社，2003.

[4] 李文红，李英蕾，雷霄，等.南海西部油田高泥质疏松砂岩储层数字岩心渗流特征[J].中国海上油气,2015,27(4):86-92.DOI:10.11935/j.issn.1673-1506.2015.04.011.

LI Wenhong,LI Yinglei,LEI Xiao,et al.Digital core percolation characteristics of loose sandstone reservoir with high mud content in western South China Sea[J].China Offshore Oil and Gas,2015,27(4):86-92.DOI:10.11935/j.issn.1673-1506.2015.04.011.

[5] 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.DOI:10.11935/j.issn.1673-1506.2016.01.009.

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.DOI:10.11935/j.issn.1673-1506.2016.01.009.

[6] 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.

[7] 辛治国,侯加根.密闭取心饱和度校正数学模型[J].吉林大学学报(地球科学版),2012,42(3):698-703.

XIN Zhiguo,HOU Jiagen.Correction model of oil and water saturation in sealing core[J].Journal of Jilin University (Earth Science Edition),2012,42(3):698-703.

[8] 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 Expoloration and Development,1993,20(4):102-105.

[9] 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.

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

[10] 文政，赖强，魏国章．应用密闭取心分析资料求取饱和度参数[J].大庆石油学院学报，2006，30(5)：17-19．

WEN Zheng,LAI Qiang,WEI Guozhang.Determination of the saturation parameters by application of the sealed core data[J].Journal of Daqing Petroleum Institute,2006,30(5):17-19.

[11] 吕鸣岗，毕海滨.用毛管压力曲线确定原始含油饱和度[J].石油勘探与开发，1996，23(5):63-66.

LU Minggang,BI Haibin.Initiai oil saturation determination by capillary pressure curve[J].Petroleum Exploration and Development,1996，23(5):63-66.

[12] 罗蛰潭,王允诚.油气储集层的孔隙结构[M].北京：科学出版社,1986：80-100.