基于产水率的水淹层剩余油分布研究

2021-06-17高衍武毛晨飞赵延静肖华蔺敬旗程亮

测井技术 2021年2期

高衍武,毛晨飞,赵延静,肖华,蔺敬旗,程亮

(1.中国石油集团测井有限公司测井应用研究院,陕西西安710077;2.中国石油集团测井有限公司长庆分公司,陕西西安710201;3.中国石油集团测井有限公司新疆分公司,新疆克拉玛依834000)

0 引言

W油田主力区MII层为受构造控制的层状边底水油藏,储层沉积环境为辫状河三角洲沉积,岩性以杂色砂砾岩和细砂岩为主,储层孔隙度主要分布在9.6%～26.0%,平均为18.5%,渗透率主要分布在1.75～1 375.50 mD(1)非法定计量单位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,平均为195.7 mD。2016年注水开发以来,储层水淹现象严重,含水率持续上升,目前综合含水率达78.6%。

利用测井资料确定注水开发油田产层的剩余油饱和度时,会受到诸多条件限制[1-3],如注入水使产层的混合液矿化度发生改变,通过电阻率测井确定产层剩余油饱和度的可信度降低。目前使用较为广泛研究剩余油分布的方法:油藏工程法[4]、数值模拟法[5-6]及利用生产测井资料确定水驱油藏剩余油分布[7]。前2种方法需要资料较多,应用实现难度较高,结果准确性较低。生产测井资料中的产水率是生产层位生产能力、水淹状况的综合直观反映,各井产水率与生产井产层的产出能力、地层渗透性以及油藏剩余油饱和度大小及其分布之间都存在着密切的联系[8]。因此,本次研究以生产测井资料为基础,以油水相对渗透率作为桥梁,依据常规产水率模型,首次引入束缚水饱和度和残余油饱和度2个参数,推导出新的产水率模型,建立不同束缚水饱和度下的产水率与含水饱和度图版,确定老井产层的平均剩余油饱和度,结合沉积韵律分析及三维地质建模拟合结果,实现研究区水淹层剩余油纵向及平面分布情况的综合分析。研究区应用实例表明,综合分析结果与实际生产情况相符,适用于确定注水开发油田生产层位的剩余油分布情况。

1 剩余油饱和度确定

1.1 油水相对渗透率模型

油水相对渗透率是反映储层油水两相渗流能力的重要参数,在一定程度上可以反映出储层的产液性质。大量的实验研究表明,相对渗透率与含水饱和度之间具有函数关系。目前用于计算油、水相对渗透率的公式有皮尔逊经验方程、乘方公式、琼斯方程和Willhite经验方程等[9-10],其中,Willhite经验方程综合考虑了束缚水饱和度及残余油饱和度对油、水相对渗透率的影响,应用较为广泛。

(1)

(2)

式中,Kro为油相相对渗透率;Krw为水相相对渗透率;Sw为含水饱和度,%;Swi为束缚水饱和度,%;Sor为残余油饱和度,%;m、n为油相经验指数和水相经验指数;α为残余油饱和度下水的相对渗透率;β为束缚水饱和度下油的相对渗透率。其中,不同的α、β、m、n对应不同的油水两相渗流模式。因此,α、β、m、n值的确定对于产水率与含水饱和度图版存在较大的影响。根据研究区相渗实验数据,以Willhite经验方程为基础,进行函数拟合,对α、β、m、n值进行求解,拟合效果见图1,相关性较好,拟合所得公式为

图1 W油田MII层岩心相对渗透率实验拟合成果图

R2=0.948

(3)

R2=0.9272

(4)

1.2 产水率模型

在注水开发油田中,生产井处于稳定生产期时,假设油藏满足:①流体是不可压缩的,产层中流体为稳定流动状态,流量是常数;②产层压力大于孔隙中流体的饱和压力,产层只有油和水为可动流体,其流动方向相同;③产层为水平地层,忽略重力影响;④在线性驱替路径中,任一点的含水饱和度在厚度上是均匀分布的[11]。储层内油水两相径向流动时,产水率Fw可表达为

(5)

式中,μw为水的黏度,mPa·s;μo为油的黏度,mPa·s。将式(1)～式(4)代入式(5)中得到

(6)

由式(6)可知,对于特定油藏,油水黏度比基本保持不变,通过岩心分析资料确定残余油饱和度后,在一定的束缚水饱和度下,产水率会随着含水饱和度的改变而改变。因此,利用生产测井资料的产出剖面确定产层的产水率后,可得到产层的剩余油饱和度So。根据式(6)建立不同束缚水饱和度下的产水率与含水饱和度的关系图版(见图2)。由图2可见,随着含水饱和度的增加,束缚水饱和度越大,产水率的增加速度越快,产水率曲线越陡。

图2 不同束缚水饱和度下产水率与含水饱和度的关系

在前述的理论及公式基础上,总结出一套利用生产测井资料计算老井产层剩余油饱和度的方法:①根据油水两相相对渗透率实验数据,在Willhite经验方程的基础上,经最小二乘法拟合确定模型中未知参数值;②根据相渗实验资料、原油和地层水的分析化验等资料确定束缚水饱和度、残余油饱和度以及油的黏度和水的黏度;③根据产水率公式绘制Fw和Sw的关系图版,利用新井的生产动态资料得出的产水率和测井资料解释出的含水饱和度,对该图版进行验证;④由各老井的Fw值通过图版确定各老井产层的平均含水饱和度,进一步确定产层的剩余油饱和度。

1.3 应用效果分析

根据研究区的水淹井测井解释处理成果对上述方法进行验证。图3为36井测井解释成果图,36井为W油田开发老区新完钻的加密井,生产层段为MII-2层,射孔深度为1 443～1 445 m。投产初期,日产油6.6 t,日产水18.7 m3,产水率73.9%,测井计算1 443.9～1 445.1 m层段束缚水饱和度为49.7%,含水饱和度为55.21%,测井解释与实际生产资料均显示1 443.9～1 445.1 m层段为中水淹。根据产水率与含水饱和度图版,得到该层段平均含水饱和度约为54%,剩余油饱和度约为46%,测井解释该层段剩余油饱和度为44.79%,两者结果基本一致,表明利用该图版计算剩余油饱和度较为可靠。

图3 36井水淹层测井解释成果图

2 剩余油分布规律研究

2.1 水淹模式分析

研究区MII-2层发育大段砂砾岩,整体上物性较好,沉积韵律以均质韵律、正韵律及复合韵律(正韵律叠置)为主。前人研究表明储层遭受水淹时层内垂向上水淹程度的变化服从该层的沉积韵律[12-13]。

(1)均质韵律水淹模式。均质韵律层的测井相特征主要为各条测井曲线呈近似箱形,反映储层内部岩性及物性分布较为均匀。图4中1 443.5～1 455.0 m井段为均质韵律层水淹后特征曲线图。该类储层各部位物性相近,受重力影响,注入水略偏下推进,中、下部水淹相对较强,因此,中、下部电阻率值整体降低且没有明显差异,水淹严重。

图4 36井均质韵律层水淹规律

(2)正韵律层水淹模式。正韵律层的测井相特征主要为各条测井曲线呈近似钟形或钟形-箱形组合形态,反映储层内部自上而下孔隙度、渗透率变好。图5中1 430.3～1 439.0 m井段为正韵律层水淹后特征曲线图。该类储层水淹时易于底部形成高渗透通道,层段下部自然电位正异常幅度减小,电阻率值迅速降低,而上部渗透性相对较差的层段未发生水淹,剩余油富集于储层的中上部。

图5 59井正韵律层水淹规律

(3)复合韵律层水淹模式。复合正韵律层为多个正韵律叠加而成。测井相特征为各条测井曲线呈多段钟形。图6中1 444～1 456 m井段是2个正韵律段叠置而成的复合正韵律层水淹后特征曲线图,该类储层水淹后表现出明显的“多段式”水淹特征,单一层段的水淹特征与正韵律层较为一致。受层间干扰影响,单一层段上部物性较差,水驱效果减弱,成为剩余油的富集层段。

图6 55井复合正韵律层水淹规律

2.2 三维地质建模

根据研究区开发特点及资料情况,通过三维地质建模[14],在相约束及属性约束的条件下,以各老井产层的剩余油饱和度为基础,对研究区的剩余油平面分布情况进行拟合。

研究区建模面积约20 km2,区内直井30口。建模具体步骤:①以地震解释层面数据及井间分层数据为基础,建立储层层面模型;②在储层层面模型的基础上,采用克里金插值法内插小层,进一步剖分,建立储层骨架模型;③以地震解释断层数据为基础,建立储层断层模型;④以录井、测井资料划分的岩性资料为基础,建立岩相模型;⑤在岩相模型约束下,采用序贯高斯模拟法,建立储层属性模型。属性建模就是建立研究区孔隙度、渗透率等参数模型。属性建模的孔隙度、渗透率成果见图7。以MII-2小层为例,该层孔隙度整体分布为20%左右,部分区域孔隙度大于20%,渗透率约为10～500 mD。