吳帆 徐競(jìng)赟 章玉平(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部印尼基地)

一、前言

孟格培油田是位于印度尼西亞蘇門答臘省南部的油田區(qū)塊，砂巖儲(chǔ)集層。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間開發(fā)的油田，其自然電位隨著油田的長(zhǎng)期注水開發(fā)而發(fā)生顯著變化。這種變化不僅在于流體的礦化度明顯減低，而且表現(xiàn)在層間的壓力差大幅度增加。這就使得流動(dòng)電位成為自然電位曲線的主導(dǎo)。由于孔隙的壓力分布在橫向及縱向上具有很大的不同，進(jìn)行壓力的檢測(cè)極為必要。

聲速法是上個(gè)世紀(jì)中后期主要的用測(cè)井曲線對(duì)孔隙壓力進(jìn)行解釋的方法。解釋原理是從壓實(shí)情況和孔隙壓力之間的相關(guān)性而導(dǎo)致聲波的時(shí)差變化出發(fā)。在初步進(jìn)行油田的開發(fā)時(shí)，因?yàn)閮?chǔ)層和孔隙壓力大都處于原始?jí)毫χ車?，所以采用聲速法進(jìn)行解釋效果相對(duì)較好。不過(guò)伴隨長(zhǎng)期持續(xù)的油田開發(fā)，儲(chǔ)集層間的壓差劇烈增大，而壓差的突出變化卻不能在聲速曲線上得到一定程度的反映，因此聲速法并不適用于長(zhǎng)期注水開發(fā)后油層的孔隙壓力解釋。由于自然電位曲線可以較為精確的反映這種變化而得到廣泛的應(yīng)用。從自然電位測(cè)井的原理出發(fā)，為滿足油田鉆井及開發(fā)需要，利用電纜FDT地層壓力測(cè)試技術(shù)的壓力數(shù)據(jù)解釋以獲取地層的孔隙壓力是目前主要的壓力檢測(cè)方法。

二、應(yīng)用電測(cè)曲線解釋孔隙壓力

1.自然電位曲線的變化

流動(dòng)電位是由于鉆井液或儲(chǔ)集層中的流體在壓差推動(dòng)作用下在孔隙內(nèi)發(fā)生流動(dòng)而產(chǎn)生的，其流動(dòng)的規(guī)律遵守毛管電動(dòng)力學(xué)理論。有流體通過(guò)毛管時(shí)，由于毛管壁面對(duì)負(fù)離子的吸附作用而使流體中的負(fù)離子相對(duì)減少，因此孔隙的兩端會(huì)產(chǎn)生一定的電位差。而正離子會(huì)因兩端壓差的存在移動(dòng)到低壓一端，所以孔隙的低壓一端與高壓一端分別富集了符號(hào)相反的離子使高壓端為負(fù)，低壓端為正，也就導(dǎo)致了電位差的存在。流動(dòng)電位的大小和兩端壓差密切相關(guān)，由毛管流動(dòng)電位原理可知，流動(dòng)電位的大小隨壓差的增大而增大，相應(yīng)的關(guān)系式為：

其中：Ef-流動(dòng)電位（mV）；

△P-鉆井液液柱所產(chǎn)生的壓力減去孔隙流體壓力（MPa）；

Rm-鉆井液的電阻率大?。é浮）；

μ-鉆井液濾液的黏度系數(shù)；

Kf-流動(dòng)電位系數(shù)

2.壓力解釋的基礎(chǔ)模型孔隙壓力計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型的建立是將孔隙壓力Pp與鉆井液液柱所形成的壓力的差值取代上式中的壓差△P，將自然電位的總值與擴(kuò)散吸附電位的差值取代上式中的Ef，整理后即得：

其中Pp-孔隙壓力（MPa）；

P1-鉆井液液柱所形成的壓力（MPa）；

E-自然電位總值（mV）

從上式可以看到，在擴(kuò)散吸附電位值小于自然電位總值時(shí)，壓差為正，也即孔隙壓力值小于鉆井液液柱所形成的壓力；在兩者取相同值時(shí)，流動(dòng)電位值與壓差值均為零，也即孔隙壓力值等于鉆井液液柱所形成的壓力；否則，流動(dòng)電位值及壓差值均為負(fù)，也即鉆井液液柱所形成的壓力小于孔隙壓力值并會(huì)造成反向滲透。所以，只需用不包括自然電位曲線的其它曲線表示出Eda與Ef，便可求得孔隙壓力大小與壓差值。壓差的求解過(guò)程也就轉(zhuǎn)化為Eda與K Ef的求解過(guò)程。因此，自然電位的曲線形態(tài)對(duì)孔隙壓力和液柱壓力的相關(guān)性有較為準(zhǔn)確的反映，使兩者比較的不同狀況得以區(qū)分。壓力解釋的效果在儲(chǔ)集層的孔隙壓力和液柱形成的壓力較為接近時(shí)達(dá)到最佳。

三、孔隙壓力系數(shù)的確定

假定ρ（g/cm3）為鉆井液的密度,D（m）為計(jì)算點(diǎn)的深度，Kp為孔隙的壓力系數(shù)，則△P=0.0968（ρ-Kp）。將其代入（1）式可得出：

上式為實(shí)際情況下所常用的壓力系數(shù)計(jì)算公式。

四、參數(shù)確定

通常情況下并不采用通過(guò)測(cè)出流體的礦化度及滲透率再計(jì)算而得到Eda與Kf的方法，求取方法一般是利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)實(shí)際測(cè)得的壓力值進(jìn)行處理。Eda與Kf的大小和流體粘度、溫度及儲(chǔ)層滲透率關(guān)系密切，故而可用儲(chǔ)層電阻率、聲速、巖石密度等參數(shù)的組合運(yùn)算而將其表達(dá)出來(lái)。在儲(chǔ)集層流體及鉆井液的性質(zhì)處在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，按照滲透率的不同進(jìn)行分組后，自然電位的異常值隨著壓差的增大而增大。從流動(dòng)電位的關(guān)系式中可以看出，在壓差趨于零時(shí)，流動(dòng)電位值也趨于零，此時(shí)曲線的異常值顯示為擴(kuò)散吸附電位值。于是就能夠通過(guò)統(tǒng)計(jì)各相關(guān)曲線而獲得滲透率不同時(shí)Eda的關(guān)系式。

流動(dòng)電位的系數(shù)Kf和巖石孔隙的滲透性有非常大的關(guān)系。處于泥巖附近，流動(dòng)電位值趨近于0；從泥巖過(guò)渡到砂巖時(shí)，流動(dòng)電位顯著增大；如果滲透率持續(xù)上升，則流動(dòng)電位反而呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，這遵循毛管流動(dòng)電位原理。由此規(guī)律能夠通過(guò)統(tǒng)計(jì)相關(guān)曲線而得出流動(dòng)電位的系數(shù)Kf的關(guān)系式。

五、計(jì)算方法

在進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，需要利用計(jì)算機(jī)根據(jù)對(duì)應(yīng)的深度值自動(dòng)讀取所需的數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)信息，然后賦予正確的數(shù)學(xué)模型及相應(yīng)的重要邊界條件，在計(jì)算機(jī)完成逐點(diǎn)運(yùn)算后便可獲得孔隙壓力曲線。

結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)期分層注水的開發(fā)方式大大降低了孟格培油田儲(chǔ)集層流體的礦化度，使擴(kuò)散吸附電位發(fā)生明顯降低，而壓差增大導(dǎo)致流動(dòng)電位變化范圍增大。采用流動(dòng)電位和壓差的相互關(guān)系能夠比較準(zhǔn)確的對(duì)砂巖儲(chǔ)層的孔隙壓力進(jìn)行解釋。

[1]王越支,劉剛,李自俊.在地層壓力檢測(cè)中采用對(duì)數(shù)式正常趨勢(shì)線[J].石油天然氣學(xué)報(bào).1993(02).

[2]范宜仁,魏周拓,陳雪蓮.基于測(cè)井資料的地層應(yīng)力計(jì)算及其影響因素研究[J].測(cè)井技術(shù).2009(05).

[3]劉向君,羅平亞編著.巖石力學(xué)與石油工程[M].石油工業(yè)出版社,2004.