馬勇新 李文紅 朱紹鵬

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院 湖北武漢 430074； 2.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

密閉取心飽和度校正新模型*

馬勇新1,2李文紅2朱紹鵬2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院 湖北武漢 430074； 2.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

為準(zhǔn)確求取密閉取心飽和度，在前人分析流體飽和度損失變化主要影響因素的基礎(chǔ)上，考慮巖心從地下至地面壓力系統(tǒng)變化引起的巖心孔隙體積、流體體積的變化及降壓脫氣排液對(duì)密閉取心飽和度的影響，引入了應(yīng)力敏感效應(yīng)對(duì)孔隙體積的影響，同時(shí)考慮了流體在地下始終遵循物質(zhì)平衡原理，從滲流力學(xué)角度推導(dǎo)了一種新的密閉取心飽和度校正模型。利用本文模型對(duì)南海西部W油田A井78塊密閉取心飽和度進(jìn)行了校正，結(jié)果表明，不論是未開發(fā)層還是已處于高含水階段的層位，本文模型校正結(jié)果相對(duì)于實(shí)驗(yàn)校正結(jié)果均更符合油田開發(fā)實(shí)際，證實(shí)了本文方法的合理性和推廣價(jià)值。

密閉取心；流體飽和度；應(yīng)力敏感；降壓脫氣；校正模型

油藏流體飽和度是油田地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算中的重要參數(shù)之一，也是油藏驅(qū)油效率研究中不可或缺的重要資料。目前最直接獲取飽和度資料的方法為密閉取心[1-11]，但受技術(shù)條件影響，地面測(cè)定的流體飽和度結(jié)果往往存在誤差[1-2]，須進(jìn)行實(shí)驗(yàn)校正或經(jīng)驗(yàn)公式校正[2-9]，但實(shí)驗(yàn)校正繁瑣復(fù)雜不易于礦場(chǎng)操作，經(jīng)驗(yàn)公式校正可移植性和推廣性不強(qiáng)。程會(huì)明 等[1]首次提出了基于滲流力學(xué)原理建立密閉取心飽和度校正模型，但該校正模型有兩點(diǎn)值得商榷：一是未考慮孔隙體積變化對(duì)飽和度校正的影響， 而儲(chǔ)層尤其是異常高壓儲(chǔ)層具有應(yīng)力敏感效應(yīng)[12-14]，因此在飽和度校正時(shí)應(yīng)考慮孔隙體積變化的影響；二是在闡述原油脫氣排液過程時(shí)基于地面排出液量開展的層次分析過于繁瑣且不易理解，未抓住無論地面排出液多少，在地下其始終遵循物質(zhì)平衡這一核心開展分析。因此，筆者在前人研究基礎(chǔ)上，結(jié)合密閉取心流體實(shí)際損失情況，引入了應(yīng)力敏感效應(yīng)對(duì)孔隙體積的影響，同時(shí)考慮流體在地下始終遵循物質(zhì)平衡原理，從滲流力學(xué)角度推導(dǎo)了一種新的密閉取心飽和度校正模型。

1 密閉取心飽和度校正模型的建立

密閉取心飽和度影響因素多樣[10-11]，但綜合分析認(rèn)為校正過程中主要應(yīng)該考慮由地下至地面壓力系統(tǒng)的變化導(dǎo)致的孔隙體積變化、流體體積變化以及降壓脫氣排液對(duì)密閉取心飽和度的影響，如圖1、2所示。

圖1 密閉取心時(shí)油為連續(xù)相流體損失示意圖

圖2 密閉取心時(shí)油為非連續(xù)相流體損失示意圖

1.1 孔隙體積變化分析

儲(chǔ)層尤其是異常高壓儲(chǔ)層具有應(yīng)力敏感效應(yīng)，即在施加一定的有效應(yīng)力時(shí)儲(chǔ)層的物性參數(shù)隨應(yīng)力變化而改變(它反映了儲(chǔ)層孔隙幾何學(xué)及裂縫壁面形態(tài)對(duì)應(yīng)力變化的響應(yīng))，而在鉆井取心時(shí)巖心經(jīng)歷了應(yīng)力釋放(簡(jiǎn)稱降壓過程)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，地下孔隙體積和地面孔隙體積存在以下相關(guān)式：

(1)

pob=0.01[h水深+2.3(h中深-h水深)]

(2)

式(1)、(2)中：Vp為巖心在地下的孔隙體積，m3；Vps為巖心地面孔隙體積，m3；pob為儲(chǔ)層上覆壓力，MPa；pi為儲(chǔ)層原始地層壓力，MPa；m為應(yīng)力敏感指數(shù);h中深為地層埋藏中深，m；h水深為海(河)水的自由斷面到其海(河)床面的垂直距離，m。

由式(1)可知，應(yīng)力敏感效應(yīng)越強(qiáng)，引起的孔隙體積變化越大。因此在校正飽和度值時(shí)對(duì)于強(qiáng)應(yīng)力敏感儲(chǔ)層不能忽視應(yīng)力敏感效應(yīng)。

1.2 流體體積變化分析

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，同時(shí)考慮地下至地面壓力的變化，地面測(cè)量的流體飽和度與地下流體飽和度存在以下相關(guān)式：

(3)

(4)

式(3)、(4)中:Sos、Sws為地面測(cè)量原油和水的飽和度，f；Sor、Swr為Sos、Sws對(duì)應(yīng)的地下原油和水的飽和度，f;Bo為油的體積系數(shù)，m3/m3；Bw為水的體積系數(shù)，m3/m3。

令

(5)

則

Sor=βSosBo

(6)

Swr=βSwsBw

(7)

因此,流體體積變化引起的油、水飽和度的校正式分別為

ΔS1or=Sos(βBo-1)

(8)

ΔS1wr=Sws(βBw-1)

(9)

從式(8)、(9)中可知，流體體積變化主要是由流體體積系數(shù)引起的，而地層水體積系數(shù)接近1，因此流體體積變化主要是由原油引起的，地下原油體積系數(shù)越大，流體體積變化越大，則對(duì)含油飽和度校正值影響就越大。所以，對(duì)于高氣油比油藏,在密閉取心飽和度校正時(shí)一定要考慮流體體積變化對(duì)含油飽和度校正的影響。

1.3 降壓脫氣排液分析

取心過程中降壓脫氣排液所產(chǎn)生的油、氣、水總體積比巖心的孔隙體積大[1]，原油的原始溶解氣油比越高，則排出的油、氣、水體積就越多。但無論地面排出液多少，在地下其始終遵循物質(zhì)平衡，因此地層條件下?lián)p失的油、水總體積ΔVow為

ΔVow=Vp(1-Sor-Swr)=

Vp(1-βSosBo-βSwsBw)

(10)

地層條件下?lián)p失的油、水總體積中，油、水體積按分流率進(jìn)行分配，即地層條件下?lián)p失的油、水量分別為

ΔVor=ΔVowfo=Vp(1-βSosBo-βSwsBw)fo

(11)

ΔVwr=ΔVowfw=Vp(1-βSosBo-βSwsBw)fw

(12)

式(11)、(12)中:ΔVor、ΔVwr為地層條件下?lián)p失的油、水體積，m3;fo為原油分流率，f;fw為地層水分流率，f。

因此，油、水飽和度損失分別為

ΔS2or=(1-βSosBo-βSwsBw)fo

(13)

ΔS2wr=(1-βSosBo-βSwsBw)fw

(14)

從式(13)、(14)可以看出，降壓脫氣排液過程中，除了上述所分析的孔隙體積變化和流體體積變化會(huì)對(duì)流體飽和度校正值產(chǎn)生影響之外，地下油、水分流量也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。含水率越大，含水飽和度校正值越大，含油飽和度校正值越小。因此，未開發(fā)層流體飽和度校正主要是含油飽和度校正，而高含水層流體飽和度校正主要是含水飽和度校正。

1.4 油、水飽和度綜合校正量表達(dá)式

綜合上述多因素分析，最終的油、水飽和度校正量表達(dá)式分別為

ΔSor=ΔS1or+ΔS2or=

Sos(βBo-1)+(1-βSosBo-βSwsBw)fo

(15)

ΔSwr=ΔS1wr+ΔS2wr=

Sws(βBw-1)+(1-βSosBo-βSwsBw)fw

(16)

對(duì)于地下油水兩相流動(dòng)，fo=1-fw,則

ΔS=ΔSor+ΔSwr=1-Sos-Sws

(17)

油、水分流率計(jì)算公式分別為

(18)

(19)

式(18)、(19)中：μo為地層原油黏度，mPa·s；μw為地層水黏度，mPa·s；Kro為油相相對(duì)滲透率,f；Krw為水相相對(duì)滲透率,f。

由相滲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，油水兩相相對(duì)滲透率比值與損失前地下真實(shí)含油、含水飽和度So和Sw具有以下函數(shù)關(guān)系[15-16]：

(20)

式(20)中：a、b為相滲曲線指數(shù)，可以通過相滲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。

將式(18)～(20)代入式(15)、(16)，可得

ΔSor=Sos(βBo-1)+

(21)

ΔSwr=Sws(βBw-1)+

(22)

最終，校正后的地下真實(shí)油水飽和度分別為

So=Sos+ΔSor=βBoSos+

(23)

Sw=Sws+ΔSwr=βBwSws+

(24)

基于以上公式，用EXCEL宏編制簡(jiǎn)易程序可進(jìn)行快速計(jì)算，具體步驟如下。

第1步：根據(jù)巖心應(yīng)力敏感或覆壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定研究目標(biāo)的應(yīng)力敏感指數(shù)。若沒有開展上述實(shí)驗(yàn)，須根據(jù)區(qū)域孔隙度與應(yīng)力敏感指數(shù)的關(guān)系式確定相應(yīng)研究目標(biāo)孔隙度對(duì)應(yīng)的應(yīng)力敏感指數(shù)。

第2步：根據(jù)PVT實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定Bo。

第3步：根據(jù)區(qū)域巖心相滲實(shí)驗(yàn)結(jié)果分類建立儲(chǔ)層物性與束縛水飽和度以及儲(chǔ)層物性與殘余油飽和度的關(guān)系式，并確定含油飽和度與含水率關(guān)系曲線。

第4步：根據(jù)研究目標(biāo)的地質(zhì)油藏特征及儲(chǔ)層物性確定殘余油飽和度、束縛水飽和度及相應(yīng)的a、b值。

第5步：根據(jù)密閉取心飽和度實(shí)驗(yàn)測(cè)定的Sos和Sws值，結(jié)合式(23)、(24)并采用迭代法求取校正后的地下真實(shí)含油飽和度和含水飽和度。

2 實(shí)例應(yīng)用

利用本文方法對(duì)南海西部W油田A井78塊密閉巖心樣品的油、水飽和度進(jìn)行了分析。該井取心目的層位為ZJ1和ZJ2,取心井段分別為1 120～1 144 m和1 352～1 377 m。其中，ZJ1為低阻層，儲(chǔ)層平均孔隙度31.2%，平均滲透率49 mD，暫未開發(fā)；ZJ2為高滲層，儲(chǔ)層平均孔隙度33.6%，平均滲透率1 880 mD，生產(chǎn)已進(jìn)入高含水階段(含水率85%)。該井各層密閉取心實(shí)測(cè)流體飽和度(Sos+Sws)均小于100%(圖3)。

根據(jù)本文推導(dǎo)的飽和度校正模型，利用EXCEL宏編制簡(jiǎn)易程序進(jìn)行快速計(jì)算，結(jié)果見圖4。其中，ZJ1低阻層校正后的平均含水飽和度為71.2%，接近實(shí)測(cè)平均值68.1%，低于實(shí)驗(yàn)校正結(jié)果81.7%；校正后的平均含油飽和度為28.9%，高于實(shí)測(cè)平均值15.1%，也高于實(shí)驗(yàn)校正結(jié)果18.3%。分析認(rèn)為，ZJ1未開發(fā)低阻層水多為束縛水，難以動(dòng)用，在密閉取心降壓過程中損失的主要是含油量，因此利用本文方法所得飽和度校正結(jié)果相對(duì)于實(shí)驗(yàn)校正結(jié)果更符合油田開發(fā)實(shí)際。

圖3 南海西部W油田A井密閉取心實(shí)測(cè)流體飽和度分布圖

圖4 南海西部W油田A井校正后地下油水飽和度分布圖

ZJ2高滲層校正后的平均含水飽和度為65.5%，高于實(shí)測(cè)平均值52.9%，更高于實(shí)驗(yàn)校正結(jié)果49.0%；校正后平均含油飽和度為34.5%，高于實(shí)測(cè)平均值26.1%，但小于實(shí)驗(yàn)校正結(jié)果51.0%。分析認(rèn)為，ZJ2高滲層含水飽和度校正的幅度大于含油飽和度校正的幅度，符合驅(qū)替原理。由實(shí)驗(yàn)校正結(jié)果計(jì)算的ZJ2高滲層驅(qū)油效率為27%，與實(shí)際值52.8%不相符；而由本文模型校正結(jié)果計(jì)算的驅(qū)油效率為51%，與實(shí)際接近。因此，對(duì)于高滲層，本文飽和度校正模型的結(jié)果相對(duì)于實(shí)驗(yàn)校正結(jié)果同樣更符合油田開發(fā)實(shí)際。

總之，無論是未開發(fā)層還是已處于高含水階段的層位，利用本文方法獲取的飽和度校正值均優(yōu)于實(shí)驗(yàn)校正結(jié)果，且與實(shí)際生產(chǎn)情況相吻合，這進(jìn)一步證實(shí)了本文方法的合理性和推廣價(jià)值。

3 結(jié)論

1) 考慮應(yīng)力敏感效應(yīng)對(duì)孔隙體積的影響、流體在地下始終遵循物質(zhì)平衡原理，從滲流力學(xué)角度推導(dǎo)了一種新的密閉取心飽和度校正模型，該模型可以較好地校正地層條件下的飽和度數(shù)據(jù)，使地層的驅(qū)油效率計(jì)算趨于合理，可推廣應(yīng)用于未飽和油藏密閉取心流體飽和度校正。該模型用EXCEL宏編制簡(jiǎn)易程序進(jìn)行快速計(jì)算，簡(jiǎn)單易操作，具推廣性。

2) 在密閉取心流體飽和度校正過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①對(duì)于強(qiáng)應(yīng)力敏感油藏，不能忽視應(yīng)力敏感效應(yīng)對(duì)含油飽和度校正的影響;②對(duì)于高氣油比油藏，須關(guān)注流體體積變化對(duì)含油飽和度校正的影響;③未開發(fā)層流體飽和度校正主要是含油飽和度校正，而高含水層流體飽和度校正主要是含水飽和度校正。

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(編輯：楊 濱)

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(中國(guó))有限公司綜合科研項(xiàng)目“文昌油田群剩余油分布及挖潛研究(編號(hào)：YXKY-2010-ZJ-02)”部分研究成果。

馬勇新，男，高級(jí)工程師，1995年畢業(yè)于原石油大學(xué)(北京)石油工程專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)科研管理工作。地址：廣東省湛江市坡頭區(qū)22號(hào)信箱(郵編：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

馬勇新,李文紅,朱紹鵬.密閉取心飽和度校正新模型[J].中國(guó)海上油氣，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.