錢賡,穆鵬飛,楊海風(fēng),黃振,鄭彧

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院,天津 300450)

0 引 言

依據(jù)水靜力學(xué)基本原理,重力場中常壓油藏地層壓力—深度線性關(guān)系常作為分析流體性質(zhì)的重要依據(jù)并得到廣泛應(yīng)用[1-5]。大量的常壓油藏連續(xù)測壓數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn),油層頂部電纜測壓數(shù)據(jù)往往出現(xiàn)增壓,表現(xiàn)為實測地層壓力隨深度變淺逐漸高于其等深折算壓力。區(qū)別于鉆井液侵入引發(fā)的增壓及超壓(指在特低滲透率儲層,一般小于0.5 mD*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,由于鉆井液侵入,實測地層壓力偏高且為超壓的現(xiàn)象)[1],本文所述增壓數(shù)據(jù)特征為正常地層壓力數(shù)據(jù)、存在于單相流體頂部、受儲層物性影響較小。增壓數(shù)據(jù)偏離常壓油藏地層壓力—深度線性趨勢,導(dǎo)致實測地層壓力與深度數(shù)據(jù)擬合方案存在不確定性,給常壓油藏流體性質(zhì)與分布規(guī)律的精細(xì)研究帶來一定困難。因此,充分認(rèn)識實測地層壓力與流體性質(zhì)關(guān)系是解決上述問題的關(guān)鍵。

本文以渤海海域諸多常壓油藏為研究對象,首先利用水靜力學(xué)理論建立實測地層壓力與流體密度數(shù)學(xué)關(guān)系;再結(jié)合原油物性分析數(shù)據(jù),探討流體性質(zhì)變化如何影響實測地層壓力測量結(jié)果與變化趨勢。利用常壓油藏連續(xù)測壓數(shù)據(jù)精細(xì)預(yù)測單相流體性質(zhì)特征與分布規(guī)律,以期加強(qiáng)實測地層壓力與流體性質(zhì)關(guān)系的研究深度,增強(qiáng)流體物性分析的時效性與全面性,減少對流體性質(zhì)與油藏模式的誤判,提高油藏描述精度與油藏勘探開發(fā)方案的合理性。

1 壓深解釋方案的不確定性

電纜測壓作業(yè)以其對常壓油藏流體性質(zhì)、流體界面、儲層連通性等判斷的時效、準(zhǔn)確、便捷特點(diǎn)得以廣泛應(yīng)用。在東部渤海灣盆地渤海油田,常壓油藏勘探階段、開發(fā)初期,幾乎所有探井與開發(fā)井均要進(jìn)行測壓作業(yè)以建立地層壓力—深度線性關(guān)系分析常壓油藏流體物性與分布規(guī)律特征。分析常壓油藏連續(xù)測壓數(shù)據(jù)過程中發(fā)現(xiàn),單相流體頂部增壓現(xiàn)象明顯而普遍(見圖1),且不同程度地干擾地層壓力—深度線性解釋方案、流體性質(zhì)以及油藏模式判斷。

圖1 常壓油藏單相流體頂部實測地層壓力增壓*非法定計量單位,1 psi=6 894.76 Pa,下同

圖2 渤海灣盆地N-1井測井成果與MDT增壓現(xiàn)象[6-7]

以渤海灣盆地N-1井在某常壓油藏鉆遇的2段水層為例,水層頂部實測地層壓力高于折算壓力,為增壓數(shù)據(jù)。導(dǎo)致壓力—深度線性解釋方案有2個:①整體數(shù)據(jù)擬合,水層全部測壓數(shù)據(jù)與深度擬合得地層流體密度為0.88 g/cm3,與測井解釋及試油結(jié)論(水層)不符;②排除增壓數(shù)據(jù)擬合,如果排除水層頂部增壓數(shù)據(jù),擬合地層流體密度值為1.00 g/cm3,與結(jié)論相符(見圖2)[6-7];但根據(jù)同一壓力系統(tǒng)地層壓力的一致性,2套水層不屬于同一壓力系統(tǒng),即不屬于同一個常壓油藏,該結(jié)論與開發(fā)現(xiàn)狀不符。常壓油藏單相流體頂部增壓數(shù)據(jù)的成因研究是合理利用連續(xù)測壓數(shù)據(jù)、解釋地層壓力—深度方案、分析流體物性與分布規(guī)律特征的關(guān)鍵[8-9]。

2 常壓油藏增壓數(shù)據(jù)成因分析

2.1 “U型水銀測壓計”物理模型

水靜力學(xué)是研究液體在靜止或相對靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用,作用在液體上的質(zhì)量力只有重力,均質(zhì)性液體內(nèi)部壓力等值傳遞即存在等壓面,且流體界面為等壓面,適用于常壓油藏地層壓力分布規(guī)律研究。常壓背景下,地層壓力為滲透性地層中的流體壓力,地層壓力全部由流體本身所承擔(dān)[10-11]。

“U形水銀測壓計”,一端連接到所要測量的壓力點(diǎn),另一端與大氣相通,U形管右側(cè)水銀柱的高度反映左側(cè)測壓點(diǎn)壓力大小;常壓油藏同為一個半封閉式的流體系統(tǒng),圈閉內(nèi)為巖性或斷層遮擋,其下部地層水通過滲透層或斷層與地表水溝通(見圖3)。因此,借用U型水銀測壓計原理研究常壓油藏物理模型,將水靜力學(xué)基本原理、等壓面概念拓展到常壓油藏“U形水銀測壓計”物理模型,并建立地層壓力—原油密度函數(shù)關(guān)系。

圖3 常壓油藏“U形水銀測壓計”物理模型

常壓油藏物理模型中,油水界面為等壓面,界面深度位置油層與水層的地層壓力相等。

對于純油區(qū)部分

p1=p+ρogh

(1)

對于純水區(qū)部分

p2=p0+ρwgHowc

(2)

純油區(qū)地層壓力

p=p0+ρwgHowc-ρogh=

p0+ρwgHowc-ρog(Howc-H)

(3)

式中,p1為純油區(qū)地層壓力,psi;p2為純水區(qū)地層壓力,psi;p為實測地層壓力,psi;p0為大氣壓力,psi;ρo為地層原油密度,g/cm3;ρw為地層水密度,g/cm3;h為測壓點(diǎn)與油水界面高差,m;Howc為油水界面深度,m;H為測壓點(diǎn)深度,m;g為重力加速度,m/s2。

針對某一常壓油藏,油水界面Howc、地層水密度ρw、大氣壓力p0和重力加速度g為常量,p1=p2,影響純油區(qū)實測地層壓力的因素除測點(diǎn)深度H外,還有地層原油密度ρo。式(3)中,地層原油密度越小,某深度實測地層壓力越大,且高于該深度折算壓力,地層原油密度變化是油層頂部增壓的關(guān)鍵參數(shù)。

2.2 常壓油藏地層壓力增壓規(guī)律

折算壓力是依據(jù)實測地層壓力計算的某深度壓力,其理論基礎(chǔ)為假設(shè)常壓油藏原油密度基本恒定,而實際上在重力分異作用下原油密度在縱向上存在變化。由式(4),實測地層壓力與其折算壓力的差值與地層原油密度變化有關(guān),實際原油密度與理論相差越大,地層壓力與其折算壓力差越大,反之亦然。

地層壓力與其折算壓力差

Δp=p-p′=Δρog(Howc-H)

(4)

式中,Δp為實測地層壓力與其折算壓力差,psi;p′為折算壓力,psi;Δρo為實際與理論地層原油密度差,g/cm3。

分析渤海海域諸多常壓油藏實測地層壓力—深度關(guān)系,純油區(qū)頂部實測地層壓力增壓現(xiàn)象普遍:純油區(qū)中—深部,實測地層壓力與其折算地層壓力接近,即非增壓段;向純油區(qū)頂部,實測地層壓力逐漸高于其等深折算地層壓力,即增壓段,地層原油密度的變化是油層頂部增壓的關(guān)鍵(見圖1)。

3 實測地層壓力與流體物性關(guān)系分析

受重力或密度差異控制,純油區(qū)原油性質(zhì)按密度分異,包括原油物理性質(zhì)與化學(xué)組成的分異,原油成分濃度梯度與原油物性密度梯度的不均一性[12-16]。以渤海海域50余中-高滲透率常壓油藏為研究對象,結(jié)合連續(xù)測壓與原油PVT數(shù)據(jù),證實原油密度分異是常壓油藏油層頂部增壓的關(guān)鍵;印證連續(xù)測壓數(shù)據(jù)能夠反映常壓油藏單相流體密度分異特征[17-22]。

3.1 利用原油物性分析地層壓力變化

以渤海北部海域LD油田古近系東二上段常壓油藏為例,LD-X井進(jìn)行3次PVT化驗分析(見圖4),油藏深部2 445 m、頂部2 414 m與2 410 m原油飽和壓力分別為15.3、17.7、21.0 MPa,氣油比分別為82、136、141 m3/m3,地層原油密度分別0.806、0.720、0.692 g/cm3,地層原油黏度分別為5.75、0.72、0.70 mPa·s(見表1)。原油物性參數(shù)與深度關(guān)系上,油藏頂部2 414 m以上飽和壓力迅速升高、氣油比也遠(yuǎn)高于油藏中—深部(見圖5)。油藏頂部高飽和壓力、高溶解氣量,導(dǎo)致地層原油密度、黏度減小,原油密度分異特征明顯。

圖4 LD-X井東二上段測井成果與測壓取樣圖

該井段有效實測壓力數(shù)據(jù)6個,油藏頂部實測地層壓力出現(xiàn)增壓現(xiàn)象(見表2)。地層壓力—深度關(guān)系中,整體擬合:全部測壓點(diǎn)擬合地層原油密度0.784 g/cm3,與油藏頂部原油密度偏低不符,且不足以全面表征流體性質(zhì)分布規(guī)律;分段擬合:油藏中—深部(非增壓段)擬合地層原油密度0.787 g/cm3,頂部(增壓段)擬合地層原油密度0.692 g/cm3(見圖6),分段擬合結(jié)果與PVT化驗分析、原油物性分布規(guī)律一致。

常壓油藏原油PVT分析數(shù)據(jù)證實:①原油非均質(zhì)性特征表現(xiàn)為原油物性按密度分異,在純油區(qū)頂部(增壓段)原油密度迅速減小,油藏中—深部(非增壓段)原油密度基本穩(wěn)定;②常壓油藏物理模型建立的地層壓力與地層原油密度關(guān)系,匹配常壓油藏實測地層壓力分析,合理地解釋并證實了原油密度減小是常壓油藏頂部實測地層壓力增壓的關(guān)鍵;③地層壓力—深度關(guān)系中,識別油藏頂部增壓數(shù)據(jù),分段擬合的地層原油密度與PVT化驗分析、原油物性非均質(zhì)性規(guī)律一致。

表1 LD-X油田東二上段地層原油高壓物性分析數(shù)據(jù)表

圖5 LD-X井東二上段原油PVT數(shù)據(jù)與原油非均質(zhì)性規(guī)律

表2 LD-X井東二上段MDT測壓數(shù)據(jù)

*非法定計量單位,1 cP=1 mPa·s

圖6 LD-X井東二上段地層壓力剖面與增壓現(xiàn)象

3.2 利用連續(xù)測壓印證單相流體密度分異

圖8 BZ-X井增壓現(xiàn)象與地層壓力—深度解釋剖面

渤海南部海域BZ-X井在古近系東三段鉆遇辮狀河三角洲砂體,為中孔隙度、高滲透率儲層,測井解釋為水層。2 318～2 345 m、2 345～2 372 m井段進(jìn)行2次連續(xù)取心作業(yè)。后者巖心描述為淺灰色-暗灰色中粗砂巖,無熒光顯示,符合水層測井解釋結(jié)論;前者巖心描述為含礫砂巖、砂礫巖,巖心頂部20 cm位置(黃框)出現(xiàn)油浸級別油氣顯示,其中頂部5 cm位置粗砂巖油浸顯示明顯(見圖7)。水層頂部溶解部分流體密度更低的原油,整體流體密度變低,水層頂部是否存在增壓是驗證能否利用連續(xù)測壓資料精細(xì)研究流體物性與變化規(guī)律的關(guān)鍵。

圖7 渤海南部海域BZ-X井測井與巖心熒光掃描柱狀圖

該井段進(jìn)行8次測壓作業(yè),其中1號、2號測壓點(diǎn)的實測地層壓力增壓現(xiàn)象明顯,壓力—深度剖面中實測地層壓力高于其折算壓力(見圖8、表3)。地層壓力—深度擬合方案:①整體擬合,地層流體密度為0.960 g/cm3,與水層測井解釋結(jié)論、取心結(jié)論存在差異;②分段擬合,水層中深部(非增壓段),實測地層壓力與深度擬合關(guān)系較好,地層流體密度為0.982 g/cm3,與水層測井解釋結(jié)論、取心結(jié)論存在更為接近;水層頂部(增壓段),地層流體密度為0.769 g/cm3,印證了取心段頂部油浸顯示、證實水層頂部存在流體密度分異。

表3 渤海南部海域BZ-X井東三段MDT測壓數(shù)據(jù)

分析渤海海域50余個常壓油藏實測地層壓力—深度關(guān)系,純油區(qū)頂部實測地層壓力增壓現(xiàn)象普遍:①非增壓段(純油區(qū)中-低部),實測地層壓力與其折算地層壓力接近,地層原油密度基本穩(wěn)定;②增壓段(向純油區(qū)頂部),實測地層壓力逐漸高于其折算地層壓力,地層原油密度偏低。

原油密度分異是常壓油藏油層頂部增壓的關(guān)鍵,利用連續(xù)測壓數(shù)據(jù)能夠反映常壓油藏單相流體密度分異特征。明確了常壓油藏實測地層壓力與流體性質(zhì)關(guān)系,利于建立更加合理的壓力—深度關(guān)系,提供更加精細(xì)流體性質(zhì)與分布規(guī)律研究。如圖2渤海灣盆地N-1井,2套壓力—深度解釋方案與測井(試油)結(jié)論、油藏模式矛盾,明確了實測地層壓力與流體性質(zhì)關(guān)系:①非增壓段流體性質(zhì)穩(wěn)定,為水層,與測井(試油)結(jié)論不矛盾;②水層頂部流體密度偏低可能是產(chǎn)生增壓的關(guān)鍵,與渤海南部海域BZ-X井闡述情況類似,屬于統(tǒng)一常壓油藏單相流體密度分異的結(jié)果。

由于鉆井液侵入引起的增壓現(xiàn)象往往發(fā)生在特低滲儲層(一般小于0.5 mD),且為超壓。而本文研究內(nèi)容是常壓背景下由于原油非均質(zhì)性引起的增壓,研究目標(biāo)為渤海海域50余中-高滲透率常壓油藏實測地層壓力與原油物性特征,研究內(nèi)容與目標(biāo)均區(qū)別于前者。

利用實測地層壓力分析地層流體性質(zhì)應(yīng)排除儲層非均質(zhì)性干擾,保證同一油藏、儲層連通前提下分析實測地層壓力與地層流體性質(zhì)關(guān)系[5]。

4 結(jié) 論

(1) 利用水靜力學(xué)理論建立實測地層壓力與流體密度數(shù)學(xué)關(guān)系,解釋了原油密度分異是常壓油藏油層頂部增壓的關(guān)鍵;結(jié)合原油物性分析數(shù)據(jù),證實常壓油藏單相流體密度分異影響實測地層壓力測量結(jié)果與變化規(guī)律,反之利用常壓油藏連續(xù)測壓數(shù)據(jù)能夠精細(xì)預(yù)測單相流體性質(zhì)特征與分布規(guī)律。

(2) 以渤海海域50余個常壓油藏為研究對象,頂部實測地層壓力增壓現(xiàn)象普遍,地層壓力與流體密度關(guān)系:非增壓段(純油區(qū)中—深部),實測地層壓力與其折算地層壓力接近,地層原油密度基本穩(wěn)定;增壓段(向純油區(qū)頂部),實測地層壓力逐漸高于其折算地層壓力,地層原油密度減小。

(3) 利用連續(xù)測壓數(shù)據(jù)分析常壓油藏單相流體性質(zhì),應(yīng)充分地認(rèn)識到實測地層壓力與流體性質(zhì)關(guān)系、考慮到流體密度分異對實測地層壓力數(shù)據(jù)的影響,特別是油藏頂部增壓數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因以及對壓力—深度解釋方案的干擾,以減少對流體性質(zhì)、油藏模式的誤判,提高油藏描述精度與油藏勘探開發(fā)方案的合理性。