耿 斌 ,閆 華,周德志,程紫燕,康元勇,韓連濱,胡興中
(1.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院,山東東營 257015;2.中國石化勝利油田分公司油氣勘探管理中心,山東東營 257001)
以往的含油飽和度測井解釋大多偏重于Archie公式中巖石電阻率參數(shù)的研究與選取,沒有考慮到油層中油水賦存狀態(tài)會影響疏松砂巖稠油層測井解釋含油飽和度的計算精度。針對淺層疏松砂巖稠油層中油水的賦存狀態(tài),耿斌等利用CT掃描檢測技術(shù)對疏松砂巖稠油層中的孔隙結(jié)構(gòu)分布及油水賦存狀態(tài)進行研究,提出了疏松砂巖稠油層中存在被油分割的“孤立水滴”[1],重新認識了油層中油水賦存方式。與常規(guī)油層相比,疏松砂巖稠油層的油水賦存狀態(tài),造成傳統(tǒng)測井解釋方法計算的含油飽和度不能真實反映地層實際狀況。實踐中也發(fā)現(xiàn)淺層疏松砂巖稠油層測井解釋含油飽和度值往往比油基泥漿實際分析值偏差較大,但如何量化,如何對測井解釋的含油飽和度進行優(yōu)化校正等問題前人尚未開展過研究,亟需從油水賦存狀態(tài)對含油飽和度的測井解釋影響分析入手,探討淺層疏松砂巖稠油層測井解釋含油飽和度校正方法,對于保證飽和度解釋結(jié)果的客觀準確性具有重要的意義。
原始含油飽和度是油層的認識和評價非常關(guān)鍵的參數(shù)。目前,確定原始含油飽和度有油基泥漿取心和密閉取心樣品測定、水基泥漿取心分析殘余油飽和度估算和測井解釋等方法。油基泥漿取心樣品測定可以獲取油藏原始含油飽和度的第一手資料,也是用其它間接方法進行研究工作的基礎(chǔ)和對比驗證的依據(jù)[2]。但由于油基泥漿取心和密閉取心成本高、資料少,在應用上受到了一定的限制,在實際工作中通常采用測井解釋的方法。
Archie于1942年提出了著名的阿爾奇公式[3],奠定了含油飽和度測井定量評價的理論基礎(chǔ),其表達式為:
對于油層的傳統(tǒng)認識是孔隙中除了原油以外均為束縛水,Archie公式中的地層真電阻率反映的是束縛水形成導電網(wǎng)絡后測井測得的巖石電阻率[4],由此計算的含水飽和度對應束縛水飽和度,含油飽和度則對應于孔隙中不導電的油氣部分所占的體積。在疏松砂巖稠油層中不導電的孔隙中并不全是原油,其中還有一部分體積被油所包裹或隔離的“孤立水滴”所占據(jù)。因此,基于電阻率利用Archie公式解釋得到的含油飽和度數(shù)值大于實際值,由此所估算的儲量也會比實際值大,直接影響了油氣資源評價的客觀性[1]。
采用CT圖像定量研究“孤立水滴”占據(jù)的含油飽和度值。CT圖像處理能夠提取骨架礦物及孔隙結(jié)構(gòu)的諸多信息[5-6]。
墾119井館下段稠油層巖樣CT掃描檢測結(jié)果(圖1)顯示,圖1a為反演標定后的巖心CT切片,圖1b為圖1a二值化之后的巖心CT圖像,圖1c是為便于在Image軟件中求取孔隙部分面積而對圖1b所做的偽彩色CT圖像。截取巖心CT切片中含有“孤立水滴”的部分,利用Image軟件求取“孤立水滴”部分面積和孔隙面積,二者的比值即為“孤立水滴”對應的含水飽和度。
選取有代表性的4幅“孤立水滴”CT圖像進行含水飽和度定量分析,結(jié)果(圖2)表明,估算的“孤立水滴”所占的含水飽和度為4.55%~6.26%,平均值為5.4%。這說明在不導電孔隙里存在約5%的地層水。因此,“孤立水滴”的油水賦存狀態(tài)必然會影響導電網(wǎng)絡的形成,進而影響疏松砂巖稠油層測井解釋含油飽和度的計算結(jié)果,需要對飽和度的解釋進行優(yōu)化校正。
圖1 墾119井館下段稠油層巖樣CT掃描結(jié)果Fig.1 CT images of heavy oil reservoir samples of Lower Guantao Formation from Well Ken119
圖2 墾119井館下段稠油層巖樣中不同含水飽和度CT圖像Fig.2 CT images of water saturations in heavy oil reservoir samples of Lower Guantao Formation from Well Ken119
考慮到油基泥漿取心分析、巖石電阻率和壓汞等實驗資料的完整性,選取濟陽坳陷沾化凹陷館陶組稠油油藏為研究目標,采用多種方法,探討疏松砂巖稠油層測井解釋含油飽和度校正問題。
沾化凹陷位于濟陽坳陷東北部,館陶組油藏埋深一般小于1 700 m[7],以粉砂巖、細砂巖為主[8],為河流相沉積,儲層具有膠結(jié)疏松、高孔高滲透的特點,原油表現(xiàn)為高密度、高黏度的特點[9]。利用沾化凹陷館陶組巖石電阻率實驗數(shù)據(jù),擬合孔隙度-地層因素和含水飽和度-電阻增大率之間的關(guān)系,進而確定巖石電阻率參數(shù)a,b,m和n分別為0.501,1.052,1.869和1.911。利用以上巖石電阻率參數(shù),對油層進行飽和度測井解釋,通過與油基泥漿取心分析、毛細管壓力-含油高度估算、基于含水率方程的飽和度解釋結(jié)果對比分析,可以確定疏松砂巖稠油層飽和度測井解釋的優(yōu)化校正量。
由于非滲濾油基泥漿能保證巖樣處于天然飽和狀態(tài)[10-11]。根據(jù)測井等資料確定油層的原始含油飽和度時,其精度要依據(jù)油基泥漿取心分析的結(jié)果進行檢驗。
選取研究區(qū)館陶組油基泥漿取心且收獲率較高的5口井,對含油級別高、巖性純,電阻率、聲波時差讀數(shù)可靠,巖電對應良好,樣品分析密度較高的純油層段進行飽和度測井解釋(圖3)。油層段測井解釋的平均含油飽和度高于油基泥漿取心分析結(jié)果,部分數(shù)據(jù)點也達不到儲量規(guī)范所要求的絕對誤差為±5%以內(nèi)的精度(圖4,表1),由統(tǒng)計結(jié)果可以看出疏松砂巖稠油層含油飽和度測井解釋的校正量為2.9%~8.8%,平均為5.3%。
壓汞毛細管壓力是研究孔隙結(jié)構(gòu)特征及其對油氣儲運能力影響作用參數(shù),且其對確定油氣藏的原始含油、氣飽和度具有一定的意義[12]。毛細管壓力曲線的形態(tài)特征受儲層巖石類型、物性和孔隙結(jié)構(gòu)影響。
圖3 渤116井測井解釋結(jié)果Fig.3 Logging interpretation of Well Bo116
圖4 含油飽和度對比分析Fig.4 Oil saturation analysis
表1 測井解釋與油基泥漿取心分析含油飽和度對比Table1 Comparison of oil saturations estimated from logging interpretation and analyzed by oil-based mud core
利用毛細管壓力曲線估算含油飽和度已經(jīng)是成熟的技術(shù)。根據(jù)孔隙結(jié)構(gòu)特征進行分類,針對不同的孔隙結(jié)構(gòu)類型計算J函數(shù),然后分類計算平均毛細管壓力,再轉(zhuǎn)化為油藏條件下的毛細管壓力,最后建立油藏含油高度與含油、水飽和度關(guān)系,最終確定油藏的含油飽和度。
J函數(shù)處理是獲得平均毛細管壓力曲線的經(jīng)典方法[13]。J函數(shù)的計算公式為:
當油藏的毛細管壓力為油水的重力差所平衡時,毛細管壓力可表示為將實驗室條件下毛細管壓力關(guān)系轉(zhuǎn)換成油藏條件下的油藏含油高度與油水密度的關(guān)系:
利用沾化凹陷館陶組131塊壓汞樣品,建立沾化凹陷館陶組J(Sw)函數(shù)與汞飽和度的關(guān)系(圖5),選取能確定含油高度的油基泥漿取心井巖樣,并對取心井段的含油飽和度進行估算(表2),結(jié)果比油基泥漿巖心分析含油飽和度值高,偏差為2.6%~9.5%,平均為5.2%。
表2 利用毛細管壓力曲線估算油基泥漿取心井巖樣含油飽和度Table2 Oil saturations in sample of oil-based mud core estimated by capillary pressure curve
對于稠油層初期出水問題,含水率可以反映油層中“孤立水滴”所占可動水的比例。含水率也是油水相對滲透率的函數(shù)[14]。根據(jù)分流方程,對于油水共滲體系,儲層的含水率可近似表示為[15]:
圖5 毛細管壓力-含油高度估算法確定含油飽和度圖版Fig.5 Oil saturation plate determined by capillary pressure and oil height
油、水相相對滲透率的計算選用瓊斯方程,其表達式分別為:
疏松砂巖稠油層開發(fā)過程中普遍產(chǎn)水,可根據(jù)含水率方程和瓊斯方程反算含水飽和度。具體方法如下:利用稠油油藏初期生產(chǎn)情況首先計算初期含水率,再根據(jù)含水率方程計算Kro和Krw;其次,結(jié)合相滲實驗確定Swi;最后,利用瓊斯方程反算Sw。以孤島油田館陶組某井稠油層為例(表3),可以看出此方法計算的含水飽和度比束縛水飽和度值高4.1%,說明該稠油層中存在的可動水飽和度為4.1%。
需要指出的是,含水率方程分析方法只適用于常規(guī)投產(chǎn)開發(fā)的油藏,對于蒸汽吞吐的油藏,由于含水率難以準確評價而不適用。
表3 利用含水率方程反算含水飽和度計算參數(shù)Table3 Parameters used to calculate water saturation by water cut equation
在疏松砂巖稠油油藏的生產(chǎn)實踐中,開采初期往往在稠油采出的同時也伴有一定量的地層水產(chǎn)出[16],這也容易造成把稠油層誤解釋為油水同層或含油水層。耿斌等通過CT掃描檢測,顯示了存在3種類型孔隙[1],提出了疏松砂巖稠油層中存在被油分割的“孤立水滴”這種賦存方式,較好地解釋了稠油油藏開發(fā)初期即出水的現(xiàn)象。
從巖石物理學角度,砂巖骨架和孔隙中的油氣基本不導電,而孔隙中的水由于含離子形成導電網(wǎng)絡而導電,這決定了油層測井電阻率的絕對量,而“孤立水滴”被油包裹或所分割,對導電網(wǎng)絡的形成未做貢獻,同時由于所占比例小,也可以認為對稠油層電阻率不產(chǎn)生影響?;贏rchie公式解釋的含油飽和度所對應的是孔隙空間中不導電部分所占體積,通常是油氣,但對本文中所研究的疏松砂巖稠油層,這部分體積不僅包含油氣,還包含一部分“孤立水滴”,這也是疏松砂巖稠油層飽和度解釋需要進行校正的理論基礎(chǔ)。本文采用了實驗分析(CT圖像分析)和解釋方程(Archie公式、毛細管壓力曲線反算含油高度和含水率方程)反算兩種方式,通過與油基泥漿取心分析的對比,得到平均校正量集中分布為4.1%~5.4%,平均為5%。這結(jié)果基于研究區(qū)豐富資料,對于其它地區(qū)油藏是否適用還需要具體資料具體分析,本文僅提供一種思路和方法。
成藏過程中,油氣優(yōu)先進入大孔隙[17],驅(qū)替其中的原生地層水,當大孔隙充注完成后,進而驅(qū)替滲流能力較差的孔隙,這部分孔隙黏土礦物發(fā)育,吸附水,且被油分隔,形成“孤立水滴”[1]。因此影響“孤立水滴”這種賦存狀態(tài)的主要因素是儲層孔隙結(jié)構(gòu)[17]。本文選取了疏松砂巖稠油層作為研究對象,對其它類型的稠油層是否有普適性有待進一步研究。
淺層疏松砂巖普遍具有膠結(jié)疏松、高孔高滲透的特點,CT掃描檢測也已證實稠油層具有與常規(guī)油層不同的油水賦存方式,以“孤立水滴”形式存在的孔隙體積中水被油分隔,很難形成導電網(wǎng)絡,使得按Archie公式計算的含油飽和度偏高,因此對于疏松砂巖稠油油藏飽和度有效校正成為亟待解決的問題。本文采用實驗分析和解釋方程對比得到的平均校正量分布為4.1%~5.4%,有較好的可信度。因此,建議對于淺層稠油飽和度測井解釋結(jié)果應相應下調(diào)5%左右。
對于淺層疏松砂巖稠油油藏含油飽和度的測井解釋校正,仍然需要從理論和實驗的角度深入開展研究,對于其它類型稠油層本文提供了一種研究思路,以期拋磚引玉,為今后的研究工作提供參考。
符號解釋
a,b,m,n——巖石電阻率參數(shù),f;
Fw——含水率,f;
g——重力加速度,g/cm3;
H——油藏自由水面以上含油高度,m;
J(Sw)——J函數(shù);
K——空氣滲透率,mD;
Kro——油相相對滲透率,f;
Krw——水相相對滲透率,f;
pc——毛細管壓力,MPa;
(pc)R——油藏條件下的毛細管壓力,Pa;
Qw——水相分流量,m3/s;
Qo——油相分流量,m3/s;
Rt——地層真電阻率,Ω·m;
Rw——地層水電阻率,Ω·m;
Sw——含水飽和度,%;
Swi——束縛水飽和度,%;
θ——流體與固體的接觸角,(°);
μo——油黏度,mPa·s;
μw——水黏度,mPa·s;
ρo——地層油的密度,kg/m3;
ρw——地層水的密度,kg/m3;
σ——流體兩相的界面張力,mN/m;
?——孔隙度,f。