（地质工程专业论文）华北油田水淹层测井技术和解释方法研究.pdf

华北油田水淹层测井技术和解释方法研究 杜宝会( 地质工程) 指导教师：范宜仁( 教授) 摘要 华北油田已注水开发多年，大部分区块已进入高含水开发期，油层 水淹情况比较严重，由于存在淡水水驱和污水回驻，使水淹状况更为复 杂。水淹层的存在，使含油储层也无法正常生产，严重地影响了油井的 采收率。储层是否受注入水的影响，剩余油饱和度是否有变化，油井是 否有其他的潜力层，如何区分高地层水电阻率水层和油层，及时调整开 采方案是水驱油藏目前开发急于解决的问题。 油层水淹后，储层的岩性、物性、地层电阻率、剩余油饱和度参数 均有不同程度的变化，在测井曲线上都会有不同的响应，水淹程度不同， 测井响应特征也大有不同。在地层条件下，油气水层的动态规律一般 服从混相流体的渗流理论。根据这一理论，建立了相应的解释模型 和解释标准，并在不同的井中得到了验证。 在已经下套管的开发井中，常规测井方法不再适用。碳氧比测井、 r m t 测井、中子伽马、介电测井等测井技术都可以用来监测套管井剩 余油饱和度分布，识别油水性质，判断水淹级别。针对不同的解释技术 建立了相应的解释标准。并在不同的井中得到了验证。 关键词：水淹层，剩余油饱和度，测井方法，测井解释 r e s e a r c ho nt h ew e l l - l o g g i n gt e c h n i q u ea n dm e t h o do f i n t e r p r e t a t i o no fw a t e r - f l o o d e d z o n e si nh u a b e io i l f i e l d d ub a o h u i ( g e o l o g i ce n g i n e e r i n g ) d i r e c t e d b y a s s o c i a t e p r o f e s s o r f a n y i - r e n a b s t r a c t t h eb e dh a sb e e nw a t e rf l o o d e df o rs e v e r a ly e a r si nt h eh u a - b e io i l f i l e d ，m o s tr e g i o n sg oi n t ot h es t a g eo f t h eh i 曲w a t e r - f l o o d e d ，a n dt h eo i l b e dw a ss e r v e r e l yw a t e rf l o o d e d t h ep r o d u c t i o no fo i l s a t u r a t i o nb e di s a f f e c t e db yt h ee x i s t e n c eo f t h ew a t e r - f l u s hb e d m a n yp r o b l e m sn e e dt ob e s o l v e ds u c ha st h ee f f e c to f i n j e c t e dw a t e r i nt h i sp a p e rt h et w om e t h o d sa l ep r o p o s e d , t h ef i r s ti sa b o u tt h e i n t e r p r e t a t i o nm e t h o du s i n gt h ec o n v e n t i o n a l1 0 9 画n gd a t ai no p e nh o l e sa n d t h es e c o n di st h eo n eu s i n gt h ec a s e dh o l e s a c c o r d i n gt ot h et h e o r yo ft h e s e e p a g e , t h ei n t e r p r e t a t i o nm o d e l sa n dt h ei n t e r p r e t a t i o n c r i t e r i o n st i t l e e s t a b l i s h e d a n da l et e s t e di nm a n yh o l e s b u tt h ec o n v e n t i o n a ll o g g i n gd a t a s a 坞n o ta d a p t e dt ot h ee a s e dh o l e s t h ec u r v e so fc o , r m t , n e u t r o ng a m m a a r eu s e dt om o n i t o rt h ed i s t r i b u t i o no f t h es a t u r a t i o ng o f r e s i d u a lo i l ，a n dt h e i d e n t i f yt h ep r o p e r t yo ft h eo i la n dw a t e ra n dt oj u d g et h ew a t e rf l o o d e d d e g r e e a tt h es a n l et i m e ，t h em a n yk i n d so fi n t e r p r e t a t i o na r ee s t a b l i s h e d a n dt e s t e di nm a n yh o l e s k e y w o r d s ：w a t e r - f l o o d e dz o n e ，t h es a t u r a t i o no ft h er e s i d u a lo i l ，t h em e t h o do f w e l l - l o g g i n g ，w e l m o g i n gi n t e r p r e a t a t i o n s 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石 油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 签名：j ；：塾垒z 口刁年6 月牛日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名：盎宝玺z p 刁年月9 日 导师签名：! 雠一了p 刁年多月驴日 中田石油大学( 华东) 3 - 程硕士论文第l 章前言 第1 章前言 石油是重要的经济资源。二十一世纪，世界面临着能源危机， 我国石油需求与供给之间的矛盾也日益突出。目前，我国绝大多数 油田都广泛采用注水开发，并且多数油用己进入高和特高含水的开 发阶段i ，但尚有4 0 左右的可开采原油，要在产水7 0 9 0 条 件下产出。这一方面说明我国高含水油田仍具有挖潜和提高采收率 的巨大潜力，另一方面则要求在产水率很高的条件下，准确地评价 水淹层1 2 1 。 但是，由于各油田的地质结构、注入水性质、开发条件等均不 相同，各油田现有的水淹层测并解释方法都有不同程度的缺陷。特 别在油田开发后期，水淹层解释的难度越来越大。为了提高解释精 度及原油采收率，有必要对水淹层解释技术作进一步研究。水淹层 评价是精细油藏描述的关健环节之一，加大水淹层评价新技术的开 发研究力度，对提高油田开发效益具有重要意义 1 1 研究目的及意义 目前，华北油田主要开发区己进入中后期丌发阶段，油藏中油 水的运动及分布规律十分复杂，认识剩余油分布规律及进行挖潜调 整的难度越来越大。因此，如何利用地球物理测井技术搞清剩余油 的分布规律，经济有效的搞好油田开发中后期的挖潜与调整工作， 以提高油田的整体开发水平和最终经济效益，是油田丌发战线面临 的突出技术难题。 华北油田地质构造复杂，断裂十分发育，油减埋藏深，储层物 性条件差，动用困难，丌采难度大。而油罔丌发仍面临含水上升速 度快、产量递减大，稳产十分困难的严峻形势【3 1 。 中国石油大学( 牛东) _ t 程硕士论义第l 章前言 油田进入水驱油开发中后期时，由于注入水的影响，使得地层发 生了与开发初、中期不同的变化，表现在岩石的电学性质、孔隙结 构、水动力学系统等均处于动态的变化过程中，这时的测井解释如 果再沿用开发中前期所采用的模式，将势必造成较大的偏差。对于 中低渗透高矿化度砂岩油藏，由于储层物性差，孑l 隙空间的流体信 息所占测量信息的比例减小，造成油层水淹后电阻率变化不明显。 地层水矿化度高、钻井液又因受盐岩的影响也为高矿化度，由此导 致自然电位幅度普遍变化平缓，甚至无幅度变化，使得该曲线失去 了指示地层混合液矿化度变化的作用，其结果是使水淹层的识别难 度明显增大，同时也造成混合液电阻率计算困难，进而难以准确计 算剩余油饱和度，造成水淹层测井解释困难。 为了解决好油田开发面临的水淹层测井解释难题，有必要针对 华北油田各区块的不同特点，应用不同的测井技术，对水淹层测井 资料进行精细解释，以提高高含水区的采收率，降低投产的成本， 这对稳定原油产量具有非常重要的现实意义。 1 2 国内外现状及发展趋势 1 2 1 国内外现状现状 目前，在水淹层解释方法研究方面，国内外有关人员都做了一 定程度的研究，并形成了各自的基于常规测井资料定性判别水淹层、 定量求取剩余油饱和度与产水率等参数、综合判别水淹级别的办法。 但是，各自所研究的解释方法都具有一定的局限性而不宜推广。 通常使用的定性判别水淹层的方法有：自然电位基线偏移法、 自然电位与电阻率曲线对应法、冲洗带电阻率比较法和可动流体法 等。在目前水淹层定量解释方法中，大多使用了阿尔奇公式和扩展 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第1 章前著 的阿尔奇公式( 对其公式中各个参数的影响因素进行校正) 。有的还 使用泥浆滤液电阻率、自然电位、人工电位和俘获截面等测井资料 来求准水淹层混合液电阻率【4 1 ，用电阻率增大率来计算含水饱和度。 裸眼井测井资料剩余油解释方法研究主要开展了用常规测井资 料通过混合液电阻率确定剩余油饱和度，研究思路是通过校正后的 自然电位曲线求取混合液电阻率，再通过阿尔奇公式确定含水饱和 度，进而求得剩余油饱和度1 5 1 。 1 2 2 水淹层解释技术的发展趋势 ( 1 ) 加强岩电实验，迸一步搞清不同类型的油藏或岩石水淹 过程中各项物理参数的变化规律和控制因素。 ( 2 ) 建立和完善用于不同类型油藏或储层的水淹层测井系列 及解释方法。 ( 3 ) 。以剩余油饱和度定量解释为目标，以提高测井分辨率和 解释符合率为重点，形成配套的解释软件系统。 ( 4 ) 测井解释与油阳地质、开发动态相结合。丌展油藏丌发中、 后期油藏精细描述工作，搞清剩余油分布规律，提高油藏开发后期采收 率。 1 3 本文的研究目标、技术路线及技术关键 1 3 1 本文的研究目标 本文主要从水淹层的特征出发，通过对储层水淹后，油田的地质变 化规律、油田开发高含水期油水运动特点及水淹储层地球物理响应特征 的综合分析，规范水淹层测并系列，形成一套比较完善的、适合不同区 块的水淹层测并解释方法。 3 中田油火学( 华东) 工程硕士论文 第1 章前言 1 3 2 技术路线 以电阻率相对值法为理论依据，利用密闭取心等关键井的岩心分析 化验资料及测井资料，研究水驱油层岩石物理特性的变化规律：根据测 井资料的显示特征研究水淹层的识别方法和综合分析方法：开展不同产 水率条件下的水驱油试验，研究油水相渗透率与含水饱和度、束缚水饱 和度、剩余油饱和度关系；根据岩心分析化验资料、单井试油、投产资 料和测井资料的综合研究，建立岩性、物性和饱和度的解释模型：确定 研究区水淹层的定量判别方法及判别标准。 1 3 3 技术关键 本文的技术关键就是： ( 1 ) 测井曲线相对值的提取。 ( 2 ) 研究定量识别水淹层的关键方法。 ( 3 ) 建立不同区域的水淹层测井解释标准。 1 4 本文的主要研究工作 本论文的研究内容主要包括以下几方面： 1 ) 从水淹机理出发，研究储层的地质特征、地球物理特征，包括 储层物性、电学及声波测井信息的变化特征，寻找出定性评价水淹层的 依据。 2 ) 利用测井曲线特征，研究定性、定量识别水淹层的多种方法。 包括：常规测井资料识别、碳氧比组合、r m t 组合、介电、中子伽马 等方法。 3 ) 根据水淹层水淹机理进行解释模型的研究，建立具有地区特征 的解释模型。建立含水饱和度、束缚水饱和度、剩余油饱和度、相对渗 透率、产水率图版。 4 中国石油大学f 华东) 工程硕j ：论文第1 辛前； 4 ) 通过试油、试采资料与测井资料的对应关系，研究水淹层的分 级定量解释方法及解释标准。 5 中国i i 油人学( 华尔) 工程硕士论文第2 章水淹层基本特征 第2 章水淹层基本特征 2 1 油层水淹后物理性质的变化 在注水开发中，油层的物理性质将发生一系列的变化，特别是 强水洗地带，地层的含油性及油水分布、地层水矿化度和电阻率、 粘土矿物微观结构、孑l 隙度、渗透率、润湿性、驱油效率、地层压 力、温度、放射性等均会发生明显变化，而且这些变化同油层物理 性质、注入水性质和注入量等有关。不同注水时间，这些变化也是 不同的，因而导致地质情况更加复杂多变“1 。 2 1 1 地层含油性及油水分布的变化 在注水开发中，随着注入水不断驱替地层中的原油，水淹油层 的含水饱和度s w 不断增加，剩余油饱和度s o z 不断降低，而且它 们与水洗程度成比例。大庆油田根据水驱油岩心实验和试油资料统 计分析表明，油层弱水淹时含油饱和度s o 下降约1 0 ；油层中等水 淹时s o 下降约2 0 3 0 ；油层强度水淹时s o 下降3 0 以上。 在水洗作用下，油层的粘土和泥质含量下降，粒度中值相对变 大，随之也使束缚水饱和度s w i 相应降低。 随着注入水不断增加，地层中的油水分布也随之发生很大变化。 一般来说，油层或油层组的孔隙性和渗透性都有程度不同的非均质 性。显然，注入水在非均质严重的中、厚油层中并不是以同样途径、 方式和速度均匀推进的，而是注入水首先将大孔隙中的油以较快速 度沿着渗透性好的地带推进，直到高渗透性地带大孑l 隙中的大部分 油被水驱走时，低渗透性地层或厚油层中仍保留着相当多的原油。 物性好的高孔隙性、高渗透性部位早水淹，水洗强度大；低孔隙性、 低渗透性部位晚水淹，水洗强度小，甚至未被水淹。这样，在高含 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第2 章水淹层基本特征 水期，原来的好油层变成强水淹层；而较差的油层( 包括物性差的 油层和薄油层) ，则有可能成为“主力油层”。因此，尽管某些油井 的产水率很高，但低孔隙性、低渗透性油层、薄油层或厚油层中的 低孔隙性、低渗透性部分仍有可观的潜在产能，它们将成为高、特 高含水期油 开挖潜稳产的主要对象。 2 1 2 地层水矿化度和电阻率变化 组成沉积岩骨架的矿物中，除了少数矿物( 黄铁矿等) 具有导 电性外，绝大多数矿物是不导电的。沉积岩的导电性主要取决于岩 石孔隙中水的矿化度，同时又受地层孔隙度、孔隙结构、含水饱和 度以及泥质含量等因素的影响。 油层水淹后，注入水与原始地层水相混合。混合地层水矿化度 ( p 。) 和电阻率( r 。) 的大小将取于原始地层水和注入水的矿化 度以及注入水量。相对于原始地层水矿化度来说，注入水有淡水、 地层水( 盐水) 和污水，相应地有淡水型、盐水型和污水型水淹层。 地层水型水淹层( 如边水、底水水淹油层) 中，混合地层水矿化度 变化不大。污水型水淹层混合地层水矿化度有一定的变化，其大小 视注入水的污水矿化度及注入量而变。淡水型水淹层混合地层水矿 化度变化最大。注水初期，注入的淡水主要沿储集层大孔隙驱油溶 解储集层盐类，并同高矿化度地层水发生离子交换，注入水被盐化， 故在驱潜前缘及附近地带内，混合地层水矿化度常常接近于原地层 水的矿化度。随着注入淡水量增大，水淹层增加，地层水淡化速度 明显加快，混合地层水的矿化度迅速下降，直到与注入的淡水接近 为止。故在远离驱潜前缘地带，混合地层水的矿化度与注入水的淡 水很接近。 从电阻率来看，与原始地层水电阻率r 。相比，混合地层水电阻 7 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第2 章水淹层基本特征 率r 。：也有三种可能：淡水型水淹层，r 。：增高明显，r 。： r 。；地层 水型水淹层，r 。：近似不变，r 。产r w ；污水型水淹层，由于华北油 田的原始地层水矿化度高，因此污水层矿化度小于原始地层水矿化 度，即r w ： r w 。，但电阻率的差别明显小于淡水型水淹。 2 1 3 粘土矿物的微观结构变化 在注水后，粘土矿物类对水质及冲洗作用的反应是不一样的。 根据河南和大庆油田对钻井取心电镜扫描观察与实验室测定结果， 当注入水时，从未水洗到强水洗，岩石中的粘土矿物将发生明显变 化”。 对岩心的电镜扫描观察到，未被水洗岩样，岩石颗粒和孔道表 面粘土覆盖比较丰富，在吼道处有固状粘土堆积，高岭石的“书页” 结构完整，排列整齐。岩样经过长期水沈后，岩石表面覆盖的粘土 明显减少，岩石颗粒表面与粒间附着的高岭石被溶解，粘附在颗粒 表面的高岭石晶形很差( 呈叶片状) ，绿泥石和伊、蒙混合桔土明显 相对减少，而伊利石明显相对增加。 注入水同油层中粘土矿物的作用很复杂，它同注入水性质、粘 土矿物的性质、分布状态及含量等有关。不同的油田，这种作用也 不尽相同。而且注入水同粘土矿物的作用，是注入水引起油层物理 参数发生变化的重要原因。因此，研究本地区注入水同油层物理参 数变化和评价水淹层具有十分重要的意义。 一般地讲，弱水洗区，以粘土受注入水的浸泡发生膨胀，孔径 堵塞孔道为主；强水洗区，以粘土被水冲洗，泥质含量降低，孔吼 增大为主。 中国石油大学( 华尔) + l ：科硕十论文第2 章水淹层基本特征 2 1 4 孔隙度和渗透率的变化 孔隙度、渗透率是描述储集层岩石结构最重要的两个特征参数。 由于注入水的冲刷，岩石孔壁上贴附的粘土被剥落，含油砂岩较大 孔隙中的粘土被冲散、冲走，沟通孔隙的喉道半径加大，孔隙变得 干净、畅通，孔隙半径普遍增大，缩短了流体实际渗流途径，岩石 孔隙结构系数变小，因而孔隙性、渗透性好的岩石孔隙度，可能有 一定程度的增加，而岩石渗透率明显增大。故在距注水井近、水洗 程度高的井中，水淹层的渗透率要比距注水井较远的、水洗程度低 的并有明显的增高【朗。 在砂泥岩剖面中，水淹层岩石孔隙度和渗透率的变化与水沈程 度有关：弱水沈区，以粘土受注入水的浸泡发生膨胀，孑l 径堵塞孔 道为主，因此，孔隙度和渗透率都会降低；强水洗区，以粘土被水 冲洗，泥质含量降低，孔吼增大为主，孔隙度和渗透率都将升高【9 1 。 2 1 5 岩石润湿性的变化 岩石润湿性一般定义为：当存在其它非混相流体时，某种流体 附着或延展到岩石固体表面的倾向性，在储油层中就是油、气、水 对岩石表面附着或延展的倾向性。在油藏岩石表面是亲水的情况下， 在未受到注入水波及的地方，含水饱和度较低，水附着于颗粒表面 的水膜和粒隙尖角的地方存在着，呈环状分布：而油则以迂回状分 布连续存在于孔隙中间。在水驱油过程中，水沿着岩石孔壁窜流， 在油水同时流动的地方，部分油以渠道态流动，有些油则处于死胡 同式的岔道内i 部分油则被侵入水侵害包围，形成滞留的油滴、油 珠或油块，并堵塞小孔道。水淹后岩石孔隙空间只剩下被分割的孤 立油滴、油珠。 中国石油大学( 华东) j ：程硕士论文第2 章水淹层基本特征 当油藏岩石表面亲油时，进入岩石的注入水首先沿着大孔道形 成曲折迂回的连续水渠道；当继续注水时，水逐渐侵入较小的孔道， 并使这些水侵小孑l 道串联起来形成另外些水流渠道。当形成的水 流渠道数目多得使水能畅通地渗流时，油流实际已被憋死。残余的 油除了一些停留在小的油渠道内，其余则在大的水流渠道固相表面 形成油膜。 由上可见，油水在岩石孔隙中的分布，不仅与油水饱和度有关， 而且还与饱和度的变化方向有关。因此，在油层水淹过程中，随着 含水饱和度不断增加，注入水一方面逐渐占据岩石孔隙中有利位置， 将原油驱赶走：另一方面，注入水又将油切断，形成滞留的油滴、 油珠、油膜【10 1 。 大量实践表明，在注水开发过程中，油、水、岩石三者之间原 有的吸附和脱附作用的动态平衡遭到破坏，岩石表面的润湿性会发 生变化【1 。有关资料统计表明，当含水饱和度大于6 0 时，岩石的 润湿性将全部转化为亲水性。 2 1 6 驱油效率q 的变化 驱油效率主要决定于岩石的孔隙结构和润湿性及注水量。经过 长期注水后，油层岩石表面比较干净，孔吼的粘土明显减少，大孔 隙比例增多，孔隙连通性变好，渗透率增高，岩石润湿性转化为亲 水性。因而，注入水的驱油效率也随之增大f 1 2 】。 2 1 7 油层水淹后的地层压力的变化 油田投入开发后，油层的压力就开始发生变化；到了开发中后 期，地层压力的变化更为明显。在注水开发过程中，由于各层段产 出量和注水量不同，造成各层段地层压力明显不同于原始地层压力， 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第2 章水淹层基本特征 并产生不同的差异，整体来说，水淹层的压力小于原始地层压力。 华北油田岔1 5 断块原始地层压力为2 3 5 m p a ，经过多年的注水 开发，目前已降至9 5 8 8m p a 。 2 2 水淹层的测井曲线特征 在油田注水开发过程中，有四个方面的变化明显影响着测井资 料对水淹层的解释和评价。一是随着油层的不断开采，油层中含油 饱和度逐渐降低，而含水饱和度相应增加，造成深、中探测电阻率 曲线数值的变小；二是随着注水量的不断增加，地层矿化度发生变 化；三是随着注水量的不断增加，水对岩石不断产生冲洗作用，使 岩石的物理、化学性质发生变化，特别是清污混注情况下的变化更 为复杂；四是多层砂岩油藏储层压力的不均衡变化，造成单井纵向 上压力系数差异大。这些变化大部分在测井资料上有所反映，主要 体现在水淹层的电阻率、自然电位、声波时差、密度、中子伽马、 碳氧比、r i f t 测试资料等方面。 2 2 1 电阻率曲线的变化 随着油田的注水开发，地层孔隙中水的含量及矿化度都在不断 地发生变化。出于注入水本身具有一定的矿化度，因此，随着孔隙 中水的含量增加，多数情形表现为孔隙中水的总含盐量的增大，当 注入水为淡水时孔隙中水的总含盐量并不总是增大的，到一定程度 后，由于和原有束缚水发生了离子交换等反应，使得总的矿化度是 降低的。 水驱油层的电阻率与含水饱和度之间存在着复杂的变化关系， 这种变化同时还与注水矿化度有关。 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第2 章水淹层基本特征 ( 1 ) 注入水矿化度的不同，电阻率与含水饱和度呈现不同的变化 规律，大致可分为三种形式。第一、注淡水时( 如注入水为 3 0 0 0 m g l ) ，电阻率随着含水饱和度的增加，呈现不对称的u 形变化， o ou z u 4u ot l 4 oii3o 5 0 70 ” s fs - 图2 - i 电阻率与含水饱和度岩电实验关系图 即随着水淹强度的加强，电阻率开始降低，达到某一值后电阻率反 而增加。第二、注低矿化度的污水时( 如2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 m g l ) ，电 阻率与含水饱和度呈现s 形变化规律，即随着油层水洗程度的加强， 电阻率开始下降，降到某一低值后上升，上升到一定值后又下降， 电阻率的变化像水平放景的s 形。第三、注高矿化度的污水时，电 阻率与含水饱和度的关系比较简单，基本为单调递减变化，即随着 含水饱和度的增加电阻率下降。 ( 2 ) u 形和s 形变化规律既明，对应一定电阻率值的水淹层 1 2 7 6：3 2 0 ( - a ) | 中国石油大学( 华尔) i ：科硕十论文第2 章水淹层基本特祉 有两个或三个含水饱和度与之相对应，这就是说，水淹层电阻率与 含水饱和度不是一一对应关系。认真分析实验过程和注水开发过程 可知，含水饱和度的变化还与混合液电阻率的变化密切相关。 由此可见，依靠电阻率变化判别水淹层，主要是利用它的两个 极端变化，即注污水时的电阻率明显下降或注淡水时电阻率明显抬 高。电阻率的细小变化难于用在定性判别上，这时只有通过定量计 算来反映。 2 2 2 自然电位曲线的变化 油层水淹后，在自然电位曲线上出现的一系列变化是定性判别 水淹层的重要依据。主要有如下几个方面： ( 1 ) 自然电位基线发生偏移。这是由于岩性、物性的不均匀， 造成层内水淹程度不均匀，使得自然电位基线发生偏移，这一变化 特征在华北油田岔1 5 断块比较普遍。如果储层底部水淹强则底部的 泥岩基线发生偏移，储层项部水淹强则顶部的泥岩基线发生偏移。 ( 2 ) 自然电位幅度的反向变化。华北油田储层处的自然电位幅 度一般为负异常，如果淡水水淹，可利用储层处出现正异常来定性 判别水淹层的存在，这是因为注淡水时使得地层混合液的矿化度低 于泥浆滤液矿化度所致。 ( 3 ) 自然电位幅度明显偏大。由于过滤电位与扩散吸附电位的 电动势同向，在地层压力明显偏低时过滤电位的影响比较明显，使 水淹层的自然电位幅度明显大于油层的幅度。这是地层压力场影响 测井曲线的典型实例。 如图2 2 所示，岔1 5 - 4 3 8 为岔1 5 断块2 0 0 0 年水淹井，可以明 显看出水淹后s p 曲线发生偏移。 中国石油大学( 华尔) 程硕十论文第2 章水淹层基本特征 圈2 - 2 岔1 5 1 3 8 井测井曲线图 2 2 3 孑l 隙度曲线的变化 由于注水开发使得储层不断受到冲刷，并在一定程度上改造了储层 孔隙结构，其结果是水淹后孔渗好的储层孔隙度、渗透率有偏大趋势。 在密度、声波时差曲线上反映孔隙度数值偏大，补偿中子孔隙度曲线反 映微弱，而岩性、物性较差的层数值基本不变。 2 2 4 水淹层压力系数的变化 在油田的开发过程中，如果没有注入水的补充，油藏的压力是会逐 渐降低的。但由于砂体岩性的变化、封闭断层的存在、注采井网的不完 善等各种因素的共同制约，使得纵向上各层的压力系数有差异。一般来 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第2 章水淹层基本特征 说，水淹层的压力系数明显要低于原始油层的压力系数，油层的压力系 数除少数得不到能量补充外多数接近原始值唧。 2 2 5 中子伽马曲线的变化 中子伽马测井记录的是中子伽马射线的强度，一般情况下( 低矿化 度地层水) 中子伽马射线的强度反映地层的含氢量，当地层水矿化度较 高时，也反映含氯量。氧元素、氢元素、碳元素的俘获截面为o 0 0 0 2 o 3 3 2 巴，而氯元素的俘获截面为3 2 6 巴。由此我们可以分析出，当油 层被矿化度较高的水淹后，由于地层中含氯量增加，其俘获热中子的能 力大大增强，放射出的伽马射线也大大增强，因而测出的中子伽马曲线 数值增大，与油层没被水淹时测的中子伽马曲线重叠有正差异，即“包 络面”，即油层水淹后测的中子伽马数值比油层没被水淹时测的中子伽 马值高。 2 3 测井系列选取 综上所述，对于油田开发区的开发井选用的地球物理测井方法， 必须有助于评价地层的当前剩余油饱和度，解决判断水淹层、水淹 程度划分的问题。一般认为，测井系列越全、测井项目越多，解决 地质问题和评价储层含油气性的能力越强。 针对研究区块的实际情况，一些常规的测井项目都可以使用， 例如目标区块钻井一般采用淡水泥浆，电阻率系列应选用适合于此 的感应系列( 双感应八侧向) ，为求准地层的孔隙度和渗透率，最 好进行三孔隙度( 补偿声波、补偿密度、补偿中子) 测井，为了了 解储层岩性和求取泥质含量，应进行自然伽马、自然电位和井径测 井，此外，还可以加测核磁共振、激发极化电位测井等。针对各水 淹区块具体的测井项目及所能解决的地质( 工程) 问题见表2 1 。 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第2 章水淹层基本特征 表2 - 1高含水地区测井系列选取表 序号测井项目针对的地质( 工程) 问题 l自然电位测井地层岩性识别、物性判断、渗透性分析，地层对 2自然伽马测井比，泥质含量计算，井壁取芯跟踪。 3井径测井井眼体积分析，铡井环境分析及测并曲线校正。 4 标准测井地层对比等 5微电极测井划分渗透层等 6补偿中子测井 岩性识别、物性参数计算，渗透性分析及含油气 7岩性密度测井 性分析计算等。 8补偿声波测井 双感应一八侧向测量地层电阻率，分析地层渗透性，了解侵入变 9 测井化，计算含水饱和度。 测试地层压力，定性识别水淹层及了解储层压力 1 0 r f t 测井 变化。 激发激化电位有效地求解地层水矿化度和阳离子交换量，计算 l l 测井含水饱和度，判别水淹类型和水淹级别。 核磁共振测井 更高精度的孔隙度、渗透率求取，孔隙结构定量 1 2分析，区分毛管束缚水和粘土束缚水，有效迸行 ( p 型) 油气检测等。 c o 或r m t 测并准确计算储层剩余油饱和度，定性或定量评价水 1 2 组合淹级别 1 3介电测井测量储层的介电常数，判断油水层 利用中子伽马与声波时差重叠法、中子伽马 1 4中子伽马测井 推移测井方法，来识别水淹层。 1 6 中国石油大学( 华尔) i 。稗硕十论文第2 章水淹层基本特征 随着油井的不断开采，地层的含油饱和度不断降低，但由于地层的 岩性、物性存在差异及受注水影响不同，不同产层的剩余油饱和度随着 时间的推移变化不尽相同。这需要在套管井中进行测井，研究地层的当 前含油饱和度、检测单井水淹和开采情况等，使用的测井方法主要有中 子伽马测井、碳氧比测井及中子寿命测并等。 中国7 i 油人学( 华尔) j ：程硕七论文第3 章水淹层测井解释方法研究 第3 章水淹层解释方法研究 随着油田的不断开发和水淹程度的不断加深，水淹层的测井解释 难度也是越来越大。由于油层水淹受多种的因素的共同影响，仅依据 电阻率或含油饱和度的变化来定量判别水淹层已是不可能的了。随着 测井解释技术的发展，已形成了求解剩余油油饱和度的多种水淹层测 井解释新技术。由于各地区地质情况和水淹特征不同，使得水淹层测 井响应更是复杂多变，需要按地区实际情况，在地质条件约束下，根 据水淹特征和水淹规律，找出适合于研究区域的测井解释方法。 3 1 常规测井方法解释水淹层 3 1 1 水淹层定量解释的理论基础 注入水开发的油田，许多油层完全被注入水所淹，可动油会被 水驱走，只剩下不可动的油，这种所剩下的油就是剩余油，其饱和 度s 。，称为剩余油饱和度。此外，还有一些油层由于岩性不均等原因， 局部区域可能不会受到水的波及，或者只受到部分“水扫”。在这 种地层中，就可能同时含有可动油和剩余油。由此可见，注水丌发 的油田，在水淹地区，地层中的剩余油饱和度资料，是指示油层是 否水淹及水淹程度的重要依据。 应用测井资料定量评价水淹层，主要是揭示产层的剩余油饱和 度和束缚水饱和度。因此，我们提出了可动流体分析法。 3 1 2 可动流体分析法 在地层条件下。油气水层的动态规律一般服从混相流体的渗流 理论。根据这一理论，储集层的产液性质可由多相共渗的分流量方 程描述之。当储集层呈水平状油、气、水各相分流量可表示为： 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第3 章水淹层测井解释方法研究 q = 一百k o a 鲁 nk g a 印 g i 。兹 盼一百k d 。署 ( 3 一i ) ( 3 - 2 ) ( 3 3 ) 式中， q 、皱、q 。分别表示产层油、气、水的产量； 甜。、u g 、t a w 分别表示油、气、水的粘度( m p a s ) k o 、以、七，分别为油、气、水的有效渗透率( “m 2 ) ； a 渗透截面积( c l n 2 ) 。 由此可见，在一定压差条件下，储集层的产液性质及油、气、 水的产量，主要取决于各自的相渗透率、渗透截面和流体性质。 所谓有效渗透率就是相渗透率，它是多相流动时，每相流体 通过岩石能力大小的度量。当有两种或两种以上不能混合的流体( 例 如油、气、水) 通过岩石时，由于各相流体之间存在界面以及对岩 石润湿性的差异，呈现不同的毛细管力；同时各相流体的物理化学 性质也各异，因此多相流体在微观孔隙流动时，必然会发生相互作 用，而且一种流体的存在必然会减小另一种流体的流动通道，这些 都会增加各相的流动阻力，其结果造成它们各自的有效渗透率小于 相当于单相流动时的渗透率值( 称为绝对渗透率t ) 。在实用上，为 了了解各相流体的流动能力，更好地描述多相流动的过程，往往又 采用相对渗透率来表示相渗透率的大小，它等于有效渗透率与绝对 渗透率的比值： 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第3 章水淹层测井解释方法研究 k r w k k w k j ：每 七 ( 3 - 4 a ) ( 3 - 4 b ) 式中，k 。、k 。分别表示水、油的相对渗透率，其数值介于0 至1 之间。 实验表明，相渗透率是流体饱和度的单值函数，而且与岩石的 孔隙度结构、润湿性、粘度比等有关。 根据分流方程，可进一步导出多相共渗体的相对流量，它们相 当于分流与总流量之比。对于油水共渗体系，储集层的产水率凡可 近似表示为： ( 3 5 ) 分析上述各式可以看出，个储集层到底是产油气，还是产水， 或者是油水同出，归根结底取决于产层油气水相渗透率的大小。如 果储集空间只存在两种流体，假设为油和水，若以这种油水两相共 渗体系为例，则根据储集层相渗透率的变化情况，相应有三种不同 的产液性质。 ( 1 ) 当储集层水的相渗透率七。或k 。趋于零，而油的相渗透率达 到最大( 七。- - - ，1 ，七口一k ) ，根据式( 3 - 3 ) 、( 3 - 4 ) 、( 3 5 ) ，则q ，一o ， 含油率c = ( 1 一凡) 一l ，表明储集层不产水只产油，属于油层。 ( 2 ) 反之，若储集层油的相渗透率t 。或k 。趋于o ，而水的相渗 中国石油大学( 华东) 1 + 群硕十论文第3 章水淹层洲升解秆方法研究 透率达到最大( 。- - , 1 ，。一k ) ，根据式( 3 - 1 ) 、( 3 - 3 ) 、( 3 - 5 ) 则 得：q 一0 ，只一1 。表明储集层不产油只产水，属于水层。 ( 3 ) 若o ( 七。、七。) 1 或o o ，则是油水同出的情况。 在油水两相共渗体系中，若水为润湿相，油为非润湿相，根据 实验室测定，油水的相对渗透率七。、七。经常可表示为具有如下形 式的经验关系式： 和陋 ” a ， 七。= 1 s , - s w f 1 “ 1 一( 丽s w - s w l 1 ， 式中s 。含水饱和度： s 。一束缚水饱和度； s 。剩余油饱和度。 历、以，k 为经验系数。主要取决于储集层的岩石特征。三者 般有如下的关系： 搬= 2 a 。 = 2 a + k( 3 - 8 ) 根据式( 3 一) 、( 3 7 ) ，又可迸一步推演下列的结论： ( 1 ) 当储集层的s ，= s 。时，则k = 1 ，七。= 0 ，显然为油层情况； ( 2 ) 当储集层的s 。 s 。时，则0 k 。 1 ，o | | ， 1 ，表明储 层集为油水同出； 2 l 中国石油火学( 华尔) l ：群硕十论文第3 章水淹层测井解释方法研究 ( 3 ) 当储集层的s 。一l 时，则。- - - ，1 ，七。一o ，属于水层。 这就是说，只要分析储集层的含水饱和度( s 。) 与束缚水饱和 度( s 。) 之间的关系，不仅能够指示油( 气) 水相对渗透率的变化， 而且能够达到最终评价油( 气) 水层的目的。同时也进一步表明， 含油毕竟只是判别油( 气) 层的必要条件，并非充分条件。总之， 通过以上的分析，足以阐明评价油( 气) 层的基本原理和所应遵循 的途径。显然，这是应该成为着眼设计油( 气) 水层解释方法的理 论基础。 “可动流体分析法”就是依据这一原理设计而成的，是上述理论 的具体体现。其基本内容包括以下二个方面： 一是分析储集层的含油性。以含水饱和度( s 。) 表示之。 二是分析储集层的可动水饱和度。通过分析产层的含水饱和度 ( s 。) 与束缚水饱和度( s 。) 之间的关系确定之。即： s w m = s 。一s 。|( 3 - 9 ) s 。为可动水饱和度，对于油气层s 。= 0 。由于s 。，是反映s 。与 s 。二者关系的参数，因此它能够揭示产层油( 气) 、水相对渗透率 的变化，实现对油气层的最终评价。 3 1 3 可动流体分析法模型 根据上述原理，建立了相应的解释模型。它不仅具有简明的特 点，而且与产层的实际情况十分逼近。由此可导出用于对油气层进 行最终评价的解释方程。 ( 1 ) 油层 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第3 章水淹层测井解释方法研究 只含束缚水( 不动水) ，不含可动水，产层的孔隙空i 司为油( 气) 和束缚水所饱和。在这种情况下，k ，= 0 ，k 。一1 ，可用如下方程 表示： o釜i鬣暑(3-10)s 0 i 。= s 。；贝0 s 。= 式中，s 。为含油饱和度。 ( 2 ) 油水同层 孔隙空间为油( 气) 、可动水和束缚水三部分所饱和，相当于 o k , o 1 ，o 7 ( 3 ) 水层 储集层孔隙空间不含油或只含剩余油( 气) ，主要被水( 包括束 缚水和可动水两部分) 所饱和。这时k 。= 0 ，k ，- - - q ，解释方程为： 最；(3-12a)s s0 【。 。；则s 。 或 p 鬻：疑f ( 3 - 1 2 b ) s o r 0 【 s 。=；则s 。 显而易见，通过测井信息处理，提供匹配的s 。与s 。参数是实现这 一方法的关键，核心问题在于确定地层含水饱和度、束缚水饱和度和剩 余油饱和度。 中国斫油大学( 华东) 工程硕士论文第3 章水淹层测井解释方法研究 3 1 4 电阻率相对值综合法 众所周知，由于注入水的进入，储层的电阻率发生了变化，但是， 该变化有绝对性，又有相对性。即，电阻率的变化是相对注水前而言， 因此电阻率的相对变化率则是必须要认清的一个因素，其数值大小和 水淹程度有着密切的联系，且能反映储层性质的相对变化。基于此 可以利用这一相对变化，在分析试油、压汞等资料的基础上，建立水 淹层测并解释模型【m l 。 若同一地区、同一层位标准水层的电阻率为，则电阻率相对 值 r t l = 似f r o ) i r o 其中：r t 为电阻率测井值。 ( 1 ) 含水饱和度的确定 ( 3 1 3 ) 由于华北油田研究区块目前一般为污水水淹，因此可利用能较 好反映油层和水淹层的电阻率相对值r 。与含水饱和度s w 建立解释 图版，同时含水饱和度又与孔隙度有关，建立模型时综合考虑了电 阻率和孔隙度的因素。 ( 2 ) 束缚水饱和度的确定 由于电阻率相对值r t 、孔隙度q 与束缚水饱和度s w i 有着较密切 的关系，可针对不同区块建立相应的r t 、q s w i 关系图版，通过对图 版的拟合得出相应的s w i 计算公式。 ( 3 ) 剩余油饱和度的确定 由于声波时差、泥质含量与剩余油饱和度s o r 有着较密切的关系， 故可建立相应的a c 、v s h s o r 解释图版，通过拟合得出相应的计算公 式。 2 4 中国石油火学( 华东) 工程硕士论文第3 章水淹层测井解释方法研究 ( 4 ) 油水相对渗透率的确定 在求定s w 、s w i 的基础上建立起k r w - s w 、s w i ，k r o s w 、s w i 的 关系图版，并拟合出相应的公式，来求解k r w 、k r o 。 ( 5 ) 产水率的确定 通过求定k r o 、k r w 建立起k r o 、k r w - f w 的关系图版，并拟合出 相应的公式。 3 1 5 研究区块水淹层解释模型的建立 根据以上分析，我们以可动流体分析法为理论基础，利用电阻率 相对值技术，建立了岔河集地区东营组层段的解释模型。 ( 1 ) 含水饱和度的计算 图3 1 为电阻率相对值、孔隙度与含水饱和度关系图版。选择 精度较高的抛物线拟合方法对此图版拟合，同时又考虑了地区经验， 得出相应的计算公式。再根据插值法，我们可以得到任何孔隙度所 对应的含水饱和度。 拟合不l 司孔隙度下的含水饱和厦公式如f ： 当函= 1 0 时，s w = 1 , 0 2 9 8 r 1 2 1 2 5 4 4 r ；+ 8 0 当m = 1 5 时，s = 1 1 1 9 r 1 2 1 3 9 5 2 r ：+ 8 0 当o = 2 0 时，s = 12 2 0 2 r ；2 1 5 1 0 1 r ：+ 8 0 当m = 2 5 时，s = 1 2 9 7 6 r ；2 1 6 4 4 r ：+ 8 0 当西= 3 0 时，s w = 1 3 8 1 r ：2 1 7 4 5 + 8 0 ( 3 1 4 ) ( 3 1 5 ) ( 3 - 1 6 ) ( 3 1 7 ) ( 3 1 8 ) 中国行油大学( 华尔) 工程硕士论文第3 章水淹层测井解释方法研究 1 0 0 9 0 8 0 孓7 0 茵6 0 墨5 0 长4 0 姐3 0 2 0 1 0 o o234567 电阻率相对值 图3 1电阻率相对值、孔隙厦与含水饱羽i 厦关系幽版 ( 2 ) 束缚水饱和度的计算 图3 - 2 为电阻率相对值、孔隙度与束缚水饱和度以及电阻率相 对值的关系图版，拟合图版得出相应公式。同样用插值法，可以求 出任何点所对应的束缚水饱和度。 拟合不同孔