基于物理模拟实验的密闭取心井油水饱和度校正.pdf

第 3 1 卷 第 2期 2 0 0 9年 4月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LLI NG PRODUCT1 0N TECHNOLOGY V0 1 3l No 2 Ap r 2 0 0 9 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 0 9 0 2 0 0 8 2 0 4 基 于物 理模 拟 实验 的密 闭取心 井油水饱和度校正 刘 丽 胜利 油田公 司地质科 学研 究院 山东东营2 5 7 0 1 5 摘要 密闭取心井岩心流体饱和度分析是评价储层水淹状况的重要手段之一 而室内岩心常规分析测得的密闭取心井油 水饱和度常常偏离地层孔隙中的真实油水饱和度 分析了影响室内岩心含水饱和度测量值的相关因素 以胜利油区2口密闭 取心井为例 通过室内实验模拟降压脱气过程 重点研究了降压脱气对含水饱和度的影响规律 综合考虑降压脱气 孔隙压实 和测试方法造成的含水饱和度损 失进行 实测含 水饱 和度校正 使其 更接 近实际地层 中的真 实含水饱和度 利 用校 正后 的油水 饱和度资料 有助于准确地判断油层水淹状况 有效地提高油气开发水平 关键词 密闭取心 含水饱和度 降压脱气 压实作用 测试方法 物理模拟 水淹状况 中图分类号 T E 3 文献标识码 A Oi l a nd wa t e r s a t ur a t i o n c o r r e c t i o n f o r s e a l e d c o r i n g we l l s ba s e d o n ph y s i c a l s i mul a t i o n e x pe r i me n t s UU L j Ge o l o g i c a l S c i e n t ific R e s e a r c h I n s t i t u t e S h e n g l i Oi lfi e l d C o m p a n y o fS 1 NO P E G Do n g y i n g 2 5 7 0 1 5 C h i n a Ab s t r a c t F l u i d s a t u r a t i o n a n a l y s i s o f c o r e s a mp l e s f o r s e a l e d c o ri n g we l l s i s o n e o f i mp o r t a n t me t h o d s wh i c h a r e u s e d t o e v a l u a t e wa t e r o u t b e h a v i o r i n t h e r e s e r v o i r b u t t h e me a s u r e d fl u i d s a t u r a t i o n v a l u e s i n t h e l a b o r a t o r y u s u a l l y d e v i a t e f r o m t h e r e a l fl u i d s a tur a t i o n v a l u e s i n t h e r e s e rvo i r T h e f a c t o r s i n fl u e n c i n g t h e me a s u r e d r e s u l t s o f o i l a n d wa t e r s a tur a t i o n we r e r e v i e we d T a k i n g t wo s e a l e d c o ri n g i n s p e c t i o n we l l s a s e x a mp l e s t h e p r o c e s s o f d e p r e s s u r i z i n g a n d d e g a s s i n g wa s s i mu l a t e d a n d t h e e ffe c t o f d e p r e s s u r i z i n g a n d d e g a s s i n g o n wa t e r s a tur a t i o n wa s ma i n l y s tud i e d Co n s i d e ri n g c o mp r e h e n s i v e l y t h e wa t e r s a t u r a t i o n l o s s b e c a u s e o f d e g a s s i n g c o mp a c t i o n a n d t e s t me t h o d t h e me a s u r e d wa t e r s a tur a t i o n v a l u e wa s c o r r e c t e d S O t h a t i t i s mo r e c l o s e t o t h e r e a l wa t e r s a tur a t i o n i n t h e r e s e r v o i r Th e o i l a n d wa t e r s a t u r a t i o n d a t a a fte r c o r r e c t i o n c a n b e a p p l i e d t o a c c u r a t e l y e v a l u a t e wa t e r fl o o d i n g c o n d i t i o n o f r e s e r v o i r a n d t o e ffe c t i v e l y i mp r o v e o i l fi e l d d e v e l o p me n t Ke y wo r d s s e a l e d c o r i n g d e p r e s s ur i z i n g a n d d e g a s s i n g c o mp a c t i o n wa t e r s a t u r a t i o n p h y s i c a l s i mu l a t i o n wa t e r fl o o d i n g c o n d i t i on 随着油田开发 的不断深入和老油 田的综合含水 率越来越高 对水淹层的剩余油评价工作已成为当 前老油田稳油控水的关键问题 一般根据密闭取心 井的岩心油水饱 和度分析 直接获得油水饱和度数 据 判断油层水淹状况 了解剩余油分布 为合理制 定开发方案提供依据 在地层中不存在游离气 的情 况下 岩石孔隙充满水和油 油水饱和度之和应该等 于 1 0 0 但室 内岩心分析测定的密闭取心井岩样 的油水饱和度常常不等于 1 0 0 油水饱和度总损失 一 般在 1 0 3 0 之间 有些岩样甚至高达 4 0 这 表明实测岩心油水饱和度偏离地层 中真实的油水饱 和度值 为了准确有效地提高油气开发水平 有必 攻关项目 中石化集团公司项 目 中高渗砂岩油藏水驱波及规律与驱油效率研究 编号 P 0 7 0 7 0 部分研究成果 作者简介 刘丽 1 9 7 2 年生 2 0 0 5年毕业于 中国石油大学 华 东 油气井工程专业 从事油气层渗流机理的 实验研究工作 电话 0 5 4 6 8 7 1 5 3 8 0 E ma i l l iu l i 一 1 9 7 2 1 6 3 c o rn 刘 丽 基 于物理模 拟 实验 的 密闭取 心 井油水饱 和度 校 正 8 3 要分析造成实测油水饱和度异 常的原 因 并对其进 行校正 使校正后的油水饱和度之和等于 1 0 0 l 岩心油水饱和度测量值的影响因素分析 I n flu e n c i ng f a c t o r o f me a s u r e d flu i d s a t u r a t i o n f o r s e a l e d c o r i n g we l l 井场取心一岩心运达实验室一 实验室取样一进 行油水饱和度测试这一过程 中 常规油水饱 和度测 量的影响因素有以下几方面 1 钻井液滤液侵入岩心造成油水饱和度值异 常 在钻井取心过程 中 钻井液侵入岩心驱替 出孔 隙中原有的地层流体 造成常规油水饱 和度测量结 果发生异常 对于密闭取心井 如果密闭率合格 则 不用考虑钻井液滤液入侵 的影响 2 压力和温度的变化引起油水饱和度变化 取 心筒在上提过程中 由于所 承受 的压力和温度从地 层条件逐渐降至大气压力和地面环境温度 岩心内 溶于油和水的气 体随压力下降而膨胀 使岩心受 到 一 次溶解气驱 引起岩心 内的液体 向外溢出 使岩心 中的流体饱和度 发生变化 对于密闭取心井 降压 脱气是造成油水饱和度异常的主要因素之一 3 孔隙压实引起的油水饱和度变化 岩石在地 层条件下承受上覆岩层压力和孔隙内流体压力的共 同作用 而 当岩心取到地 面后 上覆岩层压力全部 释放 使得室内常规方法测定的地面孔 隙体积大于 地层条件下的实际孔隙体积 由于一般都是根据地 面条件下测定 的孔隙体积进行饱和度计算 使得计 算的油水饱和度偏小 4 岩心储存制备过程 中油水饱和度的变化 岩 心从井场运往实验室 以及室 内饱 和度样 品制备过程 中 由于岩心保存或取样方法不 当造成岩心 中的油 水蒸发 导致油水饱和度损失 密闭取心井一般采 用干冰冷冻保存和液氮冷却钻头进行饱和度样品的 制备 只要尽可能地缩短岩心 出筒距取样分析 的时 间 可不必考虑其影 响 5 饱和度测试方法的系统误差 岩心样品在研 磨及萃取过程中的水分蒸发损失 原油密度选值不 合适以及计量时的人为读数误差都影响常规油水饱 和度 的测试结果 2 油水饱和度校正常用方法 T y p i c a l me t h o dforfl uid s a t u r a t i o nc o r r e c t i o n 目前进行油水饱和度校正 的方法主要有 2种 一 是数理统计方法 1 4 采用数理统计 的方法 根据 岩性 物性和油水饱和度总损失量对岩样 的实测 油 水饱和度数据进行分类 和多元 回归 使校正后油水 饱 和度 之和为 1 0 0 二是室 内实验 方法 5 6 1 通过 室内实验 测得含水饱和度损失 通过校正含水饱 和 度 间接进行含油饱和度校正 这种方法一般都是只 考虑单 因素的影响 综 合考虑 降压脱气 孔 隙压实 以及常规饱和度 测试方法影响 通过室 内物理模拟实验 进行岩心含 水饱和度校正 校准含水饱和度 S w 根据 S o l O 0 一 S 得到校正后 的含油饱和度 3 实验方案 Ex p e r i me n t a l pr o g r a m 利用含气原油驱替 1 0 0 饱和模拟地层水 的岩 样 模拟油藏束缚水的形成过程 利用模拟地层水驱 替岩样 中的含气原油至一定的含水饱 和度 模拟水 驱开发过程 中储层水淹状况 降低压力和温度使含 气原 油中的溶解气逸 出 模拟取心造成的降压脱气 过程 运用常规饱和度测试方法测量脱气后岩样 中 的含水饱 和度 确定测量方法对含水饱 和度造成的 系统误差 根据覆压孔 隙度数据对孔 隙压实造成的 含水饱和度损失进行校正 实验流程见 图 1 图 1 饱 和 度 校 正 实验 流 程 Fi g 1 S c he ma t i c of e x pe r i me nt a l e q ui pme n t 3 1 实验样品及实验条件 Ex pe r i m e n t a l c o r e s a mpl e a n d e x pe r i me n t a l c o n di t i o n 取 自胜利油 区 2口密闭取心井 的天然砂岩柱塞 样品 洗油烘干后测定岩样的空气渗透率 5 0 1 0 p m 2口井 的地层压力均高于饱和压力 表 明储层条件下岩石孔隙只有油水两相存在 不存在 游离气 油水饱和度之和应为 1 0 0 实验用油 根据气油比和饱和压力 分别将 2口 井的井 口原油脱水过滤后加入天然气 配制成含气 原油 石油钻采工艺 2 0 0 9年 4月 第 3 1 卷 第 2期 实验用水 根据 2口密闭取心井的地层水分析 资料分别配制模拟地层水 实验温度 和压力 分别为 2口井的地层温度 和 地层压力 具体参数见表 1 表 1 油水饱合度校正实验参数 T a b l e 1 Ex p e r i me n t a l c o n d i t i o n o f o i l a n d wa t e r s a t u r a t i o n c or r e c t i o n 井号气 饱和压 力 地层 水矿化度地层 温度 地层压 力 证 s Im MP a mg L C MP a 3 2 实验步骤 Ex p e r i m e n t a l p r o c e d ur e 1 将岩样抽空饱和模拟地层水 计算孔隙体积 2 用含气原油驱替岩样 中的模拟地层水至束缚 水状态 计算束缚水饱和度 3 用模拟地层水驱替岩样 中的含气原油至一定 的含水饱和度 4 逐步将岩样压力和温度从饱和压力和地层温 度降至大气压力和室温 使岩样中的含气原油脱气 计量脱气挤出的水量 5 根据脱气挤 出的水量计算造成的饱和度损失 以及脱气后的含水饱和度 6 绘制脱气前后的含水饱 和度关系曲线 7 将降压脱气后的岩样迅速从夹持器 中取 出 置于研钵 中研磨并加入适 量酒精萃取岩样 中的水 分 运用库仑法测试岩样的含水饱和度 和脱气后已 知的含水饱和度进行 比较 确定饱 和度测试方法造 成的含水饱和度系统误差 8 根据覆压孔隙度资料 引入孔 隙压实校正因 子 对孔 隙压实造成的含水饱和度误差进行修正 4 岩样含水饱 和度损失分析 An a l y s i s o f wa t e r s a t u r a t i o n l o s s 4 1 降压 脱气 的影 响 2井 S w l 5 3 0 9 2 1 ns 2 1 4 7 8 3 R 2 0 9 8 3 6 2 啦 j 盂 善 图 2脱 气 前后 含 水饱 和 度 关 系 Fi g 2 W a t e r s a t ur a t i o n i n c or e s a mpl e be f o r e de g a s s i ng VS a f t e r d e g a s s i n g 实验过程 中发现脱气前含水饱和度 溶解气油 比 空气渗透率 以及流体黏度等参数都会影 响降压 脱气造成的含水饱和度损失 4 1 1 脱气前岩样 中的含水饱和度在束缚水饱和 度下降压脱气 没有水从岩样 中流出 只有部分原油 流出 这是因为束缚水为存在于颗粒表面的水膜或 储存于细小孔道 中的毛细管滞 留水 岩样中没有可 以流动 的 自由水 从含气原油中逸 出的溶解气膨胀 不能驱 出孔隙中的束缚水 膨胀的气体只能驱替 出 孔 隙中的原油 占据原油腾出的孔隙空间 所 以降压 脱气对岩样含水饱和度没有影响 当岩样 的含水饱 和度大于束缚水饱 和度时 随 着含水饱和度的增大 降压脱气造成 的岩样含水饱 和度损失呈现先增加再下降的趋势 图 3 因为当 含水饱和度大于束缚水饱和度时 随着含水饱和度 的增大 岩样中可以流动的 自由水量逐渐增多 压力 降低 从原油 中脱出的气体膨胀 占据孔隙空间 驱出 的水量也逐渐增多 当含水饱 和度超过 6 0 时 由 于岩样 中的含油饱和度值较低 相应地油中溶解 的 天然气体积也较小 降压脱 出的气体体积也就较小 故驱 出的水量也较少 造成的含水饱和度损失 随着 含水饱和度的增加而下降 Ef f e c t o f d e p r e s s ur i z i n g a n d de g a s s i ng 根据实验结果 以脱气后的含水饱和度 s 为横 坐标 脱气前的含水饱和度 s w 为纵坐标绘出了二者 的关系曲线 图 2 实验结果表 明脱气前后含水饱 和度之 间的关系呈现对数变化规律 其 函数关系可 用 回归公式 1 2 进行描述 利用公式可以分别将 2口井脱气后的含水饱和度校正到脱气前的含水饱 和度值 s 1 井 s 1 4 2 8 6 4 1 n s 2 1 0 9 7 4 R 2 0 9 7 6 8 1 F i g 3 脱气前含水饱和度 图 3 含水饱和度与含水饱和度损 失关系 W a t e r s a t u r a t i o n V S wa t e r s a t u r a t i o n l o s s f o r c o r e s a mp l e 刘 丽 基 于物理模 拟 实验 的密 闭取 心井 油水饱 和度 校 正 8 5 4 1 2 溶解气油比溶解气油比越高 则单位体积 地面脱气原油中溶解的天然气体积越大 则在一定 的含水饱 和度下 岩样孔隙压力从地层压力降低到 饱和压力以下 最后降低 到大气压力的过程 中 从岩 样孑 L 隙中的含气原油中逸 出的溶解气体积增加 气 体膨胀挤 出的流体体积也相应增加 造成的含水饱 和度损失也随之增加 因此 根据 目的井的溶解气 油比和饱和压力配制含气原油是校准该井含水饱和 度 的关键 4 1 3 岩样渗透率和 实验流体黏度由于岩样的束 缚水饱和度 随着空气渗透率的增加 而降低 含水饱 和度 一定时 束缚水 饱和度增高 则意 味着 相 同含 水饱和度下的可动水比例减小 这会影响降压脱气 挤 出的水量 即影 响降压脱气造成的含水饱和度损 失 实验选择的 2口密闭取心井的岩样空气渗透率 5 0 X 1 0 p m 为 中高渗 透率 对 于 k a 5 0 X 1 0 岬 的低渗透岩样 降压脱气对含水饱和度的影响 规律还需进一步研究 岩样孔隙中的油水黏度也会 影 响降压脱气过程 中油水在孔隙 中的流动 从 而影 响实测岩心含水饱 和度 其影 响规律没有进行深人 研究 4 2 测试方法的影响 Ef f e c to ft e s tingt e c hn i qu e 将 3 2中步骤 5 得 到的脱气后含水饱和度与 步骤 7 库仑法测定的含水饱 和度进 行对 比 得到 二者之间的误差 即是测试方法造成 的含水饱和度损 失 1 井和 2 井 由于测试系统误差造成 的含水饱和 度损失分别为 3 0 和 2 6 4 3 孔隙压实作用的影响 Ef f e c t o fc o m p a c tio n 设不考虑孔隙压 实时含水饱和度为 S 考虑该 因素后含水饱和度为 S 则引入压实作用校正因子 C 有 S w 2 B C s 3 3 因此 由于孔隙压实造成的含水饱和度损失为 S W 2 m S 3 B C 一1 S 3 4 式 中 C为压实因子 c 1 0 0 一 1 o o 一 为地面孔 隙度 为覆压孔 隙度 为地 层水体积系数 小数 对 于1 井 1 O 1 C I O h对于2 井 1 0 1 c 1 1 1 则孑 L 隙压实造成 的含水饱和度损失分别 为 5 4 和 4 9 4 4 实测油水饱和度校正 Co r r e c t i o n Pr o c e dur e f o r m e a s u r e d o i l a n d wa t e r s a t ur a t i o n 影响密闭取心井油水饱和度测量结果的因素主 要包括测试方法 孔隙压实 和降压脱气 因此综合考 虑这 3个影响因素对实测含水饱和度进行校正 1 设常规饱和度测试方法测定 的含水饱和度为 S 则考虑测试方法造成的系统误差 后 得到 校正后的含水饱和度 S S 3 S w 4 I As 3 5 2 对 进行孔 隙压实作用校正 得 到校正后 的含水饱和度 S S w 2 B C s 3 6 3 考虑降压脱气的影响后 得 到降压脱气前的 含水饱和度 S S 1 Al n s 2 一 S w 4 As w 3 s 就是考虑降压脱气 孑 L 隙压实和测试方法造 成 的含水饱和度损失 对实测含水饱 和度进行校正 后得到的含水饱和度 s 4 如果没有其他 因素影响 则实际储层 中的含 油饱和度为 s o 1 0 0 一 S 8 式 7 和 8 中的 A和 B为降压脱气 系数 与 目的井的溶解气油比 岩石物性和流体性质等有关 回归降压脱气实验数据可得到 值和 值 5 结论 Co nc l u s i o n 取心 目的层的水淹状况 即原始含水饱和度 溶 解气油 比决定 降压脱气对 油水饱和度 的影 响程 度 对于纯油层 降压脱气没有含水饱和度损失 对 于水淹层 脱气前后含水饱和度的关 系呈现对数变 化关系 回归室 内降压脱气物理模拟实验数据 利用 得到的公式可以将脱气后的含水饱和度校正为脱气 前 的含水饱和度 综合考虑测试方法 孔隙压实作 用和降压脱气造成的饱和度损失进行实测含水饱和 度校正 可 以使其更 接近实 际地层 的真实含水饱和 度 利用校正后 的含水饱和度 可 以计算出校正后 的 含油饱和度 若能取得目的井的井口伴生气配制含 气原 油 则校 正结果更接近真实情况 设计 的物理 下转第 9 0页 石油钻采工艺 2 0 0 9年 4月 第 3 1 卷 第 2期 上接第 8 5页 模拟实验方案是针对中高渗透率岩心样品的 对于 低渗透岩心的油水饱和度校正是否适用 还有待于 进一步验证 参考文献 Re f e r e nc e s 1 杨克兵 张善成 黄文革 密闭取心井岩石饱和度测量 数据校正方法 J 测井技术 1 9 9 8 2 2 2 7 1 7 4 YANG Ke b i n g ZHANG S h a n c h e n g HUANG We n g e A c o r r e c t i o n o f s a t u r a t i o n d a t a o b t a i n e d f r o m s e a l e d c o r e a n a l y s i s J w l l L o g T e c h n o l o g y 1 9 9 8 2 2 2 7 1 7 4 2 王艺景 黄华 刘志远 等 取心分析饱和度数理统计校 正方法及其应用 J 江汉石油学院学报 2 0 0 0 2 2 4 4 2 4 4 WA NG Y i j i n g H UA NG Hu a L I U Z h i y u a n e t a 1 Ma t h e ma t i c a l l y s t a t i s t i c a l c a l i b r a t i o n f o r s a t u r a t i o n a n a l y s i s b y c o r i n g a n d i t s a p p l i c a t i o n J J o u r n a l o f J i a n g h a n P e t r o l e u m I n s t i tut e 2 0 0 0 2 2 4 4 2 4 4 3 孔祥礼 玄中海 常压密闭取心含油饱和度校正新方法 J 断块油气田 2 0 0 6 1 3 1 2 0 2 2 2 8 KONG Xi a n g l i XUAN Z h o n g h a i A n e w wa yt op r o o f r e a d t h e o i l s a t u r a t i o n o f t h e s e a l e d c o r i n g b y u s i n g o r d i n a r y p r e s s u r e J F