淡水泥浆侵入条件下储层电阻率的变化研究

1、淡水泥浆侵入条件下储层电阻率的变化研究田中元(中国石油勘探开发研究院)闫伟林(大庆油田有限责任公司勘探开发研究院)秦开明(中国地质大学北京)摘要田中元 , 闫伟林 , 秦开明 . 淡水泥浆侵入条件下储层电阻率的变化研究 . 测井技术 ,2003 ,27( 2) :113117理论分析和实验结果证实 ,钻井过程中 ,当淡水泥浆滤液电阻率相对于原始地层水电阻率大到一定程度时 ,油层的 电阻率侵入剖面中才可能出现低阻环带 ;并且侵入结果使一些油层同水层具有相同的侵入特征 ,即高侵电阻率剖面 ,表 现在浅感应 (侧向) 电阻率大于深感应 (侧向) 电阻率 ,同时均小于微球电阻率 。通过实例分析可知 ,

2、在使用淡水泥浆条件下 ,双感应测井比双侧向测井更有利于识别储层的流体性质 。在实际配制泥浆时应考虑其矿化度与原始地层水矿化度的可比性 ,以避免由于矿化度差异造成对油层的错误评价 。关键词 : 淡水泥浆侵入电阻率岩心实验abstracttian zhongyuan , yan weilin , qin ka iming. on variations of formation resistivity in fresh drillingmud inva sion . wl t , 2003 , 27( 2) :113 - 117theoretical analysis and experimenta

3、l results have proved that annulus zone with low resistivity exists if the re2 sistivity of fresh mud filtrate , compared with that of initial formation water , is higher than a certain value . invasion results cause the same properties of some oil2bearing zones as water2bearing zones , showing inva

4、sion profile of in2 creasing resistivity. analysis of some practical examples show that it is more useful to identify the fluid properties of reservoir by dual induction log than by dual lateral log under the condition of fresh mud. the salinity ratio of drilling mud to formation water should be tak

5、en into account when preparing drilling mud , so as to avoid wrong interpretationfor oil2bearing zone by the same or different resistivity between flushed and un2invaded zones.subjects : fresh mudinvasionresistivitycore experiment处产生离子扩散 。该过程可用离子扩散方程进行描述 。目前通过对泥浆侵入特征的研究有助于 , 了解地层是否有侵入特征 ,便于划分渗透性地层 ;

6、 确定侵入 带的驱替状况 ,以便研究产层的采出程度 ; 确定产层 的侵入特征 ,以便评价产层的流体性质 ; 确定井周围产层的污染状况 ,以便研究产层的完善程度 ; 研究储层的产能 。文献2 和4 表明 ,咸水泥浆侵入对储层电 阻率的影响使侵入带的电阻率降低 ,当侵入较深时 ,可使深电阻率下降 30 %50 % ,造成了含油饱和度和储量 的估算值偏小 。当淡水泥浆的电阻率相对于地层水的引言在钻井过程中 ,钻井液一般采用水基泥桨 ,水基泥桨又分为淡水泥桨和咸水泥桨 。钻井泥桨侵入储层的 过程可分为喷射 、滤失和动平衡等过程 。测井过程一般处于泥桨滤液侵入的静滤失阶段 。泥桨滤液与地层流体主要产生

7、3 个物理过程1 : 驱替 ,指钻井液在渗透 压差的作用下 ,向井壁附近多孔介质渗滤 ,并驱走孔隙 中的原生流体而占据孔隙空间 。设钻井液侵入地层为rwz 2 种溶液混合后的电阻率 ,m ;v1 第 1 种溶液的体积 ;v2 第 2 种溶液的体积 。根据方程 (2) 可导出靠近原状地层的过渡带区域电 阻率有如下方程研究成果主要体现在 ,文献 3 详细介绍了泥浆侵入时造成的高侵和低侵电阻率剖面 ,其中在高侵剖面上出现 了低阻环带 ,但是仅给出了理论叙述 。文献 4 从阵列 感应测量结果详述了咸水泥浆侵入对储层电阻率的影 响 ,有些储层由于咸水泥浆的侵入可使其电阻率降低30 %50 % ,结果造成

8、储层的饱和度 、储量的计算误差 很大 。文献5 从时间推移测井出发研究了泥桨对储层 电阻率的影响 ,可看出侵入初期侵入速度很大 ,后逐渐 减慢 。11swi11 =+-rwi rwprwp rwi swrwzrwpsw(3)=rwzrwi sw + ( rwp rwi ) swi-式中rwp 泥浆滤液的电阻率 ,m ;rwi 原始地层水溶液的电阻率 ,m ;rwz 混合液的电阻率 ,m ;swi 束缚水饱和度 ,小数 ;sw 目前含水饱和度 ,小数 。泥浆侵入过程中不同区域电阻率变化的理论计算图 1 显示了冲洗带 、过渡带和原状地层 3 个区域的 含水饱和度的径向分布 ,可看出在过渡带呈指数函

9、数分 布 。根据图 1 中含水饱和度在不同区域中的分布 ,可得 到如下含水饱和度方程在靠近冲洗带的过渡带局部区域 ,地层水受到泥浆滤液重复 、严重的冲刷 ,混合液电阻率急剧增大 ,并且达 到与泥浆滤液的电阻率相同 。设在泥浆滤液侵入某时刻 ,该局部区域中某单位体 积孔隙中含水体积为 vw (包括原始地层水和泥浆滤液侵入的体积) ,则含油体积为 1 - vw ,对应的混合液电阻 率为 rwz0 。当该单位体积再次受到 v 体积的泥浆滤液 侵入时 ,设驱替出的油的体积为 voi ,对应的混合液电阻 率为 rwz1 ,驱替过程可看作以下 2 个过程的叠加 :(1) 纯出油过程 r r1sw1r0 (

10、 r - r) ln ( s ) + ( r - r ) ln ( s )2 w1 1 wi(1)sw =r - reswi2 1r2 r式中r0 井眼半径 ;r1 , r2 分别为泥浆侵入形成的冲洗带 、过渡 带半径 ;sw1 、swi 分别为冲洗带的含水饱和度和原状地层的束缚水饱和度 。 对应于含水饱和度 ,泥浆滤液侵入过程中与地层水的作用存在相当复杂的过程 ,在驱替地层水的同时 ,连续 、重复与地层水混合 ,使其不断淡化 。其作用过程满 足如下 2 种不同矿化度溶液混合的电导率方程 v1 v2 v1 + v2(2)+=rw1 rw2rwz式中rw1 第 1 种溶液的电阻率 ,m ;rw2

11、 第 2 种溶液的电阻率 ,m ;图 2 3 个区域中 rwz 随 sw 变化的理论图图 1 泥浆侵入过程中沿径向形成的含水饱和度剖面图 3 3 个区域中储层电阻率变化理论曲线 vw + voi井泥浆滤液的矿化度 ,分别用等效的 nacl 溶液的矿化度进行配制 ,并测量所配制溶液的电阻率 rw 和 rmf 。岩样制备 : 岩样洗油 、脱盐 、烘干 ( 测量其干 重 g干重 ) 、抽空饱和配制的 nacl 溶液 (饱和后测量饱和样 的湿重 g湿重 ) ,按下式计算岩样中饱和溶液的体积 vw voi +=(4)rwz0 rwprwz(2) 混合液再次仅受到泥浆滤液的冲刷 vw + voi - (

12、v - voi ) v - voi vw - voi+=rwzrwprwz1(5)通过式 (2) 、(3) 、(4) 和 (5) 可计算出 3 个区域混合液 电阻率 rwz 。图 2 为淡水泥浆侵入条件下 rwz 随含水饱和度 sw 变化的理论关系图 ,可看出 ,在靠近原状地层的 过渡带局部区域 , rwz 随含水饱和度 sw 变化较小 ,而在 靠近冲洗带的过渡带局部区域 , rwz 随含水饱和度 sw 变化较大 。假设在泥浆侵入过程中 ,地层混合液电阻率的变化 未引起 archie 电性参数 m 、n 的变化 ,所以根据图 2 中 得到的混合液电阻率随含水饱和度 sw 变化的理论曲线 ,应用

13、 archie 方程g湿重g干重-(10)v =w式中 ,w 是 nacl 溶液的密度 。将饱和的岩样装入岩心夹持器 ,加压和升温至储层 条件 ,然后用储层的原油驱替岩心至出口端只出油不出 水时为止 ,此时岩心中的流体状态相当于原状地层 。测量并计算岩样的束缚水饱和度 s 和电阻率 r 。wit用所配的泥浆滤液连续驱替岩心至出口端只出水不出油时为止 ,测量并计算驱替过程中岩样的含水饱和度 和相应的电阻率。驱替过程中电阻率和含水饱和度的变化特征相当于过渡带 ,驱替结束时岩心中的流体状态相当于冲洗带 ,电阻率和含水饱和度分别为 rmsfl 和 s xo 。 rw (6)rt =m s nw可得到

14、3 个区域中储层电阻率随含水饱和度变化的理论曲线 (见图 3) 。对于冲洗带和原状地层而言 ,电阻率之比为实验结果及讨论实验中根据目标区域的实际流体特征 (地层水矿化度约为 8 000 mgl ,钻井泥浆滤液的矿化度约为 500 mg l) 进行水驱实验 。为了研究其可比性 ,对同一块岩心进 行了不同矿化度下 (1 000 ,2 000 ,4 000 ,6 000 和 8 000 mg l) 的实验 。实验中所选的 3 块岩心的实验结果见图 4 、5 和 6 ,其基础参数见表 1 。表 1 实验样品的基础参数n rmsfl rmf sw=(7)rtrws xo式中 , sw 和 s xo 分别

15、是原状油层和冲洗带的含水饱和度 。rmsfl 和 rmf 分别为微球型聚焦电阻率和泥浆滤液 电阻率 。对于具有中等侵入及“平均”残余油饱和度的情况 ,15可应用经验关系 s xo = sw , n = 210 ,则有岩心号 取样深度m孔隙度%渗透率md rmsfl rmf8596314510511570126301274120194956112=( sw )(8)6 2artrw131a所以在泥浆侵入过程中 ,冲洗带电阻率大于原始油层电阻率的条件为 28 1067120 01260 300100 rmf) 85 ( s(9)wrw从图 4 、5 和 6 中可以看出 ,3 块岩心具有相同的特征

16、, 当原始地层水矿化度为 8 000 mgl ,钻井泥浆滤液 矿化度约为 500 mgl 时 ,在过渡带出现明显的电阻率低 阻环带 ,并且随着泥浆滤液矿化度接近于原始地层水矿 化度 ,低阻环带逐渐消失 。 当钻井泥浆滤液矿化度约为 1 000 mgl 时 ,钻井液侵入地层后 ,冲洗带的电阻率实验过程在实验室内可通过岩心实验研究泥浆侵入对储层电阻率的影响 。原状地层相当于油驱岩心中水的结束 端 ,此时岩心中的水是束缚水 。冲洗带相当于水驱岩心表 2 冲洗带与原状地层电阻率差异岩心号原状地层特征冲洗带特征rxort131rwrtrmfrxo0165951. 39. 2224. 7142. 4251

17、. 2550. 8570. 6599. 2224. 7142. 4251. 2550. 85786. 3355. 8534. 6221. 6215. 3713. 9981. 0050. 3531. 1619. 7115. 981. 681. 090. 670. 420. 300. 271. 771. 100. 680. 430. 35280. 65945. 66图 4 岩心 131 的实验结果图 0. 659 11. 51 0. 25 实例分析在实际测井中 ,由于所用测量仪器的测量原理不同(如双感应测井和双侧向测井) ,导致不同的测量结果 。选取 2 口井的实际资料作为实例加以分析 (见图 7

18、 、8) 。图 7 是 a 井某井段的测井曲线图 。可看出无论是 水层还是油层 ,双感应和双侧向测井的测量值均表现出 高侵的现象 ,即冲洗带的电阻率高于中感应 (或浅侧向) 的电阻率 ,同时都高于深感应 (或深侧向) 的电阻率 。从 图 7 可清楚看出 ,在水层双感应测井出现明显的电阻率高侵剖面 ,但是双侧向测井表现的不太明显 。因此 ,在 淡水泥浆侵入条件下 ,用双感应测井比用双侧向测井更 易判别油水层 。在该井中 ,1 号层为水层 ,测试结果为日 产水 1216 m3 ,不含油 ;2 号层为油层 ,测试结果为日产油1314 m3 ,不含水 。图 8 是 b 井某井段的测井曲线图 ,电阻率采

19、用阵列 感应测量 ,根据不同探测范围有 4 种不同的测量值 ,即rat90 , rat60 , rat30 , rat10 , 另 外 测 量 了 微 球 聚 焦 电 阻 率(msfl) ,钻井泥浆采用的是淡水泥浆 。在该井中 ,2 号 层是明显的油层 ,9 98010 000 ft 3 井段是油水同层 ,而10 00010 016 ft 井段则是明显的水层 。根据上述淡水 泥浆侵入对地层电阻率的影响实验研究可知 ,在上部的油层出现明显的低侵现象 ,表现为探测半径越小 ,其电图 5 岩心 28 的实验结果图图 6 岩心 62 的实验结果图率约为原状地层的 42 %。 利用与原状地层相同矿化度的

20、泥浆滤液时 ,钻井液侵入地层后 ,造成的冲洗带的电阻率仅约为原状地层的 20 %。 131 和 28 号岩样不同矿化度条件下的原状地层和冲洗带的电阻率结果见表 2 。可看出即使在淡水泥浆情况下 ,不同矿化度的 泥浆滤液侵入同一油层得到不同的电阻率径向剖面 ,即出现增阻或减阻侵入特征 。由于在实验中仅对物性基本相同的岩心进行了实 验研究 ,其束缚水饱和度在 25 %45 %范围内 。没有考 虑物性更好 (高孔隙度 、高渗透率) 、束缚水饱和度很小(小于 15 % ,甚至小于 10 %) 的岩心是否具有与上述结 果相同的侵入特征 。阻率测量值越低 ,即 r r r r r。msfl at10 at30 at60 at90油水同层处的电阻率表现为 rat10 rmsfl rat10 rat30 rat60 rat90 。所以根据阵列感应测量值的差值很容易 识别储层的流体性质 。 2 号层的测试结果为日产油3 非法定计量单位 ,1 in = 2514 mm ;1 ft =