2017, Vol. 37引用本文 |
| 西湖凹陷深层流体性质测井定量识别方法研究 |  [PDF全文] |
2. 中石化海洋石油工程有限公司上海物探分公司, 上海 201208;
3. 中海石油 (中国) 有限公司上海分公司, 上海 200335
2. Shanghai Geophysical Division of SINOPEC Offshore Oilfield Engineering Company, Shanghai 201208, China;
3. Shanghai Branch of CNOOC Limited, Shanghai 200335, China
根据GB/T 26979—2011气藏分类标准，对深层气藏的埋深界定为大于3 000~3 500 m。深部储层特别是低渗储层具有复杂的岩性、物性和孔隙结构以及油气、水复杂的分布规律；其产生复杂多变的测井响应特征，给储层评价研究带来极大的困难。深部储层测井评价的难点在于流体性质识别和饱和度计算[1]。对深层油气藏的评价，目前国内外从以下两个方面进行研究：①在常规测井资料基础上改变原有方法发展精细模型；②在测井新技术基础上研究全新的解释方法。
研究区目的层位于东海西湖凹陷深部储层，大部分储层孔隙度、渗透率较低，但同时也存在物性好的储层；本研究所收集的资料主要来自于西湖凹陷深部储层的测井资料和岩心数据，针对研究区的深层，采用发展和改善精细模型的方法对深部储层进行评价。
在进行识别流体性质之前，研究了西湖凹陷深层油气水层测井响应特征，并结合录井资料将研究区按照区带分出花港组上段、花港组下段、平湖组等三个含不同流体性质层位的储层测井及气测录井响应特征。为了对深层流体性质进行更好的识别，在利用密度-中子交会法与三孔隙度差值法等定性识别方法的基础上，我们发展提出定量的方法对流体性质进行识别。
1 双饱和度法识别油气层和水层根据岩石物理双水模型可知，储层在测试或生产是否产水，主要取决于孔隙中自由水的含量，如果储层中含有越多的自由水，其在后续的测试或生产中产水的可能性就越大，也就是说其为水层的概率就越大。双饱和度法就是将测井计算得到的含水饱和度与束缚水饱和度进行交会，若重合就说明地层中没有自由水，为油气层；不重合证明存在自由水，饱和度差值越大，存在的自由水也就越多。故可根据两者差值的大小区分油气层和水层[2]。因此准确地计算含水饱和度和束缚水饱和度是至关重要的。
1.1 含水饱和度计算方法为了准确求取孔隙度等储层参数，此次研究采用最优化方法计算储层参数[3]。对含油储集层来说，储集层可以看成是由具有不同性质的地层组分组成的，这些组分包括：油、天然气、水、泥质等以及岩石的各种骨架矿物（表 1）。测井分析程序的主要任务就是求准这些组分在地层中的相对含量，储层参数如孔隙度、含水饱和度等都可以由以上的组分含量推导出[4]。利用岩心实验结果，通过分区、分层位建立储层参数精细解释模型，得到准确合理的储层参数，以提高研究区的深部储层评价水平。
| 表 1 地层组分分析模型 |
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由于本地区的储层在纵向上物性和地层水性质差异较大，所以对本研究区目的层分花港组上段、花港组下段、平湖组三个层段来分析岩电实验数据和地层水资料，建立相应的精细含水饱和度模型。针对研究区存在较多低渗储层，为了重点研究此类储层，本次岩心实验选取的岩样多为深部低渗储层。在进行含水饱和度的解释时，岩电参数和地层水电阻率的确定是至关重要的。
1.1.1 不同温压条件下岩电参数研究结果油气层在地层高温高压条件下，其物理性质和电学性质与常温常压相比，都将发生较大的变化。为了得到地层温压条件下的含水饱和度模型，以及研究温度及压力对饱和度模型中的重要参数a、b、m、n的影响，设计并进行了深层31块样品高温高压条件下的岩电实验研究。表 2是本研究高温高压岩电实验分析结果与现有常温常压岩电参数结果对比表，可以看出两者有着较大的差异。由此看来，目前用的常温常压条件下的岩电参数的可靠性值得今后进一步检验，因此为了保证含水饱和度的评价精度，建议在今后生产研究中做地层条件下的岩电实验。
| 表 2 高温高压与常温常压岩电参数对比表 |
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1.1.2 地层水电阻率的确定
在求取含水饱和度时，还需确定地层水电阻率的精确值。根据研究区的资料录取情况，目前可采用地层水矿化度分析和纯水层反算这两种方法求地层水电阻率。
对油田水分析的各离子的含量，根据不同总矿化度条件下的转换系数的不同，进行等效NaCl矿化度的转换，再据等效NaCl的矿化度结合地层温度计算出该深度的地层水电阻率。研究区在纵向上地层水矿化度差异较大，所以进行了分层位统计。为了验证该值的可靠性，可以与用纯水层反算法求得的矿化度进行对比。在实际处理资料时，还需要结合不同深度对应的温度，尽量细化层位求取地层水电阻率。由于纯水层的样本比较多，所以在实际解释中用纯水层反算法求地层水电阻率。
1.2 束缚水饱和度计算方法储集层的束缚水饱和度是流体-岩石之间综合特性的反映，主要取决于岩石孔隙毛细管力的大小与岩石对流体的润湿性。束缚水主要由毛细管束缚水和薄膜束缚水两部分所组成。孔隙度和渗透率是能间接反映束缚水饱和度大小的岩石物性参数，孔隙度小的岩石，其孔隙度结构一般较为复杂，孔隙度空间小，喉道细，因而能束缚较多的水，形成高束缚水饱和度，反之亦然。确定喉道大小分布是研究储集层孔隙结构的中心问题。毛细管压力曲线常被用来确定束缚水饱和度，研究束缚水饱和度模型。
研究发现，在油气层中，天然气克服毛细管压力作用而进入储层中的多少与油气柱高度有关，在深层特别是低渗气层中，含水饱和度随深度的加深变化明显。尤其是当孔隙结构复杂，物性差，束缚水含量较高时。因此，可以利用自由水界面以上高度和孔隙度来共同反映束缚水饱和度的大小。经反复研究和试算，用下式能较好表达束缚水饱和度与孔隙度和自由水界面以上高度的关系：
| $ {S_{{\rm{Wi}}}} = a{e^{{\rm{b}}\phi }} + c\ln (h){\phi ^{\rm{d}}} $ | (4) |
式中：φ为孔隙度，小数；h为自由水界面以上高度，m；Swi为束缚水饱和度，小数；a、b、c、d为地区常数，可由毛细管压力资料分析得到。
半渗透隔板法测量毛细管压力的方法比较接近并可以模拟实际的油藏润湿条件，且其驱替较充分均匀。因此，这种方法被公认为“经典的毛管压力测定方法”，可靠性高，一般用半渗透隔板法作为其它方法的对比标准[5]，因此建议以后生产研究中做半渗透隔板法的毛管压力实验，以获取准确的毛管压力资料。本研究设计并进行了深层31块样品的半渗透隔板毛管压力实验。由此实验资料得到地区常数为：a=1.012，b=-0.964，c=-1.284，d=1.222。
准确求取出含水饱和度及束缚水饱和度，便可以利用双饱和度的差值对流体性质进行判别。根据研究区实际情况，利用工区深层测试资料建立了双饱和度法区分油气层和水层的判别图版（图 1）。
由图可以得出，当ΔSw即（Sw-Swi）小于15%时，测试均为油气层，并且气水同层、水层间也有较明显的分界，因而通过该图可将油气层、气水同层、水层区分开。据此可以得到判别标准，如表 3所示。
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| 图 1 双饱和度法区分油气层和水层图版 |
| 表 3 双饱和度法区分流体性质标准 |
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例如，图 2是A1井深层处理解释成果图。从图可以看出上部井段测井计算束缚水饱和度与含水饱和度基本重叠（图中第7道），测井解释为油气层，下部井段16号层测井计算束缚水饱和度与含水饱和度存在一定量的差值，其为自由水（第7道兰色填充部分），其平均值为20%，判断为气水同层；后来对4 *03.0~4 *16.0 m进行DST测试，结果为：11.11 mm油嘴，日产油70.1 m3，气32.87×104 m3，水6.2 m3，测试结果为凝析气层。测井解释结果与DST测试结论吻合，证实了流体性质判别的可靠性。
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| 图 2 A1井深层双饱和度法测井解释处理成果图 |
在利用双饱和度区分油气层与水层后，然后可通过气油比区分油层与气层，从而达到定量区分流体性质的目的。
2 气油比法区分气层和油层本研究通过地层组分分析模型和最优化理论利用测井资料计算出地层各组分的相对含量，进而得到储层条件下溶解气和可动油的含量，从而计算出气油比，以达到区分油层和气层的目的。
2.1 利用测井资料计算气油比假设地层组分有：凝析油、天然气、可动水、泥质以及岩石的各种骨架矿物，利用1.1节所述的模型和求解算法，可得到各组分的相对含量，由此来计算气油比[6]。根据气体的状态方程和气油比定义式：
| $ PV = zMRT $ | (1) |
| $ {r_{{\rm{og}}}} = \frac{{{V_{{\rm{gs}}}}}}{{{V_{{\rm{om}}}}}} $ | (2) |
式中：M为气体的摩尔数，mol；P为气体的压力，105 Pa；V为气体的体积，L；T为气体的绝对温度，K；R为通用气体常数，J · mol-1 · K-1；z为气体的压缩因子，无量纲；Vgs为天然气在地面的体积；Vom为凝析油在地面的体积。
设岩石体积为VT，若认为可动油在地面的体积与地下的体积近似相等，则Vgf=xgasVT，Vom=xomVT，转换并整理得：
| $ {r_{{\rm{og}}}} = \frac{{{x_{{\rm{gas}}}}}}{{{x_{{\rm{om}}}}}}\frac{{{T_{\rm{s}}}{P_{{\rm{gf}}}}}}{{{z_{\rm{f}}}{T_{\rm{f}}}{P_{{\rm{gs}}}}}} $ | (3) |
式中：Vgf为天然气在地层条件下的体积；xgas为溶解气在地层中的相对含量；xom为凝析油在地层中的相对含量；Ts为地面温度，K；Pgf为地层压力，105 Pa；zf为溶解气在井底条件下的压缩因子，无量纲；Tf为井底温度，K；Pgs为地面压力，105 Pa。
2.2 气油比区分油气层类型的标准根据研究区实际情况，将油气层类型分为气层、油气同层、油层等，并参考SY/T 5542—2009给出的油气藏类型划分标准和测试资料，可用表 4的标准对油气层类型进行判别。
| 表 4 用气油比区分油气层类型 |
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例如，图 3为A2井深层测井处理解释成果图，图中第7道计算气油比曲线，测井计算气油比结果为3 900 m3/m3左右，根据判别标准，判断为凝析气层。后来对4 *57.5~4 *75.0 m进行DST测试，两层合试结果为：9.53 mm油嘴，日产油53.6 m3，日产气20.85×104 m3，日产水4.7 m3，可初步判断为油气层，测试气油比结果为3 889 m3/m3，测试结果为凝析气层；证实了测井计算结果的准确性和流体性质判别的可靠性。
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| 图 3 A2井深层气油比测井处理解释成果图 |
这样一来便可利用双饱和度法和气油比法对气层、油层、水层进行定量的识别，提高了测井解释的符合率，使测井解释不漏掉疑难层。
3 结论与建议根据以上的研究和分析，得到如下的认识：
（1）首次在西湖凹陷应用双饱和度法对储层流体性质进行定量识别，并初步形成判别标准。在建立精细模型的基础上，利用双饱和度的差值可以有效地对深层油气层与水层进行识别。
（2）首次在西湖凹陷尝试利用测井资料计算气油比法对储层流体性质进行定量识别，并与含气饱和度结合能较有效地定量区分油层和气层。
（3）针对西湖凹陷深层，在定性识别的基础上，发展定量识别方法并制定判别标准，提高了测井解释的符合率，使测井解释不漏掉疑难层。
针对目前西湖凹陷测井评价中存在的问题，提出如下建议：
（1）为了很好地利用定量的方法识别流体性质，需求准储层的含水饱和度，建议开展模拟地层条件下的高温高压岩电实验，以获取准确的岩电参数。
（2）为了求准深层的束缚水饱和度，建议开展半渗透隔板法的毛管压力实验，以获取准确的毛管压力资料。
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曾文冲.
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