水淹层变化特征分析研究

水淹层变化特征分析研究 慈建发 1 　何世明 1 　李振英 2 (11西南石油学院石油学院　21西南石油局油气测试中心 ) 　　摘 　要 　目前我国大多数油田由于多年的注水开发 ,已处于多井、多层、多方向见水阶段 , 油田后期开采的难度将越来越大。针对这种现象 ,正确地认识储层水淹后的变化特征就显得 十分必要。在广泛收集和吸收国内外水淹层测井解释技术的基础上 ,从分析储层水淹前后的 各项参数变化特征着手 ,在结合油田实例的基础上开展水驱实验电性研究 ,总结出了一系列水 淹层特有的变化特征 ,为准确确定油层的水淹层位和水淹程度 ,把握油层水淹后的正确变化趋 势提供了依据。该研究成果对高含水油田剩余油饱和度分布预测、进一步的井网调整、加密井 布井、注采关系调整、调剖、堵水等有重要指导意义 ,具有很好的推广应用价值。 关键词 　水淹层 　岩性 　物性 　电性 　变化特征 　　为了提高采收率 ,延长油田开发的稳定期 ,一 般都采用早期注水开发方式。油田注水后 ,在水 驱油过程中 ,产层的流体性质、孔隙结构 ,岩石的 物理化学特性 ,以及油气水分布规律等 ,都会发生 一定程度的变化。因此如何确定储层孔隙度、渗 透率、剩余油饱和度及其分布状况 ,弄清水淹部位 和水淹程度 ,在油田开发中就显得十分关键 ,将为 调整油田开发、进行二次及三次采油、提高采 收率等提供重要依据。3 1　水淹前油水饱和度的分布特征 油气藏中的气、油、水的分布服从重力分异规 律 ,它们是各自依照自己的密度大小来分布的。 最轻的天然气占据着油藏的最高部位 ,形成气顶 ; 密度最大的水占据着油藏的底部 ,形成底水 ;油则 位于气顶和底水之间 ,占据着油藏的中部。现代 油藏概念认为 ,分布在气顶和底水之间的含油部 位 ,是由两个基本层带组成的 ,即上部层带和下部 层带 (见图 1) [ 1 ]。 在图 1中 ,上部层带是含油饱和度最大或最 稳定的层带 ,在这个层带中 ,除了油以外仅含束缚 水 (即地层的含水饱和度 Sw等于束缚水饱和度 Sw i )。下部层带又可分成过渡带 (位于该层的下 部 )和不完全饱和油带 (位于该层带的上部 ) ,过 渡带处于完全饱和水的层界面上、不完全饱和油 层界面之下。过渡带内除了含束缚水之外 ,还含 有较多的可流动的毛细管自由水 ,含油饱和度可 以从零变化到某一最大值。而不完全饱和油带的 范围相当宽 ,有时占据着整个油藏体积的一半以 上 ,其含油饱和度变化范围也相当大 ,在沿油藏高 度方向上 ,含油饱和度可从 55%变到 83% ,含水 量较少 ,水的相对渗透率很低或接近于零。 图 1　带气顶的油藏碳氢化合物垂向分布示意图 1—含气层 ; 2—含油饱和度最大的层带 ; 3—不完全饱和油 的层带 ; 4—过渡带 (流体双相运动的亚带 ) ; 5—过渡带 (被残余油饱和的亚带 ) ; 6—含水层带 (虚线示层带的边界 ) ; R a为视电阻率 ; Sw 为含水饱和度。 13 断 块 油 气 田 第 12卷第 2期　　　　　　　　　　　　　　　　FAULT2BLOCK O IL & GAS F IELD　　　　　　　　　　　　　　　　2005年 3月 3 收稿日期 　2004 - 11 - 01 第一作者简介 　慈建发 , 1977年生 ,现为西南石油学院 在读研究生 ,地址 ( 610500) :四川省成都市新都区西南石 油学院研究生院硕 2002级 2班 ,电话 : (028) 83030573。 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 2　油田水淹后的岩石物性变化特征 油田注水开发后 ,特别是在注入水长期的冲 洗和驱替后 ,原始油藏的油、气、水分布状态和饱 和特征发生了变化 ,对于那些非均质严重、孔隙空 间结构复杂的储层 ,其孔隙结构、流体的渗滤特性 等岩石物理性质的变化更为明显。下面分别阐述 油层水淹后地层水矿化度、孔隙度、渗透率、岩石 润湿性和饱和度等岩石物理性质的变化状况。 211　油水饱和度分布变化 水淹前的油层 ,水呈束缚状态附着在孔壁的 粗糙表面上或微小的微细孔中。注入水进入地层 后 ,在水驱油的过程中 ,水相和油相由开始时的连 续流动状态逐渐转变为不连续窜流或分散状态。 在亲水性的岩层中 ,在孔道较小或孔道弯曲处 ,沿 孔壁窜流的水会在此处将油切断 ,形成滞流的油 块或油滴 ;而沿大孔道中心流动的水 (在亲油性 的岩层中 ) ,流经狭小孔道断面时 ,也可能在该处 形成水滴。因此 ,在油田注水开发以及油层水淹 后 ,对于偏亲油的岩层 ,注入水将不断驱替大孔道 中的油而占据大孔隙空间。对于偏亲水岩层 ,注 入水会不断将油切断形成油水混合液 ,两者都会 使地层的含水饱和度升高 ,含油饱和度降低 ,使油 的流动阻力增加、相对渗透率减小。当然 ,由于地 层孔隙分布和大小不均 ,孔隙结构复杂等原因 ,注 入地层的水在它所流过的孔隙过程中 ,无论如何 不可能将孔隙中的油全部驱替干净 [ 2 ]。对于一 个投入注水采油的油层 (产层 )来说 ,从注入端到 采出端区域内 ,在采油井中出现注入水之前 ,地层 中的含水或含油饱和度的分布都不会是连续的。 并且在注水开发期间 ,产层内每一处每一时刻的 剩余油饱和度是变化的。 212　孔隙度与渗透率的变化 在砂泥岩剖面中 ,水淹层岩石孔隙度的变化 与水洗程度有关。弱水洗区 ,粘士受注入水浸泡 发生膨胀 ,孔喉变窄 ,孔径缩小 ,孔隙度和渗透率 都会降低 ;强水洗区 ,粘士被水冲洗 ,泥质含量降 低 ,孔喉增大 ,孔隙度和渗透率都将提高。 图 2为小集油田小检 1井 (水淹后 )与小 1井 岩心孔隙度与渗透率数据经过线形拟合后的关系 图版。从图 2中可以看出 ,水淹后的孔隙度比水 淹前的孔隙度大 2%左右 ,渗透率也有了明显的 增大。 图 2　小检 1与小 1井岩心孔隙度与渗透率关系 213　润湿性的变化 岩石的润湿性由岩石的孔隙结构所决定 ,并 由岩石的自吸水能力表现出来。从水淹层的岩心 测试资料可以看出 ,油层水淹后 ,岩心的自吸水能 力要比未水淹岩心的自吸水能力强 ,特别是被强 水洗的岩心 ,其自吸水量可达孔隙体积的 17% ～ 44%。这反映出油层水淹后 ,由于岩石结构的变 化 ,使岩石的润湿性向着强亲水方向改变。 据有关实验资料表明 [ 1 ] ,油层被强水淹后 , 随着孔隙度 <的增大 ,以及润湿性变得更为亲 水 ,将使水淹层的孔隙度指数 m 和饱和度指数 n 的值也有所减小。 214　地层水矿化度的变化 地层水矿化度是利用测井资料确定含油饱和 度的基础。在油层水淹过程中 ,由于注入水矿化 度与原始地层水矿化度的差异 (开发油田的地层 水矿化度 3～1 00g/L;注入淡水矿化度 014～1 g/L ,注入污水矿化度 10～50 g/L。有的只注淡 水 ,有的先注淡水再注污水 ,也有的先注污水后注 淡水 ) ,使地层水矿化度发生十分复杂的变化。 在注入淡水的情况下 ,注入水推进过程中将发生 2种物理作用 [ 3 ] : 2种不同矿化度的溶液发生混 合作用 ;高矿化度的原始地层水中的离子向低矿 化度的注入水迁移 ,即发生离子扩散运动。因此 , 混合水溶液的矿化度将低于原始地层水矿化度 , 而且 ,随着注入水的增加 ,油层水洗程度增强 ,混 合水溶液的矿化度也不断降低。污水回注时 ,变 化更为复杂。 总的说来 ,产层见水后 ,地层剩余水矿化度也 发生变化 ,驱替前缘高 ,远离前缘低。在驱替前缘 附近 ,矿化水在水淹初期含有大量的溶解气并带 有油膜 ,随着驱替前缘推进 ,水的矿化度降低 ,但 含气饱和度仍较高。地层受到强水冲后 ,水的矿 23 2005年 3月　　　　　　　　　　　　　　　断 块 油 气 田　　　　　　　　　　　　　　　　第 12卷第 2期 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 化度很低 ,含气量也很低。 3　油田水淹后的电性变化特征 油层水淹后 ,储层电性特征随着地层流体性 质、储层物性的变化而发生变化。而进行水淹层 研究 ,准确确定油层的水淹层位和水淹程度 ,就必 须首先了解油层水淹后的正确变化趋势 ,掌握水 淹层的电阻率变化特征。 下面就河南油田的水驱试验来淡水水淹 和盐水水淹的电阻率变化特征。 在淡水水驱试验中 ,选用了河南油田的 4块 岩心 ,分别利用蒸馏水对 4块样品进行水驱油实 验得到测量结果图。实验过程中岩心束缚水矿化 度为 5 g/L,驱替时使用的注入水矿化度为 0。 图 3　岩心样品淡水水驱实验结果 　　图 3中 4块样品的岩心参数变化分别为孔隙 度 25% , 30% , 35% , 38% ;束缚水饱和度 30% , 16% , 29% , 26% ; 残余油饱和度 26% , 32% , 21% , 28%。从图中可以看到 ,随着含水饱和度的 变化 ,岩心电阻率的变化形态都是一个“S”型曲 线 ,即随着含水饱和度的增加先减小 ,然后增大 , 再减小的变化趋势。综合实验分析可知 ,对于淡 水水淹的地层在不同水淹阶段其电阻率变化呈不 同的变化趋势 ,总体电阻率的变化为“S”型变化 , 其他变化形态均为这种变化的特例。 对于污水回注形成的水淹 ,其电阻率的变化 应该是淡水水淹的一种特殊情况。下面选择多种 注入水和原始饱含水矿化度差异的情况进行试 验。注入水矿化度与原始饱含水矿化度的比值分 别为 1∶45, 1∶30, 1∶10, 1∶1,原始饱含水矿化度为 3 g/L ,注入水根据比例进行配置 ,得到的实验结 果见下图 4。 图 4　岩心样品污水水驱实验结果 　　从图中可以看到 ,随着注入水与原始饱含水 矿化度差别的减小 ,电阻率变化形态从“S”型— “U”型呈现单调下降形态变化。但无论那种驱替 过程 ,在注入水初期电阻率都呈现下降的趋势 ,而 且根据试验结果可以发现 ,电阻率变化趋势发生 转折时 ,含水饱和度一般都大于 60% ,这在储层 开采中 ,要具有至少 40%的采出程度才能达到 , 而且即使电阻率在驱替过程中有所回升 ,与原始 饱含油的状态时的电阻率相比还是相对较低的 , 因此认为 ,在开采的过程中储层电阻率的变化应 该是相对减小的。 4　油田水淹后的其他变化特征 411　驱油效率的变化 驱油效率主要取决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 ,孔喉的粘土明显减少 ,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 ,所以 ,注入水的驱油效率也随之增大。 412　地层压力的变化 油田投入开发后压力逐渐降低 ,注水后当注 入量大于产出量时 ,地层压力逐渐恢复甚至高于 原始地层压力。油藏原始压力系数多大于或接近 于 1[ 4 ] ,钻井液密度在 1～1103 g/cm3 便可平稳钻 进 ,目前地层的压力系数比远大于 1,以至于有些 33 第 12卷第 2期　　　　　　　　　　　　　　　慈建发等 1水淹层变化特征分析研究　　　　　　　　　　　　　　　2005年 3月 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 井的钻井液密度加至 1160 g/cm3 时还常见边喷 边溢。注水前油井低产 ,注水后高产井喷的井层 屡见不鲜 ,这些都是地层压力升高的现象。但由 于各段产出量和注水量的不同 ,造成各层段产层 的压力升高的幅度也不相同。被测地层压力越是 低于原始地层压力 ,说明油层动用程度越高。被 测地层压力高于原始地层压力 ,说明被测地层与 注水层的连通性好 ,压力已经波及到被测地层 ,这 类地层或是已经水淹或是虽未水淹但是打开后将 很快水淹。 413　产层自然伽马放射性的变化 岩层自然伽马放射性是受岩层中的铀和钍族 的派生元素以及钾 40 K的放射性同位素及其含量 决定的。在派生元素中最具有意义的是镭 226 Ra 和镭 228 Ra以及半衰期更短的产物。水驱油田注 水开发过程中 ,产油层的自然放射性将发生明显 的增大。这种变化可以从产油层的水淹初期阶段 观察到 ,并一般出现在岩石骨架放射性低的岩层 上。产油层水淹过程中 ,自然伽马放射性发生变 化的原因 ,不同研究者有不同的说法 ,但普遍认为 是由于油水过渡带的水中镭的同位素镭 226 Ra和 镭 228 Ra浓度异常地升高而导致的结果 [ 5 ]。 414　产层中子特性的变化 水淹产油层的热中子寿命特性在开发过程中 将发生变化 ,其变化程度主要取决于驱替油的水 矿化度及化学成分 ,特别取决于氯的含量。而地 层的其他中子特性实际上是不变的或变化不大。 在油还没有流动时 ,油田层的含氯量很低 ,仅 取决于油层中的残余水的矿化度及其含量。当油 流动时 ,油与不运动的残余水之间产生盐的交换 , 地层的含氯量升高。随着地层含油饱和度的进一 步减小 ,毛细管孔道被越来越多的地层水所浸泡 , 油层中的地层水含氯量随之增加 ,以至超过地层 底部的含水部分的含氯量 ,到油层完全被注入水 所淹时 ,地层含氯量基本取决于注入水的矿化 度 [ 6 ]。通常注入水的矿化度要低于地层水矿化 度 ,因此 ,油田开发时 ,含油层段的含氯量比含水 层段要低。含油层在其开发过程中热中子寿命变 化的动态取决于其水淹程度 ,换句话说 ,是随时间 而变化的。 5　结论与建议 由上分析可见 ,研究水淹层变化特征在我国 以注水开发油田为主的当代具有现实意义 ,并且 是必要的也是重要的。因为储层水淹在我国已经 是一种非常普遍的现象 ,而水淹前后储层的岩性、 物性、电性、含油性都发生了很大的变化。特别是 在长期注水开发的油田中 ,地层的非均质性、孔隙 度、渗透率、油水饱和度变化更为复杂。因此 ,只 有从研究水淹层的基础四性变化特征出发 ,才能 更好的掌握水淹层的基本特征 ,从而准确确定油 层的水淹层位和水淹程度 ,把握油层水淹后的正 确变化趋势 ,指导今后水淹储层的油气开发工作。 今后我们应继续开展水驱过程中岩石物理分析的 实验研究 ,研究油藏条件 (高温、高压 )下 ,水驱过 程中岩石电化学参数及物性参数的变化规律 (包 括岩心各向异性的变化规律 ) ,使用新的试验研 究 ,如 CT、核磁共振、网络分析求准剩余油饱 和度和其他参数 ,为水淹层的油气田开发工作提 供依据。 参 考 文 献 1　雍世和 ,张超谟 1测井数据处理与综合解释 1东营 :石油大学 出版社 , 1996 2　韩志明 ,王宪成 1高含水期水淹层解释方法研究 1测井技术 , 2000, 24 (5) : 333～336 3　大港油田科技丛书编委会编著 1测井技术 1北京 :石油工业 出版社 , 199912 4　宋社民 ,何国安 1哈南油田水淹层测井解释方法研究 1西安 石油学院学报 , 1999, 14 (5) : 33～35 5　《油气田开发测井技术与应用》编写组 1油气田开发测井技术 与应用 1北京 :石油工业出版社 , 1995 6　李凤琴 ,陈浩 1用生产测井资料求剩余油饱和度的方法研究 1 国外测井技术 , 2000, 15 (3) (编辑 　滕春鸣 ) 43 2005年 3月　　　　　　　　　　　　　　　断 块 油 气 田　　　　　　　　　　　　　　　　第 12卷第 2期 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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