一種定量表征油水過(guò)渡區(qū)飽和度分布的實(shí)用方法

鹿克峰 徐振中 馮景林

（中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院）

一種定量表征油水過(guò)渡區(qū)飽和度分布的實(shí)用方法

鹿克峰 徐振中 馮景林

（中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院）

為定量表征三維空間內(nèi)油水過(guò)渡帶飽和度變化特征，提出了一種定量表征油藏油水過(guò)渡區(qū)飽和度分布的實(shí)用方法，即油藏毛管壓力J函數(shù)－電測(cè)飽和度方法。該方法首先通過(guò)毛管壓力的定義式，按照油藏過(guò)渡帶的垂向位置來(lái)計(jì)算不同深度的毛管壓力；然后結(jié)合井點(diǎn)孔滲數(shù)據(jù)，計(jì)算油藏毛管壓力J函數(shù)；最后建立油藏毛管壓力J函數(shù)與電測(cè)解釋飽和度之間的預(yù)測(cè)關(guān)系式，計(jì)算三維空間內(nèi)過(guò)渡區(qū)飽和度分布。文中以東海盆地花港組某油藏為例，對(duì)本文方法進(jìn)行了應(yīng)用與驗(yàn)證，結(jié)果表明本文方法計(jì)算結(jié)果與電測(cè)法結(jié)果吻合較好，說(shuō)明本文方法是可行、有效的。

油藏過(guò)渡帶飽和度 定量表征方法 巖心毛管壓力J函數(shù) 油藏毛管壓力J函數(shù)

油藏流體分布的定量表征是油藏精細(xì)描述的基本內(nèi)容之一，目前國(guó)內(nèi)主要有地震烴類(lèi)監(jiān)測(cè)、測(cè)井解釋、特殊巖心分析等3種方法。地震屬性對(duì)流體飽和度的變化不敏感，常用的AVO疊前反演技術(shù)僅能大致識(shí)別油氣層和水層[1]，因而地震烴類(lèi)監(jiān)測(cè)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)流體飽和度定量表征；利用油基泥漿取心資料，采用測(cè)井方法可以較為準(zhǔn)確地解釋沿井點(diǎn)飽和度的縱向分布[2]，但因流體飽和度受巖性、物性及深度等因素的影響，無(wú)法直接通過(guò)井間對(duì)比拓展到三維空間；特殊巖心分析是在壓汞毛管壓力曲線的基礎(chǔ)上，通過(guò)J函數(shù)處理實(shí)現(xiàn)對(duì)油藏三維空間飽和度的定量表征。據(jù)前人研究[3－4]，因地質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化，油藏的儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)、流體參數(shù)會(huì)發(fā)生較大變化，用壓汞法取得的毛管壓力資料不能準(zhǔn)確求取原始含油飽和度。因此，目前尚無(wú)一個(gè)準(zhǔn)確的方法來(lái)定量表征三維空間流體飽和度的變化規(guī)律。實(shí)際上，油藏中純油區(qū)飽和度變化相對(duì)較小，主要受束縛水飽和度影響；油水過(guò)渡區(qū)則是飽和度縱向變化最大的一段，定量表征過(guò)渡區(qū)飽和度的變化特征是進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算、開(kāi)發(fā)方案編制的關(guān)鍵技術(shù)之一。為此，筆者提出了一種定量表征油水過(guò)渡區(qū)飽和度分布的實(shí)用方法，即油藏毛管壓力J函數(shù)－電測(cè)飽和度方法，該方法是以油藏井點(diǎn)測(cè)井解釋數(shù)據(jù)代替巖心試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)建立飽和度預(yù)測(cè)方程，從而實(shí)現(xiàn)了從井點(diǎn)到油藏三維空間的飽和度定量表征。

1 油水過(guò)渡區(qū)的識(shí)別

圖1為東海盆地花港組某油藏過(guò)井剖面，油藏砂巖厚度為50 m左右，巖性以細(xì)砂巖為主。自然伽馬曲線顯示砂巖相對(duì)均質(zhì)，多數(shù)井不存在明顯的泥質(zhì)夾層。深電阻率曲線明顯分為3段：下段電阻率曲線幅度較低且分布均勻，一般在1.5～2.0Ω·m；中段自下而上電阻率曲線幅度有持續(xù)增高的趨勢(shì)，從2Ω·m左右增大到4Ω·m以上；上段電阻率曲線幅度較高且分布均勻，一般保持在4Ω·m以上。上述下、中、上3段分別對(duì)應(yīng)油藏的水區(qū)、過(guò)渡區(qū)和純油區(qū)，水區(qū)與過(guò)渡區(qū)的分界面在各井較為清楚且統(tǒng)一，但純油區(qū)與過(guò)渡區(qū)的分界面在各井相對(duì)模糊。

圖1 東海盆地花港組某油藏剖面圖

為了較為準(zhǔn)確地識(shí)別每一口井油水過(guò)渡區(qū)的深度范圍，采用了特殊巖心分析束縛水飽和度標(biāo)定電測(cè)解釋飽和度的方法來(lái)確定油水過(guò)渡帶頂界。分別采用壓汞毛管壓力、半滲法毛管壓力、油水相滲曲線[5]3種方法對(duì)電測(cè)解釋飽和度進(jìn)行了標(biāo)定，選用本區(qū)40條油水相滲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了束縛水飽和度Swi與巖心物性參數(shù)K的相關(guān)關(guān)系式

圖2為東海盆地花港組某油藏2口井特殊巖心分析束縛水飽和度曲線與電測(cè)解釋水相飽和度曲線的對(duì)比，可以看出，特殊巖心分析計(jì)算的束縛水飽和度曲線與電測(cè)解釋的含水飽和度曲線在油藏上部基本重合，在油藏中下部逐漸分離，并且深度越大分離越遠(yuǎn)，直到油藏底部2種曲線的分離幅度變得均勻，這一深度范圍即代表油藏的油水過(guò)渡帶，2種曲線的分離點(diǎn)即為油水過(guò)渡帶的頂界。

圖2 東海盆地花港組某油藏2口井特殊巖心分析束縛水飽和度曲線與電測(cè)解釋水相飽和度曲線的對(duì)比

2 油藏毛管壓力J函數(shù)－電測(cè)飽和度方法原理與預(yù)測(cè)關(guān)系式的建立

某一底水油藏油水界面的海拔深度為Hw，過(guò)渡帶中任意一點(diǎn)的深度為How，油、水密度分別用ρo與ρw表示，假設(shè)油藏在原始狀況下處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)毛管壓力定義，該點(diǎn)毛管壓力pCOW等于非潤(rùn)濕相壓力減去潤(rùn)濕相壓力，則得

式（2）中：g為重力加速度，9.80665 m/s2。

為了消除儲(chǔ)層物性對(duì)毛管壓力的影響，Leverett[6]提出了J函數(shù)法，即在同一巖性的巖石范圍內(nèi)，不同孔滲的巖石具有同一條J函數(shù)曲線（它是飽和度的單值函數(shù)），其表達(dá)式為

式（3）中：σ為油水界面張力，N/m；θ為潤(rùn)濕角，°；K為油藏平均滲透率，D；φ為油藏平均孔隙度，f；Swn為巖心標(biāo)準(zhǔn)化含水飽和度，f。

將式（2）代入式（3）得

式（4）中：

式（4）即為油藏毛管壓力J函數(shù)－電測(cè)飽和度方法原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式。從原理上來(lái)講，該方法與巖心毛管壓力J函數(shù)方法不同，它是通過(guò)毛管壓力的定義式，根據(jù)實(shí)際油藏中過(guò)渡帶的高度計(jì)算的，而巖心毛管壓力是通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定的；在建立J函數(shù)與飽和度關(guān)系式時(shí)，本文方法采用的是電測(cè)解釋飽和度，而壓汞法則是采用試驗(yàn)測(cè)定的對(duì)應(yīng)毛管壓力下的進(jìn)汞飽和度。求解式（4）需要的參數(shù)為：油水過(guò)渡帶的頂、底深度，即純油底界及自由水面深度；地層油、水密度；油藏孔、滲數(shù)據(jù)。值得注意的是，油水表面張力及潤(rùn)濕角可以任意給定一數(shù)值，并不影響計(jì)算結(jié)果，因?yàn)槔帽疚姆椒ń函數(shù)關(guān)系式時(shí)，油水過(guò)渡帶范圍及流體飽和度數(shù)據(jù)都是確定的，且認(rèn)為在同一油藏中這2個(gè)參數(shù)的數(shù)值是固定的。

對(duì)東海盆地花港組某油藏采用該方法建立了預(yù)測(cè)油水過(guò)渡帶飽和度方程，其步驟如下。

第1步：基本參數(shù)的準(zhǔn)備。按本文第1節(jié)所述方法，計(jì)算出5口井油水過(guò)渡帶的底深Hw、頂深Ho，以及束縛水飽和度Swi、殘余油飽和度Sor；采用PVT分析得到地層油、水密度等流體參數(shù)；各參數(shù)值見(jiàn)表1。另外，還需要電測(cè)解釋的油水過(guò)渡帶不同深度的水相飽和度數(shù)據(jù)。

表1 計(jì)算J函數(shù)所需基本參數(shù)

第2步：取σcosθ為25達(dá)因，將表1中 Hw、ρw、ρo代入式（3），得到計(jì)算油藏任意一點(diǎn)的J函數(shù)值的方程

根據(jù)式（6），已知一口井在油水過(guò)渡帶中任意一點(diǎn)的深度、孔隙度、滲透率值，即可計(jì)算出每一口井過(guò)渡帶的毛管壓力J函數(shù)。

第3步：取表1中單井的束縛水飽和度和殘余油飽和度，利用式（5）對(duì)單井過(guò)渡帶電測(cè)解釋水相飽和度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，把第2步中計(jì)算出的單井過(guò)渡帶J函數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化后的水相飽和度進(jìn)行多項(xiàng)式回歸（式7），建立每一口井過(guò)渡帶J函數(shù)曲線（圖3），可見(jiàn)5口井的J函數(shù)曲線分布較為集中。

第4步：將5條J函數(shù)進(jìn)行平均，得到該油藏平均的J函數(shù)曲線多項(xiàng)式方程，其系數(shù)為

圖3 東海盆地花港組某油藏單井、油藏平均J函數(shù)曲線

第5步：對(duì)式（7）進(jìn)行迭代求解，即可求出油藏中任意一點(diǎn)的含水飽和度。計(jì)算得到的東海盆地花港組某油藏飽和度分布剖面情況見(jiàn)圖4。圖5為該油藏滲透率分布剖面圖。

由圖4、5可以看出：在油藏中下部的油水過(guò)渡帶，油相飽和度分布的非均質(zhì)性清晰，主要與距離油水界面的高度和儲(chǔ)層物性有關(guān)：在儲(chǔ)層滲透率接近的情況下，距離油水界面的高度越大，油相飽和度越高，在相同深度線上，儲(chǔ)層滲透率的分布趨勢(shì)是中間高、南北兩端低，油相飽和度相應(yīng)呈現(xiàn)中間高、南北兩端低的分布規(guī)律。

3 計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證

采用本文方法、巖心毛管壓力J函數(shù)方法、電測(cè)法等3種方法，對(duì)井點(diǎn)過(guò)渡帶計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證本文方法的可靠性。首先需要求得東海盆地花港組某油藏采用巖心毛管壓力J函數(shù)計(jì)算的過(guò)渡帶飽和度數(shù)據(jù)。

該油藏共測(cè)得14塊巖樣的壓汞毛管壓力曲線，巖樣孔隙度為0.1667～0.2650，巖樣滲透率為20.54～1475.00 mD。對(duì)14塊巖樣測(cè)得的壓汞毛管壓力曲線，按照楊勝來(lái)[7]等所提供的方法，首先對(duì)各巖樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算J函數(shù)，分類(lèi)平均得到平均毛管壓力J函數(shù)曲線，然后換算為油藏條件下的平均毛管壓力J函數(shù)曲線，因界面張力與潤(rùn)濕角沒(méi)有確定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)節(jié)二者乘積的大小，使巖心平均毛管壓力J函數(shù)計(jì)算的過(guò)渡帶高度與單井電測(cè)解釋過(guò)渡帶高度一致。

圖6為分別采用電測(cè)法、巖心毛管壓力J函數(shù)法及本文方法計(jì)算的東海盆地花港組某油藏2口井的油水過(guò)渡帶飽和度曲線，圖中對(duì)比的深度范圍為油水過(guò)渡帶。對(duì)比結(jié)果表明，巖心毛管壓力J函數(shù)曲線計(jì)算的含水飽和度明顯低于電測(cè)解釋含水飽和度，且隨著深度增加差異越大；而本文方法計(jì)算的含水飽和度與電測(cè)法吻合較好，說(shuō)明本文方法可行、有效。

圖6 不同方法計(jì)算的東海盆地花港組某油藏X3、X4井油水過(guò)渡帶飽和度曲線對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

巖心毛管壓力J函數(shù)方法與本文提出的油藏毛管壓力J函數(shù)－電測(cè)飽和度方法均可實(shí)現(xiàn)油藏三維空間內(nèi)油水過(guò)渡帶飽和度的定量表征，但前者與電測(cè)飽和度在井點(diǎn)上存在較大差異，而后者以油藏井點(diǎn)數(shù)據(jù)代替巖心試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)建立飽和度預(yù)測(cè)方程，與電測(cè)飽和度在井點(diǎn)上的吻合程度較好，從而實(shí)現(xiàn)了從井點(diǎn)到油藏三維空間的飽和度定量表征。

需要說(shuō)明的是，本文提出的油藏毛管壓力J函數(shù)－電測(cè)飽和度方法也存在一定的局限性，較好應(yīng)用的前提是油藏要有部分井點(diǎn)具有完整的飽和度剖面，且油水過(guò)渡帶特征清晰可鑒；另外，電測(cè)解釋飽和度要有翔實(shí)的巖電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，電測(cè)解釋滲透率也要有大量的巖心孔滲實(shí)驗(yàn)作基礎(chǔ)，以確保油水過(guò)渡帶飽和度、滲透率解釋的準(zhǔn)確性。

[1] 張衛(wèi)衛(wèi)，何敏.AVO疊前反演技術(shù)在珠江口盆地白云深水區(qū)烴類(lèi)檢測(cè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)海上油氣，2010，22（3）：160－163.

[2] 蕭德銘，畢海濱.利用油基泥漿取心資料確定砂巖油藏原始含油飽和度若干問(wèn)題探討[J].中國(guó)海上油氣，2003，17（4）：252－255.

[3] 趙國(guó)欣，朱家俊，關(guān)麗.用毛管壓力資料求取原始含油飽和度的方法[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，32（4）：38－41.

[4] 朱家俊，耿生臣.也談壓汞資料與含油飽和度的關(guān)系[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2003，22（5）：32－34.

[5] 王曙光，趙國(guó)忠，余碧君.大慶油田油水相對(duì)滲透率統(tǒng)計(jì)規(guī)律及其應(yīng)用[J].石油學(xué)報(bào)，2005，26（3）：78－79.

[6] 塔雷克·艾哈邁德.油藏工程手冊(cè)[M].冉新權(quán)，何江川，譯.北京：石油工業(yè)出版社，2002：139.

[7] 楊勝來(lái)，魏俊之.油層物理學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2004：230－231.

A practical method to quantitatively characterize oil saturation distribution in oil－water transition zones

Lu Kefeng Xu Zhenzhong Feng Jinglin
（E ＆ P Institute，Shanghai Branch of CNOOC Ltd.，Shanghai，200030）

In order to quantitatively characterize oil saturation changes in a three－dementional zone of oil－water transition，a practical method has been developed，namely the technique of reservoir capillary pressure J function－electric log saturation.This method will firstly calculate capillary pressure at various vertical depthes in an oil－water transition zone of a reservoir by using the defining equation of capillary pressure，and then the reservoir capillary pressure J function is calculated by combining with the porosity and permeability data in wells.Finally，a predictation relationship is set up between J function and electric log saturation，by which the oil saturation distribution in a three－dementional zone of oil－water transition can be calculated.In a case of a Huagang Formation oil reservoir in East China Sea，this method is applied and verified，resulting in a good consistency between its calculated results and electric log results.This means that the practical method is feasible and effective.

oil saturation in oil－water transition zones；quantitative characterization method；core capillary pressure J function；reservoir capillary pressure J function

鹿克峰，男，高級(jí)工程師，主要從事油藏工程研究。地址：上海市徐匯區(qū)零陵路583號(hào)海洋石油大廈（郵編：200030）。E－mail：lukf＠cnooc.com.cn。

2011－03－09改回日期：2011－04－22

（編輯：楊 濱）