鄂爾多斯盆地延安組低對(duì)比度油藏飽和度分布模式與測(cè)井評(píng)價(jià)

郭浩鵬, 石玉江, 王長(zhǎng)勝, 張少華, 李衛(wèi)兵, 鐘吉彬

(中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院, 低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710018)

0 引 言

鄂爾多斯盆地在三疊紀(jì)末期整體抬升,西傾單斜上發(fā)育低幅度鼻狀構(gòu)造,形成了眾多的延安組小型含油富集區(qū)[1]。延安組油藏物性好,產(chǎn)量高,開(kāi)發(fā)效果好,但湖盆西部延安組發(fā)育典型的低電阻率、低對(duì)比度油藏。2013年至2014年該盆地延安組工業(yè)油流井中低電阻率、低對(duì)比度油層達(dá)到62.3%。延安組油藏規(guī)模小,油層與水層電阻率對(duì)比度低,地層水性質(zhì)變化大給測(cè)井識(shí)別帶來(lái)巨大挑戰(zhàn),測(cè)井解釋符合率長(zhǎng)期在60%左右。

1997年至2006年中國(guó)石油集團(tuán)對(duì)低電阻率油層開(kāi)展了測(cè)井巖石物理研究與解釋方法的專項(xiàng)攻關(guān),其中總結(jié)了鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)2低電阻率油層的油藏模式與分布規(guī)律[2],但未針對(duì)延安組低對(duì)比度油層開(kāi)展相關(guān)研究,因此亟需開(kāi)展延安組油藏低電阻率成因、飽和度分布規(guī)律與測(cè)井解釋方法的綜合研究。

本文首先對(duì)延安組低對(duì)比度油藏的成因進(jìn)行了分析,并選取了平均毛細(xì)管壓力曲線J函數(shù)法計(jì)算油藏含油飽和度,推導(dǎo)了延安組油藏的含油飽和度定量計(jì)算公式,在此基礎(chǔ)上對(duì)延安組油藏的飽和度分布模式進(jìn)行了分析研究,最終形成了針對(duì)該油藏的測(cè)井評(píng)價(jià)方法。

1 中生界延安組低對(duì)比度油藏成因

1.1 低幅度構(gòu)造導(dǎo)致含油飽和度低

受構(gòu)造控制的油藏成藏主要為油水浮力克服毛細(xì)管力的過(guò)程,油藏高度和油水密度差決定了驅(qū)替動(dòng)力大小,孔隙結(jié)構(gòu)決定了毛細(xì)管阻力的大小,驅(qū)替動(dòng)力和毛細(xì)管阻力達(dá)到平衡的過(guò)程決定了油氣最終能夠充注到多大的孔喉系統(tǒng)中[3]。巖石含油飽和度取決于上述3個(gè)因素

F浮=ΔρgH=pc

(1)

式中,F浮為油水浮力,N;Δρ為油水密度差,g/cm3;H為油藏高度,m;pc為毛細(xì)管壓力,MPa。

以油藏高度5 m為例(見(jiàn)圖1)。Ⅰ類儲(chǔ)層物性好,即使含油高度低,也具有明顯的油水分異,含油飽和度可以達(dá)到65%;Ⅱ類儲(chǔ)層物性較差,含油高度低時(shí),油水分異差,形成低對(duì)比度油層,含油飽和度為42%;Ⅲ類儲(chǔ)層物性最差,含油高度低時(shí),一般難以成藏。由3類儲(chǔ)層特征可得,鄂爾多斯盆地延安組油藏構(gòu)造幅度較低,造成了驅(qū)替動(dòng)力小,含油飽和度低(見(jiàn)圖1)。

圖1 延安組毛細(xì)管壓力曲線與油藏含油高度圖*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

圖2 延安組地層電阻率與地層水氯根交會(huì)圖

1.2 高礦化度地層水造成地層電阻率低

延安組油藏地層水礦化度變化范圍大,最低小于10 g/L,最高達(dá)到100 g/L以上,地層水性質(zhì)的變化造成電阻率變化大。

延安組地層電阻率與氯根交會(huì)圖中,當(dāng)?shù)貙铀V化度較低(氯根10 000 mg/L左右)時(shí),油水層電阻率明顯高于水層,電阻率是含油性的準(zhǔn)確指示(見(jiàn)圖2)。而當(dāng)?shù)貙铀V化度較高(氯根大于15 000 mg/L)時(shí),高礦化度地層水在孔隙中形成密布的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),使油水層的電阻率明顯降低,電阻率對(duì)比度進(jìn)一步降低,電阻率難以反映含油性的變化。

1.3 淡水泥漿侵入造成油層、水層對(duì)比度降低

鄂爾多斯盆地探井、評(píng)價(jià)井目的層多為下部延長(zhǎng)組巖性油藏,鉆井時(shí)上部延安組油藏被泥漿浸泡時(shí)間長(zhǎng)(10 d以上),電阻率曲線受侵入影響較大,多呈現(xiàn)與水層相似的負(fù)差異特征,給測(cè)井識(shí)別該類油層增加了困難。泥漿濾液侵入油氣層引起儲(chǔ)層徑向上流體分布、地層水礦化度以及電阻率的變化,可以通過(guò)數(shù)值模擬完成[4-5]。

B29井延7段數(shù)值模擬的結(jié)果見(jiàn)表1,受淡水泥漿侵入的影響,油層電阻率由19.40 Ω·m降低到11.37 Ω·m,油水層電阻率由12.42 Ω·m降低到8.6 Ω·m,水層電阻率由5.09 Ω·m升高到5.27 Ω·m,油層、油水層的電阻增大率也由侵入前的3.81、2.44降低到2.15、1.63,油、水層對(duì)比度進(jìn)一步降低。

表1 B29井延7段泥漿侵入數(shù)值模擬結(jié)果表

2 利用毛細(xì)管壓力曲線油藏飽和度分布規(guī)律研究

2.1 平均毛細(xì)管壓力曲線J函數(shù)方法

油藏中油、水飽和度受毛細(xì)管壓力和浮力等因素的控制,其在地下的分布狀態(tài)是浮力和毛細(xì)管壓力雙重作用的結(jié)果[6]。毛細(xì)管壓力的計(jì)算公式為

(2)

式中,pc為毛細(xì)管壓力,MPa;σ為流體兩相的界面張力,mN/m;θ為流體與固體的接觸角,(°);rc為毛細(xì)管半徑,μm。

壓汞過(guò)程與油氣驅(qū)替自由水的過(guò)程相似,通常利用實(shí)驗(yàn)室毛細(xì)管壓力資料間接求取油藏的含油飽和度[7]。用毛細(xì)管壓力曲線計(jì)算油藏含油飽和度的方法有逐點(diǎn)毛細(xì)管壓力曲線法、平均毛細(xì)管壓力曲線法和平均J函數(shù)法3種[89],本文采用平均J函數(shù)法。

J函數(shù)的表達(dá)式為

(3)

式中,J(Sw)為J函數(shù)(含水飽和度Sw的函數(shù)),無(wú)因次;K為樣品空氣滲透率,×10-3μm2;φ為樣品孔隙度,%。

J函數(shù)是一個(gè)無(wú)因次量,是含水飽和度的函數(shù),與滲透率、孔隙度、界面張力以及潤(rùn)濕接觸角有關(guān)。每塊巖樣的毛細(xì)管壓力曲線只是油藏某一局部特征的表現(xiàn),需要將油藏中多條毛細(xì)管壓力曲線統(tǒng)計(jì)回歸得到1條代表該油藏特征的毛細(xì)管壓力曲線,才能準(zhǔn)確求出油藏含油飽和度。研究采用延安組22個(gè)樣品點(diǎn)進(jìn)行回歸計(jì)算,實(shí)驗(yàn)室?guī)r樣的壓汞毛細(xì)管壓力曲線及對(duì)應(yīng)的J函數(shù)曲線見(jiàn)圖3。

圖3 延安組巖心樣品的壓汞毛細(xì)管壓力曲線及對(duì)應(yīng)的J函數(shù)曲線

具有相同J函數(shù)的巖石含水飽和度Sw和其J函數(shù)J(Sw)之間存在冪函數(shù)關(guān)系

Sw=a×J(Sw)b

(4)

考慮油藏的實(shí)際情況,含油飽和度在10%～80%分布。將圖4中SHg=10%～80%的數(shù)據(jù)作回歸,得到

(5)

圖4 延安組毛細(xì)管壓力曲線對(duì)應(yīng)的J函數(shù)曲線

2.2 利用毛細(xì)管壓力曲線計(jì)算含油飽和度

將式(1)帶入式(3),得到

(6)

汞飽和度與潤(rùn)濕相流體飽和度之間存在關(guān)系:Sw+SHg=100;由式(5)可得

(7)

則

(8)

(9)

通過(guò)延安組密閉取心資料對(duì)α值進(jìn)行刻度,得到α的平均值為138.9(見(jiàn)表2),由此得到鄂爾多斯盆地延安組油藏的含油飽和度計(jì)算公式為

表2 密閉取心井刻度α值表

(10)

通過(guò)式(10),已知儲(chǔ)層的孔隙度、滲透率以及油藏高度,可以確定該油藏的含油飽和度。表3為通過(guò)式(10)計(jì)算的鄂爾多斯盆地延安組17個(gè)儲(chǔ)量提交區(qū)塊的含油飽和度值。由計(jì)算結(jié)果可以看到,該方法計(jì)算結(jié)果與儲(chǔ)量取值的平均誤差為3.55%,誤差小于儲(chǔ)量提交規(guī)范要求的±5%[10],說(shuō)明該方法計(jì)算含油飽和度較為準(zhǔn)確,能夠用于鄂爾多斯盆地延安組儲(chǔ)量提交的含油飽和度計(jì)算。

表3 鄂爾多斯盆地延安組儲(chǔ)量提交區(qū)含油飽和度計(jì)算結(jié)果表

2.3 延安組油藏飽和度分布模式

由式(10)可以在已知含油飽和度下限時(shí)反推油層、油水層的含油高度下限、物性下限。針對(duì)延安組低對(duì)比度油藏,以含油飽和度40%作為含油下限,油藏高度以5 m為下限,由飽和度計(jì)算公式得到物性下限為孔隙度13%時(shí),滲透率需大于30×10-3μm2才能成藏。提交儲(chǔ)量區(qū)的物性下限為孔隙度13%,滲透率0.4×10-3μm2,由式(10)可知含油高度達(dá)到45 m才能形成油藏;提交儲(chǔ)量區(qū)的平均孔隙度為

16.5%,平均滲透率215.97×10-3μm2,需要含油高度至少2.2 m才能形成油藏。

3 延安組低對(duì)比度油藏測(cè)井評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用效果

3.1 低對(duì)比度油層測(cè)井解釋方法

在飽和度分布模式認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,發(fā)展了綜合測(cè)井、油藏、錄井等多學(xué)科的低幅度構(gòu)造油藏精細(xì)解釋方法,通過(guò)儲(chǔ)層分類、低幅度構(gòu)造油藏中飽和度分布規(guī)律研究,結(jié)合巖心錄井、分析化驗(yàn)等資料,綜合判識(shí)延安組低對(duì)比度油層。

延安組油藏類型屬于構(gòu)造-巖性油藏,構(gòu)造幅度低,除受巖性控制外,構(gòu)造對(duì)該區(qū)油藏及油水分異也有重要的控制作用。對(duì)于此類低幅度構(gòu)造油藏,在劃分油水界面時(shí)必須考慮對(duì)部分斜井進(jìn)行精細(xì)校斜,然后進(jìn)行精細(xì)的多井間的地層橫向?qū)Ρ取?/p>

(1) ×井區(qū)B井延6段。按照上述方法,確定×井區(qū)的油水界面為海拔-262.5 m,×井區(qū)C井～B井延6油藏剖面圖見(jiàn)圖6,在精細(xì)地層橫向?qū)Ρ然A(chǔ)上,根據(jù)解釋層位在交會(huì)圖版中和在油藏中的位置,可以對(duì)油水層進(jìn)行綜合識(shí)別。

如B井上部1 807～1 810 m的15號(hào)層,深感應(yīng)電阻率 7.42 Ω·m, 與相鄰水層相當(dāng), 聲波時(shí)差275.42 μs/m,原解釋結(jié)論為含油水層。考慮到B井15號(hào)層與試油為純油層的鄰井A井相連通,而且位于構(gòu)造的較高部位,符合延安組油藏物性好、油藏高度大則含油飽和度高的特點(diǎn),因此綜合解釋為油層,試油結(jié)果日產(chǎn)油13.82 t(見(jiàn)圖7)。

圖5 B32井延10測(cè)井解釋成果圖*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

圖6 ×井區(qū)C井～B井延6油藏剖面圖

圖7 B井延6段測(cè)井“四性”關(guān)系圖

(2) Y111井延8段。Y111井延8段1 960～1 967 m處18號(hào)層孔隙度12.5%,滲透率2.1×10-3μm2,物性較差,解釋為干層。1 967～1 971.5 m處19號(hào)層雖然處于油藏中較低的部位,含油高度不如18號(hào)層,但物性更好,孔隙度15.5%,滲透率88.1×10-3μm2,通過(guò)計(jì)算得到含油飽和度為62.6%,因此解釋為油層。試油在1 967～1 969 m段射孔求初產(chǎn),獲得21.25 t/d純油(見(jiàn)圖8),說(shuō)明在含油高度相差不大的情況下,孔隙結(jié)構(gòu)是決定含油飽和度高低的主要因素。

圖8 Y111井延8測(cè)井解釋成果圖

3.2 應(yīng)用效果

2014年針對(duì)延安組低幅度構(gòu)造油藏推廣應(yīng)用以上測(cè)井識(shí)別方法識(shí)別低電阻率、低對(duì)比度油層,共有20層精細(xì)解釋提高了解釋結(jié)論,并得到試油驗(yàn)證(見(jiàn)表4),延安組油層測(cè)井解釋符合率提高到78.5%。

表4 2014年延安組測(cè)井精細(xì)解釋提高井統(tǒng)計(jì)表

在延安組飽和度分布規(guī)律的基礎(chǔ)上開(kāi)展老井復(fù)查,共復(fù)查老井2 088口,7口井經(jīng)老井試油獲工業(yè)油流。預(yù)計(jì)可新增儲(chǔ)量規(guī)模855×104t,預(yù)計(jì)可新建產(chǎn)能12.9×104t(見(jiàn)表5)。

表5 2014年盆地延安組老井復(fù)查預(yù)計(jì)建產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié) 論

(1) 鄂爾多斯盆地中生界延安組油藏構(gòu)造幅度低、地層水礦化度高和淡水泥漿侵入是形成該地區(qū)低對(duì)比度油層的主要原因。

(2) 采用平均毛細(xì)管壓力J函數(shù)法得出了延安組油藏含油飽和度的定量計(jì)算公式,分析了其影響因素之間的量化關(guān)系,計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠,能夠用于鄂爾多斯盆地延安組儲(chǔ)量提交的含油飽和度計(jì)算。

(3) 鄂爾多斯盆地延安組油藏的含油飽和度受油藏高度、儲(chǔ)層物性(孔隙結(jié)構(gòu))共同控制,油藏中距自由水平面越高的地方,含油飽和度越大;相同油藏高度下,儲(chǔ)層物性越好,孔隙結(jié)構(gòu)越好,飽和度越大。

(4) 在延安組測(cè)井解釋中運(yùn)用飽和度分布規(guī)律,重視單井在油藏中的位置,針對(duì)性提出了低幅度構(gòu)造油藏海拔對(duì)比法等測(cè)井識(shí)別方法,發(fā)展了綜合測(cè)井、油藏、錄井等多學(xué)科一體化的精細(xì)解釋技術(shù),提高了鄂爾多斯盆地延安組低對(duì)比度油層測(cè)井識(shí)別能力。

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