生產(chǎn)測(cè)井時(shí)間推移測(cè)井資料確定生產(chǎn)層剩余油飽和度

宋紅偉

1非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 武漢

2長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢

1. 引言

生產(chǎn)測(cè)井資料是注水開發(fā)油田進(jìn)行開發(fā)方案設(shè)計(jì)、油田動(dòng)態(tài)計(jì)算及水淹層剩余油飽和度評(píng)價(jià)中不可缺少的數(shù)據(jù)，它可以反映生產(chǎn)井在測(cè)井時(shí)生產(chǎn)層油水實(shí)時(shí)的產(chǎn)出情況及產(chǎn)層的動(dòng)態(tài)信息。生產(chǎn)井的剩余油飽和度評(píng)價(jià)對(duì)于油田開發(fā)至關(guān)重要，充分利用注水開發(fā)油層動(dòng)態(tài)生產(chǎn)測(cè)井資料探討新的剩余油飽和度具有十分重要的意義。筆者提出利用生產(chǎn)測(cè)井時(shí)間推移測(cè)井資料確定產(chǎn)層剩余油飽和度的方法，突破了生產(chǎn)測(cè)井資料只反映井筒流體特征和生產(chǎn)層流體產(chǎn)出情況的局限，擴(kuò)大了生產(chǎn)測(cè)井資料的應(yīng)用范圍，對(duì)注水開發(fā)油田開發(fā)過程中方案的調(diào)整和合理措施的采取有重要作用。

2. 水驅(qū)油藏剩余油飽和度的變化

在實(shí)際水驅(qū)油藏中，由于巖層結(jié)構(gòu)、微觀非均質(zhì)性、油水性質(zhì)上的差異(如油水黏度不同)以及毛細(xì)管現(xiàn)象和巖石潤(rùn)濕性的影響，儲(chǔ)層的孔隙體積模型可用圖1表示。

Figure 1. The schematic diagram of reservoir pore volume model圖1. 儲(chǔ)層孔隙體積模型示意圖

流體的飽和度應(yīng)包括可動(dòng)流體飽和度、束縛水飽和度和殘余油飽和度；可動(dòng)流體飽和度由可動(dòng)油飽和度和可動(dòng)水飽和度組成。在注水開發(fā)過程中，油、水兩相的分布必然發(fā)生變化[1]。油田開發(fā)最直接的結(jié)果是儲(chǔ)層中油量減少、水量增加，儲(chǔ)層中的流體飽和度遵循下式[2]：式中：Swi為巖石潤(rùn)濕相束縛水飽和度，1；Sor為巖石殘余的非潤(rùn)濕相流體飽和度，1；Swm為可動(dòng)部分潤(rùn)濕相流體飽和度，1；Som為可動(dòng)部分非潤(rùn)濕相流體飽和度，1。

對(duì)式(1)微分得：

如果認(rèn)為油田開發(fā)過程中儲(chǔ)層原始狀態(tài)的改變對(duì)束縛水、殘余油飽和度的影響不大，即認(rèn)為它們不隨油田整個(gè)開發(fā)過程而改變，則式(2)變?yōu)椋?/p>

式(3)說明產(chǎn)層中含油量的減少量等于產(chǎn)層中含水量的增加量。根據(jù)體積模型，儲(chǔ)層的含水飽和度為：

其中，

式中：Sw為含水飽和度，1；Vwm為可動(dòng)水體積，m3；Vφ為有效孔隙體積，m3；Qo,swept為無(wú)水原油飽和體積，m3。

油藏的原始地層壓力，在開發(fā)過程中會(huì)隨著開采時(shí)間的推移和石油的不斷采出而逐漸下降，壓力下降使油藏中驅(qū)油能量減小，采出的油量也隨之減少，直到達(dá)到某一極限。水驅(qū)油田注入水的壓力高于產(chǎn)層的地層壓力，因此，注入產(chǎn)層的水會(huì)把孔隙中的一部分油驅(qū)替出來而占據(jù)該孔隙空間，從而使產(chǎn)層的含油飽和度降低，含水飽和度升高。隨著注水的不斷進(jìn)行，產(chǎn)層的含油飽和度不斷降低，含水飽和度不斷升高，經(jīng)過一段時(shí)間后，產(chǎn)層就成了一種只含殘余油且主要含注入水的水層[3]。

3. 生產(chǎn)測(cè)井資料確定產(chǎn)層剩余油飽和度

在生產(chǎn)井中進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)井可以描述油藏動(dòng)態(tài)和確定油田存在的問題。油藏動(dòng)態(tài)研究包括確定油井中各產(chǎn)層產(chǎn)出的流體特性及其各相流體的產(chǎn)出量，油水的產(chǎn)出量反映了油藏油水的變化特征[4]，因此可以利用生產(chǎn)測(cè)井資料確定產(chǎn)層各相流體的產(chǎn)出量，進(jìn)而聯(lián)合物質(zhì)平衡方程確定產(chǎn)層的剩余油飽和度。

在實(shí)際的水驅(qū)油藏中，由于巖層結(jié)構(gòu)、微觀非均質(zhì)性、油水性質(zhì)上的差異(如油水黏度不同)以及毛細(xì)管現(xiàn)象和巖石潤(rùn)濕性的影響，當(dāng)水滲入油區(qū)后將出現(xiàn)一個(gè)油水兩相的混合流動(dòng)區(qū)域，即兩相滲流區(qū)。在上述情況下，認(rèn)為自供水邊緣到井排之間巖層中存在3個(gè)區(qū)——純水滲流區(qū)、油水兩相滲流區(qū)和純油滲流區(qū)。當(dāng)油井見水后，如果該井產(chǎn)量?jī)H由一個(gè)油層供給時(shí)，則該油層中只有純水滲流區(qū)和兩相滲流區(qū)[5]。根據(jù)物質(zhì)平衡原理，兩相區(qū)中滲入水量的增加和被驅(qū)油量的減小決定了其含水飽和度變化的基本狀況[6]。

根據(jù)物質(zhì)平衡原理，有效孔隙體積中滲入水量的增加和被驅(qū)油量的減小以及Swi決定了Sw的大?。?/p>

式中：t為生產(chǎn)時(shí)間，mon；Qw,inj為油井控制范圍內(nèi)有效孔隙中注入水的相對(duì)體積，1；Qo為油井控制范圍內(nèi)有效孔隙中產(chǎn)出油的相對(duì)體積，1；Qw,prod、Qo,prod分別為累積水、累積油的產(chǎn)出體積，m3；Fw為產(chǎn)水率，1。

4. 時(shí)間推移飽和度預(yù)測(cè)

油、氣藏的實(shí)際開發(fā)資料表明，按照一定層系和井網(wǎng)投入開發(fā)的油、氣藏，由于含(產(chǎn))水率的增長(zhǎng)或是地層壓力的下降，將會(huì)引起產(chǎn)量的遞減。遞減期是指對(duì)油氣藏施加各項(xiàng)措施后并不能改變產(chǎn)量遞減趨勢(shì)的時(shí)期。遞減期的長(zhǎng)短主要取決于油氣藏開發(fā)的最終經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求。該階段的產(chǎn)量隨時(shí)間的變化，可以利用不同的遞減規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)，該產(chǎn)量將按照一定的規(guī)律隨時(shí)間而連續(xù)遞減。根據(jù)Arps的理論研究，遞減類型可分為指數(shù)遞減、調(diào)和遞減和雙曲線遞減3種，相關(guān)關(guān)系式為：

式中：Q為遞減到t時(shí)刻的產(chǎn)量(即遞減產(chǎn)量)，m3/mon；Qi為開始遞減時(shí)的產(chǎn)油量，m3/mon；D為遞減率，1；Di為開始遞減時(shí)的瞬時(shí)遞減率，1；te為從開始遞減瞬間算起的開發(fā)時(shí)間，mon；n為遞減指數(shù)，1。

當(dāng)n= ∞時(shí)為指數(shù)衰減；當(dāng)n= 1時(shí)為調(diào)和衰減；當(dāng)1 ＜n＜∞時(shí)為雙曲線遞減[6]。

根據(jù)油、氣藏或油、氣井遞減階段的生產(chǎn)測(cè)井時(shí)間推移產(chǎn)出剖面解釋數(shù)據(jù)，可以利用上述3種遞減類型的線性關(guān)系式進(jìn)行判斷，以確定屬于哪一種遞減類型。根據(jù)產(chǎn)量的變化，適時(shí)地對(duì)遞減類型做出判斷，建立新的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)行新的產(chǎn)量衰減預(yù)測(cè)。根據(jù)遞減階段取得的產(chǎn)量、開發(fā)時(shí)間以及累積產(chǎn)量數(shù)據(jù)，利用上述判斷方法，通過線性回歸法求得遞減公式的系數(shù)，建立產(chǎn)量與開發(fā)時(shí)間的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式；利用上述相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式，預(yù)測(cè)未來的產(chǎn)量、累積產(chǎn)量隨時(shí)間的變化數(shù)據(jù)，再結(jié)合式(5)確定油藏的含水飽和度。

5. 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

西部某油田自上而下鉆遇的地層有第四系、新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系及古生界的石炭系和奧陶系，地層埋深達(dá)6000 m以上。其中侏羅系、三疊系是該區(qū)的主要含油層系。L16井是20世紀(jì)90年代初鉆的一口生產(chǎn)井，主力生產(chǎn)層位于T1油組。該井1992年5月投產(chǎn)，2008～2011年供進(jìn)行了6次生產(chǎn)測(cè)井，T1油組只有一個(gè)生產(chǎn)層段(射孔井段為4745～4762 m)，完井時(shí)Swi= 35.55%、Sor= 20.6%，原始含油飽和度為62.8%，歷次生產(chǎn)測(cè)井產(chǎn)出剖面解釋成果如表1所示。

Table 1. The interpreting result of time-lapse production logging data in Well L16表1. L16井時(shí)間推移生產(chǎn)測(cè)井資料解釋成果表

利用油藏產(chǎn)量遞減曲線分析法對(duì)歷年生產(chǎn)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到遞減產(chǎn)量Q與累計(jì)產(chǎn)量的關(guān)系(圖2)。該油藏屬于指數(shù)遞減類型，擬合關(guān)系式為：

Figure 2. The relationship between declined production and cumulative production圖2. 遞減產(chǎn)量與累計(jì)產(chǎn)量的關(guān)系

根據(jù)時(shí)間推移生產(chǎn)測(cè)井資料計(jì)算得到歷次生產(chǎn)測(cè)井時(shí)的Sw，如表2所示。

Table 2. The result of saturation calculation using time-lapse production logging data in Well L16表2. L16井時(shí)間推移生產(chǎn)測(cè)井資料計(jì)算飽和度處理成果表

利用產(chǎn)量指數(shù)遞減曲線分析法對(duì)歷年生產(chǎn)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，得到遞減產(chǎn)量隨生產(chǎn)時(shí)間的半對(duì)數(shù)遞減的直線預(yù)測(cè)關(guān)系見圖3、指數(shù)關(guān)系見圖4，回歸公式分別為：

Figure 3. The semi-log rectilinear of declined production changing with production time in Well L16圖3. L16井遞減產(chǎn)量隨生產(chǎn)時(shí)間的半對(duì)數(shù)遞減直線圖

Figure 4. The relation of exponential decline as the declined production changing with production time in Well L16圖4. L16井遞減產(chǎn)量隨生產(chǎn)時(shí)間的指數(shù)遞減關(guān)系圖

根據(jù)式(9)預(yù)測(cè)了L16井生產(chǎn)層段測(cè)井資料計(jì)算含水飽和度與生產(chǎn)測(cè)井時(shí)間推移測(cè)井資料預(yù)測(cè)含水飽和度對(duì)比圖(圖5)，可以看出，生產(chǎn)測(cè)井時(shí)間推移測(cè)井資料預(yù)測(cè)的含水飽和度隨時(shí)間變化的關(guān)系與測(cè)井資料是一致的。圖6對(duì)比分析了L16井歷次中子壽命測(cè)井含水飽和度數(shù)據(jù)，可以看出，生產(chǎn)測(cè)井時(shí)間推移測(cè)井資料預(yù)測(cè)含水飽和度與中子壽命測(cè)井含水飽和度趨于一致。

Figure 5. The contrast between water saturations calculated by using logging data and time-lapse prediction water saturation of neutron lifetime logging in Well L16圖5. L16井測(cè)井資料計(jì)算含水飽和度與時(shí)間推移預(yù)測(cè)含水飽和度對(duì)比圖

Figure 6. The contrast between water saturations predicted by using time-lapse logging data of production logging and neutron lifetime logging in Well L16圖6. L16井時(shí)間推移測(cè)井資料預(yù)測(cè)含水飽和度與中子壽命測(cè)井含水飽和度對(duì)比圖

6. 結(jié)論

1) 筆者給出了一種利用生產(chǎn)測(cè)井時(shí)間推移測(cè)井資料計(jì)算及預(yù)測(cè)后續(xù)生產(chǎn)時(shí)間生產(chǎn)層含水飽和度的新方法，為動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)生產(chǎn)井油藏剩余油飽和度動(dòng)態(tài)變化規(guī)律提供了一條新途徑，擴(kuò)展了生產(chǎn)測(cè)井資料在動(dòng)態(tài)油藏描述方面的應(yīng)用范圍，提高了生產(chǎn)測(cè)井資料的應(yīng)用率。

2) 以生產(chǎn)測(cè)井為基礎(chǔ)，結(jié)合水驅(qū)油藏物質(zhì)平衡原理確定產(chǎn)層剩余油飽和度的方法是可行的，利用不同開采時(shí)間的生產(chǎn)井產(chǎn)出層段生產(chǎn)測(cè)井產(chǎn)出剖面資料計(jì)算出剩余油飽和度，能夠了解和掌握油藏動(dòng)態(tài)特征，該方法特別是對(duì)單井剩余油評(píng)價(jià)及隨生產(chǎn)時(shí)間變化預(yù)測(cè)具有積極意義。

湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(D20141302)；中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司工程技術(shù)重大專項(xiàng)(2013E-3809)。

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