一種改進(jìn)的密閉取心飽和度校正方法*

管 耀 馮 進(jìn) 石 磊

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司 廣東深圳 518054)

密閉取心是獲取地層流體信息的直接手段。目前南海東部海域有多口井進(jìn)行了密閉取心，隨著油氣勘探開發(fā)研究需求的加大，將會(huì)有越來越多的井進(jìn)行密閉取心。理論上密閉取心是獲取地層流體飽和度數(shù)據(jù)的可靠依據(jù)，但是密閉取心化驗(yàn)分析的飽和度數(shù)據(jù)往往存在流體飽和度之和不等于100%的問題[1-6]，這讓地質(zhì)家對(duì)密閉取心的作用提出了質(zhì)疑。另外，密閉取心成本高昂，亟需找到一種可靠的密閉取心飽和度校正方法。

目前理論依據(jù)最充分的密閉取心飽和度校正方法是由公式推導(dǎo)得到的[7-9]，本文稱之為理論公式法，該方法計(jì)算出原油降壓脫氣、流體體積系數(shù)變化、巖心孔隙體積變化這3個(gè)主要因素對(duì)飽和度變化的影響，并一一補(bǔ)償校正，進(jìn)而形成綜合校正公式。如果能取準(zhǔn)公式中的重要參數(shù)，特別是計(jì)算分流率的參數(shù)，則校正結(jié)果將是可信的。但是已有公式中有關(guān)分流率的計(jì)算參數(shù)復(fù)雜，在資料有限的條件下很難取準(zhǔn)。

本文利用巖心相滲資料擬合得出分流率經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式，將其代入常規(guī)的密閉取心飽和度校正數(shù)學(xué)模型中，使模型中的重要參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)單并且準(zhǔn)確，模型實(shí)用性得到了大大提高。

1 分流率計(jì)算

結(jié)合南海東部海域多口密閉取心井的情況，視儲(chǔ)層物性條件差異、地層和地面條件差異、流體性質(zhì)差異等，密閉取心流體飽和度損失差異較大，密閉取心巖樣分析的流體飽和度平均損失量為15%～25%[1]。以南海東部海域X油田某灰?guī)r油藏A井為例，其密閉取心巖心分析的含水飽和度和含油飽和度交會(huì)點(diǎn)基本偏離45°線(圖1)，說明含水和含油飽和度之和小于100%，平均損失約20%。一般認(rèn)為，造成飽和度損失的主要原因包括以下3個(gè)方面[2]：

1) 原油降壓脫氣作用。巖心取到地面后，由于壓力降低導(dǎo)致原油不斷脫氣，生成的氣體占據(jù)孔隙空間并排擠液態(tài)流體，造成油水流失、油水飽和度降低。巖心出筒后至取樣完畢這段過程中原油輕質(zhì)成分揮發(fā)，原油品質(zhì)好、氣油比高，損失量就大。

2) 流體體積系數(shù)變化。由于地面與地層溫度、壓力差異大，相同質(zhì)量流體地面體積較地層體積小，地面流體體積變小后導(dǎo)致油水飽和度降低。

圖1 南海東部海域X油田A井密閉取心巖心分析含油和含水飽和度交會(huì)圖

3) 孔隙體積變化。巖心取到地面后沒有了上覆壓力，孔隙空間會(huì)變大，導(dǎo)致油水飽和度降低?？紫抖鹊淖兓靠梢酝ㄟ^巖心覆壓實(shí)驗(yàn)得到。

以上3種影響因素中，原油降壓脫氣作用的影響最大，一般認(rèn)為占總流體損失量的80%以上；而流體體積系數(shù)變化和孔隙體積變化的影響，因?yàn)橛写_定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，相對(duì)較容易校正。因此，研究流體流失量及被排擠流體中油和水各占的比例(分流率)是校正的關(guān)鍵，這決定著飽和度校正的方向。影響分流率的主要因素是油水的相對(duì)滲透率和流體黏度[3-4]。油、水分流率的計(jì)算公式為[3]

(1)

式(1)中：fo為油的分流率；fw為水的分流率；μo為油的黏度，mPa·s；μw為水的黏度，mPa·s；Krw為水的相對(duì)滲透率；Kro為油的相對(duì)滲透率。

以A井為例，利用巖心分析相滲數(shù)據(jù)計(jì)算分流率。由A井灰?guī)r巖心油水相對(duì)滲透率比值與含水飽和度關(guān)系(圖2)可以看出，不同絕對(duì)滲透率巖心的Krw/Kro和含水飽和度相關(guān)關(guān)系較一致。一般而言，相同類型儲(chǔ)層的巖心油、水相滲的比值與含水飽和度有較好的對(duì)數(shù)關(guān)系[3]，這就得到了分流率計(jì)算的核心參數(shù)Krw/Kro。取地面原油黏度為45 mPa·s，地面水的黏度為0.58 mPa·s，求得A井油、水的分流率與含水飽和度的關(guān)系為

(2)

式(2)中：Sw為含水飽和度，%。

圖2 南海東部海域X油田A井巖心Krw/Kro和含水飽和度相關(guān)關(guān)系

利用式(2)繪出油的分流率與含水飽和度關(guān)系曲線(圖3)，可以看出，含水飽和度以40%為拐點(diǎn)，當(dāng)巖心含水飽和度大于40%時(shí)油的分流率基本接近于0；而當(dāng)巖心含水飽和度小于40%時(shí)，油的分流率隨著含油飽和度的增加急速上升，即巖心含水飽和度不同，流體流失規(guī)律不同。

圖3 南海東部海域X油田A井油的分流率與含水飽和度關(guān)系

2 校正方法的改進(jìn)

理論校正模型主要考慮3個(gè)因素：流體體積系數(shù)變化、覆壓孔隙體積變化和原油降壓脫氣。以流體體積系數(shù)、孔隙覆壓校正和油水分流率為理論依據(jù)，推導(dǎo)出校正以上3個(gè)因素的飽和度誤差模型，最后進(jìn)行累加獲得總的飽和度校正模型。各因素的影響校正公式前人已有詳細(xì)推導(dǎo)過程[5-8]，以下敘述關(guān)鍵步驟。

對(duì)于原油降壓脫氣驅(qū)替油水兩相流體流出巖心，流失流體總體積ΔVow由實(shí)驗(yàn)分析的含油飽和度和含水飽和度推導(dǎo)得出，近似為[7]:

ΔVow=(Vo+Vw)(1-SosBo-SwsBw)

(3)

式(3)中：Vw為地層條件下地層水的體積，m3；Vo為地層條件下油的體積，m3；Sos為實(shí)測(cè)含油飽和度，%；Sws為實(shí)測(cè)含水飽和度，%；Bw為地層水體積系數(shù)；Bo為油的體積系數(shù)。

式(3)的內(nèi)涵即地面條件分析的流體體積的損失量通過體積系數(shù)變換得到地層條件下流體體積的總的損失量。實(shí)際情況比式(3)理想化的情況復(fù)雜得多，比如由于脫氣作用產(chǎn)生的第3相流體氣體流失的影響，但是這些因素對(duì)總的體積損失影響較小，為了便于計(jì)算采用了近似公式。

排出的油水總體積中，油水損失量按分流率進(jìn)行分配，其中排出的油體積量ΔVo為

ΔVo=ΔVowfo

(4)

將式(1)、(3)代入式(4)，即校正了流體體積系數(shù)變化和原油降壓脫氣的影響，獲得油飽和度校正值ΔSo為[7]

(5)

覆壓孔隙體積變化導(dǎo)致的含油飽和度校正值ΔSoφ為[7]

(6)

式(6)中：φs為地面條件下孔隙度，%；φr為地層條件下孔隙度，%。

綜合流體體積變化和降壓脫氣飽和度校正值ΔSo與覆壓孔隙體積變化導(dǎo)致的飽和度誤差校正值ΔSoφ，得到綜合這3種因素的含油飽和度總的理論校正量為[7]

(7)

得到校正后地層條件下含油飽和度理論值為[7]

(8)

公式中有較多需要確定的油田儲(chǔ)層和流體參數(shù)，如地面條件下孔隙度與地層條件下孔隙度關(guān)系、流體體積系數(shù)、流體黏度、流體相滲等。地面條件下孔隙度與地層條件下孔隙度關(guān)系通過油田巖心覆壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。巖心覆壓校正公式為

φr=0.959 8φs

(9)

油田流體體積系數(shù)、流體黏度通過流體分析數(shù)據(jù)確定。地層條件下X油田油的體積系數(shù)為1.05，水的體積系數(shù)為1.045。

分流率中流體相滲的確定是公式中各參數(shù)確定的難點(diǎn)，已有校正模型中油、水相滲比值計(jì)算式為[7]

(10)

式(10)中：Sor為殘余油飽和度，%；Swc為束縛水飽和度，%。

式(10)在實(shí)際應(yīng)用中困難重重，需要確定每塊巖心的殘余油飽和度Sor和束縛水飽和度Swc。如果巖心未做充分的化驗(yàn)分析，這2個(gè)數(shù)值的確定本身就是一個(gè)難題，如果取值不準(zhǔn)會(huì)極大影響密閉取心飽和度的校正精度。本文“分流率計(jì)算”一節(jié)中通過巖心相滲數(shù)據(jù)擬合得到油、水相滲比值表達(dá)式(圖2)。與式(10)相比，圖2中的擬合公式僅需含水飽和度就可以確定油、水相滲比值的計(jì)算，簡(jiǎn)化了計(jì)算，且由于不需要復(fù)雜參數(shù)的確定，計(jì)算結(jié)果更加可靠。將新的油、水相滲比值計(jì)算方法應(yīng)用到理論校正公式中，即

(11)

式(11)是對(duì)原理論公式的改進(jìn)。最終地層條件下含油飽和度實(shí)際計(jì)算公式為

(12)

最終公式中所有參數(shù)都是依據(jù)油田巖心和流體化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)得到，數(shù)據(jù)依據(jù)充分，改進(jìn)的理論校正公式比原公式應(yīng)用更簡(jiǎn)單合理。

3 改進(jìn)方法的校正效果分析

3.1 油、水校正量分析

可通過飽和度校正量的直方圖(圖4)說明本文改進(jìn)方法的特點(diǎn)。由圖4可以看出，巖心含油飽和度校正量隨著實(shí)測(cè)含油飽和度的增大而逐漸增大。當(dāng)巖心校正后含油飽和度為60%左右時(shí)，含油飽和度校正量從4%以下躍升為10%～20%；隨著實(shí)測(cè)含水飽和度的降低，含水飽和度校正量逐漸減小，當(dāng)實(shí)測(cè)含油飽和度大于58%，校正量主要以含油飽和度為主，含水飽和度校正量較低。

圖4 本文方法巖心油、水飽和度校正量

改進(jìn)的理論公式校正方法依據(jù)油水分流率理論，用可靠的巖心分析相滲數(shù)據(jù)計(jì)算分流率，校正量與巖心實(shí)際飽和度形成非線性相關(guān)關(guān)系，均是從模擬實(shí)際油水損失情況出發(fā)；并且精細(xì)考慮了流體體積隨溫度、壓力的變化和孔隙體積覆壓的變化，理論依據(jù)充分合理。

3.2 校正效果分析

將改進(jìn)的方法應(yīng)用于南海東部X油田兩口密閉取心井A井和B井，進(jìn)行校正效果分析(圖5、6)，兩口井均有充分的化驗(yàn)分析資料。A井在生物礁灰?guī)r油層段密閉取心，儲(chǔ)集空間主要是孔隙型，儲(chǔ)層物性好。B井在中淺層砂巖油層段進(jìn)行了密閉取心，為孔隙型儲(chǔ)層，物性較好。

圖5中第7道中So是校正前巖心含油飽和度，So3是校正后的含油飽和度，Sw是測(cè)井解釋含水飽和度。由圖5可以看出：1375～1380m井段物性較好、油柱較高的油層段，含油飽和度校正量較大；在1 380 m以深物性較差層段，特別是1 410 m以深含油水層段，油飽和度幾乎無校正量，因?yàn)檫@些層段巖心以水的損失為主。

密閉取心井B井壓汞資料豐富，可利用巖心毛管壓力資料計(jì)算地層原始含油飽和度，這也是測(cè)井上常用的一種標(biāo)定含油飽和度的方法[10-12]。生產(chǎn)實(shí)踐表明，在自由水界面明確且物性較好的砂巖油層，利用巖心毛管壓力計(jì)算的含油飽和度準(zhǔn)確性較高；但在一些非均質(zhì)強(qiáng)、物性差的油藏應(yīng)用效果較差。B井密閉取心段屬于均質(zhì)且物性較好的砂巖儲(chǔ)層，因此采用巖心毛管壓力資料確定的飽和度來驗(yàn)證密閉取心飽和度是適用的。圖6中第7道Sw_before和第8道Sw_after分別是校正前、后的密閉取心含水飽和度，Swe為測(cè)井計(jì)算的含水飽和度，Sw為巖心毛管壓力資料確定的含水飽和度。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，密閉取心含油飽和度的校正量較大，Sw_after與Sw吻合較好。密閉取心校正后含油飽和度與毛管壓力資料確定含油飽和度之間的絕對(duì)誤差小于4.1%(表1)，滿足測(cè)井計(jì)算精度要求，證明了本文方法的合理性。

圖6 南海東部海域X油田B井理論公式校正含油飽和度結(jié)果

深度/m含油飽和度/%測(cè)井計(jì)算毛管壓力計(jì)算巖心校正后絕對(duì)誤差/%1625 264 265 061 5-3 51631 855 356 353 0-3 31634 928 530 226 8-3 41635 99 210 28 1-2 11645 950 046 050 14 11646 871 080 280 1-0 11648 250 247 548 61 11652 145 246 347 61 31654 142 343 642 6-1 0

本文方法在A井和B井的應(yīng)用表明，改進(jìn)的理論公式適合所有較均質(zhì)的孔隙型油藏，包括砂巖和灰?guī)r，只要代入油田相滲、黏度和覆壓孔隙等資料即可得到實(shí)際校正公式，可推廣性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣。

4 結(jié)論

利用巖心相滲資料擬合得到了計(jì)算分流率的經(jīng)驗(yàn)公式，代入常規(guī)的密閉取心校正公式后，得到了改進(jìn)的校正方法。本文方法消除了常規(guī)公式計(jì)算分流率時(shí)多個(gè)重要參數(shù)難以確定的問題，提高了校正公式的易用性。

南海東部海域X油田密閉取心井應(yīng)用結(jié)果表明，本文方法校正后密閉取心飽和度結(jié)果與毛管壓力資料計(jì)算結(jié)果相近，絕對(duì)誤差小于4%，說明了本文方法的準(zhǔn)確性。

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