疏松砂巖密閉取心井油水飽和度校正

唐 磊，康 楠，何 偉，洪 鑫，劉泠杉，郭 磊，張 露

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

目前，國(guó)內(nèi)大部分油田已進(jìn)入中高含水期，改善老油田開(kāi)發(fā)效果，提高最終采收率是當(dāng)務(wù)之急，而得到準(zhǔn)確油層油水飽和度一直是油氣田開(kāi)發(fā)和油藏研究的關(guān)鍵[1-3]。而疏松儲(chǔ)層油水飽和度的精準(zhǔn)獲取更是難點(diǎn)，密閉取心技術(shù)作為提高疏松巖心取心收獲率，保護(hù)巖心不被鉆井液污染且能獲得地層真實(shí)油水情況而被有效采用。但由于疏松儲(chǔ)層飽和度資料在測(cè)量過(guò)程中存在降壓脫氣、揮發(fā)及孔隙體積變化等造成的損失，使得實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與原始值之間存在較大誤差（5 %～30 %）。因此，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的飽和度數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映地下儲(chǔ)層的實(shí)際飽和度，必須校正到油藏條件下的飽和度方可使用。

目前主要的校正方法，仍然局限于實(shí)驗(yàn)校正和經(jīng)驗(yàn)公式校正[4-6]。而實(shí)驗(yàn)校正方法局限性較大，每口密閉取心井都要做物模校正實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)且通用性和推廣性不強(qiáng)，誤差也較大，不能滿(mǎn)足大批量巖心油水飽和度實(shí)驗(yàn)測(cè)定及油田開(kāi)發(fā)后期水驅(qū)效果評(píng)價(jià)，尤其是剩余油潛力和分布的研究[7]，因此，有必要分析造成疏松砂巖儲(chǔ)層油水飽和度異常的原因，建立一套適合疏松砂巖儲(chǔ)層飽和度校正方法。

1 疏松砂巖密閉取心井飽和度影響因素

井場(chǎng)密閉取心-巖心運(yùn)達(dá)實(shí)驗(yàn)室-實(shí)驗(yàn)室取樣-油水飽和度測(cè)定這一過(guò)程中，按照標(biāo)準(zhǔn)及操作規(guī)范嚴(yán)格操作，對(duì)于密閉取心井密閉率合格，且一般采用干冰冷凍保存和液氮冷卻鉆頭進(jìn)行飽和度樣品的制備，大力縮短巖心出筒距取樣分析的時(shí)間，則可不必考慮存儲(chǔ)制備及鉆井液濾液入侵的影響。所以常規(guī)疏松砂巖儲(chǔ)層油水飽和度測(cè)量的影響因素有以下幾方面：

（1）降壓脫氣引起的油水飽和度變化。巖心取至地面過(guò)程中，由于所承受的地層條件下壓力和溫度逐漸降至大氣壓和地面環(huán)境溫度，溶于油和水的氣體隨壓力下降而膨脹，使巖心受到一次溶解氣驅(qū)，致使液體向外溢出，使原始巖心中的流體飽和度發(fā)生變化。

（2）孔隙壓實(shí)引起的油水飽和度變化。巖石在地層條件下同時(shí)承受上覆壓力和孔隙內(nèi)流體壓力，當(dāng)巖心取至地面后，上覆壓力全部釋放，使得室內(nèi)常規(guī)方法測(cè)得的孔隙體積大于地層條件下的實(shí)際孔隙體積，由于一般是根據(jù)地面條件下測(cè)得的孔隙體積進(jìn)行飽和度計(jì)算，使得計(jì)算的油水飽和度偏小。

（3）飽和度測(cè)定方法的系統(tǒng)誤差。疏松巖心樣品在測(cè)試過(guò)程中顆粒掉落致使孔隙體積存在差異，都影響常規(guī)油水飽和度的測(cè)試結(jié)果。

2 油水飽和度校正

2.1 蒸餾法飽和度校正方法

楊克兵等[8]提出兩條校正機(jī)理：一是巖性、物性相同的巖心具有相同的油水剩余率；二是具有相同的油水剩余率的巖心其油水總損失量是相同的。馬名臣等研究認(rèn)為，基于大量的資料統(tǒng)計(jì)，同一口密閉取心井，受到多種因素影響以后，其油水飽和度數(shù)據(jù)仍然存在明顯的線性關(guān)系，說(shuō)明測(cè)得的油水飽和度中存在的誤差并不是毫無(wú)規(guī)律的。

為了提高油水飽和度校正方法的精度，本文使用的流體飽和度校正方法是在馬名臣等研究基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)理統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行改進(jìn)。其原理為：當(dāng)油層中不存在游離氣而只有油水兩相時(shí)，油水飽和度關(guān)系符合下式：

據(jù)此，先根據(jù)不同巖性和滲透率級(jí)別對(duì)飽和度數(shù)據(jù)分類(lèi)，然后對(duì)經(jīng)過(guò)滲透率分類(lèi)的數(shù)據(jù)按總的油水飽和度損失量進(jìn)行分類(lèi)，最后對(duì)每類(lèi)數(shù)據(jù)按照基礎(chǔ)方法進(jìn)行校正。

但是密閉井取心起鉆的過(guò)程中，由于降壓脫氣的作用，實(shí)驗(yàn)室分析得到的油水飽和度會(huì)與地層狀態(tài)的油水飽和度存在一定的差異。通過(guò)研究3 口密閉取心井的分析結(jié)果，研究認(rèn)為室內(nèi)測(cè)定的油水飽和度數(shù)據(jù)存在明顯的線性關(guān)系，可以得到函數(shù)關(guān)系的截距和斜率。滿(mǎn)足以下關(guān)系：

圖1 三次測(cè)量核磁共振T2 譜

對(duì)比（1）式和（4）式可發(fā)現(xiàn)，要想將實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定的含水飽和度、含油飽和度還原到地下?tīng)顟B(tài)的含水飽和度Sw、含油飽和度So，關(guān)鍵在于找到a 值及b值，而這兩個(gè)參數(shù)可通過(guò)線性回歸相關(guān)關(guān)系獲得。

2.2 核磁共振技術(shù)恢復(fù)含油飽和度方法

利用核磁共振技術(shù)恢復(fù)含油飽和度這一方法，不僅避免了疏松巖心在多步驟飽和度測(cè)試過(guò)程中顆粒掉落影響孔隙體積真實(shí)值的問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)巖心無(wú)損、快速測(cè)試，準(zhǔn)確確定巖樣的油氣水損失量，使其結(jié)果更加接近儲(chǔ)層油水飽和度。

巖心出筒后第一時(shí)間進(jìn)行液氮冷凍剖心取樣，并迅速將用干冰冷凍的新鮮巖心做第一次核磁共振T2譜掃描測(cè)試；然后用模擬地層水浸泡巖心第一次測(cè)量后的巖心，并在浸泡狀態(tài)下抽真空飽和，疏松巖心抽真空至少2 h，之后做第二次核磁共振測(cè)量；最后用氯化錳氘水溶液浸泡疏松巖心至少24 h，進(jìn)行第三次核磁共振測(cè)量。從T2譜圖上可以清楚地看到油氣水的損失（見(jiàn)圖1）。

根據(jù)李碩等[9]研究成果認(rèn)為，相同條件下含油飽和度高的損失就多，相反損失就少。損失油組分的多少與含油飽和度的高低有著直接的線性關(guān)系。而樣品的滲透率及本身含油飽和度的大小都直接關(guān)系到油氣損失量的多少。所以，為了盡可能使恢復(fù)后的含油飽和度值接近儲(chǔ)層真實(shí)含油飽和度值，綜合考慮滲透率及含油飽和度兩方面的因素。因此，在此基礎(chǔ)上建立含油飽和度恢復(fù)關(guān)系式：

式中：ΔSo-含油飽和度損失量，%；Sonmr-核磁含油飽和度；Knmr-核磁滲透率，10-3μm2；So-恢復(fù)后含油飽和度。對(duì)于同一個(gè)區(qū)塊，相似的儲(chǔ)層物性等情況可用同一恢復(fù)關(guān)系式進(jìn)行恢復(fù)，但是同一關(guān)系式并不是適用于所有的井，但該方法卻適用于不同區(qū)塊不同井，所以對(duì)于不同的情況通過(guò)尋找含油飽和度損失量和核磁含油飽和度及核磁滲透率之間的線性關(guān)系，以此通過(guò)式（5）確定系數(shù)a、n、m，并通過(guò)式（6）得到恢復(fù)后的含油飽和度，即可獲得含水飽和度。

3 應(yīng)用效果分析

選取X區(qū)密閉取心井L 作為研究對(duì)象，該井取心井段為館陶組，主要巖性為砂巖。對(duì)室內(nèi)蒸餾法實(shí)驗(yàn)測(cè)定的飽和度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，油水飽和度之和主要分布在70 %～85 %，首先利用上述改進(jìn)后的數(shù)理統(tǒng)計(jì)飽和度校正方法對(duì)X 區(qū)館陶組油藏的實(shí)際資料進(jìn)行處理，分析其應(yīng)用效果。通過(guò)將整口井的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正發(fā)現(xiàn)，校正后的油水飽和度之和并不是100 %（見(jiàn)圖2），且誤差較大，故對(duì)整口井?dāng)?shù)據(jù)按層位進(jìn)行分類(lèi)。

圖2 L 井含水含油飽和度關(guān)系圖

圖3 Ⅰ小層油水飽和度關(guān)系圖

圖4 Ⅱ小層油水飽和度關(guān)系圖

圖5 Ⅲ小層油水飽和度關(guān)系圖

根據(jù)以上公式分別對(duì)各層位油水飽和度進(jìn)行第一次校正（見(jiàn)圖3～圖5），擬合精度顯著提高。分析發(fā)現(xiàn)，各層油水飽和度均有所損失，其中，Ⅰ小層油的損失量大于水的損失量，Ⅱ小層水損失量明顯大于油的損失量，Ⅲ小層水的損失量稍大于油的損失量。

經(jīng)過(guò)第一次校正后，誤差顯著降低，但此時(shí)油水飽和度之和仍不為100 %，因此分別對(duì)每個(gè)層位油水飽和度數(shù)據(jù)按照油水損失量進(jìn)行再次分類(lèi)，發(fā)現(xiàn)So-Sw之間仍存在著明顯的分區(qū)相關(guān)性，由于Ⅰ小層相關(guān)性最低，由此選取Ⅰ小層油水飽和度數(shù)據(jù)對(duì)第一次校正后的結(jié)果進(jìn)行再次校正，相關(guān)關(guān)系均在0.90 以上，最終使校正后的油水飽和度之和達(dá)到或者接近100 %（見(jiàn)圖6～圖8）。

通過(guò)對(duì)疏松砂巖密閉取心L 井館陶組Ⅰ小層具有代表性的不同滲透率級(jí)別巖心進(jìn)行核磁共振3 次測(cè)量，將核磁含油飽和度及核磁滲透率與核磁3 次測(cè)量差值計(jì)算的含油飽和度損失量進(jìn)行擬合，通過(guò)核磁法擬合公式計(jì)算的含油飽和度值與蒸餾法飽和度校正后結(jié)果做了比較（見(jiàn)圖9），相關(guān)系數(shù)R2=0.965 4，經(jīng)過(guò)核磁法恢復(fù)后的含油飽和度與經(jīng)過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)校正后的蒸餾法飽和度的結(jié)果非常接近，證明了兩種校正方法可以應(yīng)用在該井或者該區(qū)塊相似的儲(chǔ)層條件下的含油飽和度校正中。

圖6 Ⅰ小層油水飽和度分類(lèi)圖（損失量＜8 %）

圖7 Ⅰ小層油水飽和度分類(lèi)圖（損失量8 %～15 %）

圖8 Ⅰ小層油水飽和度分類(lèi)圖（損失量15 %～25 %）

圖9 兩種方法校正后飽和度對(duì)比

4 結(jié)論

（1）按照油水損失量進(jìn)行分類(lèi)改進(jìn)后的數(shù)理統(tǒng)計(jì)飽和度校正方法更適用于疏松砂巖儲(chǔ)層油水飽和度校正；

（2）利用核磁共振技術(shù)恢復(fù)含油飽和度方法，可實(shí)現(xiàn)疏松巖心無(wú)損、快速測(cè)試，并準(zhǔn)確確定巖心中的油氣水損失量，使其結(jié)果更加接近儲(chǔ)層油水飽和度真實(shí)值；

（3）數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法側(cè)重于利用數(shù)據(jù)本身的特征來(lái)反映油水損失量，而核磁共振飽和度恢復(fù)方法則側(cè)重于在模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上尋找符合目標(biāo)區(qū)域的校正方法，進(jìn)而揭示油水飽和度的損失機(jī)理和實(shí)驗(yàn)校正機(jī)理；

（4）經(jīng)過(guò)核磁法恢復(fù)后的含油飽和度與經(jīng)過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)校正后的蒸餾法飽和度的結(jié)果非常接近，證明兩種校正方法可應(yīng)用在與目標(biāo)區(qū)塊相似的儲(chǔ)層條件下的含油飽和度校正中。