本發(fā)明涉及一種石油勘探開(kāi)發(fā)行業(yè)測(cè)井領(lǐng)域中的一種飽和度評(píng)價(jià)方法,具體的說(shuō)是一種新的水淹層飽和度模型的建立方法。
背景技術(shù):
水淹層測(cè)井飽和度評(píng)價(jià)是油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一項(xiàng)重要技術(shù),如何提供可靠的測(cè)井飽和度解釋結(jié)論一直是測(cè)井分析人員不斷探索解決的一個(gè)難題。而對(duì)于不同地質(zhì)條件下水淹狀況的復(fù)雜性又給測(cè)井飽和度評(píng)價(jià)增加了難度。水淹復(fù)雜情況在一定程度上影響決策者開(kāi)采方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施及開(kāi)發(fā)效果。因此,有必要開(kāi)展水淹層測(cè)井飽和度解釋研究,建立更符合真實(shí)水淹機(jī)理的飽和度模型,這也是注水開(kāi)發(fā)長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn),提高油田最終采收率的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
目前對(duì)水淹層飽和度模型主要集中在兩大類方法上:一類是并聯(lián)電阻率模型,另一類是基于離子交換與物質(zhì)平衡方程的電阻率模型。并聯(lián)電阻率模型采用水淹層巖石體積模型構(gòu)建,將水淹層巖石體積劃分為不同組分,假設(shè)各個(gè)組分是并聯(lián)導(dǎo)電從而計(jì)算巖石電阻率;基于離子交換與物質(zhì)平衡方程的電阻率模型假設(shè)離子之間進(jìn)行相互交換,進(jìn)而計(jì)算不同含水飽和度下混合液礦化度,得到混合液電阻率,從而計(jì)算巖石電阻率。
對(duì)于并聯(lián)電阻率模型,最簡(jiǎn)單模型為注入水與原始地層水完全獨(dú)立,以并聯(lián)方式導(dǎo)電,導(dǎo)電公式如下:
式中,rz為混合液電阻率,sw為地層中含水飽和度,swi為束縛水飽和度,rwi為束縛水電阻率,rwj為注入水電阻率。
該并聯(lián)模型完全將注入水與原始地層水獨(dú)立,并沒(méi)有考慮兩者之間離子交換作用,而且無(wú)法表示淡水水淹地層電阻率“u”型或者“s”型的特征。申輝林等人引入注入水倍數(shù)參數(shù),將注入水體積與相滲曲線結(jié)合,其并聯(lián)模型為:
式中,v1為束縛水體積,v2為注入水體積,v為束縛水與注入水體積之和。該并聯(lián)模型可以表示出淡水水淹地層電阻率“u”型或者“s”型的特征,但該水淹層巖石體積物理模型并聯(lián)過(guò)程中把從地層中產(chǎn)出的水也計(jì)算在內(nèi),不符合實(shí)際情況。
第二類電阻率計(jì)算模型是基于離子交換與物質(zhì)平衡方程的電阻率模型。鄒長(zhǎng)春等人根據(jù)兩種溶液混合前后的離子數(shù)不變的原理,提出了計(jì)算混合液平均礦化度進(jìn)而得到混合液電阻率的公式:
vc=v1c1+v2c2
式中,c1、c2分別是第一、二種溶液的礦化度;c是混合液礦化度。在特定的溫度下,溶液的電阻率與礦化度之間具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,利用這種關(guān)系可以有效地計(jì)算混合液電阻率。但該水淹層巖石體積物理模型假設(shè)兩種混合液完全混合,與真實(shí)水淹機(jī)理相差較大。
無(wú)論是并聯(lián)電阻率模型還是基于離子交換與物質(zhì)平衡方程的電阻率模型,有兩點(diǎn)水淹機(jī)理沒(méi)有考慮:一是注入水與原始地層水會(huì)發(fā)生離子交換,但由于接觸程度不同,注入水并不能完全接觸所有束縛水,兩種溶液并不是完全融合;二是水淹層巖石體積物理模型中注入水體積應(yīng)為孔隙中自由流動(dòng)的注入水體積,而不是總體積。為了得到更符合實(shí)際的水淹層飽和度模型,提高飽和度測(cè)井解釋的精度,必須要考慮上述真實(shí)的水淹機(jī)理。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的就是針對(duì)目前水淹層飽和度模型水淹機(jī)理與實(shí)際條件相差較大、飽和度計(jì)算精度較低的問(wèn)題,提供一種基于數(shù)字巖心技術(shù)進(jìn)行水淹機(jī)理分析,得到不同注入水礦化度下電性規(guī)律,可以獲得更加準(zhǔn)確的測(cè)井解釋水淹層飽和度,為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供有力幫助的基于數(shù)字巖心的水淹層新飽和度模型建立方法。
其技術(shù)方案是:基于數(shù)字巖心的水淹層新飽和度模型建立方法,首先根據(jù)注入水先與大孔隙表面的薄膜束縛水接觸,后與小孔隙束縛水接觸,給出大孔隙薄膜束縛水和小孔隙束縛水的漸進(jìn)混合式水淹層巖石體積物理模型,然后構(gòu)建水淹層數(shù)字巖心,基于數(shù)字巖心技術(shù)進(jìn)行水淹機(jī)理分析,得到不同注入水礦化度下電性規(guī)律,并得出不同注入水礦化度下電性規(guī)律計(jì)算公式,最終構(gòu)建水淹層新飽和度模型。
基于數(shù)字巖心的水淹層新飽和度模型建立方法,包括以下步驟:
a.建立新等效水淹層巖石體積物理模型
根據(jù)注入水先與大孔隙表面的薄膜束縛水接觸,后與小孔隙束縛水接觸,將地層束縛水分為大孔隙薄膜束縛水swi1和小孔隙束縛水swi2,新等效水淹層巖石體積物理模型包括五部分:巖石骨架、剩余油、大孔隙薄膜束縛水、小孔隙束縛水、孔隙中注入水;
b.構(gòu)建水淹層數(shù)字巖心
通過(guò)ct掃描法或數(shù)值模擬方法構(gòu)建水淹層數(shù)字巖心;
c.基于數(shù)字巖心技術(shù)進(jìn)行水淹機(jī)理分析,確定不同注入水礦化度下電性規(guī)律,并得出不同注入水礦化度下電性規(guī)律計(jì)算公式
首先需要確定束縛水分布:采用格子boltzmann方法,得到數(shù)字巖心中流體流速分布,當(dāng)孔隙中流體流速為零時(shí),認(rèn)為該部分孔隙為束縛水;束縛水位置不變,采用數(shù)學(xué)形態(tài)法確定孔隙內(nèi)其它位置的流體分布,進(jìn)而得到不同含水飽和度下巖心流體分布;
然后在電性計(jì)算輸入?yún)?shù)時(shí),將束縛水分為兩部分,一部分為注入水直接接觸到的大孔隙束縛水,另一部分為與注入水較遠(yuǎn)或未接觸到的小孔隙束縛水,根據(jù)產(chǎn)水率劃分水淹級(jí)別,將束縛水電阻率輸入?yún)?shù)按照水驅(qū)油過(guò)程分為三個(gè)階段:未水淹階段,中低水淹階段,高水淹階段;
最后得出不同注入水礦化度下電性規(guī)律計(jì)算公式,即不同含水飽和度下不同水的電導(dǎo)率計(jì)算如下:
其中,假設(shè)在未水淹階段無(wú)離子交換;在中低水淹階段假設(shè)注入水離子與大孔隙薄膜束縛水逐漸交換,直到該階段結(jié)束完成,注入水與大孔隙薄膜束縛水完全離子交換;在高水淹階段,注入水開(kāi)始與小孔隙束縛水進(jìn)行離子交換,直到注入水將油完全驅(qū)替,束縛水礦化度等于注入水礦化度;
未水淹階段,產(chǎn)水率fw≤10%,大、小孔隙束縛水礦化度為地層原始礦化度;
中低水淹階段,產(chǎn)水率10%<fw≤80%,進(jìn)行離子交換的束縛水電阻率:
其中,
高水淹階段,產(chǎn)水率fw>80%,進(jìn)行離子交換的束縛水電阻率:
其中,
基于步驟b構(gòu)建的水淹層數(shù)字巖心,將以上公式計(jì)算得到的參數(shù)、注入水礦化度參數(shù)等輸入電性計(jì)算中,得出不同注入水礦化度下電性規(guī)律;
d.構(gòu)建水淹層新飽和度模型
根據(jù)步驟c所述,漸進(jìn)混合式水淹層新飽和度模型分為三個(gè)階段:
第一階段,未水淹階段,地層產(chǎn)水率fw≤10%,混合液電阻率計(jì)算公式:
式中,rz為混合液電阻率,sw為地層中含水飽和度,swi為束縛水飽和度,rwi為束縛水電阻率,rwj為注入水電阻率;該階段的起始狀態(tài)為sw=swi,混合液電阻率為束縛水電阻率,沒(méi)有注入水注入,該階段的結(jié)束狀態(tài)為未水淹階段的結(jié)束,即sw=swt1,swt1為fw=10%時(shí)地層含水飽和度;
第二階段,中低水淹階段,地層產(chǎn)水率10%<fw≤80%,含水飽和度與注入倍數(shù)之間的關(guān)系如下式所示:
等效的注入水與大孔隙束縛水部分離子交換后的混合液礦化度為cwp:
混合液電阻率為:
式中,參數(shù)p計(jì)算方式與第三步計(jì)算方式一致,束縛水礦化度cwi,注入水礦化度cwj,t為溫度,單位為攝氏度;
混合液電阻率rz為:
第三階段,高水淹階段,地層產(chǎn)水率fw>80%。等效的注入水及大孔隙薄膜束縛水與小孔隙束縛水部分離子交換后的混合液礦化度cwq:
混合液電阻率為:
式中,參數(shù)q計(jì)算方式與第三步計(jì)算方式一致,束縛水礦化度cwi,注入水礦化度cwj,t為溫度,單位為攝氏度;
混合液電阻率rz為:
在得到混合液電阻率rz后,將其帶入印度尼西亞方程,從而計(jì)算水淹層含水飽和度:
式中,vclay為泥質(zhì)含量,rt為地層電阻率。
所述水淹層數(shù)字巖心構(gòu)建方法中的ct掃描方法是從水淹層取心后進(jìn)行ct掃描,對(duì)ct掃描圖像進(jìn)行濾波處理、圖像分割及代表元體積分析后得到巖石基質(zhì)的三維數(shù)字巖心;數(shù)值模擬方法是根據(jù)常規(guī)巖心分析孔滲數(shù)據(jù)約束,采用過(guò)程法構(gòu)建水淹層數(shù)字巖心。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較,具有以下優(yōu)點(diǎn):基于數(shù)字巖心的水淹層新飽和度模型計(jì)算水淹層飽和度,能夠考慮大孔隙薄膜束縛水和小孔隙束縛水離子交換作用,得到不同注入水礦化度下電性規(guī)律,可以準(zhǔn)確計(jì)算水淹層飽和度,為測(cè)井評(píng)價(jià)儲(chǔ)層以及油田開(kāi)發(fā)提供幫助,在計(jì)算水淹層飽和度方面具備其它滲透率模型無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),實(shí)際應(yīng)用效果顯著,因此極具推廣價(jià)值。
附圖說(shuō)明
下面是結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是新等效水淹層巖石體積物理模型示意圖;
圖2是水淹層數(shù)字巖心的示意圖;
圖3是水淹層數(shù)字巖心不同注入水礦化度下電阻率變化規(guī)律;
圖4和圖5是利用本發(fā)明對(duì)埕島油田井測(cè)井資料處理成果圖;
圖6是新飽和度模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
基于數(shù)字巖心的水淹層新飽和度模型的構(gòu)建步驟如下:
第一步,建立新等效水淹層巖石體積物理模型。
如圖1所示為新等效水淹層巖石體積物理模型,包括五部分:巖石骨架、剩余油、大孔隙薄膜束縛水、小孔隙束縛水、孔隙中注入水。
第二步,構(gòu)建水淹層數(shù)字巖心。
收集水淹層巖心粒度資料和壓汞資料,常規(guī)巖心分析孔隙度36.07%,滲透率1189.10md,根據(jù)孔、滲參數(shù)對(duì)沉積過(guò)程進(jìn)行約束,采用過(guò)程法構(gòu)建水淹層數(shù)字巖心,模型的分辨率為15μm,邊長(zhǎng)為1.05cm,如圖2所示(孔隙1,骨架2)。由于模型尺寸較大,數(shù)值模擬計(jì)算量也較大,因此需要選擇一個(gè)大小合適的數(shù)字巖心,既具有相似的巖石物理屬性,又具有較高的運(yùn)算效率。對(duì)數(shù)字巖心進(jìn)行rev分析,選取的邊長(zhǎng)為0.3mm較為合適。
第三步,數(shù)字巖心技術(shù)進(jìn)行水淹機(jī)理分析,研究不同注入水礦化度下電性規(guī)律。
基于第二步rev分析后構(gòu)建的數(shù)字巖心,采用格子boltzmann方法,得到數(shù)字巖心中流體流速分布,當(dāng)孔隙中流體流速為零時(shí),認(rèn)為該部分孔隙為束縛水。束縛水位置不變,采用數(shù)學(xué)形態(tài)法確定孔隙內(nèi)其它位置的流體分布,進(jìn)而得到不同含水飽和度下巖心流體分布。該數(shù)字巖心束縛水飽和度為35.73%,殘余油飽和度22.01%,大孔隙薄膜束縛水飽和度30.28%,小孔隙束縛水飽和度5.45%。經(jīng)過(guò)計(jì)算,未水淹階段結(jié)束fw=10%時(shí)地層含水飽和度為40.93%,中低水淹結(jié)束fw=80%時(shí)地層含水飽和度為49.35%。埕島油田原始地層水的礦化度平均為4730mg/l,因此,在數(shù)值模擬中采用地層水礦化度4730mg/l,注入水礦化度分別為1000mg/l,3000mg/l,8000mg/l,15000mg/l,30000mg/l。在20℃下,地層水電阻率1.25ω.m,注入水電阻率分別為5.46ω.m,1.92ω.m,0.76ω.m,0.42ω.m,0.23ω.m。在電性計(jì)算輸入?yún)?shù)時(shí),油和骨架的電導(dǎo)率均為0,而孔隙中的水分為經(jīng)過(guò)離子交換的注入水、大孔隙經(jīng)過(guò)離子交換的束縛水、大孔隙原始束縛水、小孔隙經(jīng)過(guò)離子交換的束縛水、小孔隙原始束縛水五類。
未水淹階段、中低水淹階段、高水淹階段不同含水飽和度下不同水的電導(dǎo)率計(jì)算如下:
未水淹階段,注入水量少,注入水接觸到束縛水體積少,產(chǎn)水率fw≤10%,大、小孔隙束縛水礦化度為地層原始礦化度;
中低水淹階段,注入水量增加,產(chǎn)水率10%<fw≤80%,注入水與大孔隙束縛水離子混合程度等效為注入水與大孔隙束縛水體積的p倍(0≤p≤1)中的離子完全平均混合,假設(shè)參數(shù)p是線性變化的,即參與注入水離子交換的大孔隙薄膜水的體積是線性增加的,直到該階段結(jié)束,所有大孔隙薄膜束縛水均與注入水離子完全平均混合,此時(shí),地層產(chǎn)水率fw=80%,p的計(jì)算公式為:
參數(shù)p=0為中低水淹階段開(kāi)始時(shí),即sw=swt1,swt1為fw=10%時(shí)地層含水飽和度,p=1為中低水淹階段結(jié)束時(shí),即sw=swt2,swt2為fw=80%時(shí)地層含水飽和度。進(jìn)行離子交換的束縛水電阻率:
其中,
高水淹階段,產(chǎn)水率fw>80%,注入水開(kāi)始與小孔隙束縛水進(jìn)行離子交換,直到注入水將油完全驅(qū)替,束縛水礦化度等于注入水礦化度。注入水及大孔隙薄膜束縛水與小孔隙束縛水離子混合程度等效為注入水及大孔隙薄膜束縛水與小孔隙束縛水體積的q倍(0≤q≤1)中的離子完全平均混合,假設(shè)參數(shù)q是線性變化的,即參與注入水離子交換的小孔隙束縛水的體積是線性增加的,直到該階段結(jié)束,所有小孔隙薄膜束縛水均與注入水離子完全平均混合,q的計(jì)算公式為:
參數(shù)q=0為中高水淹階段開(kāi)始時(shí),即sw=swt2,swt2為fw=80%時(shí)地層含水飽和度;q=1為水淹階段結(jié)束時(shí),即sw=1。進(jìn)行離子交換的束縛水電阻率:
其中,
基于步驟b構(gòu)建的水淹層數(shù)字巖心,將以上公式計(jì)算得到的參數(shù)、注入水礦化度參數(shù)等輸入電性計(jì)算中,得出不同注入水礦化度下電性規(guī)律。
在參數(shù)確定后,利用有限元方法計(jì)算不同注入水礦化度和不同含水飽和度條件下巖石電阻率。圖3為水淹層數(shù)字巖心cb1fb-3-20為不同注入水礦化度下電阻率變化規(guī)律,可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)注入水礦化度小于地層水礦化度,巖心電阻率隨著含水飽和度增加呈現(xiàn)先減小后增大再減小的“s”型曲線。礦化度越低,“s”曲線上升幅度越大。當(dāng)注入水礦化度大于地層水礦化度,巖心電阻率隨著含水飽和度增加逐漸減小,礦化度越高,減小的幅度越大。
第四步,構(gòu)建水淹層新飽和度模型
漸進(jìn)混合式水淹層新飽和度模型分為三個(gè)階段。
第一階段,未水淹階段,地層產(chǎn)水率fw≤10%,混合液電阻率計(jì)算公式:
式中,rz為混合液電阻率,sw為地層中含水飽和度,swi為束縛水飽和度,rwi為束縛水電阻率,rwj為注入水電阻率。該階段的起始狀態(tài)為sw=swi,混合液電阻率為束縛水電阻率,沒(méi)有注入水注入,該階段的結(jié)束狀態(tài)為未水淹階段的結(jié)束,即sw=swt1,swt1為fw=10%時(shí)地層含水飽和度。
第二階段,中低水淹階段,地層產(chǎn)水率10%<fw≤80%,假設(shè)地層大孔隙薄膜束縛水swi1,小孔隙束縛水swi2,總束縛水swi,注入倍數(shù)為k,巖石體積v,孔隙度φ注入水驅(qū)替地層中油氣,地層此時(shí)含水飽和度為sw,累計(jì)注入量為kvφ,產(chǎn)油氣量qo=φv(sw-swi),產(chǎn)水量qw=kvφ-φv(sw-swi)=φv(k-(sw-swi))。
產(chǎn)水率公式:
含水飽和度與注入倍數(shù)之間的關(guān)系如下式所示:
等效的注入水與大孔隙束縛水部分離子交換后的混合液礦化度為cwp:
混合液電阻率rz為:
式中,參數(shù)p計(jì)算方式與第三步計(jì)算方式一致,束縛水礦化度cwi,注入水礦化度cwj,t為溫度,單位為攝氏度。
混合液電阻率rz為:
第三階段,高水淹階段,地層產(chǎn)水率fw>80%。等效的注入水及大孔隙薄膜束縛水與小孔隙束縛水部分離子交換后的混合液礦化度cwq:
混合液電阻率為:
式中,參數(shù)q計(jì)算方式與第三步計(jì)算方式一致,束縛水礦化度cwi,注入水礦化度cwj,t為溫度,單位為攝氏度。
混合液電阻率rz為:
在得到混合液電阻率rz后,將其帶入印度尼西亞方程,從而計(jì)算水淹層含水飽和度:
式中,vclay為泥質(zhì)含量,rt為地層電阻率。
第五步,實(shí)際資料處理
收集井中20塊水淹層巖心資料,對(duì)于每塊巖心重復(fù)以上四步。通過(guò)對(duì)構(gòu)建的20塊數(shù)字巖心進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)大孔隙薄膜水與
相關(guān)系數(shù)r2為0.70。
利用收集到的巖心分析資料擬合相滲透率經(jīng)驗(yàn)公式、總束縛水飽和度經(jīng)驗(yàn)公式、殘余油飽和度經(jīng)驗(yàn)公式,埕島油田地下原油粘度平均33mpa﹒s,原始地層水粘度0.446mpa﹒s。地溫梯度0.0385℃/m。將這些計(jì)算參數(shù)帶入水淹層新飽和度模型并編制處理程序。在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中為減小誤差,采用迭代的方法求取地層含水飽和度。根據(jù)井密閉取芯對(duì)應(yīng)的層位,利用編制的新水淹層測(cè)井飽和度解釋程序,選取兩個(gè)深度段進(jìn)行處理,分別為1260m-1310m和1430m-1490m,處理結(jié)果如圖4和圖5所示。將新飽和度模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,如圖6所示,平均相對(duì)誤差為8.86%,驗(yàn)證了基于數(shù)字巖心的水淹層新飽和度模型的適用性。
利用本發(fā)明基于數(shù)字巖心的水淹層新飽和度模型計(jì)算水淹層飽和度,能夠解決目前水淹層飽和度模型水淹機(jī)理與實(shí)際條件相差較大、飽和度計(jì)算精度較低的問(wèn)題?;跀?shù)字巖心技術(shù)進(jìn)行水淹機(jī)理分析,將束縛水分為大孔隙薄膜束縛水和小孔隙束縛水兩類并分別考慮離子交換,得到不同注入水礦化度下電性規(guī)律,可以獲得更加準(zhǔn)確的測(cè)井解釋水淹層飽和度,為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供有力幫助,具有較高推廣價(jià)值和社會(huì)效益。
本發(fā)明并不限于上述的實(shí)施方式,在本領(lǐng)域技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi),還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化,變化后的內(nèi)容仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。