田曉冬，曾玉生，李穎　(中石油冀東油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北 唐山 063004)

南堡凹陷水驅(qū)油巖石電阻率變化特征研究

田曉冬，曾玉生，李穎(中石油冀東油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北 唐山 063004)

[摘要]南堡凹陷低礦化度地層水條件下砂巖油層電阻率變化范圍較大,當(dāng)注入水礦化度接近或低于地層水礦化度時(shí),水淹層與油層的測(cè)井電阻率差別較小,因此利用電阻率測(cè)井識(shí)別水淹層難度很大。在實(shí)驗(yàn)室模擬地下油層水淹過(guò)程,以多種礦化度水驅(qū)溶液分別驅(qū)替飽含油巖石,在驅(qū)替過(guò)程中測(cè)量巖石水驅(qū)油電阻率、含水飽和度和水驅(qū)倍數(shù)等參數(shù),研究不同巖性、物性的巖石在多種礦化度注入水水驅(qū)油過(guò)程中電阻率的變化特征及其影響因素。通過(guò)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù),揭示了多種礦化度注入水水驅(qū)油巖石電阻率復(fù)雜的變化特征及其主要影響因素,為電阻率測(cè)井識(shí)別水淹層奠定了基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]多種礦化度水驅(qū)溶液;水驅(qū)油巖石電阻率;水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù);含水飽和度;水驅(qū)倍數(shù)

目前，地層的解釋評(píng)價(jià)主要依靠電阻率-三孔隙度測(cè)井系列，電阻率是識(shí)別和評(píng)價(jià)砂巖儲(chǔ)層含油性的重要依據(jù)。油田在注入淡水開(kāi)發(fā)以后，水淹層和油層的電阻率特征差別很小，水淹層電阻率變得更為復(fù)雜。不少學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)手段探索和研究了水驅(qū)油巖石電阻率的變化特征。孫德明等[1]、原海涵等[2]均研究過(guò)淡水水驅(qū)油巖石電阻率變化特征，得出了最基本的認(rèn)識(shí)，具有一定的指導(dǎo)作用，但對(duì)于特定油田的地質(zhì)特征和開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，缺少針對(duì)性，不能有效指導(dǎo)水淹層的識(shí)別。為此，筆者以渤海灣南堡凹陷古近系沙河街組注水開(kāi)發(fā)層系的鉆井取心巖樣為研究對(duì)象，對(duì)水驅(qū)油巖石電阻率變化特征及影響因素進(jìn)行探索分析。

研究區(qū)儲(chǔ)層巖性主要以中-粗砂、中-細(xì)砂和含礫砂巖為主；孔隙度主要分布在10%～22%，滲透率主要分布在1～1000mD；原始地層水礦化度約在1000～5000mg/L，水型一般為NaHCO3型。不同時(shí)期的注入水礦化度也不同，約在500～3500mg/L，水型為NaHCO3型。原始油層電阻率變化范圍較大，一般在10～100Ω·m。

1水驅(qū)油巖石電阻率試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在具有不同巖性、物性且測(cè)井特征較為穩(wěn)定的鉆井取心段取樣，巖樣的巖性、物性能夠代表區(qū)塊或?qū)酉档挠蛯犹卣?。以區(qū)塊地層水分析化驗(yàn)礦化度為依據(jù)，設(shè)計(jì)試驗(yàn)飽和水礦化度為3000mg/L，水型為NaCl型。參考區(qū)塊不同時(shí)期注入水礦化度資料，設(shè)計(jì)試驗(yàn)驅(qū)替水礦化度分別為600、800、1000、1200、1500、2000、2500、3000mg/L，水型為NaCl型。

在實(shí)驗(yàn)室首先測(cè)量巖石的孔隙度和滲透率，然后用礦化度為3000mg/L的NaCl溶液通過(guò)真空加壓飽和至100%含水，用油驅(qū)水至束縛水狀態(tài)時(shí)，用設(shè)計(jì)的每一種礦化度水溶液分別驅(qū)替飽含油巖石，在驅(qū)替過(guò)程中測(cè)量含水飽和度、水驅(qū)倍數(shù)及其對(duì)應(yīng)的電阻率。巖樣開(kāi)始水驅(qū)至含水飽和度穩(wěn)定時(shí)，測(cè)量點(diǎn)不少于7個(gè)，以確保電阻率隨含水飽和度的變化有顯著特征；繼續(xù)水驅(qū)，測(cè)量電阻率、含水飽和度和水驅(qū)倍數(shù)，直到注入水大約是巖樣孔隙體積的10倍時(shí)為止，該階段的測(cè)量點(diǎn)不少于4個(gè)。

2水驅(qū)油巖石電阻率影響因素及變化特征

從試驗(yàn)過(guò)程可以看出，飽含油巖石在水驅(qū)過(guò)程中的變化因素主要包括含水飽和度、注入水礦化度和水驅(qū)倍數(shù)3個(gè)因素，通過(guò)分析這些影響因素的變化來(lái)研究水驅(qū)油巖石電阻率的變化特征。

2.1　含水飽和度對(duì)水驅(qū)油巖石電阻率的影響

圖1是一塊巖樣的多礦化度水驅(qū)油巖石電阻率與含水飽和度關(guān)系圖，巖樣孔隙度為17.7%，滲透率為87.5mD，物性較好，水驅(qū)倍數(shù)約在1倍之內(nèi)。從圖1可見(jiàn)，當(dāng)一塊巖樣的注入水礦化度一定時(shí)，隨著注入水的增加，含水飽和度增大，電阻率也隨之發(fā)生復(fù)雜的變化，隨著注入水礦化度的不同，電阻率隨含水飽和度的變化特征也不同。

2.2　注入水礦化度對(duì)水驅(qū)油巖石電阻率的影響

從圖1可見(jiàn)，在巖性、物性、含水飽和度等一定時(shí)，注入水礦化度越高，水驅(qū)油巖石電阻率就越低，電阻率隨注入水礦化度的增高而降低。

2.3　水驅(qū)倍數(shù)對(duì)水驅(qū)油巖石電阻率的影響

定義注入水體積與巖石孔隙體積的比值為水驅(qū)倍數(shù)。圖2是一塊巖樣的多礦化度水驅(qū)油巖石電阻率與水驅(qū)倍數(shù)關(guān)系圖，當(dāng)注入水礦化度一定時(shí)，水驅(qū)倍數(shù)約在1倍之內(nèi)，電阻率隨含水飽和度的增大變化較大，隨著水驅(qū)的繼續(xù)，當(dāng)水驅(qū)倍數(shù)約大于1之后，巖石中基本只剩殘余油，含水飽和度基本穩(wěn)定不變，隨水驅(qū)倍數(shù)的增大，水驅(qū)油巖石電阻率也基本穩(wěn)定，不再發(fā)生大的變化。

圖1　多礦化度水驅(qū)油巖石電阻率與含水飽和度關(guān)系圖　　圖2　多礦化度水驅(qū)油巖石電阻率與水驅(qū)倍數(shù)關(guān)系圖

2.4　水驅(qū)油巖石電阻率的變化特征

當(dāng)水驅(qū)倍數(shù)約在1倍之內(nèi)，注入水礦化度不同時(shí)，隨含水飽和度的增大，電阻率的變化特征較為復(fù)雜。注入水礦化度為600、800、1000mg/L時(shí)，隨著注水過(guò)程的進(jìn)行，含水飽和度逐漸增大，水驅(qū)油巖石電阻率由開(kāi)始下降逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙?，呈不?guī)則“U”型，1個(gè)電阻率對(duì)應(yīng)2個(gè)或多個(gè)含水飽和度(見(jiàn)圖1)。注入水礦化度越低，“U”型特點(diǎn)越顯著，且水驅(qū)油巖石電阻率最低值也越大。注入水礦化度為600、800mg/L時(shí)，巖石中可動(dòng)油飽和度基本為零時(shí)的水驅(qū)油巖石電阻率達(dá)到的最大值，超過(guò)飽含油時(shí)的電阻率，注入水礦化度越低，水驅(qū)油巖石電阻率最大值也越高。當(dāng)注入水礦化度為1200、2000mg/L時(shí)，隨著注水過(guò)程的進(jìn)行，含水飽和度逐漸增大，水驅(qū)油巖石電阻率持續(xù)下降，1個(gè)電阻率對(duì)應(yīng)1個(gè)含水飽和度。同一含水飽和度時(shí)的水驅(qū)油巖石電阻率隨注入水礦化度的增大而降低。

當(dāng)水驅(qū)倍數(shù)大于約1倍之后，注入水礦化度為1000mg/L時(shí)的水驅(qū)油巖石電阻率最高，其次為1500、2000mg/L，注入水礦化度為2500mg/L時(shí)的水驅(qū)油巖石電阻率最低(見(jiàn)圖2)。當(dāng)注入水礦化度一定時(shí)，水驅(qū)倍數(shù)增大，水驅(qū)油巖石電阻率基本穩(wěn)定；注入水礦化度越高，水驅(qū)油巖石電阻率越低，電阻率隨注入水礦化度的增高而降低。

3水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)變化特征

由于不同巖石的巖性、物性等因素的差異，也會(huì)導(dǎo)致水驅(qū)油巖石電阻率與含水飽和度的關(guān)系有差別，為便于研究不同巖石之間的水驅(qū)油巖石電阻率與含水飽和度之間的差異，分析同一塊巖石在水驅(qū)過(guò)程中電阻率與飽含油時(shí)的變化特點(diǎn)，定義水驅(qū)油巖石電阻率與飽含油巖石電阻率的比值為水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)。將巖石物性分為較好、中等、較差3個(gè)等級(jí)，分析和比較3種物性的巖石水驅(qū)油電阻率降低系數(shù)與含水飽和度關(guān)系的差異，并研究水驅(qū)油巖石電阻率與飽含油巖石電阻率相比的變化特點(diǎn)。

3.1　水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)與含水飽和度的關(guān)系

圖3為1號(hào)巖樣多礦化度注入水的水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)與含水飽和度關(guān)系圖，巖石孔隙度為15.7%、滲透率為2.24mD，巖石物性較差，水驅(qū)倍數(shù)約在1倍之內(nèi)?？梢钥闯?，注入水礦化度在600、1200、2000mg/L時(shí)，水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)隨含水飽和度變化的曲線呈不規(guī)則“U”型，曲線開(kāi)口相對(duì)較小、底部較窄。

圖4為2號(hào)巖樣多礦化度注入水的水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)與含水飽和度關(guān)系圖，巖石孔隙度為19.3%、滲透率為37.1mD，巖石物性中等，水驅(qū)倍數(shù)約在1倍之內(nèi)?？梢钥闯?，注入水礦化度在600、800、1000mg/L時(shí)，水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)隨含水飽和度變化的曲線呈不規(guī)則“U”型，曲線變緩、開(kāi)口稍大、底部稍寬；注入水礦化度在1200mg/L時(shí)，水驅(qū)巖石電阻率降低系數(shù)下降到最低后略有小幅上升或不規(guī)則波動(dòng)；注入水礦化度在2000mg/L時(shí)，水驅(qū)巖石電阻率降低系數(shù)持續(xù)降低。

圖3　1號(hào)巖樣水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)　　　　　　　圖4　2號(hào)巖樣水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)　與含水飽和度關(guān)系圖　與含水飽和度關(guān)系圖

圖5為3號(hào)巖樣多礦化度注入水的水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)與含水飽和度關(guān)系圖，巖石孔隙度為22.9%、滲透率為136.5mD，巖石物性較好，水驅(qū)倍數(shù)約在1倍之內(nèi)。可以看出，注入水礦化度在600、800、1000mg/L時(shí)，水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)隨含水飽和度變化的曲線呈不規(guī)則“U”型，曲線開(kāi)口最大、底部較寬；注入水礦化度在1200mg/L時(shí)，水驅(qū)巖石電阻率降低系數(shù)下降到最低后略有小幅上升或不規(guī)則波動(dòng)；注入水礦化度在2000mg/L時(shí)，水驅(qū)巖石電阻率降低系數(shù)持續(xù)降低，只是在底部下降的幅度變緩。當(dāng)水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)隨含水飽和度變化的曲線呈不規(guī)則“U”型時(shí)，1個(gè)水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)對(duì)應(yīng)2個(gè)或多個(gè)含水飽和度。

圖5　3號(hào)巖樣水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)　與含水飽和度關(guān)系圖

3塊巖樣多礦化度注入水水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)的最小值和最大值見(jiàn)表1。由表1 可見(jiàn)，不同巖性物性的巖石，在水驅(qū)過(guò)程中，多礦化度注入水水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)最大值為1.02，最小值為0.62，注入水礦化度越高，最大值和最小值就越小。隨著物性的變好，水驅(qū)油巖石電阻率與含水飽和度交會(huì)圖中的不規(guī)則“U”型曲線開(kāi)口變大、底部變寬。

表1　水驅(qū)巖石電阻率降低系數(shù)最小值和最大值統(tǒng)計(jì)表

3.2　水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)與水驅(qū)倍數(shù)的關(guān)系

如圖6所示，在水驅(qū)過(guò)程中，當(dāng)水驅(qū)倍數(shù)大約在1倍之內(nèi)時(shí)，水驅(qū)油巖石電阻率的變化最大；當(dāng)水驅(qū)倍數(shù)約大于1倍之后，隨水驅(qū)倍數(shù)的增大，水驅(qū)油巖石電阻率基本不變。注入水礦化度為1000mg/L時(shí)的水驅(qū)油電阻率降低系數(shù)最大，2500mg/L時(shí)最小。在相同水驅(qū)倍數(shù)(水驅(qū)倍數(shù)大于1倍時(shí))下，水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)隨注入水礦化度的增大而減小。

圖6　水驅(qū)油巖石電阻率降低系數(shù)與水驅(qū)倍數(shù)關(guān)系圖

4結(jié)論

1)在巖石水驅(qū)過(guò)程中，當(dāng)水驅(qū)倍數(shù)約在1倍之內(nèi)時(shí)，隨著含水飽和度的增大，水驅(qū)油巖石電阻率的變化幅度較大，變化規(guī)律非常復(fù)雜；當(dāng)水驅(qū)倍數(shù)約大于1倍之后，同一注入水礦化度的水驅(qū)油巖石電阻率基本不變。影響水驅(qū)油巖石電阻率發(fā)生變化的因素主要有含水飽和度、注入水礦化度和水驅(qū)倍數(shù)。當(dāng)巖石的巖性物性不同時(shí)，這3個(gè)因素對(duì)水驅(qū)油巖石電阻率變化的影響程度也不同。

2)水驅(qū)倍數(shù)約在1倍之內(nèi)且注入水礦化度較低時(shí)，水驅(qū)油巖石電阻率與含水飽和度關(guān)系圖的“U”型特征指示出，在水驅(qū)過(guò)程中，1個(gè)水驅(qū)油巖石電阻率可以對(duì)應(yīng)2個(gè)甚至多個(gè)含水飽和度，即1個(gè)電阻率可以解釋出不同的水淹強(qiáng)度，也就是電阻率測(cè)井解釋油層水淹強(qiáng)度存在多解性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]孫德明，褚人杰，王紹民，等.儲(chǔ)層條件下水淹油層測(cè)井響應(yīng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究[A].水驅(qū)油田開(kāi)發(fā)測(cè)井96國(guó)際學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C].北京：石油工業(yè)出版社，1996.

[2]原海涵，趙渝萍.“U”形曲線的解釋——巖心水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的導(dǎo)電機(jī)理[A].水驅(qū)油田開(kāi)發(fā)測(cè)井96國(guó)際學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C].北京：石油工業(yè)出版社，1996.

[編輯]龔丹

[引著格式]田曉冬，曾玉生，李穎.南堡凹陷水驅(qū)油巖石電阻率變化特征研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ,2015,12(26):33~36.

[中圖分類號(hào)]P631.84

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2015)26-0033-04

[作者簡(jiǎn)介]田曉冬(1982-)，女，工程師，現(xiàn)主要從事水淹層解釋評(píng)價(jià)工作，445930324@qq.com。

[收稿日期]2014-11-20