陳曉明，李志愿，趙漢卿，吳曉慧，常會江

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300459)

隨著油田開發(fā)進入高含水、高采出程度的“雙高”階段，能否準(zhǔn)確預(yù)測調(diào)整井鉆后的綜合含水率直接影響著油井產(chǎn)液能力的評價[1-2]。傳統(tǒng)的預(yù)測方法主要依賴于油藏數(shù)值模擬結(jié)果或直接類比周邊井生產(chǎn)動態(tài)[3-5]，并沒有充分利用實鉆井資料，預(yù)測精度較低，這在一定程度上制約了射孔方案和泵選方案的優(yōu)化[6-8]。基于此，本文以BZ油田Sand-2砂體水淹層的測井響應(yīng)特征為研究對象，結(jié)合油藏工程理論，探討了基于常規(guī)測井資料的多層合采井含水率預(yù)測思路和方法，該方法在BZ油田局部調(diào)整實踐過程中取得了較好的應(yīng)用效果。

1 水淹層測井響應(yīng)特征

BZ油田位于渤海灣南部海域，為一繼承性發(fā)育并被斷層復(fù)雜化的斷塊構(gòu)造，屬于淺水三角洲沉積。儲層巖性復(fù)雜，以細(xì)砂巖、粉砂巖為主，儲層物性較好，平均孔隙度31%，平均滲透率1 538×10-3μm2，屬于高孔-高滲儲層。油田砂體儲量規(guī)模差異較大，開發(fā)早期采用了水平井分層系開發(fā)，目前油田綜合含水84.5%，采出程度24.3%。為降低開發(fā)風(fēng)險，在局部調(diào)整階段油田選擇縱向疊合程度較高的區(qū)域?qū)嵤┒ㄏ蚓用?。該油田儲層以正韻律沉積為主，從儲層頂部至儲層底部物性逐漸變好，油層原始電阻率也相應(yīng)變高，經(jīng)過長期注水開發(fā)后，一方面注入水沖刷導(dǎo)致儲層孔喉半徑略有增加，另一方面注入水與地層水的混合導(dǎo)致混合液礦化度升高，兩種作用協(xié)同使得油層水淹后的電阻率呈現(xiàn)明顯降低的特征。圖1為Sand-2砂體儲層原始狀態(tài)下的測井響應(yīng)曲線。圖1中電阻率曲線反映出了明顯的正韻律特征，由砂體頂部至底部，儲層物性逐漸變好，電阻率數(shù)值逐漸增大；圖2為Sand-2砂體儲層在經(jīng)過水驅(qū)開發(fā)后由過路井B22測得的部分水淹后的測井響應(yīng)曲線。圖2中電阻率曲線反映出砂體上部電阻率隨物性變好而逐漸增大，為未水淹層，但在垂深1 228 m之下，電阻率呈現(xiàn)明顯下降的趨勢，為儲層水淹后的特征。

2 水淹級別定量評價

基于以上測井響應(yīng)特征，在水淹層解釋過程中，可以用實測水淹層電阻率計算當(dāng)前含水飽和度，利用油田原始物性資料進行原始電阻率的反演，進而得到原始含水飽和度，最后利用兩個飽和度之間的差異計算驅(qū)油效率，結(jié)合驅(qū)油效率與含水率之間的定量關(guān)系，確定水淹級別[9-10]。

2.1 含水飽和度計算

BZ油田水淹前后的測井含水飽和度計算模型采用印度尼西亞公式[11-13]效果較好，見式(1)：

(1)

式中：Sw為含水飽和度；Vsh為泥質(zhì)含量；φ為孔隙度；Rsh為泥巖電阻率，Ω·m；Rt為地層電阻率，Ω·m；Rw為地層水電阻率，Ω·m；a為巖性系數(shù)；m為膠結(jié)系數(shù)；n為飽和度指數(shù)。

1)巖電參數(shù) 巖電參數(shù)a、m和n可以通過巖電實驗獲得，BZ油田采用的印度尼西亞公式中涉及的巖電參數(shù)取值分別為：a=1.0，m=1.82，n=1.84。

2)地層電阻率 原始地層電阻率本文采用相鄰區(qū)域反演法得到，調(diào)整階段的地層電阻率可通過實測資料獲得。BZ油田儲層發(fā)育穩(wěn)定，原始狀態(tài)下純油層段的深側(cè)向電阻率與物性曲線關(guān)系對應(yīng)較好，電阻率與有效孔隙度具有很好的相關(guān)性(見圖3)，因此可以通過選取調(diào)整區(qū)域周邊相同構(gòu)造高度的未水淹井作為參考井，利用物性曲線進行原始電阻率反演。

3)地層水電阻率 原始地層水電阻率采用開發(fā)方案設(shè)計階段的地層水電阻率，調(diào)整階段的地層水電阻率是原始地層水與注入水混合后的值，因此準(zhǔn)確計算混合水電阻率是評價水淹層剩余油飽和度的關(guān)鍵，在BZ油田測井解釋過程中，采用了混合水電阻率模型[14-17]。

溶液導(dǎo)電的本質(zhì)是溶液中離子的定向移動，溶液混合前后應(yīng)滿足離子平衡條件，結(jié)合巖石體積物理模型可得到：

(2)

式中：cwm、cwc、cwi分別為混合液礦化度、原始地層水礦化度、注入水礦化度，mg/L；Swc為束縛水飽和度，%。

該式即為混合液地層水離子導(dǎo)電模型，結(jié)合前人對溶液電阻率、溫度以及礦化度關(guān)系的研究[18]，地層混合水電阻率可表示為：

(3)

式中：Rwm為地層混合水電阻率，Ω·m；T為地層溫度，℃；α為溫度系數(shù)，通常取0.025；β為常數(shù)，通常取-0.95。

當(dāng)?shù)貙与娮杪蔙t采用調(diào)整井實測的電阻率Rd，地層水電阻率Rw采用混合液地層水電阻率Rwm時，由印度尼西亞公式得到的含水飽和度為當(dāng)前調(diào)整階段時期的含水飽和度：

(4)

聯(lián)立式(2)、(3)、(4)即可獲得地層混合水電阻率Rwm和當(dāng)前的含水飽和度Sw。

2.2 驅(qū)油效率計算

基于以上分析，采用雙飽和度法[12,19]可以確定當(dāng)前油層的驅(qū)油效率η，公式為：

(5)

為確定水淹級別，通常將含水率作為評價參數(shù)，水淹解釋過程中需要根據(jù)相滲曲線關(guān)系將驅(qū)油效率轉(zhuǎn)化為含水率，BZ油田驅(qū)油效率與含水率關(guān)系可根據(jù)本油田相滲數(shù)據(jù)計算獲得(見圖4)，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以含水率10%、40%、80%作為水淹級別[4]界限，得到該油田水淹級別判斷標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 BZ油田水淹級別判斷標(biāo)準(zhǔn)

3 多層油藏含水率表征模型

為評價多段油層合采初期的產(chǎn)能，需要對投產(chǎn)初期的含水率做出準(zhǔn)確預(yù)測，傳統(tǒng)方法以數(shù)值模擬和類比法為主，對實鉆井資料利用不夠充分。本部分在水淹定量評價的基礎(chǔ)上對多層油藏投產(chǎn)初期含水率進行定量預(yù)測，該方法采用加權(quán)平均的方式，對所有層段的水淹解釋結(jié)果進行加權(quán)平均，預(yù)測得出所有層段同時打開后的綜合含水率。

流體在儲層孔隙中的流動符合達西定律，根據(jù)水電相似原理，某一層段的產(chǎn)液量可表示為[20]：

(6)

式中：qL為產(chǎn)液量，m3/d；P為儲層任一點壓力，MPa；r為儲層任一點位置，m；Rw為井筒半徑，m；R為儲層滲流阻力，MPa·d/m4。

根據(jù)兩相滲流理論[21]，此處滲流阻力可表示為：

(7)

式中：K為儲層滲透率，10-3μm2；h為儲層厚度，m；Krw為水相滲透率，無因次；Kro為油相滲透率，無因次；μw為水相黏度，mPa·s；μo為油相黏度，mPa·s。

為直觀描述滲流阻力的大小，根據(jù)文獻[22]，在此引入流度Mt：

(8)

由(8)式可以看出流度的大小取決于巖石相對滲透率的大小，類似地，通過相滲公式轉(zhuǎn)換，可以得到流度與驅(qū)油效率的關(guān)系曲線，如圖5所示。

聯(lián)立式(6)、(7)、(8)，儲層產(chǎn)液量展開式為：

(9)

假設(shè)油藏共有n個小層，對每個小層進行加權(quán)平均可得多層油藏綜合含水率Fw：

(10)

將式(9)帶入式(10)，并化簡：

(11)

由式(11)可以看出，與儲層綜合含水率直接相關(guān)的兩個動態(tài)參數(shù)分別為單層段的流度和含水率，這兩個動態(tài)參數(shù)可以通過測井解釋結(jié)果(驅(qū)油效率)轉(zhuǎn)化得到。

4 礦場實例分析

BZ油田在開發(fā)調(diào)整階段共實施了13口定向井(6注7采)，根據(jù)本文水淹級別定量評價方法對調(diào)整井各層段水淹情況解釋并對投產(chǎn)后含水率進行預(yù)測。以B31井為例，在未水淹油層段反演的原始電阻率基本上與相移電阻率重合，而在水淹層段，反演的原始電阻率則明顯比相移電阻率高，且水淹程度越高，二者的幅度差越大(見圖6)。表2為B31井綜合含水率預(yù)測所用到的評價參數(shù)，考慮到第6號小層水淹程度較高且5號小層未進行避射，在實際計算過程中5號小層的驅(qū)油效率選用兩個小層的平均值，最終預(yù)測綜合含水為53.5%。

表2 BZ油田調(diào)整井綜合含水率定量評價參數(shù)(以B31為例)

圖7為B31井投產(chǎn)后開采特征曲線，該井投產(chǎn)后3個月內(nèi)的綜合含水率維持在50%至60%之間，與預(yù)測值較為吻合。根據(jù)射孔原則，采用本文方法對其他6口采油井投產(chǎn)初期綜合含水率進行預(yù)測，預(yù)測含水率與實際生產(chǎn)情況符合程度超過80%(見圖8)，驗證了新方法是準(zhǔn)確可靠的。該方法可為油田剩余油分布研究、調(diào)整井射孔方案敏感性分析、采油井電泵排量合理選擇等提供技術(shù)支持。

5 結(jié)論與認(rèn)識

1)基于Sand-2砂體測井響應(yīng)特征分析，明確了BZ油田油層水淹前后的測井響應(yīng)差異和特點，并根據(jù)雙飽和度法給出油田水淹級別判斷標(biāo)準(zhǔn)；

2)基于水淹定量評價結(jié)果，結(jié)合水電相似原理和兩相滲流理論，建立了多段油層合采井綜合含水率定量表征模型，模型表明與綜合含水率直接相關(guān)的兩個動態(tài)參數(shù)為單層段的流度和含水率，可通過驅(qū)油效率換算得到；

3)新方法成功指導(dǎo)了BZ油田調(diào)整井投產(chǎn)初期的含水率預(yù)測，彌補了渤海油田多層油藏綜合含水率預(yù)測方法的局限性，可為后續(xù)類似油田的調(diào)整研究提供參考。