水淹层测井识别方法研究及效果验证

贺顺义,谢 楠,彭洪波,张成学

(1.中国地质大学(北京),北京100083;2.中海石油研究中心,北京100027;3.中国石油大港油田公司,天津300280)

水淹层测井识别方法研究及效果验证

贺顺义1,谢 楠2,彭洪波3,张成学1

(1.中国地质大学(北京),北京100083;2.中海石油研究中心,北京100027;3.中国石油大港油田公司,天津300280)

油田在长期注水开发过程中,不仅储层孔隙空间结构发生变化,而且储层含油饱和度也发生了变化,形成了水淹层。水淹层的测井解释是油田开发的一个难题,经研究分析表明,油层水淹前后的测井响应特征不同,且从宏观沉积特征看,不同的沉积微相类型,其储层物性在水淹前后变化量也不同。据此,可以通过单井常规测井资料解释,或通过一些特殊测井资料与常规测井资料的综合分析来解释和识别水淹层,并依据对子井测井曲线特征研究、生产动态资料研究、密闭取心资料分析、沉积微相划分及多井综合评价等一系列技术对解释结果进行有效性验证,从而找到水淹层电性特征与含油饱和度及沉积特征的关系,达到准确解释水淹层的目的。

水淹层;常规测井;特殊测井;沉积微相;对子井;密闭取心

勘探开发中后期,水驱油田的测井解释成为油气开发中的重要环节[1]。随着油田注水开发时间的延长,主力油层被水淹的情况越来越严重。在此情况下,水淹层解释技术就显得越来越重要。然而,由于各油田的地质结构、注入水性质、开发条件均不相同,尚没有一种通用的水淹层测井解释方法。为此,从水淹层特征入手,根据单一测井曲线的水淹层特性以及多种测井曲线水淹特征的组合分析,阐述水淹层段的测井响应特征及其识别方法。

1 水淹层测井响应特征及识别方法

随着油田勘探开发程度的提高,各种测井、钻井及岩心分析化验资料日益丰富齐全。在钻井较多的地区,充分利用丰富的常规测井资料,尽可能地优选对水淹层反应敏感的特殊测井资料,结合区域沉积微相展布特征及开发动态资料,可以有效地研究采油区水淹情况,划分水淹级别,指导开发方案的部署。

1.1 常规测井响应特征及识别方法

1.1.1 电阻率测井

随着油田的注水开发,地层孔隙中水的含量及其矿化度都在不断发生变化。注入水的矿化度高低决定了地层电阻率与含水饱和度的变化特征,一般有三种形式:(1)注入淡水时(矿化度小于3 000 mg/L),电阻率随着含水饱和度的增加,呈现不对称的U字形变化,即随着水淹强度的加强,电阻率开始降低,达到某一极值后电阻率反而增加;(2)注入低矿化度污水时(矿化度在20 000～100 000 mg/L),随着油层水洗程度的加强,电阻率开始下降,降到某一低值后上升,上升到一定值后又下降,电阻率随含水饱和度的变化形态像一个水平放置的S形;(3)注入高矿化度的污水时,电阻率与含水饱和度关系比较简单,基本为单调递减变化,即随着含水饱和度的增加电阻率下降[2](图1)。

图1 大港油田X1井水淹层常规测井曲线特征Fig.1 Conventional logging characteristic of water flooding layer in well X1

利用电阻率测井识别水淹层通常有两种方法:(1)径向电阻率比值法。当泥浆滤液电阻率大于地层水电阻率时,油层显示为低阻侵入和无侵入特征,水层和水淹层显示为高阻侵入特征。通常在水淹层中,随着水淹程度的增强,侵入径向特征明显。(2)井间电阻率比值法。这种方法主要适用于污水、地层水或咸水等非淡水水淹层的识别,在水淹层部位电阻率明显下降,利用原始状态下所钻老井的深电阻率和新井的深电阻率进行比较,若二者有较大差别说明新井对比层位已被水淹[3]。根据研究区块制定出不同水淹级别的井间电阻率比值标准,对新井水淹层水淹级别进行定性识别。主要表现为电阻率不同程度的降低和深浅电阻率曲线的重合。

对于由储层岩性、残余油饱和度高等特殊原因造成的高阻水淹层,单从电阻率测井曲线研究,容易出现误判,常常被解释为油层或者弱水淹层,需结合其它测井资料进行综合判断。

1.1.2 自然电位测井

未水淹的储层,当其物性及厚度相近的情况下,储层电阻率值越低,自然电位异常幅度越大。油层水淹后自然电位曲线会发生显著变化,在水淹层位,由于注入水与原始地层水矿化度的差异,导致自然电位曲线基线发生偏移、异常幅度增大或者异常方向发生翻转。基线偏移的大小主要取决于水淹前后地层水矿化度的比值,二者的比值越大,表明油层水淹程度越高,则自然电位基线偏移越大。另外,水淹层中地层与井筒之间的压力差较大,使得过滤电位与扩散吸附电位电动势增大,从而造成水淹层自然电位幅度大于油层甚至水层自然电位幅度(图1)。

值得注意的是,在油层水淹初期,由于地层混合液矿化度一般与泥浆滤液矿化度差别较大,利用自然电位幅度变化识别水淹层效果较好,但当水淹时间很长时,自然电位曲线异常幅度变得很小,识别效果变差[4]。

1.1.3 声波时差测井

声波在岩石中的传播速度受岩石骨架性质、孔隙分布特征及孔隙中的流体性质控制。一方面,由于水淹后储层受到长时间冲刷,岩石孔隙度会明显增大;反之,如果地层中富含易膨胀的黏土矿物(如蒙脱石),水淹会导致孔隙度显著降低。另一方面,随着水淹程度的增加,地层压力会发生变化。孔隙大小及其结构的改变,以及地层压力的变化,都会直接造成弹性波能量衰减,从而在水淹部位导致声波时差值增大(图1)。

1.1.4 自然伽马测井

地层自然伽马放射性强弱决定于泥岩层中的铀、钍、钾等放射性同位素的含量。油层水淹后,自然伽马测井曲线发生两种截然相反的变化:(1)受注入水流冲刷,微细颗粒随混合液发生位移,将砂层中富含放射性元素的泥质颗粒带走,与开发初期邻井同一层位相比,储层自然伽马曲线值明显减小;(2)受地下压力差作用,富含放射性元素的的微细颗粒顺地层水流动方向发生位移,在已射孔的产层周围沉淀聚集,造成该地层自然伽马测井响应表现为异常高值[5]。

1.1.5 中子伽马测井

中子伽马测井主要反映地层中的氢元素含量,测量结果受氯含量的影响大,当油层水淹后,水淹部位氯元素增加,使得中子伽马值增大。

1.1.6 声波时差—密度交会图版综合判断

密度测井获得的是地层的总孔隙度,受地层内流体性质影响不大(气层除外),而声波测井获得的是地层的有效孔隙度,且受流体性质影响较大。油层水淹后,黏土或泥质被溶解或冲走,势必增大其有效孔隙,反映在声波时差上显示增大,因此利用二者孔隙度的差值或比值,可以作为一种识别水淹层的方法。

1.2 特殊测井水淹层识别

1.2.1 核磁共振测井识别水淹层

利用核磁共振测井能确定流动流体与束缚流体的界限,从而确定束缚水饱和度。油层水淹后,其储层性质、孔隙结构、流体性质等都会发生变化,这些变化都会在核磁共振测井响应上有所体现,因而可以研究水淹层的水淹程度[6]。

受岩石非均质性影响,水淹层一般具有局部水淹特征,在驱动作用下,注入水或者地层水总是优先流入渗透率高的地层,从而具有较大的T1和T2;而渗透率相对低的地层则水淹程度低,剩余油饱和度相对较大,从而具有较小的T1和T2。因此,水淹层在核磁共振测井标准T2谱、移谱、差谱上反映出与油层、水层不同的响应特征,可根据水淹后储层的物性变化来判别水淹层的水淹状况。

1.2.2 双频介电测井

双频介电测井(简称DPT)是测量高频电磁波在地层传播过程中由于几何扩散及介质的介电损耗所产生的幅度衰减和相位变化,这种变化与地层特性密切相关[7]。介电测井受地层水矿化度的影响比常规电阻率测井受地层水矿化度的影响小得多,所以介电测井是识别高阻水层、低阻油层、淡水水淹层的一种较好的测井方法。

介电测井适用条件:地层电阻率大于2Ω·m,不宜在低阻地层或盐水钻井液中使用;介电测井的探测深度很浅,不适宜在钻井液浸泡时间较长的井眼条件,适合用于低孔、低渗地层或钻井液侵入很浅的井眼条件。在开发区块,由于油、水关系复杂、注入水矿化度不稳定,常规测井资料难以准确解释水淹层,而介电测井可确定水淹层,并能划分水淹强度,提高解释符合率。

1.2.3 中子寿命测井

油层水淹后,热中子寿命特征将发生变化,其变化程度主要取决于储层中氯离子的含量,即取决于驱替油的水化学成分[8]。在地层原始状态下,油层的含氯量很低;当油层开始被水淹后,随着含水饱和度的不断增大,地层孔喉被驱替水占据和浸泡,地层中的含氯量随之增加,热中子寿命测井值显著增大,增大范围取决于水淹程度。

2 识别效果验证

根据研究区拥有的的资料情况及开发程度,可选择不同的方法进行水淹层测井解释和评价,为了得到较高的解释符合率,对于水淹层解释结果,须通过以下几种方法进行验证和分析。

2.1 根据对子井对比研究

井距很小的相邻两口井(对子井)测井曲线一般能反映同一个地质体的电性特征,通过对几个相同储层的测井对比,可以观察油层水淹前后测井响应特征的变化。以大港油田某区两口对子井X2a井和X2b井为例(图2),两口井相距45 m, X2a井是开发初期一口生产井,X2b井是油田水淹后新钻的井。从两口井曲线形态来看,蓝色矩形区域所示的砂岩层是典型的水淹层,水淹前后电性曲线显示出明显的变化,特别是自然电位和电阻率曲线。

2.2 根据密闭取心资料分析

密闭取心资料能够最直观地反映地下岩石的真实状态,主要用于观察取心井段含流体情况。在含水率较高的井区,根据密闭取心检查井的岩心分析资料,结合相应试油试采结果进行观察分析,既可直接获取储层水淹状况,又可统计不同类型油层的见水层厚度、水淹段厚度及驱油效率。水淹区密闭取心检查井法适用于水驱砂岩油藏。

2.3 根据开发动态资料分析

根据一口井在井区中所处的位置,可以通过分析其与注水井之间的关系,间接判断油层是否水淹。如果周围有注水井,且该油层物性很好,吸水能力强,又在主水流方向,则可解释为水淹层;如果周围没有注水井,则要谨慎判断。从开发井注采剖面可以实时掌握油层水淹动态,用实际动态资料验证测井资料识别水淹层方法的可靠性。

2.4 根据沉积微相研究结果

一般来说,水线推进速度与沉积微相密切相关,因而沉积相与水淹级别有着直接关系[9-10]。以河流相沉积为例,主河道等沉积微相一般位于古河道水流强度最大的部位,且顺河道方向容易造成水淹。河道沉积表现为沉积物颗粒粗、沉积厚度大,储层物性高孔高渗的特点,因此,对于该类储层首先水淹。通过前人对水淹层研究表明,主河道、河口沙坝大多为强水淹层,水淹级别高,含水上升很快;分支河道、泛滥平原含水上升速度相对低,相应的水淹级别也低。

平面上水驱方向主要受沉积微相和非均质性控制,沉积微相控制了渗透率的分布,而高渗透带又控制了注入水的流动方向。

3 结论

(1)大规模的水淹层识别必须依靠常规测井资料。在特殊测井标定下的常规测井资料水淹层解释,准确率高,经济实用。开展有针对性的组合测井和综合解释,是提高水淹层测井解释水平的必然方向。

(2)水淹层解释模型需与时俱进,不断更新。油田进入开发中后期,其物性、含油性均会发生变化,开发初期使用的解释模型,已不再适用于水淹层的解释。因此,必须建立新的水淹层解释模型,提高水淹层解释水平。

(3)充分利用特殊测井的特殊作用,选择识别水淹层最有效的测井方法,对常规测井资料进行“刻度”,寻找水淹层在常规测井曲线上的响应特征。

(4)动态资料、试油资料及对子井研究依然是界定水淹层最直接、最可靠的方法,应作为水淹层识别的首选资料。

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[10]张善成.砂岩油田高含水期水淹层测井方法综合研究[R].华北油田研究院,1996.

Iden tification and evaluation of water flooded zones with logging data and itsapplication

He Shunyi1,Xie Nan2,Peng Hongbo3,Zhang Chengxue1
(1.China U niversity of Geoscience(Beijing),Beijing100083;2.CNOOC Research Center,Beijing100027;3.Dagang Oilfield Co.,PetroChina,Tianjin300280)

During long term water injection period,both the pore texture and oil saturation of reservoir have changed,resulting in the development of water flooded layers.It is a difficult matter to conduct interp retation of water flooded layer w ith logging data during oil field development.According to analysisof this study,log responses are quite different before and after oil layer been water flooded.In addition,for different sedimentary microfacies,their physical p ropertiesof reservoir before and after water flooding are also quite different.Therefore,w ater flooded layers can be identified by conventional log analysis or by multidisciplinary analysis w ith conventional and special log data.For the interp retation results,validity check can be carried out by a series of method such as log characters comparison of adjacent-wells, production performance data study,sealed coring data analysis,sedimentary microfacies division and multiwell comp rehensive evaluation and so on.

water flooded layers;conventional log;purpose log;sedimentary microfacies;adjacent-wells; sealed coring data

book=91,ebook=2

P631.8+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.091

1008-2336(2010)02-0091-05

2010-02-26;改回日期:2010-03-25

贺顺义,1974年生,男,地球物理测井工程师,石油地质专业工程硕士学位,现就读于中国地质大学(北京),攻读理科博士学位,石油地质专业。E-mail:he—shy@126.com。