水淹層電阻率變化規律研究

冷先剛, 張志國, 陳建文, 蒲磊, 吳小寧, 時建超

(1.長慶油田分公司第十二采油廠地質研究所, 甘肅 合水 745400; 2.長慶油田勘探開發研究院, 陜西 西安 710021; 3.長慶油田蘇里格研究中心, 陜西 西安 710021)

0 引 言

老區加密調整井水淹層解釋精度不高,解釋圖版可靠性較差,部分高電阻率油層試油結論與解釋成果不符,直接影響剩余油分布規律研究和剩余油挖潛措施效果?；旌纤娮杪誓Ｐ痛嬖诓蛔?不能完全解釋高電阻率水淹層的形成機理。關于混合水電阻率的研究,王少卿等[1]以kumkol油田為例,地層水淡化所引起的電阻率升高抵消不了含水飽和度的變化引起的電阻率降低效應,油層含水飽和度上升導致電阻率降低。雍世和等[2]認為在注淡水開發油田過程中,電阻率呈U型變化,在水淹初期,含水飽和度的增加占主導地位,油層電阻率下降,水淹一定程度后,淡化起主要作用,油層電阻率升高,明顯高于油層電阻率。范宜仁等[3-5]通過實驗研究淡水驅替過程中巖石電阻率的變化規律,認為電阻率隨含水飽和度變化存在S型、U型和L型。張超謨等[6]基于陽離子交換與物質平衡模擬了遼河油田和吐哈油田水層電阻率變化過程。王麗[7]基于并聯導電模型評價水淹層。楊景強[8]認為陽離子交換不可低估,采用改進并聯模型計算混合地層水電阻率。申林輝[9]建立了在變倍數多倍注入水條件下基于物質平衡理論的地層水電阻率模型,在計算混合液礦化度時采用陽離子交換模式,而計算混合液電阻率時又采用并聯電阻率模型。俞軍等[10]研究了不同潤濕性巖石淡水驅替過程中巖石電阻率的變化,不同的潤濕性電阻率的變化規律不同。

本文主要討論:①既然淡化作用抵消不了含水飽和度的變化引起的電阻率降低,那么高電阻率水淹層成因如何解釋;②建立在陽離子交換作用基礎上的并聯電阻率改進模型的依據是什么;③反映水淹層電阻率隨含水飽和度變化規律的水淹油層電阻率或增大系數與含水飽和度關系曲線型態的控制因素有哪些。

圖2 不同Cw/Cwj比值下Cwz和Rwz與Sw關系圖

1 混合水電阻率模型的建立

地層水與注入水礦化度有差異,二者之間必然存在陽離子交換,當時間足夠長時,可以達到平衡狀態;隨著新注入水的注入,之前的注入水會被新到達的注入水所驅替而向前移動,含水飽和度也隨之增大,達到平衡狀態后的混合水地層水與新的注入水之間仍然存在礦化度的差異,二者之間同樣存在陽離子交換,直至達到新的平衡狀態;當新注入水不斷驅替原有經過陽離子交換而達到平衡狀態的注入水后,陽離子交換不斷打破舊有的平衡狀態而建立新的平衡狀態,直至混合地層水與新注入水不存在礦化度差異(見圖1)。

圖1 混合水電阻率模型示意圖

采用NaCl水溶液模擬原始地層水和注入水,根據陽離子交換和物質平衡原理,建立混合水電阻率模型公式

CwiSwi+CwjdSw=CwzSw

(1)

則,CwiSwi+CwjdSw=(Cwi+dCwz)(Swi+dSw),

(Cwj-Cwi)dSw=(Swi+dSw)dCwz=SwdCwz

(2)

電阻率與礦化度關系[2]

(3)

Rwz=45.5Rwnz/(T+21.5)

(4)

式中,Sw為總含水飽和度,%;Cwz混合水陽離子礦化度,mg/L;Cwj注入水陽離子礦化度,mg/L;Swi束縛水含水飽和度,%;Cwi為原始地層水礦化度,%;Rwzn和Cwzn分別是24 ℃混合地層水電阻率和礦化度;Rwz是溫度T時混合地層水電阻率。

根據式(2)至式(4)可以計算任何溫度下水淹層混合地層水礦化度及電阻率。圖2為溫度為50 ℃、原始地層水礦化度為100 000 mg/L、束縛水飽和度為20%、殘余油飽和度為30%的儲層在注入水和與原始地層水礦化度不同比值下混合水礦化度和電阻率與含水飽和度關系圖。

2 水淹層電阻率變化規律

在前述混合水電阻率模型建立的基礎上,利用

阿爾奇公式[2,8]計算水淹層電阻率相對于原始油電阻率的增大系數,研究水淹層變化規律。

(3)

(4)

I=Rt/Rti=(Rwz/Rw)×(Swi/Sw)n

(5)

(6)

式中,Rti為原始油層電阻率;Rt為水淹層電阻率;Rwz為混合地層水電阻率;Rw為原始地層水電阻率;Sw為水淹層總含水飽和度;Swi為原始束縛水飽和度;I為電阻率增大系數;a為與巖石有關的比例系數,一般為0.6～1.5;m為巖石的膠結指數,常取2左右;b為與巖性系數,常取1;n為飽和度指數,常取2;φ為巖石孔隙度。

根據式(6)可以計算任意條件下,水淹層電阻率相對于原始油電阻率的增大系數。由式(6)可知,水淹層電阻率增大系數與注入水陽離子礦化度Cwj、原始地層水礦化度Cwi、含水飽和度Sw、束縛水含水飽和度Swi、殘余油飽和度Sor及n值有關。由于式(6)比較復雜,在以上因素影響下,本文采用數值模擬及圖解的方法討論水淹層電阻率增大系數與含水飽和度變化規律。

2.1 不同原始地層水礦化度與注入水礦化度比值Cwi/Cwj

圖3為溫度為50 ℃,Cwi=100 000 mg/L,Swi=20%,Sor=30%,a=1,b=1,m=2,n=2,在不同注入水與原始地層水礦化度比值下,電阻率增大系數與含水飽和度關系圖。從圖3看出,①在相同的飽和度下,Cwi/Cwj比值越大,電阻率增大系數越大;②在不同Cwi/Cwj比值下,電阻率增大系數隨含水飽和度增大,變化規律有所不同,基本可以分為3類。

圖3 不同Cw/Cwj比值下Rt/Rti與Sw關系圖

(1) Ⅰ類水淹類型。水淹層電阻率不斷減小,電阻率增大系數始終小于1,原始地層水礦化度與注入水礦化度比值Cwi/Cwj<2.4。盡管混合地層水礦化度隨著注入水的注入而不斷下降,混合地層水電阻率不斷增大,然而混合地層水電阻率增大不足以抵消含水飽和度增大對水淹層電阻率的影響,電阻率增大系數始終小于1,水淹層電阻率不斷減小。

(2) Ⅱ類水淹類型。電阻率先減小后增大最后持續減小,電阻率增大系數始終小于1,原始地層水礦化度與注入水礦化度比值2.4≤Cwi/Cwj≤3.2。初始階段,隨注入水的注入,混合地層水礦化度減小,混合地層水電阻率增大,然而混合水電阻率的影響不足以抵消含水飽和度增大對水淹層電阻率的影響,電阻率增大系數小于1,電阻率減小;中期階段,混合地層水礦化度繼續降低,當混合水電阻率大于含水飽和度增大對水淹層電阻率的影響時,電阻率開始增大,但始終小于原始油層電阻率;后期階段,混合水礦化度增大至注入水礦化度,混合水電阻率等于注入水電阻率后,水淹層電阻率隨含水飽和度增大而持續降低。

(3) Ⅲ類水淹類型。電阻率先減小后增大最后持續減小,早期電阻率增大系數不斷減小且小于1,中期電阻率增大至大于1,后期電阻率增大系數不斷減小,可能減小至小于1,原始地層水礦化度與注入水礦化度比值Cwi/Cwj>3.2。初始階段,隨注入水的注入,混合地層水礦化度減小,混合地層水電阻率增大,然而混合水電阻率的影響不足以抵消含水飽和度增大對水淹層電阻率的影響,電阻率增大系數小于1,電阻率減小;中期階段,混合地層水礦化度繼續降低,當混合水電阻率大于含水飽和度增大對水淹層電阻率的影響時,電阻率開始增大,當含水飽和度繼續增大,電阻率增大系數大于1,混合水地層電阻率增大至大于原始油層電阻率;后期階段,混合水礦化度增大至注入水礦化度,混合水電阻率等于注入水電阻率,水淹層電阻率隨含水飽和度增大而持續降低。

圖4 不同Cwi值下Rt/Rti與Sw關系圖

2.2 不同原始地層水礦化度Cwi

圖4分別為溫度為50 ℃,Cwi=100 000 mg/L,Cwi=10Cwj,Cwi=3Cwj,Swi=20%,Sor=30%,a=1,b=1,m=2,n=2,在不同原始地層水礦化度下,電阻率增大系數與含水飽和度關系圖。從圖4可以看出,相同原始地層水礦化度與注入水礦化度比值下,原始地層礦化度越大,電阻率增大系數越小,但是差異相對較小。

2.3 不同飽和度系數n值

圖5分別為溫度為50 ℃,Cwi=100 000 mg/L,Cwi=10Cwj,Cwi=4Cwj,Swi=20%,Sor=30%,a=1,b=1,m=2,在不同飽和度系數n下,電阻率增大系數與含水飽和度關系圖。從圖5可以看出,①相同原始地層水礦化度與注入水礦化度比值和含水飽和度下,飽和度系數n值越大,電阻率增大系數越小;②在其他情況相同的情況下,不同的飽和度系數下,水淹類型可以從Ⅲ類水淹類型變為Ⅱ類水淹類型甚至是Ⅰ類水淹類型;③按照電阻率增大系數隨含水飽和度變化曲線形態劃分水淹類型時,不能只考慮原始地層水礦化度與注入水礦化度比值或原始地層水電阻率與注入水電阻率比值,還需要考慮飽和度系數n值的大小。

2.4 不同束縛水飽和度Swi和殘余油飽和度Sor

圖6分別為溫度為50 ℃,Cwi=100 000 mg/L,Cwi=10Cwj[圖6(a)、圖6(c)],Cwi=3Cwj[圖6(b)、圖6(d)],a=1,b=1,m=2,n=2,在不同原始束縛水飽和度和殘余油飽和度下,電阻率增大系數與含水飽和度關系圖。從圖6可以看出,不同束縛水飽和度下,曲線的形態基本一致,束縛水飽和度越大,最大電阻率增大系數對應的含水飽和度越大;殘余油飽和度只是影響含水飽和度的變化范圍,并不影響曲線的基本形態。

3 應用實例

長慶油田延長組長6層某注水開發區塊,長6層油層電阻率20～30 Ω·m,平均原始地層礦化度89 200 mg/L。按照注入水來源,可將該開發區塊分為清水區和污水回注區,清水區注入水礦化度為600 mg/L,污水回注區污水的礦化度與原始地層水礦化度接近。清水區和污水區水淹層電阻率變化特征截然不同,污水回注區由于污水的礦化度與原始地層水接近,表現為Ⅰ類水淹類型,隨著水淹程度的增加,電阻率不斷減小,含水率不斷增大,如W90-261井目的層電阻率為17 Ω·m,較原始油層電阻率低10 Ω·m,試油日產油0.0 t,日產水48.6 m3,礦化度88 940 mg/L;清水區由于礦化度遠低于原始地層水礦化度,表現為Ⅲ類水淹類型特征,在水淹中后期電阻率大于原始油層電阻率,部分井電阻率高達100 Ω·m,是原始油層電阻率3～4倍,早期解釋為油層,試油為高含水,如W17-232井位該注水開發區塊清水區內,目的層電阻率為72.3 Ω·m,較該區原始油層電阻率高49 Ω·m,試油日產油0.0 t,日產水66.0 m3,投產后含水一直高于98%,礦化度2 230 mg/L。后期加密調整井避開異常高電阻率油層射孔,取得較好的效果。

4 結 論

(1) 水淹層電阻率變化規律受原始地層水礦化度與注入水礦化度比值、原始地層水礦化度、飽和度系數n值、束縛水飽和度及殘余油飽和度等諸多因素的綜合控制。

(2) 地層水礦化度與注入水礦化度比值和飽和度系數n值為水淹層電阻率變化規律主控因素,原始地層水礦化度大小和束縛水飽和度及殘余油飽和度為次要控制因素。

(3) 相同的飽和度系數n值、不同原始地層水礦化度與注入水礦化度比值下,電阻率增大系數隨含水飽和度增大,變化規律不同,基本可以分為3類水淹類型;不同水淹類型原始地層水礦化度與注入水礦化度比值范圍主要受飽和度系數n值的控制。

(4) 飽和度系數n值越小、原始地層水礦化度與注入水礦化度比值越大,出現高電阻率水淹層的概率越大。

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