輕質油藏密閉取芯飽和度校正新方法

汪瑞宏，李興麗，崔云江

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300459)

引 言

密閉取芯是了解水淹層剩余油飽和度的直接手段，對判斷油層水淹狀況、認識地下剩余油分布規律，合理制定開發方案具有重要的作用。渤海油田從2013年開始進行輕質油藏密閉取芯，并嘗試用數理統計方法校正，但校正效果不理想。

渤海B油田地層原油密度為0.622～0.652 g/cm3，平均地層原油黏度0.45 mPa·s，屬于典型的輕質油藏。該油田自1990年開始人工注水開發，2015年鉆調整井B-6井，并在該井進行密閉取芯，實驗測量含油飽和度為6.98%～22.3%。

本文系統分析了影響飽和度測量的因素以及各主要因素對飽和度測量值的影響，在渤海油田首次開展了降壓脫氣實驗，采用目前流行的總含水飽和度降壓脫氣校正方法[1-6]，得到校正后的含油飽和度介于14.0%～51.2%，預示油層中等水淹，與該井組生產動態矛盾。結合B-6井實際情況，提出了基于可動水的散失校正方法，校正后的含油飽和度為39.6%～72.1%，與原始含油飽和度相當，判斷油層未水淹。投產后該井日產油100 m3，含水1.3%，證實飽和度校正可靠，水淹程度解釋正確。

1 影響飽和度測量的主要因素

在巖心從取出到測量得到油、水飽和度的整個過程中，有很多種因素會對飽和度測量結果造成影響[7-9]，經分析認為以下幾個因素對飽和度的影響較大：

(1)鉆井液侵入的影響。在鉆井取芯過程中，由于井筒內液柱的壓力大于地層壓力，可能導致鉆井液侵入巖心中，對飽和度測量結果造成影響，如果密閉率合格的話，可不考慮該項影響。

(2)取芯過程的影響。巖心被從地層取到地面的過程中，承受的壓力和溫度將從地層條件逐漸降至大氣壓力和地面溫度，由于溫度和壓力的降低，將導致巖心中溶解的氣體溢出，部分油水隨之被帶出，造成巖心中油水總量損失，同時壓力的釋放使孔隙體積增大，造成油水飽和度減小。

(3)運輸和制備過程的影響。在巖心的運輸過程中，如果保存不當，會引起巖心中油水的揮發，造成飽和度損失。

(4)實驗分析過程的影響。在制備巖心樣品過程中，一般采取液氮冷凍鉆取和切割的方式，在此過程中的水分蒸發、測量偏差以及人為的讀數誤差都會影響飽和度的測試結果。

目標井密閉取芯的密閉率較高，及時制備巖心樣品，最大限度減少了巖心暴露時間，實驗過程中工作人員嚴格按照相關規范進行操作，人為因素的影響可以忽略，所以主要考慮巖心錄取及實驗過程中各種條件變化對飽和度造成的影響。

2 實驗方案設計

由于B油田氣油比較高，在鉆井取芯過程中降壓脫氣對飽和度的影響較大，因此，設計實驗對降壓脫氣過程進行模擬。

2.1 實驗條件

選用的實驗樣品為渤海B-6井沙河街組鉆取的10塊砂巖柱塞樣品，巖樣的平均埋藏深度為3 323.0 m，對應地層溫度135 ℃。巖心分析孔隙度為10.4%～12.5%，空氣滲透率為(6.5 ～196.0)×10-3μm2，氣油比141 m3/m3(周邊油田取樣分析)，地層原油黏度0.46 mPa·s，地層原油密度0.65 g/cm3，地層水總礦化度12 760 mg/L，對應有效上覆地層壓力為43.2 MPa。

2.2 實驗設計

實驗的總體設計為：利用含氣原油驅替100%飽和模擬地層水的巖樣，模擬油藏束縛水的形成過程；利用模擬地層水驅替巖樣中的含氣原油至一定的含水飽和度，模擬水驅開發過程；降低壓力和溫度使含氣原油中的溶解氣溢出，模擬鉆井取芯的降壓脫氣過程；運用常規飽和度測試方法測量脫氣后巖樣中的含水飽和度，確定測量方法對含水飽和度造成的系統誤差；根據覆壓孔隙度數據對孔隙壓實造成的含水飽和度損失進行校正。

按照圖1中步驟進行實驗，簡述如下：

(1)巖樣洗油洗鹽烘干后，測定巖樣的空氣滲透率Ka；

(2)將巖樣抽空飽和3%KCl溶液，計算孔隙體積；

(3)用含氣原油驅替巖樣中的模擬地層水至束縛水狀態，計算束縛水飽和度；

(4)用3%KCl溶液驅替巖樣中的含氣原油至一定的含水飽和度；

(5)逐步將巖樣壓力和溫度從飽和壓力和地層溫度降至大氣壓力和室溫，使巖樣中的含氣原油脫氣，用乙醇浸泡法測定巖心中的剩余水；

(6)根據脫氣后巖心的含水飽和度計算飽和度的損失量；

(7)繪制脫氣前后的含水飽和度關系曲線。

圖1 降壓脫氣飽和度校正實驗流程Fig.1 Process of depressurization degassing saturation correction experiment

3 實驗結果分析

3.1 降壓脫氣校正

表1為降壓脫氣飽和度校正成果數據表，降壓脫氣后，含水飽和度損失量在3.5%～16.3%，平均損失量為10.6%，降壓脫氣造成含水飽和度損失量與原始含水飽和度為二次函數關系(圖2)，兩者關系曲線斜率呈現先增大后減小的特征，說明隨著含水飽和度的增加，初始狀態下巖心中溶解的氣量較大，只需要較小的驅動力就可以驅出較多的水，但當含水飽和度達到50%左右時，由于巖心中油飽和度的下降，巖心油中溶解的氣量較少，降壓脫出的氣量減少，驅出的水量也就隨之減少。從變化趨勢來看，水的損失量有極大值，當脫氣后含水飽和度的損失量過了一定值后，損失量將逐漸趨于零。

表1 B-6井降壓脫氣飽和度校正實驗結果Tab.1 Depressurization degassing saturation correction experiment result of well B-6

圖2 降壓脫氣前含水飽和度與降壓脫氣后含水飽和度損失關系Fig.2 Relationship between water saturation loss and water saturation before depressurization degassing

由于渤中B油田油品較好，氣油比和體積系數均較高，與其他油田分析結果相比[10-11]，該油田降壓脫氣造成的含水飽和度損失量較大，選取的巖心并未測量到飽和度損失的極值。

圖3 降壓脫氣前后含水飽和度關系Fig.3 Relationship between water saturation before and after depressurization degassing

為尋找降壓脫氣前后含水飽和度間的關系，在圖3中將降壓脫氣前后得到的含水飽和度進行回歸，兩者間呈現較好的對數關系，相關系數達到0.989，可以利用兩者間關系對降壓脫氣對飽和度的影響進行校正，回歸關系為：

(1)

當巖心由地下取到地面，溫度和壓力的下降將導致地層水發生一定的體積膨脹，由于降壓脫氣飽和度校正包含了對地層水體積膨脹的校正，所以不再單獨考慮該項校正。

3.2 測試方法校正

本次實驗所用的飽和度測定方法為乙醇浸泡法，首先將巖樣洗油洗鹽，放入一定量的乙醇中浸泡一定時間，人工建立一定含水飽和度，用乙醇浸泡萃取法測定巖樣的含水量，二者差值就是含水飽和度的損失。在此過程中，電解法測水量的精度以及礦化度都將對飽和度的測量產生影響。根據實驗結果，電解法測水對飽和度影響的相對偏差為2.8%，地層水礦化度對含水飽和度的影響隨礦化度的升高而增大，巖樣礦化度為10 000 mg/L時，根據校正圖版得到地層水礦化度對飽和度影響的相對偏差為0.666 7%。因此，測試方法的綜合校正系數為

a=1/(1-0.028)(1-0.006 67)=1.029 5。

(2)

3.3 孔隙壓實校正

巖石在地層條件下，承受上覆巖層壓力和孔隙內流體壓力的共同作用，而當巖心取到地面后，上覆巖層壓力全部釋放，巖石顆粒骨架發生彈性形變造成巖石體積變化，使得室內常規方法測定的地面孔隙體積大于地層條件下的實際孔隙體積，地面條件下的孔隙度大于地層條件下的孔隙度。一般都是根據地面條件下測定的孔隙體積進行飽和度計算，這就使得計算的油水飽和度偏小，需要校正到地層條件。

由覆壓孔隙度和地面孔隙度資料可以求得地層條件下的含水飽和度

(3)

其中：Swr為地層條件下的含水飽和度，%；Sws為地面條件測定的含水飽和度，%；φs為地面巖心分析的孔隙度，%；φr為覆壓校正的孔隙度，%；Cw為水的體積系數，一般為1.01～1.02，m3/m3。地面孔隙度與地層孔隙度間通過校正公式φr=0.944 1φs-0.655 1(R2=0.990 3)進行轉換。

因此，在對密閉取芯測量的飽和度進行覆壓孔隙度校正、消除孔隙和流體的體積變化對測量飽和度的影響的基礎上進行降壓脫氣校正，即可得到需要的飽和度Sw。

4 密閉取芯飽和度校正

由于目標井儲層屬于低孔低滲儲層，受泥質含量及類型的影響，部分層段的束縛水飽和度較高，因此，選取該井的部分樣品做相對滲透率實驗分析，有8塊新鮮巖樣測量的束縛水飽和度均值為33.75%，7塊經過洗油巖心的束縛水飽和度均值為26.21%，地面測量得到的平均含水飽和度為33.82%，地面巖心分析的含水飽和度與新鮮巖樣相滲的束縛水飽和度接近?？紤]到氣油比很高時不能忽略天然氣中溶解水量的影響，可將巖心含水飽和度小于34%的樣品認為是束縛水狀態，不對其進行降壓脫氣校正，將其含水飽和度的損失量定義為0，對其他含水飽和度大于34%的樣品的損失量進行歸一化處理，得到降壓脫氣后飽和度的損失量與脫氣后飽和度的關系(圖4)，轉換得到降壓脫氣前后含水飽和度關系式

R2=0.94。

(4)

圖4 歸一化后的含水飽和度損失量與降壓脫氣后含水飽和度關系Fig.4 Relation between normalized water saturation loss and water saturation after depressurization degassing

另外，考慮到相滲實驗樣品的代表性，由圖5中相滲實驗得到的滲透率與束縛水飽和度關系來預測其他取樣點的束縛水飽和度，若測量含水飽和度與預測束縛水飽和度差異較大，可以認為此時地層中可動水飽和度高，需要進行降壓脫氣校正，否則地層中基本無可動水，則無需進行降壓脫氣校正。

圖6為經過各種校正后B-6井密閉取芯飽和度分析結果，該段經過射孔生產基本無水產出，表明油層未受到水淹影響，測井解釋的飽和度與密閉取芯分析的飽和度可以進行對比。最右邊三道分別為實驗室直接測量的含水飽和度、經過壓實及測試方法等校正后的含水飽和度和經過降壓脫氣校正后的含水飽和度，多數層段兩者對比較好，在部分泥質含量較高的層段，由于測井曲線分辨率和飽和度模型的局限，未能有效突出泥質對飽和度的影響，差異相對較大。整口井取芯段密閉取芯分析得到的含水飽和度均值為41.5%，測井解釋均值為44.67%，兩者絕對誤差在3.16%，可以達到較好的吻合。

圖5 滲透率與束縛水飽和度關系Fig.5 Relation between permeability and irreducible water saturation

經過校正后，含水飽和度和含油飽和度的平均校正量分別為7.5%和42.1%，各種影響因素的校正量依次為壓實校正(10.17%)>降壓脫氣校正(5.02%)>測試方法校正(2.95%)。

圖6 B-6井密閉取芯飽和度校正結果Fig.6 Correction result of closed coring saturation in well B-6

5 結 論

密閉取芯飽和度受多種因素的影響，實驗室分析的含油飽和度往往遠低于地層實際數值，需要進行校正。本文分析了輕質油藏密閉取芯飽和度損失的主要影響因素，提出了基于可動水降壓脫氣校正的密閉取芯飽和度校正方法，該方法與常規的基于總含水飽和度的降壓脫氣校正方法相比，與儲層測井特征和實際生產動態符合更好。

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