一種定量表征油水過渡區飽和度分布的實用方法

鹿克峰 徐振中 馮景林

（中海石油（中國）有限公司上海分公司勘探開發研究院）

一種定量表征油水過渡區飽和度分布的實用方法

鹿克峰 徐振中 馮景林

（中海石油（中國）有限公司上海分公司勘探開發研究院）

為定量表征三維空間內油水過渡帶飽和度變化特征，提出了一種定量表征油藏油水過渡區飽和度分布的實用方法，即油藏毛管壓力J函數－電測飽和度方法。該方法首先通過毛管壓力的定義式，按照油藏過渡帶的垂向位置來計算不同深度的毛管壓力；然后結合井點孔滲數據，計算油藏毛管壓力J函數；最后建立油藏毛管壓力J函數與電測解釋飽和度之間的預測關系式，計算三維空間內過渡區飽和度分布。文中以東海盆地花港組某油藏為例，對本文方法進行了應用與驗證，結果表明本文方法計算結果與電測法結果吻合較好，說明本文方法是可行、有效的。

油藏過渡帶飽和度 定量表征方法 巖心毛管壓力J函數 油藏毛管壓力J函數

油藏流體分布的定量表征是油藏精細描述的基本內容之一，目前國內主要有地震烴類監測、測井解釋、特殊巖心分析等3種方法。地震屬性對流體飽和度的變化不敏感，常用的AVO疊前反演技術僅能大致識別油氣層和水層[1]，因而地震烴類監測方法無法實現流體飽和度定量表征；利用油基泥漿取心資料，采用測井方法可以較為準確地解釋沿井點飽和度的縱向分布[2]，但因流體飽和度受巖性、物性及深度等因素的影響，無法直接通過井間對比拓展到三維空間；特殊巖心分析是在壓汞毛管壓力曲線的基礎上，通過J函數處理實現對油藏三維空間飽和度的定量表征。據前人研究[3－4]，因地質運動變化，油藏的儲層孔隙結構、流體參數會發生較大變化，用壓汞法取得的毛管壓力資料不能準確求取原始含油飽和度。因此，目前尚無一個準確的方法來定量表征三維空間流體飽和度的變化規律。實際上，油藏中純油區飽和度變化相對較小，主要受束縛水飽和度影響；油水過渡區則是飽和度縱向變化最大的一段，定量表征過渡區飽和度的變化特征是進行儲量計算、開發方案編制的關鍵技術之一。為此，筆者提出了一種定量表征油水過渡區飽和度分布的實用方法，即油藏毛管壓力J函數－電測飽和度方法，該方法是以油藏井點測井解釋數據代替巖心試驗數據來建立飽和度預測方程，從而實現了從井點到油藏三維空間的飽和度定量表征。

1 油水過渡區的識別

圖1為東海盆地花港組某油藏過井剖面，油藏砂巖厚度為50 m左右，巖性以細砂巖為主。自然伽馬曲線顯示砂巖相對均質，多數井不存在明顯的泥質夾層。深電阻率曲線明顯分為3段：下段電阻率曲線幅度較低且分布均勻，一般在1.5～2.0Ω·m；中段自下而上電阻率曲線幅度有持續增高的趨勢，從2Ω·m左右增大到4Ω·m以上；上段電阻率曲線幅度較高且分布均勻，一般保持在4Ω·m以上。上述下、中、上3段分別對應油藏的水區、過渡區和純油區，水區與過渡區的分界面在各井較為清楚且統一，但純油區與過渡區的分界面在各井相對模糊。

圖1 東海盆地花港組某油藏剖面圖

為了較為準確地識別每一口井油水過渡區的深度范圍，采用了特殊巖心分析束縛水飽和度標定電測解釋飽和度的方法來確定油水過渡帶頂界。分別采用壓汞毛管壓力、半滲法毛管壓力、油水相滲曲線[5]3種方法對電測解釋飽和度進行了標定，選用本區40條油水相滲實驗數據建立了束縛水飽和度Swi與巖心物性參數K的相關關系式

圖2為東海盆地花港組某油藏2口井特殊巖心分析束縛水飽和度曲線與電測解釋水相飽和度曲線的對比，可以看出，特殊巖心分析計算的束縛水飽和度曲線與電測解釋的含水飽和度曲線在油藏上部基本重合，在油藏中下部逐漸分離，并且深度越大分離越遠，直到油藏底部2種曲線的分離幅度變得均勻，這一深度范圍即代表油藏的油水過渡帶，2種曲線的分離點即為油水過渡帶的頂界。

圖2 東海盆地花港組某油藏2口井特殊巖心分析束縛水飽和度曲線與電測解釋水相飽和度曲線的對比

2 油藏毛管壓力J函數－電測飽和度方法原理與預測關系式的建立

某一底水油藏油水界面的海拔深度為Hw，過渡帶中任意一點的深度為How，油、水密度分別用ρo與ρw表示，假設油藏在原始狀況下處于靜止狀態，根據毛管壓力定義，該點毛管壓力pCOW等于非潤濕相壓力減去潤濕相壓力，則得

式（2）中：g為重力加速度，9.80665 m/s2。

為了消除儲層物性對毛管壓力的影響，Leverett[6]提出了J函數法，即在同一巖性的巖石范圍內，不同孔滲的巖石具有同一條J函數曲線（它是飽和度的單值函數），其表達式為

式（3）中：σ為油水界面張力，N/m；θ為潤濕角，°；K為油藏平均滲透率，D；φ為油藏平均孔隙度，f；Swn為巖心標準化含水飽和度，f。

將式（2）代入式（3）得

式（4）中：

式（4）即為油藏毛管壓力J函數－電測飽和度方法原理的數學表達式。從原理上來講，該方法與巖心毛管壓力J函數方法不同，它是通過毛管壓力的定義式，根據實際油藏中過渡帶的高度計算的，而巖心毛管壓力是通過試驗測定的；在建立J函數與飽和度關系式時，本文方法采用的是電測解釋飽和度，而壓汞法則是采用試驗測定的對應毛管壓力下的進汞飽和度。求解式（4）需要的參數為：油水過渡帶的頂、底深度，即純油底界及自由水面深度；地層油、水密度；油藏孔、滲數據。值得注意的是，油水表面張力及潤濕角可以任意給定一數值，并不影響計算結果，因為利用本文方法建立J函數關系式時，油水過渡帶范圍及流體飽和度數據都是確定的，且認為在同一油藏中這2個參數的數值是固定的。

對東海盆地花港組某油藏采用該方法建立了預測油水過渡帶飽和度方程，其步驟如下。

第1步：基本參數的準備。按本文第1節所述方法，計算出5口井油水過渡帶的底深Hw、頂深Ho，以及束縛水飽和度Swi、殘余油飽和度Sor；采用PVT分析得到地層油、水密度等流體參數；各參數值見表1。另外，還需要電測解釋的油水過渡帶不同深度的水相飽和度數據。

表1 計算J函數所需基本參數

第2步：取σcosθ為25達因，將表1中 Hw、ρw、ρo代入式（3），得到計算油藏任意一點的J函數值的方程

根據式（6），已知一口井在油水過渡帶中任意一點的深度、孔隙度、滲透率值，即可計算出每一口井過渡帶的毛管壓力J函數。

第3步：取表1中單井的束縛水飽和度和殘余油飽和度，利用式（5）對單井過渡帶電測解釋水相飽和度進行標準化，把第2步中計算出的單井過渡帶J函數與標準化后的水相飽和度進行多項式回歸（式7），建立每一口井過渡帶J函數曲線（圖3），可見5口井的J函數曲線分布較為集中。

第4步：將5條J函數進行平均，得到該油藏平均的J函數曲線多項式方程，其系數為

圖3 東海盆地花港組某油藏單井、油藏平均J函數曲線

第5步：對式（7）進行迭代求解，即可求出油藏中任意一點的含水飽和度。計算得到的東海盆地花港組某油藏飽和度分布剖面情況見圖4。圖5為該油藏滲透率分布剖面圖。

由圖4、5可以看出：在油藏中下部的油水過渡帶，油相飽和度分布的非均質性清晰，主要與距離油水界面的高度和儲層物性有關：在儲層滲透率接近的情況下，距離油水界面的高度越大，油相飽和度越高，在相同深度線上，儲層滲透率的分布趨勢是中間高、南北兩端低，油相飽和度相應呈現中間高、南北兩端低的分布規律。

3 計算結果驗證

采用本文方法、巖心毛管壓力J函數方法、電測法等3種方法，對井點過渡帶計算數據進行對比，以驗證本文方法的可靠性。首先需要求得東海盆地花港組某油藏采用巖心毛管壓力J函數計算的過渡帶飽和度數據。

該油藏共測得14塊巖樣的壓汞毛管壓力曲線，巖樣孔隙度為0.1667～0.2650，巖樣滲透率為20.54～1475.00 mD。對14塊巖樣測得的壓汞毛管壓力曲線，按照楊勝來[7]等所提供的方法，首先對各巖樣實驗數據計算J函數，分類平均得到平均毛管壓力J函數曲線，然后換算為油藏條件下的平均毛管壓力J函數曲線，因界面張力與潤濕角沒有確定的實驗數據，通過調節二者乘積的大小，使巖心平均毛管壓力J函數計算的過渡帶高度與單井電測解釋過渡帶高度一致。

圖6為分別采用電測法、巖心毛管壓力J函數法及本文方法計算的東海盆地花港組某油藏2口井的油水過渡帶飽和度曲線，圖中對比的深度范圍為油水過渡帶。對比結果表明，巖心毛管壓力J函數曲線計算的含水飽和度明顯低于電測解釋含水飽和度，且隨著深度增加差異越大；而本文方法計算的含水飽和度與電測法吻合較好，說明本文方法可行、有效。

圖6 不同方法計算的東海盆地花港組某油藏X3、X4井油水過渡帶飽和度曲線對比

4 結束語

巖心毛管壓力J函數方法與本文提出的油藏毛管壓力J函數－電測飽和度方法均可實現油藏三維空間內油水過渡帶飽和度的定量表征，但前者與電測飽和度在井點上存在較大差異，而后者以油藏井點數據代替巖心試驗數據來建立飽和度預測方程，與電測飽和度在井點上的吻合程度較好，從而實現了從井點到油藏三維空間的飽和度定量表征。

需要說明的是，本文提出的油藏毛管壓力J函數－電測飽和度方法也存在一定的局限性，較好應用的前提是油藏要有部分井點具有完整的飽和度剖面，且油水過渡帶特征清晰可鑒；另外，電測解釋飽和度要有翔實的巖電實驗數據，電測解釋滲透率也要有大量的巖心孔滲實驗作基礎，以確保油水過渡帶飽和度、滲透率解釋的準確性。

[1] 張衛衛，何敏.AVO疊前反演技術在珠江口盆地白云深水區烴類檢測中的應用[J].中國海上油氣，2010，22（3）：160－163.

[2] 蕭德銘，畢海濱.利用油基泥漿取心資料確定砂巖油藏原始含油飽和度若干問題探討[J].中國海上油氣，2003，17（4）：252－255.

[3] 趙國欣，朱家俊，關麗.用毛管壓力資料求取原始含油飽和度的方法[J].中國石油大學學報：自然科學版，2008，32（4）：38－41.

[4] 朱家俊，耿生臣.也談壓汞資料與含油飽和度的關系[J].大慶石油地質與開發，2003，22（5）：32－34.

[5] 王曙光，趙國忠，余碧君.大慶油田油水相對滲透率統計規律及其應用[J].石油學報，2005，26（3）：78－79.

[6] 塔雷克·艾哈邁德.油藏工程手冊[M].冉新權，何江川，譯.北京：石油工業出版社，2002：139.

[7] 楊勝來，魏俊之.油層物理學[M].北京：石油工業出版社，2004：230－231.

A practical method to quantitatively characterize oil saturation distribution in oil－water transition zones

Lu Kefeng Xu Zhenzhong Feng Jinglin
（E ＆ P Institute，Shanghai Branch of CNOOC Ltd.，Shanghai，200030）

In order to quantitatively characterize oil saturation changes in a three－dementional zone of oil－water transition，a practical method has been developed，namely the technique of reservoir capillary pressure J function－electric log saturation.This method will firstly calculate capillary pressure at various vertical depthes in an oil－water transition zone of a reservoir by using the defining equation of capillary pressure，and then the reservoir capillary pressure J function is calculated by combining with the porosity and permeability data in wells.Finally，a predictation relationship is set up between J function and electric log saturation，by which the oil saturation distribution in a three－dementional zone of oil－water transition can be calculated.In a case of a Huagang Formation oil reservoir in East China Sea，this method is applied and verified，resulting in a good consistency between its calculated results and electric log results.This means that the practical method is feasible and effective.

oil saturation in oil－water transition zones；quantitative characterization method；core capillary pressure J function；reservoir capillary pressure J function

鹿克峰，男，高級工程師，主要從事油藏工程研究。地址：上海市徐匯區零陵路583號海洋石油大廈（郵編：200030）。E－mail：lukf＠cnooc.com.cn。

2011－03－09改回日期：2011－04－22

（編輯：楊 濱）