一種改進的密閉取心飽和度校正方法*

管 耀 馮 進 石 磊

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518054)

密閉取心是獲取地層流體信息的直接手段。目前南海東部海域有多口井進行了密閉取心，隨著油氣勘探開發研究需求的加大，將會有越來越多的井進行密閉取心。理論上密閉取心是獲取地層流體飽和度數據的可靠依據，但是密閉取心化驗分析的飽和度數據往往存在流體飽和度之和不等于100%的問題[1-6]，這讓地質家對密閉取心的作用提出了質疑。另外，密閉取心成本高昂，亟需找到一種可靠的密閉取心飽和度校正方法。

目前理論依據最充分的密閉取心飽和度校正方法是由公式推導得到的[7-9]，本文稱之為理論公式法，該方法計算出原油降壓脫氣、流體體積系數變化、巖心孔隙體積變化這3個主要因素對飽和度變化的影響，并一一補償校正，進而形成綜合校正公式。如果能取準公式中的重要參數，特別是計算分流率的參數，則校正結果將是可信的。但是已有公式中有關分流率的計算參數復雜，在資料有限的條件下很難取準。

本文利用巖心相滲資料擬合得出分流率經驗計算式，將其代入常規的密閉取心飽和度校正數學模型中，使模型中的重要參數計算簡單并且準確，模型實用性得到了大大提高。

1 分流率計算

結合南海東部海域多口密閉取心井的情況，視儲層物性條件差異、地層和地面條件差異、流體性質差異等，密閉取心流體飽和度損失差異較大，密閉取心巖樣分析的流體飽和度平均損失量為15%～25%[1]。以南海東部海域X油田某灰巖油藏A井為例，其密閉取心巖心分析的含水飽和度和含油飽和度交會點基本偏離45°線(圖1)，說明含水和含油飽和度之和小于100%，平均損失約20%。一般認為，造成飽和度損失的主要原因包括以下3個方面[2]：

1) 原油降壓脫氣作用。巖心取到地面后，由于壓力降低導致原油不斷脫氣，生成的氣體占據孔隙空間并排擠液態流體，造成油水流失、油水飽和度降低。巖心出筒后至取樣完畢這段過程中原油輕質成分揮發，原油品質好、氣油比高，損失量就大。

2) 流體體積系數變化。由于地面與地層溫度、壓力差異大，相同質量流體地面體積較地層體積小，地面流體體積變小后導致油水飽和度降低。

圖1 南海東部海域X油田A井密閉取心巖心分析含油和含水飽和度交會圖

3) 孔隙體積變化。巖心取到地面后沒有了上覆壓力，孔隙空間會變大，導致油水飽和度降低?？紫抖鹊淖兓靠梢酝ㄟ^巖心覆壓實驗得到。

以上3種影響因素中，原油降壓脫氣作用的影響最大，一般認為占總流體損失量的80%以上；而流體體積系數變化和孔隙體積變化的影響，因為有確定的實驗數據，相對較容易校正。因此，研究流體流失量及被排擠流體中油和水各占的比例(分流率)是校正的關鍵，這決定著飽和度校正的方向。影響分流率的主要因素是油水的相對滲透率和流體黏度[3-4]。油、水分流率的計算公式為[3]

(1)

式(1)中：fo為油的分流率；fw為水的分流率；μo為油的黏度，mPa·s；μw為水的黏度，mPa·s；Krw為水的相對滲透率；Kro為油的相對滲透率。

以A井為例，利用巖心分析相滲數據計算分流率。由A井灰巖巖心油水相對滲透率比值與含水飽和度關系(圖2)可以看出，不同絕對滲透率巖心的Krw/Kro和含水飽和度相關關系較一致。一般而言，相同類型儲層的巖心油、水相滲的比值與含水飽和度有較好的對數關系[3]，這就得到了分流率計算的核心參數Krw/Kro。取地面原油黏度為45 mPa·s，地面水的黏度為0.58 mPa·s，求得A井油、水的分流率與含水飽和度的關系為

(2)

式(2)中：Sw為含水飽和度，%。

圖2 南海東部海域X油田A井巖心Krw/Kro和含水飽和度相關關系

利用式(2)繪出油的分流率與含水飽和度關系曲線(圖3)，可以看出，含水飽和度以40%為拐點，當巖心含水飽和度大于40%時油的分流率基本接近于0；而當巖心含水飽和度小于40%時，油的分流率隨著含油飽和度的增加急速上升，即巖心含水飽和度不同，流體流失規律不同。

圖3 南海東部海域X油田A井油的分流率與含水飽和度關系

2 校正方法的改進

理論校正模型主要考慮3個因素：流體體積系數變化、覆壓孔隙體積變化和原油降壓脫氣。以流體體積系數、孔隙覆壓校正和油水分流率為理論依據，推導出校正以上3個因素的飽和度誤差模型，最后進行累加獲得總的飽和度校正模型。各因素的影響校正公式前人已有詳細推導過程[5-8]，以下敘述關鍵步驟。

對于原油降壓脫氣驅替油水兩相流體流出巖心，流失流體總體積ΔVow由實驗分析的含油飽和度和含水飽和度推導得出，近似為[7]:

ΔVow=(Vo+Vw)(1-SosBo-SwsBw)

(3)

式(3)中：Vw為地層條件下地層水的體積，m3；Vo為地層條件下油的體積，m3；Sos為實測含油飽和度，%；Sws為實測含水飽和度，%；Bw為地層水體積系數；Bo為油的體積系數。

式(3)的內涵即地面條件分析的流體體積的損失量通過體積系數變換得到地層條件下流體體積的總的損失量。實際情況比式(3)理想化的情況復雜得多，比如由于脫氣作用產生的第3相流體氣體流失的影響，但是這些因素對總的體積損失影響較小，為了便于計算采用了近似公式。

排出的油水總體積中，油水損失量按分流率進行分配，其中排出的油體積量ΔVo為

ΔVo=ΔVowfo

(4)

將式(1)、(3)代入式(4)，即校正了流體體積系數變化和原油降壓脫氣的影響，獲得油飽和度校正值ΔSo為[7]

(5)

覆壓孔隙體積變化導致的含油飽和度校正值ΔSoφ為[7]

(6)

式(6)中：φs為地面條件下孔隙度，%；φr為地層條件下孔隙度，%。

綜合流體體積變化和降壓脫氣飽和度校正值ΔSo與覆壓孔隙體積變化導致的飽和度誤差校正值ΔSoφ，得到綜合這3種因素的含油飽和度總的理論校正量為[7]

(7)

得到校正后地層條件下含油飽和度理論值為[7]

(8)

公式中有較多需要確定的油田儲層和流體參數，如地面條件下孔隙度與地層條件下孔隙度關系、流體體積系數、流體黏度、流體相滲等。地面條件下孔隙度與地層條件下孔隙度關系通過油田巖心覆壓實驗數據確定。巖心覆壓校正公式為

φr=0.959 8φs

(9)

油田流體體積系數、流體黏度通過流體分析數據確定。地層條件下X油田油的體積系數為1.05，水的體積系數為1.045。

分流率中流體相滲的確定是公式中各參數確定的難點，已有校正模型中油、水相滲比值計算式為[7]

(10)

式(10)中：Sor為殘余油飽和度，%；Swc為束縛水飽和度，%。

式(10)在實際應用中困難重重，需要確定每塊巖心的殘余油飽和度Sor和束縛水飽和度Swc。如果巖心未做充分的化驗分析，這2個數值的確定本身就是一個難題，如果取值不準會極大影響密閉取心飽和度的校正精度。本文“分流率計算”一節中通過巖心相滲數據擬合得到油、水相滲比值表達式(圖2)。與式(10)相比，圖2中的擬合公式僅需含水飽和度就可以確定油、水相滲比值的計算，簡化了計算，且由于不需要復雜參數的確定，計算結果更加可靠。將新的油、水相滲比值計算方法應用到理論校正公式中，即

(11)

式(11)是對原理論公式的改進。最終地層條件下含油飽和度實際計算公式為

(12)

最終公式中所有參數都是依據油田巖心和流體化驗分析數據得到，數據依據充分，改進的理論校正公式比原公式應用更簡單合理。

3 改進方法的校正效果分析

3.1 油、水校正量分析

可通過飽和度校正量的直方圖(圖4)說明本文改進方法的特點。由圖4可以看出，巖心含油飽和度校正量隨著實測含油飽和度的增大而逐漸增大。當巖心校正后含油飽和度為60%左右時，含油飽和度校正量從4%以下躍升為10%～20%；隨著實測含水飽和度的降低，含水飽和度校正量逐漸減小，當實測含油飽和度大于58%，校正量主要以含油飽和度為主，含水飽和度校正量較低。

圖4 本文方法巖心油、水飽和度校正量

改進的理論公式校正方法依據油水分流率理論，用可靠的巖心分析相滲數據計算分流率，校正量與巖心實際飽和度形成非線性相關關系，均是從模擬實際油水損失情況出發；并且精細考慮了流體體積隨溫度、壓力的變化和孔隙體積覆壓的變化，理論依據充分合理。

3.2 校正效果分析

將改進的方法應用于南海東部X油田兩口密閉取心井A井和B井，進行校正效果分析(圖5、6)，兩口井均有充分的化驗分析資料。A井在生物礁灰巖油層段密閉取心，儲集空間主要是孔隙型，儲層物性好。B井在中淺層砂巖油層段進行了密閉取心，為孔隙型儲層，物性較好。

圖5中第7道中So是校正前巖心含油飽和度，So3是校正后的含油飽和度，Sw是測井解釋含水飽和度。由圖5可以看出：1375～1380m井段物性較好、油柱較高的油層段，含油飽和度校正量較大；在1 380 m以深物性較差層段，特別是1 410 m以深含油水層段，油飽和度幾乎無校正量，因為這些層段巖心以水的損失為主。

密閉取心井B井壓汞資料豐富，可利用巖心毛管壓力資料計算地層原始含油飽和度，這也是測井上常用的一種標定含油飽和度的方法[10-12]。生產實踐表明，在自由水界面明確且物性較好的砂巖油層，利用巖心毛管壓力計算的含油飽和度準確性較高；但在一些非均質強、物性差的油藏應用效果較差。B井密閉取心段屬于均質且物性較好的砂巖儲層，因此采用巖心毛管壓力資料確定的飽和度來驗證密閉取心飽和度是適用的。圖6中第7道Sw_before和第8道Sw_after分別是校正前、后的密閉取心含水飽和度，Swe為測井計算的含水飽和度，Sw為巖心毛管壓力資料確定的含水飽和度。對比發現，密閉取心含油飽和度的校正量較大，Sw_after與Sw吻合較好。密閉取心校正后含油飽和度與毛管壓力資料確定含油飽和度之間的絕對誤差小于4.1%(表1)，滿足測井計算精度要求，證明了本文方法的合理性。

圖6 南海東部海域X油田B井理論公式校正含油飽和度結果

深度/m含油飽和度/%測井計算毛管壓力計算巖心校正后絕對誤差/%1625 264 265 061 5-3 51631 855 356 353 0-3 31634 928 530 226 8-3 41635 99 210 28 1-2 11645 950 046 050 14 11646 871 080 280 1-0 11648 250 247 548 61 11652 145 246 347 61 31654 142 343 642 6-1 0

本文方法在A井和B井的應用表明，改進的理論公式適合所有較均質的孔隙型油藏，包括砂巖和灰巖，只要代入油田相滲、黏度和覆壓孔隙等資料即可得到實際校正公式，可推廣性強，應用范圍廣。

4 結論

利用巖心相滲資料擬合得到了計算分流率的經驗公式，代入常規的密閉取心校正公式后，得到了改進的校正方法。本文方法消除了常規公式計算分流率時多個重要參數難以確定的問題，提高了校正公式的易用性。

南海東部海域X油田密閉取心井應用結果表明，本文方法校正后密閉取心飽和度結果與毛管壓力資料計算結果相近，絕對誤差小于4%，說明了本文方法的準確性。

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