MDT測(cè)壓資料確定氣水界面方法研究及影響因素分析

余逸凡

（中海石油（中國(guó)）有限上海分公司，上海 200335）

儲(chǔ)量評(píng)估方法有類比法、物質(zhì)平衡法和容積法等，其中容積法是勘探開(kāi)發(fā)中最常用的方法之一［1-4］。容積法進(jìn)行儲(chǔ)量評(píng)估的參數(shù)包括儲(chǔ)量級(jí)別確定、計(jì)算單元?jiǎng)澐帧馑缑妗⒕睾瑲饷娣e、有效厚度、有效孔隙度、含氣飽和度、采收率和評(píng)估價(jià)格等，其中氣水界面是儲(chǔ)量評(píng)估中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。

利用試油、測(cè)井、巖心資料確定氣水界面是最常用、最直接和有效的方法［5］，由于海上鉆井、試井作業(yè)成本高，只有部分油氣層或主力層才可能取得資料，且在勘探階段探井大多位于構(gòu)造較高部位，多數(shù)油氣藏未鉆遇流體界面。對(duì)于未鉆遇到氣水界面的計(jì)算單元，常采用有效厚度下推或外推的方法，而通過(guò)下推或外推方法圈定含氣邊界計(jì)算出的地質(zhì)儲(chǔ)量存在較大不確定性［6-8］。

地層測(cè)試器（RCI、MDT等）是近年來(lái)應(yīng)用較為廣泛的一項(xiàng)技術(shù)［9-10］。對(duì)海上油氣田儲(chǔ)量評(píng)價(jià)來(lái)說(shuō)，利用地層測(cè)試器進(jìn)行測(cè)壓作業(yè)可有效確定流體類型和流體界面。但測(cè)壓數(shù)據(jù)受取點(diǎn)巖層的物性和孔隙流體的影響，壓力線存在多解的問(wèn)題，且測(cè)壓數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布及數(shù)量影響氣水界面預(yù)測(cè)的精度［11］。實(shí)際應(yīng)用中預(yù)測(cè)的氣水界面深度存在一定誤差，需要對(duì)實(shí)際資料進(jìn)行分析，文中通過(guò)對(duì)測(cè)壓數(shù)據(jù)點(diǎn)確定氣、水界面的方法研究，分析存在誤差及影響因素，為利用測(cè)壓資料求取氣水界面合理性奠定理論基礎(chǔ)。

1 方法原理

由于氣層、水層流體密度不同，在壓力與深度剖面圖上壓力梯度線會(huì)出現(xiàn)差異，根據(jù)壓力梯度線可識(shí)別出氣層和水層。對(duì)中、高滲透層來(lái)說(shuō)，MDT測(cè)試記錄的關(guān)井壓力就是地層壓力，根據(jù)測(cè)試點(diǎn)的地層壓力與深度，可用壓力梯度得到地層流體壓力方程式，兩個(gè)方程式的交點(diǎn)即為氣、水界面［12］。如圖1所示，1井鉆遇構(gòu)造頂部氣層，2井鉆遇同一套地層的底部水層，氣層壓力點(diǎn)落在壓力梯度線A上，水層壓力點(diǎn)落在壓力梯度線B上，由于氣層流體密度小于水的密度，因此氣層的壓力梯度大于水層的壓力梯度，兩條壓力梯度線的交點(diǎn)即為氣水界面C。

圖1 MDT壓力數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)氣水界面

在深度-壓力剖面中，對(duì)于流體性質(zhì)相同的同一壓力系統(tǒng)，在不同深度上測(cè)得的地層壓力連線理論上呈線性關(guān)系［13-16］，關(guān)系式為：

式中：P為有效測(cè)點(diǎn)的地層壓力，KPa；h為對(duì)應(yīng)有效測(cè)點(diǎn)的地層垂深，m；K為壓力梯度，KPa／m；p為剩余壓力，KPa。

經(jīng)過(guò)換算可得到地層流體密度值，換算公式為：

式中：ρ為同一壓力系統(tǒng)中地層流體密度，g／cm3；ΔP為兩個(gè)有效測(cè)點(diǎn)間的地層壓力差，kPa；Δh為兩個(gè)有效測(cè)點(diǎn)間的垂深差，m。

氣相壓深關(guān)系方程為：

水相壓深關(guān)系方程為：

兩個(gè)梯度段的交點(diǎn)（壓力相等）即為流體分界面，因此，氣、水界面深度h為：

當(dāng)構(gòu)造圈閉上只有一口氣井，而邊部無(wú)水層資料時(shí)，也可以利用區(qū)域的壓力資料及水的密度資料代替水層壓力資料來(lái)計(jì)算氣水界面。

以圖2為例，依據(jù)地質(zhì)資料該M區(qū)塊氣藏為一厚層邊水氣藏，在氣層段、水層段均有測(cè)壓資料，根據(jù)上述方法可以得到氣層和水層的壓力方程式分別為：

圖2 M 區(qū)塊氣藏壓力回歸剖面

求解方程，得到氣水界面垂深為3 908.1 m，測(cè)井解釋界面垂深為3 915.7 m。雖然存在一定誤差，但對(duì)于厚層氣藏來(lái)說(shuō)，誤差在可接受范圍內(nèi)。

2 測(cè)壓資料影響因素分析

2.1 誤差分析

理論上講，只要測(cè)壓點(diǎn)沒(méi)有誤差且能夠完全代表地層真實(shí)情況，此時(shí)回歸得到的氣水界面是準(zhǔn)確的，但通過(guò)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得知，儲(chǔ)層厚度、有效測(cè)壓點(diǎn)的分布位置和數(shù)量都會(huì)影響計(jì)算精度。在一定厚度的儲(chǔ)層中，有效測(cè)壓點(diǎn)越多（測(cè)點(diǎn)間隔最好不小于1 m），計(jì)算誤差越小［17-19］。在壓力測(cè)量誤差隨機(jī)分布情況下，斯倫貝謝公司通過(guò)數(shù)值模擬的方法考察儲(chǔ)層厚度和有效測(cè)壓點(diǎn)數(shù)量對(duì)計(jì)算精度的影響，儲(chǔ)層厚度為30 m時(shí)，誤差小于10%；儲(chǔ)層厚度為15 m時(shí)，隨著測(cè)壓點(diǎn)數(shù)增加，誤差由18%逐漸降低到10%；儲(chǔ)層厚度為1 m時(shí)，誤差達(dá)200%，隨著測(cè)壓點(diǎn)的增加，誤差逐漸降低到80%（圖3）。

圖3 計(jì)算誤差與儲(chǔ)層厚度和有效測(cè)壓點(diǎn)數(shù)量的關(guān)系

2.2 影響因素分析

2.2.1 測(cè)壓資料校正

測(cè)量過(guò)程中，受儀器或井況等測(cè)試條件影響，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致計(jì)量誤差。從H區(qū)塊氣藏的氣層段泥漿靜液柱壓力剖面可以看出，有2個(gè)測(cè)試（紅色）點(diǎn)明顯偏離泥漿柱梯度線，特征明顯不同于一般超壓點(diǎn)，可能是儀器計(jì)量誤差或者測(cè)量深度出現(xiàn)誤差造成的（圖4a）。從圖4b可以看出，2個(gè)測(cè)試點(diǎn)不在氣層梯度線上，計(jì)算流體密度時(shí)應(yīng)該將這2個(gè)點(diǎn)的值舍棄或者校正后使用。

圖4 H區(qū)塊氣藏壓力-垂深剖面

另外，同一壓力系統(tǒng)下的數(shù)口井或不同儀器測(cè)量的壓力-深度關(guān)系曲線中出現(xiàn)某口井不重合時(shí)，不能簡(jiǎn)單的解釋成超壓或非正常壓力系統(tǒng)，若辨別為異常值，可通過(guò)該井壓力加減兩井同壓力系統(tǒng)內(nèi)折算的相同深度測(cè)量差值進(jìn)行校正，使其符合其他井的壓力-深度關(guān)系。

2.2.2 物性與厚度的影響

儲(chǔ)層物性、厚度及分布穩(wěn)定性對(duì)地層測(cè)試結(jié)果影響較大。根據(jù)東海油氣田大量的應(yīng)用實(shí)例得出，物性較好（壓降流度大于5×10-3μm2／CP）、分布穩(wěn)定的厚層（儲(chǔ)層大于2 m）利用壓力資料計(jì)算流體密度和界面相對(duì)可靠。對(duì)于中孔中滲以上儲(chǔ)層，MDT測(cè)壓有效測(cè)壓點(diǎn)成功率較高，通過(guò)有效測(cè)壓點(diǎn)計(jì)算流體密度和界面與實(shí)際數(shù)據(jù)基本一致；而對(duì)于低滲儲(chǔ)層，由于MDT探針抽吸地層流體造成壓降帶范圍很小，很難超出泥漿侵入帶，這種測(cè)得的壓力大于真實(shí)地層壓力的現(xiàn)象為超壓，超壓點(diǎn)會(huì)偏離隨深度增加壓力減小或者不變的的整體趨勢(shì)，回歸氣水界面時(shí)應(yīng)舍棄類似的超壓點(diǎn)。

儲(chǔ)層韻律對(duì)測(cè)壓數(shù)據(jù)也存在一定影響。正韻律儲(chǔ)層頂部物性明顯較差時(shí)，鉆井過(guò)程中不能形成有效的泥餅，導(dǎo)致泥漿侵入較重造成地層超壓，因此測(cè)量誤差較大，而底部物性較好，測(cè)量誤差較小，因此計(jì)算的流體密度值會(huì)偏小；反韻律儲(chǔ)層，情況正好相反。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，較厚儲(chǔ)層的測(cè)點(diǎn)分布比較均勻，計(jì)算誤差可以忽略，而較薄儲(chǔ)層的測(cè)壓點(diǎn)較少，會(huì)存在一定誤差，需要結(jié)合其他資料綜合判別。

2.2.3 過(guò)渡帶影響

開(kāi)發(fā)實(shí)踐證明，氣藏中氣水界面不止一個(gè)。根據(jù)毛管壓力曲線可知，氣藏一般存在三個(gè)界面（圖5）。初始階段毛管壓力Pc=0時(shí)，所對(duì)應(yīng)的深度為自由水界面；毛管壓力Pc=Pct時(shí)，所對(duì)應(yīng)的壓力為第一氣水界面（氣底）；Pc=Pcd時(shí)，所對(duì)應(yīng)的壓力稱為第二氣水界面，有時(shí)可粗略等同測(cè)井解釋中氣水同層底。國(guó)家儲(chǔ)量規(guī)范中規(guī)定探明儲(chǔ)量計(jì)算采用測(cè)井解釋的氣底并不完全等同于毛管壓力對(duì)應(yīng)的氣底。

圖5 毛管壓力曲線劃分氣水界面

一般來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)層巖石的排驅(qū)壓力和轉(zhuǎn)折壓力越大，過(guò)渡帶就越厚。在實(shí)際生產(chǎn)中，儲(chǔ)層物性較好時(shí)，過(guò)渡帶范圍較小，氣底和自由水面的高度可以忽略；但低滲透儲(chǔ)層過(guò)渡帶范圍較大，直接采用壓力回歸計(jì)算會(huì)導(dǎo)致誤差較大，需要結(jié)合毛管壓力-飽和度關(guān)系計(jì)算綜合確定氣水界面。

例如：M氣藏為一個(gè)厚層邊水特低滲氣藏，滲透率約為1×10-3μm2，通過(guò)測(cè)壓資料回歸，得到氣底垂深為3 870 m。鉆遇氣水界面的3口井平均測(cè)井含氣飽和度為50%。根據(jù)區(qū)域氣柱高度和飽和度對(duì)應(yīng)關(guān)系，50%含氣飽和度對(duì)應(yīng)氣柱高度約為68 m；而氣層含氣飽和度為40%（下限）時(shí)對(duì)應(yīng)氣柱高度約為30 m；二者相差38 m為過(guò)渡帶影響。因此，因此氣水界面垂深應(yīng)為3 908.0 m（測(cè)壓氣底垂深3 870 m加上過(guò)渡帶影響的38m），與測(cè)井解釋氣水界面垂深3 915.7 m相近。

2.2.4 水層梯度影響

水線是壓力資料求取界面十分關(guān)鍵的要素，回歸水線的確定需選擇相同系統(tǒng)水層的測(cè)壓點(diǎn)，但并非所有的氣層都能鉆遇到對(duì)應(yīng)的水層，因此當(dāng)只有氣層有測(cè)壓點(diǎn)時(shí)，預(yù)測(cè)氣水界面比較困難。對(duì)于沒(méi)有鉆遇水層的氣層，若借用其他層位的水線預(yù)測(cè)界面，誤差較大。

統(tǒng)計(jì)東海油氣田的水線發(fā)現(xiàn)，油氣田并不存在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)水線。油氣田正常壓力段的水層的壓力系數(shù)并不為1，一般在油氣藏范圍內(nèi)均隨著深度增加而變小，其主要原因可能是地層水的礦化度隨深度減小導(dǎo)致地層水密度減小而引起的。DST測(cè)試及分析化驗(yàn)資料亦證實(shí)隨著深度的增加，地層水的密度逐漸變小，主要原因是油氣藏中測(cè)試的水層并非是純水層，水層的上部含氣，導(dǎo)致上部的壓力系數(shù)比下部高。因深度-壓力線受含氣性影響較大，深度相差較大的層位借用時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的誤差。如圖6所示，E井鉆遇一個(gè)帶底油的底水油氣藏，氣層段、油層段均有測(cè)壓資料，水層段沒(méi)有進(jìn)行測(cè)壓。若直接借用臨近F井水層的測(cè)壓梯度回歸的油水界面垂深為1 928.0m。該油氣田深度每增加1 000 m水層壓力系數(shù)減小0.007，按照壓力系數(shù)變化規(guī)律折算后梯度回歸的油水界面垂深為1 919.5 m，與實(shí)際鉆遇界面垂深1 918.7 m誤差更小。

圖6 E井壓力回歸界面剖面

3 應(yīng)用實(shí)例

圖4中H區(qū)塊是一個(gè)帶邊水的巖性氣藏，地層水礦化度為12 828.4 mg／L，地層水密度為1.005 g／cm3，氣層流體密度為0.200 g／cm3，在井深3 204.03～3 235.96 m處MDT測(cè)井共獲取11個(gè)壓力點(diǎn)，其中有效測(cè)試點(diǎn)9個(gè)。通過(guò)對(duì)壓力數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，氣層段有3個(gè)測(cè)試點(diǎn)存在不同程度的超壓異常，需要進(jìn)行剔除；其余6個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)一致性較好，質(zhì)量基本可靠。

選擇有效的6個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為水層、氣層壓力分析點(diǎn)，按照確定的水層、氣層選擇的壓力數(shù)據(jù)，得到水層、氣層壓力梯度關(guān)系，由此確定氣水界面垂深為3 207.5 m。

4 結(jié)論

氣水界面在儲(chǔ)量評(píng)估中具有重要意義，對(duì)于多數(shù)沒(méi)有鉆遇氣水界面的氣藏，采用可靠的測(cè)壓資料可以預(yù)測(cè)氣水界面，但需要資料加以區(qū)分和辨別。

（1）通過(guò)MDT測(cè)壓資料回歸方程可計(jì)算出氣水界面。

（2）儲(chǔ)層厚度、有效測(cè)壓點(diǎn)的分布位置和數(shù)量對(duì)回歸得到的氣水界面精度有影響。

（3）測(cè)量過(guò)程中受儀器或井況影響，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致計(jì)量誤差，需通過(guò)校正使其符合其他井的壓力-深度關(guān)系。

（4）低滲儲(chǔ)層過(guò)渡帶范圍較大，直接采用壓力回歸會(huì)導(dǎo)致誤差較大，需結(jié)合實(shí)際的毛管壓力-飽和度關(guān)系綜合計(jì)算氣水界面。