一种定量表征油水过渡区饱和度分布的实用方法

鹿克峰 徐振中 冯景林

（中海石油（中国）有限公司上海分公司勘探开发研究院）

一种定量表征油水过渡区饱和度分布的实用方法

鹿克峰 徐振中 冯景林

（中海石油（中国）有限公司上海分公司勘探开发研究院）

为定量表征三维空间内油水过渡带饱和度变化特征，提出了一种定量表征油藏油水过渡区饱和度分布的实用方法，即油藏毛管压力J函数－电测饱和度方法。该方法首先通过毛管压力的定义式，按照油藏过渡带的垂向位置来计算不同深度的毛管压力；然后结合井点孔渗数据，计算油藏毛管压力J函数；最后建立油藏毛管压力J函数与电测解释饱和度之间的预测关系式，计算三维空间内过渡区饱和度分布。文中以东海盆地花港组某油藏为例，对本文方法进行了应用与验证，结果表明本文方法计算结果与电测法结果吻合较好，说明本文方法是可行、有效的。

油藏过渡带饱和度 定量表征方法 岩心毛管压力J函数 油藏毛管压力J函数

油藏流体分布的定量表征是油藏精细描述的基本内容之一，目前国内主要有地震烃类监测、测井解释、特殊岩心分析等3种方法。地震属性对流体饱和度的变化不敏感，常用的AVO叠前反演技术仅能大致识别油气层和水层[1]，因而地震烃类监测方法无法实现流体饱和度定量表征；利用油基泥浆取心资料，采用测井方法可以较为准确地解释沿井点饱和度的纵向分布[2]，但因流体饱和度受岩性、物性及深度等因素的影响，无法直接通过井间对比拓展到三维空间；特殊岩心分析是在压汞毛管压力曲线的基础上，通过J函数处理实现对油藏三维空间饱和度的定量表征。据前人研究[3－4]，因地质运动变化，油藏的储层孔隙结构、流体参数会发生较大变化，用压汞法取得的毛管压力资料不能准确求取原始含油饱和度。因此，目前尚无一个准确的方法来定量表征三维空间流体饱和度的变化规律。实际上，油藏中纯油区饱和度变化相对较小，主要受束缚水饱和度影响；油水过渡区则是饱和度纵向变化最大的一段，定量表征过渡区饱和度的变化特征是进行储量计算、开发方案编制的关键技术之一。为此，笔者提出了一种定量表征油水过渡区饱和度分布的实用方法，即油藏毛管压力J函数－电测饱和度方法，该方法是以油藏井点测井解释数据代替岩心试验数据来建立饱和度预测方程，从而实现了从井点到油藏三维空间的饱和度定量表征。

1 油水过渡区的识别

图1为东海盆地花港组某油藏过井剖面，油藏砂岩厚度为50 m左右，岩性以细砂岩为主。自然伽马曲线显示砂岩相对均质，多数井不存在明显的泥质夹层。深电阻率曲线明显分为3段：下段电阻率曲线幅度较低且分布均匀，一般在1.5～2.0Ω·m；中段自下而上电阻率曲线幅度有持续增高的趋势，从2Ω·m左右增大到4Ω·m以上；上段电阻率曲线幅度较高且分布均匀，一般保持在4Ω·m以上。上述下、中、上3段分别对应油藏的水区、过渡区和纯油区，水区与过渡区的分界面在各井较为清楚且统一，但纯油区与过渡区的分界面在各井相对模糊。

图1 东海盆地花港组某油藏剖面图

为了较为准确地识别每一口井油水过渡区的深度范围，采用了特殊岩心分析束缚水饱和度标定电测解释饱和度的方法来确定油水过渡带顶界。分别采用压汞毛管压力、半渗法毛管压力、油水相渗曲线[5]3种方法对电测解释饱和度进行了标定，选用本区40条油水相渗实验数据建立了束缚水饱和度Swi与岩心物性参数K的相关关系式

图2为东海盆地花港组某油藏2口井特殊岩心分析束缚水饱和度曲线与电测解释水相饱和度曲线的对比，可以看出，特殊岩心分析计算的束缚水饱和度曲线与电测解释的含水饱和度曲线在油藏上部基本重合，在油藏中下部逐渐分离，并且深度越大分离越远，直到油藏底部2种曲线的分离幅度变得均匀，这一深度范围即代表油藏的油水过渡带，2种曲线的分离点即为油水过渡带的顶界。

图2 东海盆地花港组某油藏2口井特殊岩心分析束缚水饱和度曲线与电测解释水相饱和度曲线的对比

2 油藏毛管压力J函数－电测饱和度方法原理与预测关系式的建立

某一底水油藏油水界面的海拔深度为Hw，过渡带中任意一点的深度为How，油、水密度分别用ρo与ρw表示，假设油藏在原始状况下处于静止状态，根据毛管压力定义，该点毛管压力pCOW等于非润湿相压力减去润湿相压力，则得

式（2）中：g为重力加速度，9.80665 m/s2。

为了消除储层物性对毛管压力的影响，Leverett[6]提出了J函数法，即在同一岩性的岩石范围内，不同孔渗的岩石具有同一条J函数曲线（它是饱和度的单值函数），其表达式为

式（3）中：σ为油水界面张力，N/m；θ为润湿角，°；K为油藏平均渗透率，D；φ为油藏平均孔隙度，f；Swn为岩心标准化含水饱和度，f。

将式（2）代入式（3）得

式（4）中：

式（4）即为油藏毛管压力J函数－电测饱和度方法原理的数学表达式。从原理上来讲，该方法与岩心毛管压力J函数方法不同，它是通过毛管压力的定义式，根据实际油藏中过渡带的高度计算的，而岩心毛管压力是通过试验测定的；在建立J函数与饱和度关系式时，本文方法采用的是电测解释饱和度，而压汞法则是采用试验测定的对应毛管压力下的进汞饱和度。求解式（4）需要的参数为：油水过渡带的顶、底深度，即纯油底界及自由水面深度；地层油、水密度；油藏孔、渗数据。值得注意的是，油水表面张力及润湿角可以任意给定一数值，并不影响计算结果，因为利用本文方法建立J函数关系式时，油水过渡带范围及流体饱和度数据都是确定的，且认为在同一油藏中这2个参数的数值是固定的。

对东海盆地花港组某油藏采用该方法建立了预测油水过渡带饱和度方程，其步骤如下。

第1步：基本参数的准备。按本文第1节所述方法，计算出5口井油水过渡带的底深Hw、顶深Ho，以及束缚水饱和度Swi、残余油饱和度Sor；采用PVT分析得到地层油、水密度等流体参数；各参数值见表1。另外，还需要电测解释的油水过渡带不同深度的水相饱和度数据。

表1 计算J函数所需基本参数

第2步：取σcosθ为25达因，将表1中 Hw、ρw、ρo代入式（3），得到计算油藏任意一点的J函数值的方程

根据式（6），已知一口井在油水过渡带中任意一点的深度、孔隙度、渗透率值，即可计算出每一口井过渡带的毛管压力J函数。

第3步：取表1中单井的束缚水饱和度和残余油饱和度，利用式（5）对单井过渡带电测解释水相饱和度进行标准化，把第2步中计算出的单井过渡带J函数与标准化后的水相饱和度进行多项式回归（式7），建立每一口井过渡带J函数曲线（图3），可见5口井的J函数曲线分布较为集中。

第4步：将5条J函数进行平均，得到该油藏平均的J函数曲线多项式方程，其系数为

图3 东海盆地花港组某油藏单井、油藏平均J函数曲线

第5步：对式（7）进行迭代求解，即可求出油藏中任意一点的含水饱和度。计算得到的东海盆地花港组某油藏饱和度分布剖面情况见图4。图5为该油藏渗透率分布剖面图。

由图4、5可以看出：在油藏中下部的油水过渡带，油相饱和度分布的非均质性清晰，主要与距离油水界面的高度和储层物性有关：在储层渗透率接近的情况下，距离油水界面的高度越大，油相饱和度越高，在相同深度线上，储层渗透率的分布趋势是中间高、南北两端低，油相饱和度相应呈现中间高、南北两端低的分布规律。

3 计算结果验证

采用本文方法、岩心毛管压力J函数方法、电测法等3种方法，对井点过渡带计算数据进行对比，以验证本文方法的可靠性。首先需要求得东海盆地花港组某油藏采用岩心毛管压力J函数计算的过渡带饱和度数据。

该油藏共测得14块岩样的压汞毛管压力曲线，岩样孔隙度为0.1667～0.2650，岩样渗透率为20.54～1475.00 mD。对14块岩样测得的压汞毛管压力曲线，按照杨胜来[7]等所提供的方法，首先对各岩样实验数据计算J函数，分类平均得到平均毛管压力J函数曲线，然后换算为油藏条件下的平均毛管压力J函数曲线，因界面张力与润湿角没有确定的实验数据，通过调节二者乘积的大小，使岩心平均毛管压力J函数计算的过渡带高度与单井电测解释过渡带高度一致。

图6为分别采用电测法、岩心毛管压力J函数法及本文方法计算的东海盆地花港组某油藏2口井的油水过渡带饱和度曲线，图中对比的深度范围为油水过渡带。对比结果表明，岩心毛管压力J函数曲线计算的含水饱和度明显低于电测解释含水饱和度，且随着深度增加差异越大；而本文方法计算的含水饱和度与电测法吻合较好，说明本文方法可行、有效。

图6 不同方法计算的东海盆地花港组某油藏X3、X4井油水过渡带饱和度曲线对比

4 结束语

岩心毛管压力J函数方法与本文提出的油藏毛管压力J函数－电测饱和度方法均可实现油藏三维空间内油水过渡带饱和度的定量表征，但前者与电测饱和度在井点上存在较大差异，而后者以油藏井点数据代替岩心试验数据来建立饱和度预测方程，与电测饱和度在井点上的吻合程度较好，从而实现了从井点到油藏三维空间的饱和度定量表征。

需要说明的是，本文提出的油藏毛管压力J函数－电测饱和度方法也存在一定的局限性，较好应用的前提是油藏要有部分井点具有完整的饱和度剖面，且油水过渡带特征清晰可鉴；另外，电测解释饱和度要有翔实的岩电实验数据，电测解释渗透率也要有大量的岩心孔渗实验作基础，以确保油水过渡带饱和度、渗透率解释的准确性。

[1] 张卫卫，何敏.AVO叠前反演技术在珠江口盆地白云深水区烃类检测中的应用[J].中国海上油气，2010，22（3）：160－163.

[2] 萧德铭，毕海滨.利用油基泥浆取心资料确定砂岩油藏原始含油饱和度若干问题探讨[J].中国海上油气，2003，17（4）：252－255.

[3] 赵国欣，朱家俊，关丽.用毛管压力资料求取原始含油饱和度的方法[J].中国石油大学学报：自然科学版，2008，32（4）：38－41.

[4] 朱家俊，耿生臣.也谈压汞资料与含油饱和度的关系[J].大庆石油地质与开发，2003，22（5）：32－34.

[5] 王曙光，赵国忠，余碧君.大庆油田油水相对渗透率统计规律及其应用[J].石油学报，2005，26（3）：78－79.

[6] 塔雷克·艾哈迈德.油藏工程手册[M].冉新权，何江川，译.北京：石油工业出版社，2002：139.

[7] 杨胜来，魏俊之.油层物理学[M].北京：石油工业出版社，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，高级工程师，主要从事油藏工程研究。地址：上海市徐汇区零陵路583号海洋石油大厦（邮编：200030）。E－mail：lukf＠cnooc.com.cn。

2011－03－09改回日期：2011－04－22

（编辑：杨 滨）