水淹层电阻率变化规律研究

冷先刚, 张志国, 陈建文, 蒲磊, 吴小宁, 时建超

(1.长庆油田分公司第十二采油厂地质研究所, 甘肃 合水 745400; 2.长庆油田勘探开发研究院, 陕西 西安 710021; 3.长庆油田苏里格研究中心, 陕西 西安 710021)

0 引 言

老区加密调整井水淹层解释精度不高,解释图版可靠性较差,部分高电阻率油层试油结论与解释成果不符,直接影响剩余油分布规律研究和剩余油挖潜措施效果。混合水电阻率模型存在不足,不能完全解释高电阻率水淹层的形成机理。关于混合水电阻率的研究,王少卿等[1]以kumkol油田为例,地层水淡化所引起的电阻率升高抵消不了含水饱和度的变化引起的电阻率降低效应,油层含水饱和度上升导致电阻率降低。雍世和等[2]认为在注淡水开发油田过程中,电阻率呈U型变化,在水淹初期,含水饱和度的增加占主导地位,油层电阻率下降,水淹一定程度后,淡化起主要作用,油层电阻率升高,明显高于油层电阻率。范宜仁等[3-5]通过实验研究淡水驱替过程中岩石电阻率的变化规律,认为电阻率随含水饱和度变化存在S型、U型和L型。张超谟等[6]基于阳离子交换与物质平衡模拟了辽河油田和吐哈油田水层电阻率变化过程。王丽[7]基于并联导电模型评价水淹层。杨景强[8]认为阳离子交换不可低估,采用改进并联模型计算混合地层水电阻率。申林辉[9]建立了在变倍数多倍注入水条件下基于物质平衡理论的地层水电阻率模型,在计算混合液矿化度时采用阳离子交换模式,而计算混合液电阻率时又采用并联电阻率模型。俞军等[10]研究了不同润湿性岩石淡水驱替过程中岩石电阻率的变化,不同的润湿性电阻率的变化规律不同。

本文主要讨论:①既然淡化作用抵消不了含水饱和度的变化引起的电阻率降低,那么高电阻率水淹层成因如何解释;②建立在阳离子交换作用基础上的并联电阻率改进模型的依据是什么;③反映水淹层电阻率随含水饱和度变化规律的水淹油层电阻率或增大系数与含水饱和度关系曲线型态的控制因素有哪些。

图2 不同Cw/Cwj比值下Cwz和Rwz与Sw关系图

1 混合水电阻率模型的建立

地层水与注入水矿化度有差异,二者之间必然存在阳离子交换,当时间足够长时,可以达到平衡状态;随着新注入水的注入,之前的注入水会被新到达的注入水所驱替而向前移动,含水饱和度也随之增大,达到平衡状态后的混合水地层水与新的注入水之间仍然存在矿化度的差异,二者之间同样存在阳离子交换,直至达到新的平衡状态;当新注入水不断驱替原有经过阳离子交换而达到平衡状态的注入水后,阳离子交换不断打破旧有的平衡状态而建立新的平衡状态,直至混合地层水与新注入水不存在矿化度差异(见图1)。

图1 混合水电阻率模型示意图

采用NaCl水溶液模拟原始地层水和注入水,根据阳离子交换和物质平衡原理,建立混合水电阻率模型公式

CwiSwi+CwjdSw=CwzSw

(1)

则,CwiSwi+CwjdSw=(Cwi+dCwz)(Swi+dSw),

(Cwj-Cwi)dSw=(Swi+dSw)dCwz=SwdCwz

(2)

电阻率与矿化度关系[2]

(3)

Rwz=45.5Rwnz/(T+21.5)

(4)

式中,Sw为总含水饱和度,%;Cwz混合水阳离子矿化度,mg/L;Cwj注入水阳离子矿化度,mg/L;Swi束缚水含水饱和度,%;Cwi为原始地层水矿化度,%;Rwzn和Cwzn分别是24 ℃混合地层水电阻率和矿化度;Rwz是温度T时混合地层水电阻率。

根据式(2)至式(4)可以计算任何温度下水淹层混合地层水矿化度及电阻率。图2为温度为50 ℃、原始地层水矿化度为100 000 mg/L、束缚水饱和度为20%、残余油饱和度为30%的储层在注入水和与原始地层水矿化度不同比值下混合水矿化度和电阻率与含水饱和度关系图。

2 水淹层电阻率变化规律

在前述混合水电阻率模型建立的基础上,利用

阿尔奇公式[2,8]计算水淹层电阻率相对于原始油电阻率的增大系数,研究水淹层变化规律。

(3)

(4)

I=Rt/Rti=(Rwz/Rw)×(Swi/Sw)n

(5)

(6)

式中,Rti为原始油层电阻率;Rt为水淹层电阻率;Rwz为混合地层水电阻率;Rw为原始地层水电阻率;Sw为水淹层总含水饱和度;Swi为原始束缚水饱和度;I为电阻率增大系数;a为与岩石有关的比例系数,一般为0.6～1.5;m为岩石的胶结指数,常取2左右;b为与岩性系数,常取1;n为饱和度指数,常取2;φ为岩石孔隙度。

根据式(6)可以计算任意条件下,水淹层电阻率相对于原始油电阻率的增大系数。由式(6)可知,水淹层电阻率增大系数与注入水阳离子矿化度Cwj、原始地层水矿化度Cwi、含水饱和度Sw、束缚水含水饱和度Swi、残余油饱和度Sor及n值有关。由于式(6)比较复杂,在以上因素影响下,本文采用数值模拟及图解的方法讨论水淹层电阻率增大系数与含水饱和度变化规律。

2.1 不同原始地层水矿化度与注入水矿化度比值Cwi/Cwj

图3为温度为50 ℃,Cwi=100 000 mg/L,Swi=20%,Sor=30%,a=1,b=1,m=2,n=2,在不同注入水与原始地层水矿化度比值下,电阻率增大系数与含水饱和度关系图。从图3看出,①在相同的饱和度下,Cwi/Cwj比值越大,电阻率增大系数越大;②在不同Cwi/Cwj比值下,电阻率增大系数随含水饱和度增大,变化规律有所不同,基本可以分为3类。

图3 不同Cw/Cwj比值下Rt/Rti与Sw关系图

(1) Ⅰ类水淹类型。水淹层电阻率不断减小,电阻率增大系数始终小于1,原始地层水矿化度与注入水矿化度比值Cwi/Cwj<2.4。尽管混合地层水矿化度随着注入水的注入而不断下降,混合地层水电阻率不断增大,然而混合地层水电阻率增大不足以抵消含水饱和度增大对水淹层电阻率的影响,电阻率增大系数始终小于1,水淹层电阻率不断减小。

(2) Ⅱ类水淹类型。电阻率先减小后增大最后持续减小,电阻率增大系数始终小于1,原始地层水矿化度与注入水矿化度比值2.4≤Cwi/Cwj≤3.2。初始阶段,随注入水的注入,混合地层水矿化度减小,混合地层水电阻率增大,然而混合水电阻率的影响不足以抵消含水饱和度增大对水淹层电阻率的影响,电阻率增大系数小于1,电阻率减小;中期阶段,混合地层水矿化度继续降低,当混合水电阻率大于含水饱和度增大对水淹层电阻率的影响时,电阻率开始增大,但始终小于原始油层电阻率;后期阶段,混合水矿化度增大至注入水矿化度,混合水电阻率等于注入水电阻率后,水淹层电阻率随含水饱和度增大而持续降低。

(3) Ⅲ类水淹类型。电阻率先减小后增大最后持续减小,早期电阻率增大系数不断减小且小于1,中期电阻率增大至大于1,后期电阻率增大系数不断减小,可能减小至小于1,原始地层水矿化度与注入水矿化度比值Cwi/Cwj>3.2。初始阶段,随注入水的注入,混合地层水矿化度减小,混合地层水电阻率增大,然而混合水电阻率的影响不足以抵消含水饱和度增大对水淹层电阻率的影响,电阻率增大系数小于1,电阻率减小;中期阶段,混合地层水矿化度继续降低,当混合水电阻率大于含水饱和度增大对水淹层电阻率的影响时,电阻率开始增大,当含水饱和度继续增大,电阻率增大系数大于1,混合水地层电阻率增大至大于原始油层电阻率;后期阶段,混合水矿化度增大至注入水矿化度,混合水电阻率等于注入水电阻率,水淹层电阻率随含水饱和度增大而持续降低。

图4 不同Cwi值下Rt/Rti与Sw关系图

2.2 不同原始地层水矿化度Cwi

图4分别为温度为50 ℃,Cwi=100 000 mg/L,Cwi=10Cwj,Cwi=3Cwj,Swi=20%,Sor=30%,a=1,b=1,m=2,n=2,在不同原始地层水矿化度下,电阻率增大系数与含水饱和度关系图。从图4可以看出,相同原始地层水矿化度与注入水矿化度比值下,原始地层矿化度越大,电阻率增大系数越小,但是差异相对较小。

2.3 不同饱和度系数n值

图5分别为温度为50 ℃,Cwi=100 000 mg/L,Cwi=10Cwj,Cwi=4Cwj,Swi=20%,Sor=30%,a=1,b=1,m=2,在不同饱和度系数n下,电阻率增大系数与含水饱和度关系图。从图5可以看出,①相同原始地层水矿化度与注入水矿化度比值和含水饱和度下,饱和度系数n值越大,电阻率增大系数越小;②在其他情况相同的情况下,不同的饱和度系数下,水淹类型可以从Ⅲ类水淹类型变为Ⅱ类水淹类型甚至是Ⅰ类水淹类型;③按照电阻率增大系数随含水饱和度变化曲线形态划分水淹类型时,不能只考虑原始地层水矿化度与注入水矿化度比值或原始地层水电阻率与注入水电阻率比值,还需要考虑饱和度系数n值的大小。

2.4 不同束缚水饱和度Swi和残余油饱和度Sor

图6分别为温度为50 ℃,Cwi=100 000 mg/L,Cwi=10Cwj[图6(a)、图6(c)],Cwi=3Cwj[图6(b)、图6(d)],a=1,b=1,m=2,n=2,在不同原始束缚水饱和度和残余油饱和度下,电阻率增大系数与含水饱和度关系图。从图6可以看出,不同束缚水饱和度下,曲线的形态基本一致,束缚水饱和度越大,最大电阻率增大系数对应的含水饱和度越大;残余油饱和度只是影响含水饱和度的变化范围,并不影响曲线的基本形态。

3 应用实例

长庆油田延长组长6层某注水开发区块,长6层油层电阻率20～30 Ω·m,平均原始地层矿化度89 200 mg/L。按照注入水来源,可将该开发区块分为清水区和污水回注区,清水区注入水矿化度为600 mg/L,污水回注区污水的矿化度与原始地层水矿化度接近。清水区和污水区水淹层电阻率变化特征截然不同,污水回注区由于污水的矿化度与原始地层水接近,表现为Ⅰ类水淹类型,随着水淹程度的增加,电阻率不断减小,含水率不断增大,如W90-261井目的层电阻率为17 Ω·m,较原始油层电阻率低10 Ω·m,试油日产油0.0 t,日产水48.6 m3,矿化度88 940 mg/L;清水区由于矿化度远低于原始地层水矿化度,表现为Ⅲ类水淹类型特征,在水淹中后期电阻率大于原始油层电阻率,部分井电阻率高达100 Ω·m,是原始油层电阻率3～4倍,早期解释为油层,试油为高含水,如W17-232井位该注水开发区块清水区内,目的层电阻率为72.3 Ω·m,较该区原始油层电阻率高49 Ω·m,试油日产油0.0 t,日产水66.0 m3,投产后含水一直高于98%,矿化度2 230 mg/L。后期加密调整井避开异常高电阻率油层射孔,取得较好的效果。

4 结 论

(1) 水淹层电阻率变化规律受原始地层水矿化度与注入水矿化度比值、原始地层水矿化度、饱和度系数n值、束缚水饱和度及残余油饱和度等诸多因素的综合控制。

(2) 地层水矿化度与注入水矿化度比值和饱和度系数n值为水淹层电阻率变化规律主控因素,原始地层水矿化度大小和束缚水饱和度及残余油饱和度为次要控制因素。

(3) 相同的饱和度系数n值、不同原始地层水矿化度与注入水矿化度比值下,电阻率增大系数随含水饱和度增大,变化规律不同,基本可以分为3类水淹类型;不同水淹类型原始地层水矿化度与注入水矿化度比值范围主要受饱和度系数n值的控制。

(4) 饱和度系数n值越小、原始地层水矿化度与注入水矿化度比值越大,出现高电阻率水淹层的概率越大。

参考文献:

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