冀中束鹿西斜坡潜山油水界面判识技术

张明扬 姜维寨 孟庆峰 戴广阔 孙红华 陈玉蓉 颜怀羽 陈京原 郭素杰

(中国石油渤海钻探工程有限公司第二录井分公司)

0 引 言

近两年，华北油田在冀中坳陷北部杨税务潜山、南部束鹿西斜坡潜山油气勘探中先后取得重大发现，为油气产能、规模储量的稳步提升发挥了重要的作用，展现出良好的油气勘探前景，使潜山油气勘探再次成为今后油气勘探开发的重点。研究表明，潜山受构造形态、储集层发育程度，以及高温、高压、凝析油气显示，低压、低地层水矿化度、重稠油显示的影响，给潜山油水界面准确判识增加了难度，因此制约着新钻井完钻层位的确定以及试油段的优选。为了进一步完善潜山油水界面有效判识技术，为潜山及潜山内幕油气勘探提供技术支撑，笔者利用录井技术与资料，开展了本文的研究。

1 地质特征和地层水化学特征

1.1 区域油藏地质特征

束鹿西斜坡带位于冀中坳陷南部，是夹于宁晋凸起和束鹿凹陷中央洼槽带之间的北北东走向的典型的东断西超箕状凹陷斜坡带，面积约346 km2，东部为束鹿凹陷洼槽带，西部为宁晋凸起，南部是小刘村凸起，北以衡水断裂与深县凹陷相接，西斜坡带自南向北依次为雷家庄构造、西曹固构造、台家庄构造和南小陈构造[1]。

斜坡潜山带以残丘潜山为主，其类型多样，风化剥蚀时间长，储集层物性发育，受构造运动及沉积影响，潜山上伏新生界地层砾岩发育，成分复杂。该地区残丘潜山一般埋藏较浅，保存条件欠佳，造成油质相对较差，原油相对密度一般在0.89～0.95之间，粘度较大，自然流动性较差；在斜坡带潜山较深地区，原油性质属中质-中质偏重类型。上述复杂地质因素导致束鹿西斜坡潜山油藏具有低气油比、高甲烷、油质重的特点，给地质层位判定、潜山油水界面确定增加了难度。

1.2 地层水化学特征

本文收集了束鹿西斜坡潜山9口出水井的地层水测试水样。从统计数据(表1)来看，潜山地层水pH值一般为6.5，浮动较小，表明该地区地层水处于良好弱酸环境中。地层水阳离子主要有K+、Na+、Ca2+、Mg+，阴离子主要有Cl-、SO42-、HCO3-，不同井地层水离子含量和矿化度有所差别。

根据滴定结果，研究区水型主要是过渡型构造中形成的反映海水或大陆水成因的NaHCO3型，总矿化度介于1 473.3～3 279.4 mg/L之间，属于低矿化度地层水。

表1 束鹿西斜坡潜山地层水化学特征统计

地层水的离子组成是反映其特征的重要指标[2]。根据离子组成变化特征，可分析地层水的来源和成岩演化情况，特别是Na+、Cl-对蒸发浓缩作用反应敏感，在各类油田水中属于富集离子[3]。束鹿西斜坡地层水主要离子及其含量符合我国陆相油田水类型的排列顺序，即阳离子Na+>Ca2+>Mg2+，阴离子Cl->HCO3->SO42-，均以Na+、Cl-含量占优势。

Na+和Cl-含量随深度增加而增大，而Ca+、Mg2+的溶解与沉淀易受地层水化学性质影响，导致其含量随深度增加而减小；对于SO42-而言，埋藏越深、封闭条件越好，硫酸盐还原细菌及热还原作用使SO42-的含量越小，因而地层水中SO42-含量普遍很低[4]。

通过对束鹿西斜坡潜山油藏和地层水化学特征分析，该区油藏具有低气油比、高甲烷、油质重等特点，地层水为低矿化度NaHCO3型，这一特点给潜山油水界面判定增加了难度，运用常规录井技术不能明显地判识油水界面，因此需要探索新方法和新技术来解决这一生产难题，为潜山井的完钻层位以及后期试油选层提供依据。

2 “含水指数”判识油水界面

目前，常规判识油水界面的方法主要有实时电导率判断油水界面、后效电导率判断油水界面、CO2判断油水界面、油性指数判断油水界面、氯离子以及气测显示和组分判断油水界面的方法，其中电导率、CO2含量、油性指数、Cl-含量以及C1相对含量均为水敏感参数，其在纵向上增大，均可指示地层含水；而气测全烃为含油敏感参数，其在纵向上增大表明地层含油的可能性增大。

但由于束鹿西斜坡潜山油藏具有低矿化度地层水、低气油比、高甲烷、油质重的特点，利用以上参数的变化来判断潜山油水界面已经不能完全满足现场要求。因此笔者通过数学方法，综合充分利用录井参数，对水敏感的参数进行放大组合，与对油气显示敏感的参数进行相比，创新引入“含水指数”，来判断潜山油水界面。

含水指数公式如下：

式中：Ks为含水指数；Kz为可钻性指数，由宾汉公式繁衍而来，其值大小反映储集层好坏，实现储集层评价的定量化；Tg为随钻过程中地层中的全烃值含量；D为电导率归一化值，电导率减去电导率基值，得出的结果再与电导率相比，然后乘以100；Z为二氧化碳归一化值，其计算方法与电导率归一化值的计算方法相同；L为钻井液中氯离子归一化值；S为油性指数；Y为含油级别，根据岩屑的显示级别赋予不同值，无显示值为0.5，荧光的显示值为2，油迹的显示值为4，油斑的显示值为8。

该含水指数公式的物理意义如下：储集层发育的地层必定有流体的存在，流体性质取决于岩屑含油显示、气测值高低、气测组分以及曲线形态。如果岩屑含油显示级别较高，且气测全烃值高，气测能量能够充分填满对应的储集层，此流体以油气为主；但如果相反，流体中可能会含水，当流体经过钻头破碎后进入钻井液，势必会影响录井参数的变化，如CO2、电导率突然升高，氯离子抬升，因此将含油敏感参数作为分母，把含水敏感参数作为分子，这两项相比再乘以表示地层储集层物性的可钻性指数即得出含水指数，含水指数越大，表明地层含水的可能性越大。

通过计算束鹿西斜坡潜山出水井的含水指数可以发现(表2)，在潜山界面以上，出水井的含水指数(Ks)小于1 000，而在油水界面以下，含水指数(Ks)大于1 000。通过总结区域规律特征可知，当含水指数(Ks)大于1 000时，表明已经钻穿油水界面。

表2 束鹿西斜坡潜山出水井含水指数统计

3 离子色谱技术判识油水界面

离子色谱技术作为一项高效液相色谱分析技术，可实现钻井液中Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等无机离子质量浓度的批量检测[5]。利用该技术可快速、准确地对地层水离子变化进行判断。结合苏林地层水分类法[6]，依据Na+/Cl-、(Na+-Cl-)/ SO42-、(Cl--Na+)/ Mg2+这三个特征系数，可有效判断地层是否含水及地层水类型。束鹿西斜坡潜山出水井较多，对其中的9口井进行水样收集，利用离子色谱分析仪进行检测，检测出的离子含量按照苏林提出的特征系数计算，进一步证实了束鹿西斜坡潜山出水井的水型为NaHCO3型(表3)。

表3 束鹿西斜坡潜山离子色谱检测地层水离子含量

在钻井过程中，原始地层中的地层水进入钻井液体系，势必会引起钻井液中无机离子类型和质量浓度的变化[7]，由离子色谱分析化验得出的结果可以看出，束鹿西斜坡潜山地层水的Na+、HCO3-、Cl-含量最高，因此当检测到钻井液中以上离子含量明显升高，相应的钻井液总矿化度也升高时，可判断地层含水。笔者根据束鹿西斜坡地层水的水型以及敏感离子优选了Na+和总矿化度(Kh)两参数，计算其在钻井液背景值下的增长率，根据产出流体性质不同的井计算束鹿西斜坡十几口出油和出水井的Na+、总矿化度(Kh)的增长率，建立了本地区不同的含水级别标准(表4)。

表4 离子色谱地层水判别标准

由表4可知，束鹿西斜坡油区Na+增长率≤10%，Kh增长率≤20%；水区(少)Na+增长率10%～25%，Kh增长率20%～60%；水区(多)Na+增长率≥25%，Kh增长率≥60%。根据以上评价判别标准，以 Na+增长率、Kh增长率分别作为横、纵坐标进行交会分析，构建离子色谱地层水解释评价图板(图1)。

从该图板可以直接看出，油区、水区分布区间明显，且当数据点位于水区(少)时表明已经钻穿油水界面，同时根据潜山储集层的发育程度，又将水区按出水量多少划分为水区(多)、水区(少)。

图1 离子色谱地层水解释评价图板

4 应用效果

在束鹿西斜坡地区利用含水指数和离子色谱分析技术判识潜山油水界面，总共应用13口井，其中包括反验证井9口，现场应用井4口，最终油水界面准确识别率100%，有效解决了油水界面识别的难题，为完钻层位的确定和试油段优选提供了科学的依据。

4.1 JG 33X井

JG 33X井位于束鹿西斜坡北段JG 9井西，是一口钻探JG 9井西潜山圈闭含油气性的预探井。该井属于对含水指数和离子色谱分析技术进行反验证的一口井，在钻进至井深2 780 m处时(图2)，电导率明显抬升，依据常规方法判断，表明已经钻穿油水界面，建议就此完钻并在井深2 775 m处注灰塞。根据上述含水指数判识束鹿西斜坡地层水的标准，当含水指数(Ks)大于1 000时，可判断地层出水。通过计算本井的含水指数可以发现，在井深2 785 m以上含水指数小于100，在这之下含水指数迅速升高并超过1 000，判断井深2 785 m处为该井的油水界面；运用离子色谱分析仪对2 785 m上下的钻井液进行离子检测，并计算Na+、总矿化度(Kh)的增长率，将所得数据在建立的离子色谱地层水解释评价图板上进行投点(图1)，可以看出，在出油的井段，其Na+、总矿化度(Kh)的增长率交会的数据点均落在解释评价图板的油区；而在含水指数增大的井段，其钻井液中Na+、矿化度(Kh)的增长率交会的数据点均落在解释评价图板的水区(少)。随后在灰塞以上井段2 750.18～2 775 m射孔并进行射流泵热采，获得了产油14.82 t/d的高产油流，通过试油证实了含水指数和离子色谱分析技术判断油水界面的可靠性。

图2 JG 33X井综合录井图

4.2 JG 30X井

JG 30X井是部署在冀中坳陷束鹿凹陷北部斜坡外带J 75井南圈闭上的一口预探井，钻探目的是预探北部西斜坡区J 75井南圈闭馆陶组、雾迷山组储集层含油气情况，同时落实储集层、含油气面积、储量。该井在1 467 m进入潜山以后(图3)，计算其含水指数(Ks)，可以发现含水指数(Ks)迅速升高，且均值大于1 000，符合束鹿西斜坡潜山含水指数判识油水界面标准，当含水指数(Ks)大于1 000时，地层出水。对其钻井液进行取样，然后在实验室中应用离子色谱分析仪检测其离子含量，并计算其在当前钻井液背景值下的Na+、总矿化度(Kh)增长率，通过对数据点进行交会(图1)，可以发现落在束鹿西斜坡潜山离子色谱解释评价图板的水区(多)。通过含水指数和离子色谱技术判断，该井的油水界面即为潜山界面，井深1 467 m，建议就此完钻，并对潜山以下注灰封堵。随后在井段1 467.72～1 488.35 m进行裸眼测试，螺杆泵抽汲，产水22.44 m3/d，Cl-1 064 mg/L，水型为NaHCO3型。

图3 JG 30X井综合录井图

5 结论与认识

(1)束鹿西斜坡潜山有低气油比、高甲烷、油质重油藏的特点，且地层水矿化度低，因此利用常规方法判识油水界面难度大。

(2)通过将录井中对水敏感的参数进行放大，然后与对油气显示敏感的参数进行优势组合，综合充分利用录井参数，创新引入“含水指数”，在束鹿西斜坡潜山应用效果良好。

(3)运用离子色谱分析技术找出了束鹿西斜坡潜山地层水的敏感离子，通过计算其在钻井液背景值下Na+与总矿化度(Kh)的增长率，建立了该区的离子色谱地层水解释评价标准和图板，应用该标准和图板可更简便、直观地识别不同含水级别地层。

(4)综合应用“含水指数”和离子色谱分析技术两种方法判识潜山油水界面更加准确。