混合液地层水电阻率反演在水淹层评价中的应用

混合液地层水电阻率反演在水淹层评价中的应用
陆云龙;李兴丽;吕洪志;陈丹磬;刘志伟
【摘要】注水开发油田由于注入水与原生地层水矿化度的差异导致储层地层水电阻率发生变化,准确计算混合液地层水电阻率对正确评价剩余油饱和度、划分水淹级别至关重要.通过不同体积、不同矿化度溶液混合实验分析了混合液地层水电阻率的变化规律及其影响因素,提出了混合液地层水离子导电模型,结合饱和度模型,利用最优化算法,通过约束迭代反演得到混合液地层水电阻率以及剩余油饱和度和束缚水饱和度.该方法应用于渤海SZ油田综合调整阶段水淹层定量评价中,经密闭取心、生产动态验证,计算结果可信,对渤海油田大井距复杂水淹层定量评价具有一定的指导意义.
【期刊名称】《测井技术》
【年(卷),期】2016(040)002
【总页数】5页(P189-192,196)
【关键词】测井评价;水淹层;混合液;地层水电阻率;离子导电模型;迭代反演
【作者】陆云龙;李兴丽;吕洪志;陈丹磬;刘志伟
【作者单位】中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300452;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300452;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300452;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300452;中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司实验中心,天津300452
【正文语种】中文
【中图分类】P631.84
0 引言
注水开发是油田提高采收率的重要手段,随着油田开发程度的不断加深,水淹层评价成为测井解释的一个重要问题。

由于注入水与储层原生地层水矿化度不同,水淹层地层水电阻率值随着水淹程度的不同而变化,准确计算混合液地层水电阻率值成为评价水淹层剩余油饱和度、识别水淹级别的关键因素之一。

对于混合液地层水电阻率的求取,前人开展了广泛的研究。

王敬农等[1]提出原始地层水与注入水并联导电的假设,总结出混合液电阻率的表达式;邹长春等[2]研究发现简单的并联导电模型存在误差,对并联导电模型进行了修正;杨景强等[3]提出针对不同水淹级别采用不同模型计算混合液电阻率的方法。

上述方法均需要输入准确的束缚水饱和度值,实际应用受到限制,而饱和度校正[4]、电阻率反演[5]、毛细管压力[6]等方法也因条件苛刻其实用性受到限制。

本文在前人研究成果的基础上实验分析了混合液电阻率的影响因素及其变化规律,依据混合液导电机理,提出了离子导电模型,结合饱和度模型,建立混合液电阻率目标函数,通过最优化约束迭代算法反演得到混合液电阻率、含水饱和度与束缚水饱和度3个参数,进而计算驱油效率,实现水淹层的定量解释。

1 混合液电阻率模型
1.1 实验设计
混合液电阻率计算通常采用改进的并联导电模型
(1)
式中,V1、V2、V分别为溶液1、溶液2及混合后溶液的体积,mL;Rw1、Rw2、Rwz分别为溶液1、溶液2及混合后溶液的电阻率,Ω·m;α为系数,无量纲。

为明确混合液电阻率的变化规律,设计了不同体积、不同矿化度溶液混合电阻率测量实验。

实验采用标准盐水,NaCl、CaCl2、MgCl2·6H2O的质量比是
0.7∶0.6∶0.4,数据见表1至表3。

表1 不同矿化度溶液对应的电阻率值(23 ℃)矿化度/(mg·L-
1)100030006000800010000200000300004500060000电阻率
/(Ω·m)5.18461.83190.94240.72760.58840.31650.21680.15470.1208
表2 2种矿化度溶液不同体积混合对应的电阻率值(23 ℃)矿化度/(g·L-1)体积比4∶12∶11∶21∶51∶106与100.83800.77330.65680.60810.59386与
200.67360.55670.40220.35460.3385
表3 不同矿化度溶液等体积混合对应的电阻率值(23 ℃)矿化度/(g·L-1)矿化度
/(g·L-
1)60301063300.1547100.19500.316060.20220.34470.727630.21130.37450.8 8541.240410.21620.39631.03141.56822.6725
1.2 混合液电阻率模型建立
通过上述实验测量不同矿化度溶液混合后的电阻率值数据可以看出,与传统并联模型计算的电阻率值相比,2种溶液矿化度差异越大,传统模型计算结果与实验测量结果相比绝对误差越大;2种溶液矿化度越低,传统模型计算结果的绝对误差越大。

将实验数据代入改进的导电模型分析α系数的变化,当2种溶液矿化度不同时,α系数的变化也呈现不同的规律(见图1)。

因此,使用该模型应先通过实验确定α系数的变化规律,这使得改进的导电模型应用受到限制。

溶液导电的本质是溶液中离子的定向移动,溶液混合前与混合后满足离子平衡方程,即
VC=V1C1+V2C2
(2)
式中,C1、C2、C分别为溶液1、溶液2及混合液的矿化度,mg/L。

由式(2)结合岩石体积模型可以得到
(3)
式中,Cwi、Cwj、Cwz分别为原生水矿化度、注入水矿化度及混合液矿化
度,mg/L;Swi、Swz分别为岩石束缚水饱和度与含水饱和度,%。

式(3)称为混合液地层水离子导电模型。

1.3 混合液电阻率模型实验验证
图1 传统导电模型计算误差与改进模型α系数变化规律
理论与实验证实,相同温度下地层水电阻率值与其矿化度密切相关。

图2(a)是实验室条件下(23 ℃)不同矿化度标准盐水与其相应实测电阻率值关系图,两者相关系数0.999。

为了证实离子导电模型的准确性,在相同温度下,将不同体积、不同矿化度标准盐水混合,利用式(3)计算混合后的矿化度,将该矿化度与实测电阻率值投到图2(a)上,数据点均分布在已有的关系线上,如图2(b)所示,证明式(2)是可信的。

图2 离子导电模型实验验证
2 混合液电阻率模型影响因素分析
离子导电模型描述了储层混合液地层水矿化度与原生水、注入水矿化度以及饱和度之间的关系,涉及多个参数,这些参数共同对混合液电阻率产生影响。

图3显示了不同注入水矿化度条件下混合液地层水电阻率随束缚水饱和度、当前含水饱和度变化的情况。

可以看出,注入水与原生水矿化度差异越大,混合液地层水电阻率越快地接近注入水电阻率;当束缚水饱和度较高时,混合液地层水电阻率受束缚水影响较大,即使强水淹,混合液地层水电阻率与注入水电阻率也存在较大差异。

图3 不同参数变化下混合液电阻率的分布规律
依据上述混合液地层水离子导电模型,结合前人对溶液电阻率、温度、矿化度关系
的研究[7],在已知储层束缚水饱和度、当前含水饱和度、原生水以及注入水矿化度、地层温度的情况下,即可得到混合液地层水电阻率
(4)
式中,C为矿化度,g/L;t为温度, ℃;a为温度系数(大多数电解质为0.025),无量纲;b
为常数(通常取-0.95),无量纲。

3 混合液电阻率反演方法
式(3)涉及束缚水饱和度与当前含水饱和度2个未知参数,仅靠该式难以计算混合液地层水电阻率。

根据经验,印度尼西亚公式评价渤海地区砂泥岩地层饱和度效果较好,该公式描述了当前含水饱和度与混合液地层水电阻率之间的关系
(5)
式中,Vsh为泥质含量,%;φ为孔隙度,%;Rsh为泥岩电阻率,Ω·m;Rt为地层电阻
率,Ω·m;m为胶结指数,无量纲;n为饱和度指数,无量纲;Swz为含水饱和度,%;Rwz
为混合液电阻率,Ω·m。

式(3)、式(5)分别从不同角度描述了混合液地层水电阻率与饱和度的关系,联立两式建立目标函数
F=∑|f(Swz)-f(Swz、Swi)|2
(6)
式中,F为目标函数,无量纲;f(Swz)为饱和度模型计算的混合液电阻率,Ω·m;f(Swz、Swi)为矿化度导电模型计算的混合液电阻率,Ω·m。

利用最优化算法,通过约束饱和度对式(6)进行反演迭代得到最优解,进而获得混合液地层水电阻率、束缚水饱和度及当前含水饱和度。

由束缚水饱和度与当前含水饱和度可计算驱油效率,结合岩心相渗分析数据得到的产水率与驱油效率关系,可实现水
淹层水淹级别的确定。

4 应用效果分析
图4为SZ油田某井测井解释成果图。

该井原生地层水矿化度6 540 mg/L(电阻率0.34 Ω·m),注入水矿化度9 568 mg/L(电阻率0.18 Ω·m)。

依据本文方法反演得到的混合液地层水电阻率Rwz(见图4第7道蓝线),数值在原始地层水和注入水电阻率之间,并且水淹程度越强(第7道填充为取心观察水淹级别),Rwz越接近注入水电阻率。

在1 447.0～1 451.0 m深度段计算的Rwz与实际取样分析电阻率0.3 Ω·m结果一致;该方法在获得混合液地层水电阻率的同时,还可得到当前含水饱和度Sw以及束缚水饱和度Swi。

从图4可以看到,该方法计算的Sw与密闭取心分析饱和度匹配较好;利用当前含水饱和度、束缚水饱和度计算的驱油效率(第8道黑线)确定的水淹级别(第8道)与岩心观察水淹级别(第7道)基本吻合。

该实例证实本文提出的混合液地层水离子导电模型结合印度尼西亚公式计算的混合液地层水电阻率Rwz、当前含水饱和度Sw、束缚水饱和度Swi)合理、可信。

图4 混合液电阻率评价水淹层应用效果图*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同
5 结论
(1) 改进的并联模型中α系数不再是常数,受矿化度影响,需要实验确定。

(2) 提出混合液地层水离子导电模型,通过实验数据证实该模型的可靠性。

(3) 对于混合液地层水电阻率,当注入水与原生水矿化度差异越大,混合液地层水电阻率越快速地接近注入水电阻率;束缚水饱和度越大,混合液地层水电阻率受束缚水影响越大。

(4) 通过联立饱和度模型,采用反演迭代的方式实现混合液地层水电阻率的计算,并获取剩余油饱和度与原始含油饱和度,进而计算驱油效率,实现水淹层定量评价。

参考文献:
[1] 王敬农. 混合液电导率的实验研究 [J]. 测井技术, 1985, 9(1): 42-45.
[2] 邹长春, 魏中良, 潘令枝. 计算混合液电阻率的一种有效方法 [J]. 物探化探计算技术, 1999, 21(3): 216-219.
[3] 杨景强, 卢艳, 马宏宇, 等. 水淹层地层水电阻率变化规律研究 [J]. 测井技术, 2006, 30(3): 195-197
[4] 顾保祥, 刘维永. 绥中36-1油田水淹层密闭取心饱和度校正 [J]. 中国海上油气, 2008, 20(1): 38-40
[5] 顾保祥. 利用原始电阻率反演定量评价水淹层 [J]. 中国海上油气, 2009, 21(2): 105-108
[6] 李兴丽, 杨洪伟, 王培春, 等. 利用测井解释渗透率获取拟毛管压力曲线的方法及其应用 [J]. 中国海上油气, 2011, 23(5): 322-325.
[7] 雍世和, 张超谟. 测井数据处理与综合解释 [M]. 东营: 中国石油大学出版社, 1996.。