利用饱和度反演电阻率法定量评价水淹层

王海云

(中国石油集团长城钻探工程有限公司测井公司，辽宁 盘锦 124011)

董丽丽

(中石油辽河油田分公司欢喜岭采油厂，辽宁 盘锦 124114)

朱婉林

(中国石油集团长城钻探工程有限公司物资分公司，北京 100101)

傅强

(中国石油集团测井有限公司生产测井中心，陕西 西安 710200)

利用饱和度反演电阻率法定量评价水淹层

王海云

(中国石油集团长城钻探工程有限公司测井公司，辽宁 盘锦 124011)

董丽丽

(中石油辽河油田分公司欢喜岭采油厂，辽宁 盘锦 124114)

朱婉林

(中国石油集团长城钻探工程有限公司物资分公司，北京 100101)

傅强

(中国石油集团测井有限公司生产测井中心，陕西 西安 710200)

随着多数油田进入注水开发中后期，利用常规测井方法定量评价水淹层成为困扰测井解释人员的难题。通过分析油层水淹中后期含油饱和度的变化，并根据岩心相关试验资料建立产水率与驱油效率的关系，在此基础上提出了一种新的水淹层常规评价方法——饱和度反演电阻率法。该方法采用含水饱和度公式对原始油层进行电阻率反演，将水淹后地层电阻率与反演得到的不同含油饱和度所对应的电阻率进行对比，定量划分水淹层级别，其不受原始油层含油饱和度绝对大小和物性变化及岩性粗细的限制，是利用常规测井资料定量划分水淹层级别的一种有效手段，在实际应用中取得了较好的效果。

水淹层；饱和度反演电阻率；驱油效率；含水饱和度

随着我国大部分油田相继进入勘探开发的中后期，油田开发方式也逐步向注水或注汽开发转变，并且有数据显示我国是世界上注水开发油田比例最高的国家之一，因此注水开发油田剩余油的评价成为油田增产、增效的重点,水淹层测井解释也随之成为油田开发的主要环节。虽然诸如储层动态监测测井系列在提高油田采收率、确定吸水层位或采出程度、指示剩余油富集区方面具有十分重要的意义，但是油田进入开发阶段后，考虑到经济效益，测井一般采用单一的常规测井系列。以往测井方法基本仅是探寻水淹前、后测井曲线上的相对变化来定性评价水淹层，无法达到准确定量划分水淹层级别的目的[1～3]。为此笔者进行了常规测井水淹层定量评价方法的研究。

1 产水率与驱油效率的关系

试验数据表明，不同物性的岩样，孔隙结构特征存在差异，渗透性的变化规律也存在差异，因此原始地层含油饱和度随着物性的变化呈现不同特征[4～6]。图1为根据相渗试验资料建立的产水率与含水饱和度及驱油效率的关系[7]。从产水率与含水饱和度关系图(图1(a))上可以看出，岩样产水率随着含水饱和度的增加而变大，但不同物性的岩样同一含水饱和度对应的产水率差别较大，因此无法利用含水饱和度的变化来准确评价产水率。而从产水率与驱油效率关系图(图1(b))上可以明显看出，不同物性的岩样同一驱油效率对应的产水率基本是一致的，也就是说可以利用驱油效率来有效评价产水率[8]。

驱油效率是驱替出的原油占原始含油量的百分数，即原始地层含油量和剩余含油量之差与原始地层含油量的比值：

(1)

式中：η为驱油效率，1；φ为地层孔隙度，%；So为原始地层含油饱和度，%；Sor为当前地层含油饱和度；Swi为原始地层含水饱和度，%；Swm为可动水饱和度，%；Sw为当前地层含水饱和度，%。

图1 产水率与含水饱和度及驱油效率关系图

当原始地层为饱含油油层时，Swm≈0，η则简化为：

(2)

根据式(2)可推出：

(3)

根据式(3)可知，驱油效率本质反映的是地层含油饱和度的相对变化，理论上是可以利用驱油效率来有效评价水淹层的，但在实际评价中，计算驱油效率必须获知原始含油饱和度和水淹后含油饱和度，因此无法灵活便捷地应用。

2 饱和度反演电阻率法

根据式(4)可知，含油饱和度的相对变化和驱油效率反映的实质是一致的，也就是说可以利用模拟含油饱和度的变化来反映驱油效率，从而有效评价水淹层。正是基于上述驱油效率的局限性以及水淹储层电性特征的变化[9～11]，笔者提出了饱和度反演电阻率法。该方法直接模拟水淹前、后的含油饱和度相对变化，并采用含水饱和度公式对原始油层进行电阻率反演，将水淹后的地层电阻率与反演得到的不同含油饱和度所对应的电阻率进行对比，达到定量划分水淹级别的目的。

假设水淹后储层含油饱和度为原状地层含油饱和度的x%，其所对应的电阻率值为ρx。由阿尔奇公式导出地层电阻率：

(4)

式中：ρt为地层电阻率，Ω·m；ρw为地层水电阻率，Ω·m；a、b、m、n为与岩性有关的岩电参数，1。

继而反演出不同含油饱和度对应的电阻率：

So,x=Sox%

(5)

式中：ρt,x为含油饱和度为原始地层含油饱和度x%时的地层电阻率，Ω·m；ρml,x为含油饱和度为原始地层含油饱和度x%时的地层混合液电阻率，Ω·m；So,x为水淹层地层含油饱和度，%。

根据上述推导可知，饱和度反演电阻率法的关键在于阿尔奇公式的适应性和地层混合液电阻率的求取，因此该方法主要适用于普通的砂泥岩水淹地层，同时注入水和地层水混合相对比较充分，驱替过程中岩电参数、孔隙度和束缚水相对保持稳定。

根据注水量公式可知含油饱和度降低为原始地层含油饱和度x%时，地层中实际注入水量为：

φ(Sw,x-Swi)=φ(1-So,x-Swi)=φ(1-Sox%-Swi)=φ(1-x%)So

(6)

式中：Sw,x为注水后的地层含水饱和度，%。

则含油饱和度降低为原始地层x%时地层混合液等效NaCl矿化度Cmt,x为：

(7)

式中：Cmtj、Cmti分别为注入水和地层束缚水等效NaCl矿化度，mg/L。

根据Cmt,x与地层水(或地层混合液)电阻率之间的拟合关系有[12,13]：

(8)

式中：ρws为标准温度(24℃)下地层水(或地层混合液)电阻率，Ω·m。

根据不同温度下的变换公式可以得到相应温度下的地层水(或地层混合液)电阻率：

(9)

式中：ρws,t为t℃下的地层水(或地层混合液)电阻率，Ω·m。

饱和度反演电阻率法的优点在于通过反演可以直接反映水淹后电阻率的直观变化，并利用驱油效率与产水率图版定量确定水淹层级别，克服了驱油效率评价水淹层对含油饱和度相对变化的局限。同时饱和度反演电阻率法还具有不受原始油层含油饱和度绝对大小和物性变化及岩性粗细限制的特征。

3 实际应用

按照产水率将水淹层划分为4个级别，并结合水淹层饱和度反演电阻率和驱油效率，完善了水淹层级别划分标准(见表1)。

表1 水淹层级别划分标准

注：ρ95%，ρ85%，ρ70%分别为反演得到的含油饱和度为原始饱和度95%，85%，70%时所对应的电阻率。

图2(a)为某油田H2-20井原始地层深侧向电阻率及反演电阻率综合测井曲线图，图2(b)为待评价井H2-20C井综合测井曲线图。H2-20C井第17、18、22号层与H2-20井第5、6、9号层一一对应，其中第17、18号层深侧向电阻率介于ρ70%～ρ85%之间，第22号层下部电阻率小于ρ70%，第22号层上部电阻率大于ρ85%。按照完善后的水淹层级别划分标准(表1)，应将第17、18号层解释为中水淹层，第22号层下部解释为强水淹层，第22号层上部解释为弱水淹层。H2-20C井第22号层经试油日产油2.7t、日产水14.7t，含水率为84.5%；第17、18号层经试油日产油8.3t、日产水12.5t，含水率为60.1%，试油结果与解释结论完全符合。

应用饱和度反演电阻率法对H1块50多口加密调整井进行了水淹层级别划分，经新投产的6井次验证，结论符合的4井次，结论不符合的2井次，原因在于部分砂体相变较大、地层对比较差、薄互层较多以及多层合采无法统计符合率等，但整体应用效果比较好，符合率较常规方法有明显提高。

图2 饱和度反演电阻率法识别水淹层

井号生产井段/m常规方法解释结论饱和度反演电阻率法解释结论生产情况日产油/t日产水/t含水率/%生产结论H2-22C1787.4～1784.5弱水淹层弱、强水淹层2.79.778.2中水淹层H2-20C1771.4～1785.4强水淹层中水淹层3.310.576.1中水淹层H2-20C1771.4～1773.4强水淹层中水淹层2.910.177.7中水淹层H2-20C1765.9～1773.4强水淹层中水淹层5.614.672.3中水淹层H2-16C1720.4～1731.4强、中水淹层中水淹层7.821.473.3中水淹层H4-20C1747.9～1751.1中水淹层、油层强水淹层、油层4.813.073.2中水淹层

4 结论

1)含水饱和度的绝对变化在一定程度上反映了产水率的变化，但其受岩性和物性影响较大。驱油效率虽然能够很好地反映含水率，但其计算不方便，无法在实际中灵活便捷的应用。

2)根据饱和度反演后的电阻率变化情况可以看出，在产水率相同的情况下，不同岩性、物性的地层电阻率的降低幅度是不同的，单纯利用电阻率降低幅度来评价水淹层级别是不可靠的。

3)饱和度反演电阻率法可以得到不同含油饱和度相对变化所对应的电阻率，该方法不受原始油层含油饱和度绝对大小和物性变化及岩性粗细的限制，使得水淹层的识别有了定量的标准，通过实际应用效果也比较好。

[1]慈建发，何世明，李振英，等．水淹层测井发展现状与未来[J].天然气工业，2005，25(7)：44～46.

[2]冉启佑.剩余油研究现状与发展趋势[J].油气地质与采收率，2003，10(5)：49～51.

[3]宋子奇，赵磊，王瑞飞，等.利用常规测井方法识别划分水淹层[J].西安石油学院学报，2003，18(6)：50～53.

[4]田中元，穆龙新，孙德明，等.砂砾岩水淹层测井特点及机理研究[J].石油学报，2002，23(6)：50～55.

[5]周雯鸽，张绍宁，张荣新，等.油藏水淹机理与测井响应实例分析[J].测井技术，2003，27(4)：298～301.

[6]孙明德．储层条件下水淹油层测井响应机理实验研究[M].北京：石油工业出版社，1996.

[7]马宏宇，杨青山，杨景强.特高含水期厚油层内部含水率研究[J].测井技术，2009，35(3)：186～195.

[8]刘传平，卢艳.呼和诺仁油田水淹层测井解释技术研究[J].测井技术，2015，39(1)：52～56.

[9]张庚骥．电法测井[M].北京：石油工业出版社，1984.

[10]李桢，骆淼，杨曦，等.水淹层测井解释方法综述[J].工程地球物理学报，2006，3(4)：289～294.

[11]侯建华，王京红，刘泽容.水淹层测井评价方法[J].石油学报，1999，20(3)：49～55.

[12]吴长虹，曲丽萍，王艺景.高含水期地层混合液电阻率求取方法[J].江汉石油学院学报，2000，22(4)：85～87.

[13]俞军，史歌，王伟男. 高含水期地层水电阻率求取方法[J].北京大学学报(自然科学版)，2005，41(4)：536～541.

[编辑] 龚丹

2016-03-01

王海云(1981-)，男，高级工程师，现从事测井资料解释评价与研究工作；通信作者：傅强，1410699526@qq.com。

P631.84

A

1673-1409(2017)3-0029-05

[引著格式]王海云，董丽丽，朱婉林，等.利用饱和度反演电阻率法定量评价水淹层[J].长江大学学报(自科版), 2017,14(3):29～33.