CN104500051A - 一种确定水淹层混合地层水宏观俘获截面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定水淹层混合地层水宏观俘获截面的方法，在确定地层岩石骨架宏观俘获截面Σma、油气宏观俘获截面Σh、泥质宏观俘获截面Σsh的基础上，若地层含水饱和度已知，则一方面可通过地层宏观俘获截面体积模型计算出混合地层水宏观俘获截面，另一方面可通过混合地层水矿化度分析模型、含水饱和度S_w、混合地层水矿化度与宏观俘获截面的转换关系求出混合地层水宏观俘获截面。当两次求得的混合地层水宏观俘获截面相等时，则该混合地层水宏观俘获截面和含水饱和度为真实值。否则，说明此时的含水饱和度并非地层真实情况，需要重新设置。本发明可以有效地解决水淹层混合地层水宏观俘获截面难以确定的难题，为含水饱和度的计算提供更精确的参数。

Description

一种确定水淹层混合地层水宏观俘获截面的方法

技术领域

本发明涉及石油测井技术领域，尤其涉及水淹层地球物理测井解释方法与流程

背景技术

水淹层原始地层水与后期注入水混合，形成混合地层水，其矿化度处于动态变化中。作为利用脉冲中子类过套管饱和度测井技术进行剩余油饱和度计算的重要参数，混合地层水热中子宏观俘获截面随注水开发的进行也发生着动态变化，这为剩余油的评价带来了一定困难。

水淹层，尤其是清污混住水淹层在大规模注水开发后，不同小层之间混合地层水矿化度差距不可忽略。常规的脉冲中子类过套管饱和度测井解释方法是根据原始油藏地层水矿化度变化规律、最新的地层水分析资料及采出水水分析资料，利用等效NaCl浓度确定出地层水宏观俘获截面。但是，由于水分析资料数量及分布范围的限制，以上方法通常仅能确定出某个油组的地层水宏观俘获截面范围，而无法针对单井的单个小层甚至逐点做出判断。由于不同矿化度地层水宏观俘获截面值跨度较大，实际处理时发现由地层水矿化度改变导致宏观俘获截面的变化是不可忽略的。因此，目前急需一种能够逐点确定混合地层水宏观俘获截面的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定水淹层混合地层水宏观俘获截面的方法，将地层宏观俘获截面体积模型和混合地层水矿化度分析模型一起应用于水淹层混合地层水宏观俘获截面的计算中，从而达到逐点计算混合地层水宏观俘获截面之目的。

本发明的目的在于合理地将两种模型(地层宏观俘获截面体积模型和混合地层水矿化度分析模型)应用于水淹层混合地层水宏观俘获截面的计算中，从而得到一套精度较高并且较为简便的基于过套管剩余油饱和度测井信息的混合地层水宏观俘获截面及含水饱和度预测方法及流程。

本发明确定水淹层混合地层水宏观俘获截面的方法，包括下述步骤：

步骤101，确定目标区域、层段的地层岩石骨架宏观俘获截面Σma、油气宏观俘获截面Σh、泥质宏观俘获截面Σsh；

步骤102，建立混合地层水矿化度分析模型；

步骤103，根据混合地层水成分，建立混合地层水矿化度与地层宏观俘获截面的转换关系的体积模型；

步骤104，假设待研究采样点含水饱和度为S_w；

步骤105，利用地层宏观俘获截面体积模型得到含水饱和度S_w，并求取混合地层水宏观俘获截面Σwh1；

步骤106，利用混合地层水矿化度分析模型、含水饱和度S_w、混合地层水矿化度与宏观俘获截面的转换关系的体积模型求得混合地层水宏观俘获截面Σwh2；

步骤107，检验是否有Σwh1＝Σwh2：

步骤108，若Σwh1＝Σwh2，则输出该采样点含水饱和度与混合地层水宏观俘获截面，若Σwh1≠Σwh2，则令S_w＝S_w+1进行下一轮计算，直至Σwh1＝Σwh2。

进一步地，所述步骤102中，建立混合地层水矿化度分析模型，通过物质平衡理论得到：

C_wh×φ×S_w＝C_w×φ×S_wi+C_wz×φ×(S_w-S_wi)，

则混合地层水矿化度C_wh的计算公式为：

C_wh＝[C_w×S_wi+C_wz×(S_w-S_wi)]/S_w

式中，C_w为原始地层水矿化度,S_wi为原始含水饱和度,C_wz为注入水矿化度,S_w为当前含水饱和度，φ为储层有效孔隙度；φ×(S_w-S_wi)为含水饱和度为S_w时，在矿化度为C_wz的水驱替过程中替换部分。

进一步地，所述步骤103中，建立混合地层水矿化度与宏观俘获截面的转换关系的体积模型表示为：

Σ_w＝22.1+3.4×10^-4C_w

其中，C_w为地层水矿化度浓度，mg/l。

进一步地，所述步骤105中，利用地层宏观俘获截面体积模型，得到含水饱和度S_w，通过下述方式实现：

根据体积模型，有：

Σ_log＝(1-V_sh-φ)Σ_ma+V_shΣ_sh+φ(1-S_w)Σ_h+φS_wΣ_w

则储层含水饱和度为：

$S_w=\frac{({\mathrm{\Σ}}_{\log }-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})-\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_h-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})}{\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_w-{\mathrm{\Σ}}_h)}-\frac{V_{\mathrm{sh}}({\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{sh}}-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})}{\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_w-{\mathrm{\Σ}}_h)}$

其中：Σ_log为整个地层的宏观俘获截面(c.u)；Σ_ma为岩石骨架的宏观俘获截面(c.u)；Σ_sh为泥质的宏观俘获截面(c.u)；Σ_h为油气的宏观俘获截面(c.u)；Σ_w为地层水的宏观俘获截面(c.u)；V_sh为泥质含量(小数)；φ为孔隙度(小数)。

进一步地，所述体积模型中：

Σ_log＝(1-V_sh-φ)Σ_ma+V_shΣ_sh+φ(1-S_w)Σ_h+φS_wΣ_w

(1-V_sh-φ)Σ_ma为岩石骨架模型，V_shΣ_sh为泥质模型，φ(1-S_w)Σ_h为油气模型，φS_wΣ_w为水模型，φ(1-S_w)Σ_h+φS_wΣ_w为空隙空间模型。

进一步地，所述步骤105中，求取合地层水宏观俘获截面Σwh1，通过下述方式实现：

若假待研究采样点含水饱和度为S_w，Σ_log为由测井仪器实际测量出的地层宏观俘获截面，再根据层段的地层岩石骨架宏观俘获截面Σ_ma、泥质宏观俘获截面Σ_sh、油气宏观俘获截面Σ_h、泥质含量V_sh和孔隙度φ，则由

$S_w=\frac{({\mathrm{\Σ}}_{\log }-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})-\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_h-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})}{\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_w-{\mathrm{\Σ}}_h)}-\frac{V_{\mathrm{sh}}({\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{sh}}-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})}{\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_w-{\mathrm{\Σ}}_h)}$

确定出Σ_w即为混合地层水的宏观俘获截面Σwh1。

进一步地，所述步骤106中，求得混合地层水宏观俘获截面Σwh2，通过下述方式实现：

由待研究采样点含水饱和度为S_w，根据混合地层水矿化度C_wh的计算公式：

C_wh＝[C_w×S_wi+C_wz×(S_w-S_wi)]/S_w

进而先利用典型离子宏观俘获截面等效NaCl质量浓度转换系数将地层水浓度转换为地层水等效NaCl浓度，由式：

Σ_w＝22.1+3.4×10^-4C_w

确定出Σ_w即为地层水热中子宏观俘获截面Σwh2。

利用本发明中的方法计算时，首先明确目标区域、层段Σma、Σh、Σsh的取值。然后假设某采样点含水饱和度已知，则一方面可根据解释层每个采样点的实测地层宏观俘获截面，另一方面可通过混合地层水矿化度分析模型、含水饱和度S_w、混合地层水矿化度与宏观俘获截面的转换关系求出混合地层水宏观俘获截面。再从水驱油藏混合地层水矿化度变化特征入手，基于混合地层水矿化度分析模型，逐点构建出含水饱和度和混合地层水宏观俘获截面的关系。最后逐点确定出该采样点真实的混合地层水宏观俘获截面与含水饱和度。水淹层含水饱和度与地层宏观俘获截面的关系是可能存在拐点的，即低矿化度水淹时存在两个含水饱和度对应着同一个地层宏观俘获截面的情况。因此，本发明中的方法在实施中，将混合地层水作为桥梁，从而避免了多解性的出现。由于整个地层、岩石骨架、泥质、油气宏观俘获截面一定时，含水饱和度与混合地层水宏观俘获截面的关系曲线为单调函数，不存在多解性，因此可以确定出混合地层水宏观俘获截面和含水饱和度。植入解释程序后，该方法可针对每个采样点计算出混合地层水宏观俘获截面，其地区针对性强,给利用动静态测井资料联合法对水淹层(特别是清污混注水淹层)进行定量评价开辟了新的思路。利用以上方法，则可以有效解决水淹层(特别是清污混住水淹层)混合地层水宏观俘获截面难以确定的难题，为含水饱和度的计算提供更精确的参数。

本发明采用了不同于常规的解释方法，即根据原始油藏地层水矿化度变化规律、最新的地层水分析资料及采出水水分析资料，利用等效NaCl浓度确定出地层水宏观俘获截面(通常仅能确定出区块中某个油组的地层水宏观俘获截面范围，而无法针对单井的单个小层或逐点做出判断)，而是合理地将两种模型(地层宏观俘获截面体积模型和混合地层水矿化度分析模型)应用于水淹层混合地层水宏观俘获截面的计算中，从而得到一套精度较高并且较为简便的基于过套管剩余油饱和度测井信息的混合地层水宏观俘获截面及含水饱和度预测方法及流程。

附图说明

此处所说明的附图及附表用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。

在附图中：

图1为混合地层水宏观俘获截面确定流程；

图2为PNN饱和度求取方法视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明确，下面结合附图1对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明确定水淹层混合地层水宏观俘获截面的方法，包括下述步骤：

步骤101：确定目标区域、层段的地层岩石骨架宏观俘获截面Σma、油气宏观俘获截面Σh、泥质宏观俘获截面Σsh。

步骤102：在不考虑流体及岩石骨架弹性变化的前提下，设原始地层水矿化度为C_w,原始含水饱和度为S_wi,注入水矿化度为C_wz,当前含水饱和度为S_w，储层有效孔隙度为φ。在矿化度为C_wz的水驱替过程中，一部分烃类体积被注入水替换，待研究采样点含水饱和度为S_w时，替换部分为φ×(S_w-S_wi)，混合地层水矿化度是原始地层水和替换部分的体积加权平均值。以下为其推导过程为，根据物质平衡理论有：

C_wh×φ×S_w＝C_w×φ×S_wi+C_wz×φ×(S_w-S_wi)                (1)

则混合地层水矿化度C_wh的计算公式为：

C_wh＝[C_w×S_wi+C_wz×(S_w-S_wi)]/S_w                      (2)

步骤103：地层水宏观俘获截面主要与水型和矿化度有关，通常分布在22.1-120c.u之间，纯水在常温下宏观俘获截面为22c.u。附表1为不同离子宏观俘获截面等效NaCl质量浓度转换关系。地层水等效NaCl浓度与热中子宏观俘获截面的关系近似表示为：

Σ_w＝22.1+3.4×10^-4C_w                          (3)

其中，C_w为地层水等效NaCl浓度，mg/l。

步骤104：假设待研究采样点含水饱和度为S_w(单位为％)。

步骤105：地层宏观俘获截面体积模型是将储层看成由泥质、岩石骨架和孔隙空间组成的简单结构，岩石骨架包含不同岩性组分，孔隙空间中含有油气、水等流体，储层总的宏观俘获截面(地层宏观俘获截面)等于各组成部分的宏观俘获截面之和，这便是体积模型的基本原理。

根据体积模型，有：

其中：Σ_log为整个地层的宏观俘获截面(c.u)，也可用Σ表示；Σ_ma为岩石骨架的宏观俘获截面(c.u)；Σ_sh为泥质的宏观俘获截面(c.u)；Σ_h为油气的宏观俘获截面(c.u)；Σ_w为地层水的宏观俘获截面(c.u)；V_sh为泥质含量(小数)；φ为孔隙度(小数)。则储层含水饱和度为：

$S_w=\frac{({\mathrm{\Σ}}_{\log }-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})-\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_h-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})}{\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_w-{\mathrm{\Σ}}_h)}-\frac{V_{\mathrm{sh}}({\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{sh}}-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})}{\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_w-{\mathrm{\Σ}}_h)}---\left(5\right)$

其中：S_w为含水饱和度(小数)。

若假待研究采样点含水饱和度为S_w，Σ_log为由测井仪器实际测量出的地层宏观俘获截面，再根据基础研究成果确定出Σ_ma、Σ_sh、Σ_h、V_sh、φ，则根据上式可确定出Σ_w即为混合地层水的宏观俘获截面Σwh1。

步骤106：若假设待研究采样点含水饱和度为S_w，可根据(2)式确定出混合地层水矿化度，进而先根据附表1，利用典型离子宏观俘获截面等效NaCl质量浓度转换系数将地层水浓度转换为地层水等效NaCl浓度，再根据(3)式确定出地层水热中子宏观俘获截面Σwh2。

步骤107：判断是否有Σwh1＝Σwh2。

步骤108：若Σwh1＝Σwh2，则输出该采样点含水饱和度与混合地层水宏观俘获截面，若Σwh1≠Σwh2，则令S_w＝S_w+1进行下一轮计算，直至Σwh1＝Σwh2。

当两次求得的混合地层水宏观俘获截面相等时，则该混合地层水宏观俘获截面和含水饱和度为真实值。否则，说明此时的含水饱和度并非地层真实情况，需要重新设置。

为了明确以上方法在逐点确定混合地层水宏观俘获截面中的可行性，进行了有关地层、地层水宏观俘获截面的模拟分析，见图2所示，模拟条件：温度65℃，水型CaCl₂，有效孔隙度22％，渗透率50×10^-3μm²，泥质含量12％，原始地层水矿化度16×10⁴mg/l，原始油藏地层水饱和度30％，最大含水饱和度80％，Σma、Σh、Σsh分别为10、20、35c.u。

可见：当注入水矿化度为2×10⁴mg/l时，若地层宏观俘获截面为19c.u时，则该点含水饱和度为39％，若地层宏观俘获截面为17c.u时，则该点含水饱和度为70％；当注入水矿化度为12×10⁴mg/l时，当含水饱和度在30％-80％区间内时，最小地层宏观俘获截面介于19c.u-20c.u之间，最大地层宏观俘获截面约为23c.u；当注入水矿化度为20×10⁴mg/l时，当地层宏观俘获截面为21c.u、23c.u、25c.u、27c.u时，含水饱和度为42％、53％、64％、75％。

表1为典型离子宏观俘获截面等效NaCl质量浓度转换表；

表1 典型离子宏观俘获截面等效NaCl质量浓度转换表

溶质	Σ(c.u./mg)	转换系数	溶质	Σ(c.u./mg)	转换系数
						NaCl	0.33	1.00	Cl-	0.54	1.62
Mg2+	0.0013372	0.004	HCO3 -	0.003343	0.01
						K+	0.016715	0.05	Na+	0.0127034	0.038
Ca2+	0.006686	0.02	SO4 2-	0.003343	0.01

表2为本发明实施例的某区块实验井混合地层水宏观俘获截面计算结果与邻井同一小层混合地层水水分析资料的对比表。

表2 本发明实施例的某区块实验井混合地层水宏观俘获截面计算结果与实验结果对比

井名	深度(m)	计算结果(％)	实验结果(％)
				y2631	1756.60	29.3	28～30
y3527	1973.40	34.86	33～35
				y8531	1744.10	78	75～80
y8140	1751.50	97.5	95～100

可以看出，根据本发明的技术方案计算得出的结果基本上都在实验值的范围内，符合实际情况，可以推广应用于实际生产中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种确定水淹层混合地层水宏观俘获截面的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

步骤101，确定目标区域、层段的地层岩石骨架宏观俘获截面Σma、油气宏观俘获截面Σh、泥质宏观俘获截面Σsh；

步骤102，建立混合地层水矿化度分析模型；

步骤103，根据混合地层水成分，建立混合地层水矿化度与地层宏观俘获截面的转换关系的体积模型；

步骤104，假设待研究采样点含水饱和度为S_w；

步骤105，利用地层宏观俘获截面体积模型得到含水饱和度S_w，并求取混合地层水宏观俘获截面Σwh1；

步骤106，利用混合地层水矿化度分析模型、含水饱和度S_w、混合地层水矿化度与宏观俘获截面的转换关系的体积模型求得混合地层水宏观俘获截面Σwh2；

步骤107，检验是否有Σwh1＝Σwh2：

步骤108，若Σwh1＝Σwh2，则输出该采样点含水饱和度与混合地层水宏观俘获截面，若Σwh1≠Σwh2，则令S_w＝S_w+1进行下一轮计算，直至Σwh1＝Σwh2；

所述步骤102中，建立混合地层水矿化度分析模型，通过物质平衡理论得到：

C_wh×φ×S_w＝C_w×φ×S_wi+C_wz×φ×(S_w-S_wi)，

则混合地层水矿化度C_wh的计算公式为：

C_wh＝[C_w×S_wi+C_wz×(S_w-S_wi)]/S_w

式中，C_w为原始地层水矿化度,S_wi为原始含水饱和度,C_wz为注入水矿化度,S_w为当前含水饱和度，φ为储层有效孔隙度；φ×(S_w-S_wi)为含水饱和度为S_w时，在矿化度为C_wz的水驱替过程中替换部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤103中，建立混合地层水矿化度与宏观俘获截面的转换关系的体积模型表示为：

Σ_w＝22.1+3.4×10^-4C_w

其中，C_w为地层水等效NaCl浓度，mg/l。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤105中，利用地层宏观俘获截面体积模型，得到含水饱和度S_w，通过下述方式实现：

根据体积模型，有：

Σ_log＝(1-V_sh-φ)Σ_ma+V_shΣ_sh+φ(1-S_w)Σ_h+φS_wΣ_w

则储层含水饱和度为：

$S_w=\frac{({\mathrm{\Σ}}_{\log }-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})-\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_h-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})}{\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_w-{\mathrm{\Σ}}_h)}-\frac{V_{\mathrm{sh}}({\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{sh}}-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})}{\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_w-{\mathrm{\Σ}}_h)}$

其中：Σ_log为整个地层的宏观俘获截面(c.u)；Σ_ma为岩石骨架的宏观俘获截面(c.u)；Σ_sh为泥质的宏观俘获截面(c.u)；Σ_h为油气的宏观俘获截面(c.u)；Σ_w为地层水的宏观俘获截面(c.u)；V_sh为泥质含量(小数)；φ为孔隙度(小数)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述体积模型中：

Σ_log＝(1-V_sh-φ)Σ_ma+V_shΣ_sh+φ(1-S_w)Σ_h+φS_wΣ_w

(1-V_sh-φ)Σ_ma为岩石骨架部分，V_shΣ_sh为泥质模型，φ(1-S_w)Σ_h为油气模型，φS_wΣ_w为水模型，φ(1-S_w)Σ_h+φS_wΣ_w为空隙空间模型。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤105中，求取合地层水宏观俘获截面Σwh1，通过下述方式实现：

若假待研究采样点含水饱和度为S_w，Σ_log为由测井仪器实际测量出的地层宏观俘获截面，再根据层段的地层岩石骨架宏观俘获截面Σ_ma、泥质宏观俘获截面Σ_sh、油气宏观俘获截面Σ_h、泥质含量V_sh和孔隙度φ，则由

$S_w=\frac{({\mathrm{\Σ}}_{\log }-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})-\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_h-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})}{\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_w-{\mathrm{\Σ}}_h)}-\frac{V_{\mathrm{sh}}({\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{sh}}-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})}{\mathrm{\φ}({\mathrm{\Σ}}_w-{\mathrm{\Σ}}_h)}$

确定出Σ_w即为混合地层水的宏观俘获截面Σwh1。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤106中，求得混合地层水宏观俘获截面Σwh2，通过下述方式实现：

由待研究采样点含水饱和度为S_w，根据混合地层水矿化度C_wh的计算公式：

C_wh＝[C_w×S_wi+C_wz×(S_w-S_wi)]/S_w

进而先利用典型离子宏观俘获截面等效NaCl质量浓度转换系数将地层水浓度转换为地层水等效NaCl浓度，由式：

Σ_w＝22.1+3.4×10^-4C_w

确定出Σ_w即为地层水热中子宏观俘获截面Σwh2。