CN1111002A - 用普通取心—测试资料求水淹油层饱和度的方法 - Google Patents

Abstract

用普通取心—测试资料求水淹油层饱和度的方 法属于油藏开发工程技术领域，用在注水开采的油藏 中直接求水淹油层的饱和度。该方法是在注水井的 注入水中和取心用的泥浆中加入彼此间互不干扰的 示踪剂，并通过取心、地层测试等方法取样，测定岩心 样品、流体样品等各项参数，代入由岩心样品孔隙流 体的体积模型和地层测试流体样品的体积模型推导 出的方程组中，通过迭代法求得四个水淹油层含水饱 和度值和分流量。该方法具有取心工艺简单，成本 低，改善了取心劳动条件，应用范围广泛，施工方便等 优点。

Description

本发明属于油藏开发工程技术领域，用在注水开采的油藏中直接求水淹油层的饱和度。

在〔美〕D·C·邦德等编著的《残余油饱和度确定方法》（1982年9月，石油工业出版社出版）一书中的第14～29页及38～41页和杨通佑等编著的《石油天然气储量计算方法》（1990年4月，石油工业出版社出版）一书中的第65～68页介绍，已有的直接获取油层油、水饱和度的方法是通过钻油基泥浆取心井或密闭取心井，或采用橡皮套取心，或压力取心，并分析其岩心的含油、水饱和度。前两种方法的优点是能比较直接获取油层的饱和度资料，其不足之处是成本高，工艺复杂，取心劳动条件差，而且所得饱和度资料仅在纯油段中是可靠的，对有自由水存在的油层（如水淹油层），在取心过程中，因压力、温度变化，引起了岩心中油、水同时挥发逸散，因此油基泥浆取心和密闭取心所得到的饱和度资料同样也是不可靠的。对于密闭取心来说，如果岩心密闭不好，所得到的饱和度资料可靠性更差。橡皮套取心有助于提高软地层、疏松地层、砾石层和裂缝非常发育的硬地层的岩心收获率，缩短了取心过程中岩心与泥浆液流的接触时间。但泥浆滤液的冲刷影响还是免不了的，而且在取心过程中，同样会受因压力、温度变化产生的岩心中油、水挥发逸散的影响，另外操作也比较复杂。压力取心能够封闭取自油藏的岩心及其中所含的流体，使岩心中流体保持不变，但它不能防止泥浆滤液的冲刷影响，因此，所获得的饱和度资料的可靠性也有一定问题。此外，其取心设备、取心工艺、岩心处理方法，也比一般取心方法复杂得多。另外的一种技术是在取心钻井液中加入示踪剂，同时测定取心钻井液和岩心中的钻井液示踪剂浓度，确定岩心样品中的滤液浸入量，以判断泥浆滤液对岩样的浸染程度。这种方法的优点是钻井取心成本较低、工艺简单、取心劳动条件有了改善。其不足之处是使用范围较局限，一般只适用于渗透性差的纯油层。对于渗透性好，有泥浆严重浸染，特别是含有自由水的油层（如水淹油层）它所获得的饱和度资料也不可靠。

本发明公开的用普通取心-测试资料求水淹油层饱和度的方法，克服了上述几种方法的不足，即简化了取心工艺，降低了成本（成本仅为密闭取心1/3），改善了取心劳动条件，又能准确而直接地求出水淹油层岩心样品的饱和度值以及估算出取心井段井壁附近油层的饱和度值和分流量。具有可替代油基泥浆取心或密闭取心，应用范围广泛，施工方便等优点。

本发明的目的是通过以下方案实现的，即在水淹油层注水井的注入水中加入一种或一种以上的示踪剂，在取心用的泥浆中加入另一种或另一种以上的示踪剂，泥浆中的示踪剂与注入水中的示踪剂彼此之间必须互不干扰，并对取心用的泥浆取样，对油层岩心取样，用地层测试器对岩心段的油层流体取样，测定泥浆滤液中的泥浆示踪剂浓度，测定岩心样品的孔隙体积、岩心样品中残余的油量体积、岩心样品中残余的地层注入水-泥浆滤液混合水体积、岩心样品中含的地层注入水示踪剂质量、岩心样品中含的泥浆示踪剂质量、岩心样品的油、水相渗透率曲线、测定地层测试器取得的油层流体样品的油量体积、混合水量体积、混合水中含的地层注入水示踪剂质量、混合水中含的泥浆示踪剂质量、原油体积系数（也可以由高压物性取样器取样测定）、原油地下粘度、水的地下粘度，把油、水相渗透率曲线转换为油、水相渗透率比值-含水饱和度关系曲线。

依据由泥浆样品测定的泥浆滤液中的泥浆示踪剂浓度，由岩心样品测定的孔隙体积、残余的油量体积、残余的混合水量体积、地层注入水示踪剂质量、泥浆示踪剂质量、油、水相渗透率曲线，由地层测试流体样品测定的混合水量体积、混合水中含的地层注入水示踪剂质量、混合水中含的泥浆示踪剂质量、原油体积系数（也可由高压物性取样器取样测定）、原油地下粘度和水的地下粘度，分别代入由岩心样品的体积模型和地层测试流体样品的体积模型推导出的岩心样品饱和度表达式、岩心样品中的地层注入水体积表达式、岩心样品中残余的地层注入水体积表达式、岩心样品在取心过程中挥发逸散的地层注入水体积表达式、分流量表达式等三组方程，与油、水相渗透率比值-含水饱和度关系结合，通过迭代法求解出三个含水饱和度数值和分流量。在上述方案中，当水淹油层地层注入水中已含有某种灵敏的示踪剂浓度时，则不必在注水井的注入水中再加入示踪剂，仅在取心用的泥浆中加入一种或一种以上与水淹油层地层注入水示踪剂彼此间不互相干扰的示踪剂，而其余的方案步骤乃如原方案所述，在此不再赘述。

另外，还可以依据由泥浆样品测定的泥浆滤液中的泥浆示踪剂浓度，由地层测试流体样品测定的油量体积、混合水量体积、混合水中含的泥浆示踪剂质量、原油体积系数、原油地下粘度、水的地下粘度，代入依据地层测试流体样品的体积模型和分流量定义推导出的方程组，计算出取心井段井壁附近油层在地层测试中的分流量，并将分流量代入油、水相渗透率比值-分流量的关系式，计算出油、水相渗透率比值，最后通过查油、水相渗透率比值-含水饱和度的关系曲线，估算出取心井段井壁附近油层的含水饱和度和分流量。

下面结合附图的实施例对用普通取心-测试资料求水淹油层饱和度的方法作进一步说明。

图1是用普通取心-测试资料求水淹油层饱和度的方法现场施工示意图。

图2是岩心样品孔隙流体的体积模型。

图3是地层测试流体样品的体积模型。

图4是从岩心样品的油、水相渗透率曲线转换成的油、水相渗透率比值-含水饱和度的关系曲线示意图。

图面说明：

[1]-注水井;[2]-采油井;[3]-取心井;[4]-水淹油层;[5]-岩心样品的孔隙体积（Vφ）;[6]-岩心样品中的残余油量体积（Voc）;[7]-岩心样品中残余的混合水量体积（Vwmfc）;[8]-岩心样品中残余的地层注入水体积（Vwc）;[9]-岩心样品在取心过程中挥发逸散的地层注入水体积（Vwf）;[10]-岩心样品中的地层注入水体积（Vw）;[11]-岩心样品中残余的浸入泥浆滤液的体积（Vmfc）;[12]-岩心样品在取心过程中挥发逸散的浸入的泥浆滤液的体积（Vmff）;[13]-岩心样品在取心过程中挥发逸散的油量体积（Vof）;[14]-地层测试流体样品中含的油量体积（Vot）;[15]-地层测试流体样品中含的混合水量体积（Vwmft）;[16]-地层测试流体样品中含的浸入井壁附近地层的泥浆滤液体积（Vmft）;[17]-地层测试流体样品中含的地层注入水体积（Vwt）;[18]-油、水相渗透率比值（Kro/Krw）-含水饱和度（Sw）关系曲线;[19]-岩心样品的地层油量体积（Vo）。

根据图1所示，油藏剖面上已有注水井[1]和采油井[2]，在注水井[1]和采油井[2]之间钻普通取心井[3]，以获取取心井[3]在油藏井段上的水淹油层[4]的饱和度。依据本发明的设计方案，其实施步骤是：第一步在注水井[1]的注入水中按照注水井[1]与取心井[3]之间的井距大小及油层[4]的厚度大小，在一段时间内均匀加入一定数量的一种或一种以上的示踪剂（如碘化钾或钼酸钠等），保证在取心井[3]的油层[4]井段上能用地层测试器取样方法和岩心取样方法灵敏地检测出该示踪剂的含量;第二步是待注入水示踪剂的前缘推进过取心井[3]之后，用直径较大（例如内径在120mm以上）的双筒取心钻具钻取油层[4]井段的岩心，并在取心之前，向取心用的泥浆中加入一定数量的另一种或另一种以上与注入水示踪剂彼此间必须不互相干扰的示踪剂（如硫氰酸铵或亚硝酸钠等），保证泥浆取样和岩心取样中能灵敏地检测出该示踪剂的浓度。在每一次取心前、后各取得一个泥浆样品，并测定泥浆滤液中的泥浆示踪剂（如硫氰酸铵或亚硝酸钠等）浓度（Cmf）;第三步是取得油层岩心后，取样并测定岩心样品的孔隙体积（Vφ）[5]、岩心样品中残余的油量体积（Voc）[6]、岩心样品中残余的混合水量体积（Vwmfc）[7]、岩心样品中含的地层注入水的示踪剂（如碘化钾或钼酸钠等）质量（mwc）、岩心样品中含的泥浆示踪剂（如硫氰酸铵或亚硝酸钠等）质量（mmfc），测定岩心样品的相渗透率曲线，并将其转换为如图4所示的油、水相渗透率比值（Kro/Krw）-含水饱和度（Sw）的关系曲线[18]。在测定相渗透率曲线时，所用油、水应采用地层测试器所获得油层[4]的油、水样，或性质与其接近的油、水样;第四步是取完油层[4]井段岩心之后，立即用地层测试器取得岩心段的油层流体样品，并测定油层流体样品的油量体积（Vot）[14]、混合水量体积（Vwmft）[15]、混合水中含的地层注入水示踪剂（如碘化钾或钼酸钠等）质量（m wt）、混合水中含的泥浆示踪剂（如硫氰酸铵或亚硝酸钠等）质量（mmft）、原油的体积系数（Bo）（也可由高压物性取样器取样测定）、原油的地下粘度（μo）、水的地下粘度（μw）;第五步是依据上述所得资料，按以下四种方法计算含水饱和度（Sw）：

第一种方法：把由泥浆样品测定的泥浆滤液中的泥浆示踪剂浓度（Cmf），由岩心样品测定的孔隙体积（Vφ）[5]、残余油量体积（Voc）[6]、地层注入水示踪剂质量（mwc）、泥浆示踪剂质量（mmfc），由地层测试流体样品测定的混合水量体积（Vwmft）[15]、混合水中含的地层注入水示踪剂质量（mwt）、混合水中含的泥浆示踪剂质量（mmft）、原油体积系数（Bo）、原油地下粘度（μo）和水的地下粘度（μw），代入依据图2所示的岩心样品孔隙流体的体积模型和图3所示的地层测试流体样品的体积模型推导出的岩心样品的含水饱和度（Sw）表达式、岩心样品的地层注入水体积（Vw）[10]表达式、岩心样品中残余的地层注入水量体积（Vwc）[8]表达式、岩心样品在取心过程中挥发逸散的地层注入水量体积（Vwf）[9]表达式、分流量（fw）表达式等方程中，即

Sw＝Vw/Vφ

Vw＝Vwc+Vwf

Vwf= (fw·Vwc[cmf(vφ-Voc·Bo-Vwc)-mmfc])/(Cmf·Vwc+mmfc)

$\mathrm{fw}=\frac{\mathrm{Vwmft}-\frac{\mathrm{mmft}}{\mathrm{Cmf}}}{\mathrm{Vot}\·\mathrm{Bo}+\mathrm{Vwmft}-\frac{\mathrm{mmft}}{\mathrm{Cmf}}}$

与油、水相渗透率比值（Kro/Krw）-含水饱和度（Sw）关系[18]相结合，通过迭代法求得岩心样品的含水饱和度（Sw）和分流量（fw）。

在图1中，当采油井［2］的采出流体中如能事先获得指示油层［4］的地层注入水的某种灵敏的示踪剂（如碘化钾或钼酸钠等）浓度时，则不必在注水井［1］的注入水中再加入示踪剂，仅在取心井［3］取心用的泥浆中加入一种或一种以上与地层注入水示踪剂彼此间不互相干扰的示踪剂（如硫氰酸铵或亚硝酸钠等），而其余的方案步骤乃如原方案所述，在此不再赘述。

第二种方法：把由泥浆样品测定的泥浆滤液中的泥浆示踪剂浓度（Cmf），由岩心样品测定的孔隙体积（Vφ）［5］、残余油量体积（Voc）［6］、残余混合水量体积（Vwmfc）［7］、泥浆示踪剂质量（m mfc），由地层测试流体样品测定的原油体积系数（Bo）、原油地下粘度（μo）、水的地下粘度（μw），代入依据图2所示的岩心样品孔隙流体的体积模型推导出的岩心样品的含水饱和度（Sw）表达式、岩心样品的地层注入水量体积（Vw）［10］表达式、岩心样品中残余的地层注入水量体积（Vwc）［8］表达式、岩心样品在取心过程中挥发逸散的地层注入水量体积（Vwf）［9］表达式、分流量（fw）表达式等方程中，即

Sw＝Vw/Vφ

Vw＝Vwc+Vwf

Vwc=Vwmfc- (mmfc)/(cmf)

Vwf= (fw·Vwc[cmf(vφ-Voc·Bo-Vwc)-mmfc])/(Cmf·Vwc+mmfc)

与油、水相渗透率比值（Kro/Krw）-含水饱和度（Sw）关系［18］相结合，通过迭代法求得岩心样品的含水饱和度（Sw）和分流量（fw）。

第三种方法：把由岩心样品测定的孔隙体积（Vφ）[5]、残余油量体积（Voc）[6]、残余混合水量体积（Vwmfc）[7]，由地层测试流体样品测定的原油体积系数（Bo）、原油地下粘度（μo）、水的地下粘度（μw），代入依据图2所示的岩心样品孔隙流体的体积模型推导出的岩心样品的含水饱和度（Sw）表达式、岩心样品的油量体积（Vo）[19]表达式、岩心样品在取心过程中挥发逸散的油量体积（Vof）[13]表达式、分流量（fw）表达式等方程中，即

Sw＝1-（Vo/Vφ）

Vo＝Voc·Bo+Vof

Vof＝（1-fw）（Vφ-Voc·Bo-Vwmfc）

与油、水相渗透率比值（Kro/Krw）-含水饱和度（Sw）关系[18]相结合，通过迭代法求得岩心样品的含水饱和度（Sw）和分流量（fw）。

第四种方法：把由泥浆样品测定的泥浆滤液中含的泥浆示踪剂浓度（Cmf），由地层测试流体样品测定的油量体积（Vot）[14]、混合水量体积（Vwmft）[15]、混合水中含的泥浆示踪剂质量（mmft）、原油体积系数（Bo）、原油地下粘度（μo）和水的地下粘度（μw），代入依据图3所示的地层测试流体样品的体积模型和分流量定义推导出的以下方程，计算出岩心井段井壁附近油层地层测试的分流量（fw），即

将分流量（fw）代入下式求出油、水相渗透率比值（Kro/Krw），即

(Kro)/(Krw) =( 1/(fw) -1) (μo)/(μw)

最后通过查油、水相渗透率的比值（Kro/Krw）-含水饱和度（Sw）关系[18]，估算出岩心井段井壁附近油层的含水饱和度（Sw）和分流量（fw）。

Claims (4)

1、用普通取心-测试资料求水淹油层饱和度的方法，其特征是在水淹油层注水井的注入水中加入一种或一种以上的示踪剂，在取心用的泥浆中加入另一种或另一种以上的示踪剂，泥浆中的示踪剂与注入水中的示踪剂彼此之间必须互不干扰，并对取心用的泥浆取样，对油层岩心取样，用地层测试器对岩心段的油层流体取样，测定泥浆滤液中的泥浆示踪剂浓度(Cmf)，测定岩心样品的孔隙体积(Vφ)、残余的油量体积(Voc)、地层注入水的示踪剂质量(mwc)、泥浆示踪剂质量(mmfc)、岩心样品的油、水相渗透率曲线，并转换为油、水相渗透率比值(kro/krw)-含水饱和度(Sw)关系，测定地层测试流体样品的混合水量体积(Vwmft)、混合水中含的地层注入水示踪剂质量(m  wt)、混合水中含的泥浆示踪剂质量(mmft)、原油体积系数(Bo)、原油地下粘度(μo)和水的地下粘度(μw)，依据上述所测定的数据，代入由岩心样品孔隙流体的体积模型和地层测试流体样品的体积模型推导出的岩心样品的含水饱和度(Sw)表达式、岩心样品的地层注入水量体积(Vw)表达式，岩心样品中残余的地层注入水量体积(Vwc)表达式、岩心样品在取心过程中挥发逸散的地层注入水量体积(Vwf)表达式、分流量(fw)表达式等方程中，即

Sw=Vw/Vφ

Vw=Vwc+Vwf

$\mathrm{Vwc}=\frac{\mathrm{mwc}(\mathrm{Vwmft}-\frac{\mathrm{mmft}}{\mathrm{cmf}})}{\mathrm{mwt}}$

Vwf= (fw·Vwc[Cmf(Vφ-Voc·Bo-Vwc)-mmfc])/(Cmf·Vwc+mmfc)

与油、水相渗透率比值(Kro/Krw)-含水饱和度(Sw)关系[18]相结合，通过迭代法求得岩心样品的含水饱和度(Sw)和分流量(fw)。

2、用普通取心-测试资料求水淹油层饱和度的方法，其特征是在水淹油层注水井的注入水中加入一种或一种以上的示踪剂，在取心用的泥浆中加入另一种或另一种以上的示踪剂，泥浆中的示踪剂与注入水中的示踪剂彼此之间必须互不干扰，并对取心用的泥浆取样，对油层岩心取样，用地层测试器对岩心段的油层流体取样，测定泥浆滤液中的泥浆示踪剂浓度（Cmf），测定岩心样品的孔隙体积（Vφ）、残余的油量体积（Voc）、残余混合水量体积（Vwmfc）、泥浆示踪剂质量（mmfc）、岩心样品的油、水相渗透率曲线，将其转换为油、水相渗透率比值（Kro/Krw）-含水饱和度（Sw）关系，测定地层测试流体样品的原油体积系数（Bo）、原油地下粘度（μo）、水的地下粘度（μw），依据上述所测定的数据，代入由岩心样品孔隙流体的体积模型推导出的岩心样品的含水饱和度（Sw）表达式、岩心样品的地层注入水体积（Vw）表达式、岩心样品中残余的地层注入水量体积（Vwc）表达式、岩心样品在取心过程中挥发逸散的地层注入水量体积（Vwf）表达式、分流量（fw）表达式等方程中，即

Sw＝Vw/Vφ

Vw＝Vwc+Vwf

Vwc＝Vwmfc- (mmfc)/(cmf)

Vwf= (fw·Vwc[Cmf(vφ-Voc·Bo-Vwc)-mmfc])/(Cmf·Vwc+mmfc)

与油、水相渗透率比值（Kro/Krw）-含水饱和度（Sw）关系相结合，通过迭代法求得岩心样品的含水饱和度（Sw）和分流量（fw）。

3、用普通取心-测试资料求水淹油层饱和度的方法，其特征是在水淹油层注水井的注入水中加入一种或一种以上的示踪剂，在取心用的泥浆中加入另一种或另一种以上的示踪剂，泥浆中的示踪剂与注入水中的示踪剂彼此之间必须互不干扰，并对取心用的泥浆取样，对油层岩心取样，用地层测试器对岩心段的油层流体取样，测定岩心样品的孔隙体积（Vφ）、残余油量体积（Voc）、残余混合水量体积（Vwmfc），测定岩心样品的油、水相渗透率曲线，并转换为油、水相渗透率比值（kro/krw）-含水饱和度（Sw）关系，测定地层测试流体样品的原油体积系数（Bo）、原油地下粘度（μo）、水的地下粘度（μw），代入由岩心样品孔隙流体的体积模型推导出的岩心样品的含水饱和度（Sw）表达式、岩心样品的油量体积（Vo）表达式、岩心样品在取心过程中挥发逸散的油量体积（Vof）表达式、分流量（fw）表达式等方程中，即

Sw＝1-（Vo/Vφ）

Vo＝Voc·Bo+Vof

Vof＝（1-fw）（Vφ-Voc·Bo-Vwmfc)

与油、水相渗透率比值（Kro/Krw）-含水饱和度（Sw）关系[18]相结合，通过迭代法求得岩心样品的含水饱和度（Sw）和分流量（fw）。

4、用普通取心-测试资料求水淹油层饱和度的方法，其特征是在水淹油层注水井的注入水中加入一种或一种以上的示踪剂，在取心用的泥浆中加入另一种或另一种以上的示踪剂，泥浆中的示踪剂与注入水中的示踪剂彼此之间必须互不干扰，并对取心用的泥浆取样，对油层岩心取样，用地层测试器对岩心段的油层流体取样，测定泥浆滤液中的泥浆示踪剂浓度（Cmf），测定岩心样品的油、水相渗透率曲线，并将其转换为油、水相渗透率比值（Kro/Krw）-含水饱和度（Sw）关系，测定地层测试流体样品的油量体积（Vot）、混合水量体积（Vwmft）、混合水中含的泥浆示踪剂质量（mmft）、原油体积系数（Bo）、原油地下粘度（μo）和水的地下粘度（μw），依据上述所测定的数据，代入由地层测试流体样品的体积模型和分流量的定义推导出的方程，计算出岩心井段井壁附近油层地层测试的分流量（fw），即

$\mathrm{fw}=\frac{\mathrm{Vwmft}-\frac{\mathrm{mmft}}{\mathrm{Cmf}}}{\mathrm{Vot}\·\mathrm{Bo}+\mathrm{Vwmft}-\frac{\mathrm{mmft}}{\mathrm{Cmf}}}$

将所计算的分流量（fw）代入下式求出油、水相渗透率比值（Kro/Krw），即

(Kro)/(Krw) ＝（ 1/(fw) -1） (μo)/(μw)

最后通过查油、水相渗透率的比值（Kro/Krw）-含水饱和度（Sw）关系，估算出岩心井段井壁附近油层的含水饱和度（Sw）和分流量（fw）。

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