水電阻率對水層侵入特征的影響

水電阻率對水層侵入特征的影響

水源擴散和土地有關(guān)指標(biāo)在鉆井過程中，通常使用水基泥噴丸，水基泥噴丸可分為淡水泥噴丸和淡水泥噴丸。鉆井泥槳侵入儲層的過程可分為噴射、濾失和動平衡等過程。測井過程一般處于泥槳濾液侵入的靜濾失階段。泥槳濾液與地層流體主要產(chǎn)生3個物理過程:①驅(qū)替,指鉆井液在滲透壓差的作用下,向井壁附近多孔介質(zhì)滲濾,并驅(qū)走孔隙中的原生流體而占據(jù)孔隙空間。設(shè)鉆井液侵入地層為徑向流動,則該過程可用運動方程和連續(xù)性方程進行描述。②混合,指鉆井液侵入地層后,與地層孔隙中的原始液體混合。該過程可用對流傳導(dǎo)方程進行描述。③擴散,是指當(dāng)鉆井液與地層水礦化度不同時,在接觸面處產(chǎn)生離子擴散。該過程可用離子擴散方程進行描述。目前通過對泥漿侵入特征的研究有助于,①了解地層是否有侵入特征,便于劃分滲透性地層;②確定侵入帶的驅(qū)替狀況,以便研究產(chǎn)層的采出程度;③確定產(chǎn)層的侵入特征,以便評價產(chǎn)層的流體性質(zhì);④確定井周圍產(chǎn)層的污染狀況,以便研究產(chǎn)層的完善程度;⑤研究儲層的產(chǎn)能。文獻和表明,咸水泥漿侵入對儲層電阻率的影響使侵入帶的電阻率降低,當(dāng)侵入較深時,可使深電阻率下降30%～50%,造成了含油飽和度和儲量的估算值偏小。當(dāng)?shù)酀{的電阻率相對于地層水的電阻率大到一定程度并且侵入較深時,可使深電阻率提高,結(jié)果造成了含油飽和度和儲量的估算值偏大。因此在實際工作中應(yīng)特別注意此類儲層的測井評價。過去已出版過多篇有關(guān)此類內(nèi)容的文章,其中部分研究成果主要體現(xiàn)在,文獻詳細(xì)介紹了泥漿侵入時造成的高侵和低侵電阻率剖面,其中在高侵剖面上出現(xiàn)了低阻環(huán)帶,但是僅給出了理論敘述。文獻從陣列感應(yīng)測量結(jié)果詳述了咸水泥漿侵入對儲層電阻率的影響,有些儲層由于咸水泥漿的侵入可使其電阻率降低30%～50%,結(jié)果造成儲層的飽和度、儲量的計算誤差很大。文獻從時間推移測井出發(fā)研究了泥槳對儲層電阻率的影響,可看出侵入初期侵入速度很大,后逐漸減慢。健全同一種體系的rwz驅(qū)替試驗圖1顯示了沖洗帶、過渡帶和原狀地層3個區(qū)域的含水飽和度的徑向分布,可看出在過渡帶呈指數(shù)函數(shù)分布。根據(jù)圖1中含水飽和度在不同區(qū)域中的分布,可得到如下含水飽和度方程Sw={Sw1r0≤r≤r1e(r2-r)ln(Sw1)+(r-r1)ln(Swi)r2-r1r1≤r≤r2Swir2≤r(1)Sw=???????Sw1r0≤r≤r1e(r2?r)ln(Sw1)+(r?r1)ln(Swi)r2?r1r1≤r≤r2Swir2≤r(1)式中r0——井眼半徑;r1,r2——分別為泥漿侵入形成的沖洗帶、過渡帶半徑;Sw1、Swi——分別為沖洗帶的含水飽和度和原狀地層的束縛水飽和度。對應(yīng)于含水飽和度,泥漿濾液侵入過程中與地層水的作用存在相當(dāng)復(fù)雜的過程,在驅(qū)替地層水的同時,連續(xù)、重復(fù)與地層水混合,使其不斷淡化。其作用過程滿足如下2種不同礦化度溶液混合的電導(dǎo)率方程V1Rw1+V2Rw2=V1+V2Rwz(2)V1Rw1+V2Rw2=V1+V2Rwz(2)式中Rw1——第1種溶液的電阻率,Ω·m;Rw2——第2種溶液的電阻率,Ω·m;Rwz——2種溶液混合后的電阻率,Ω·m;V1——第1種溶液的體積;V2——第2種溶液的體積。根據(jù)方程(2)可導(dǎo)出靠近原狀地層的過渡帶區(qū)域電阻率有如下方程1Rwz=1Rwp+(1Rwi-1Rwp)SwiSwRwz=RwpRwiSwRwiSw+(Rwp-Rwi)Swi(3)1Rwz=1Rwp+(1Rwi?1Rwp)SwiSwRwz=RwpRwiSwRwiSw+(Rwp?Rwi)Swi(3)式中Rwp——泥漿濾液的電阻率,Ω·m;Rwi——原始地層水溶液的電阻率,Ω·m;Rwz——混合液的電阻率,Ω·m;Swi——束縛水飽和度,小數(shù);Sw——目前含水飽和度,小數(shù)。在靠近沖洗帶的過渡帶局部區(qū)域,地層水受到泥漿濾液重復(fù)、嚴(yán)重的沖刷,混合液電阻率急劇增大,并且達到與泥漿濾液的電阻率相同。設(shè)在泥漿濾液侵入某時刻,該局部區(qū)域中某單位體積孔隙中含水體積為Vw(包括原始地層水和泥漿濾液侵入的體積),則含油體積為1-Vw,對應(yīng)的混合液電阻率為Rwz0。當(dāng)該單位體積再次受到V體積的泥漿濾液侵入時,設(shè)驅(qū)替出的油的體積為Voi,對應(yīng)的混合液電阻率為Rwz1,驅(qū)替過程可看作以下2個過程的疊加:(1)純出油過程VwRwz0+VoiRwp=Vw+VoiRwz(4)(2)混合液再次僅受到泥漿濾液的沖刷Vw+Voi-(V-Voi)Rwz+V-VoiRwp=Vw-VoiRwz1(5)通過式(2)、(3)、(4)和(5)可計算出3個區(qū)域混合液電阻率Rwz。圖2為淡水泥漿侵入條件下Rwz隨含水飽和度Sw變化的理論關(guān)系圖,可看出,在靠近原狀地層的過渡帶局部區(qū)域,Rwz隨含水飽和度Sw變化較小,而在靠近沖洗帶的過渡帶局部區(qū)域,Rwz隨含水飽和度Sw變化較大。假設(shè)在泥漿侵入過程中,地層混合液電阻率的變化未引起Archie電性參數(shù)m、n的變化,所以根據(jù)圖2中得到的混合液電阻率隨含水飽和度Sw變化的理論曲線,應(yīng)用Archie方程Rt=Rw?mSnw(6)可得到3個區(qū)域中儲層電阻率隨含水飽和度變化的理論曲線(見圖3)。對于沖洗帶和原狀地層而言,電阻率之比為RΜSFLRt=RmfRw×(SwSxo)n(7)式中,Sw和Sxo分別是原狀油層和沖洗帶的含水飽和度。RMSFL和Rmf分別為微球型聚焦電阻率和泥漿濾液電阻率。對于具有中等侵入及“平均”殘余油飽和度的情況,可應(yīng)用經(jīng)驗關(guān)系Sxo=S1/5w,n=2.0,則有RΜSFLRt=RmfRw×(Sw)8/5(8)所以在泥漿侵入過程中,沖洗帶電阻率大于原始油層電阻率的條件為RmfRw≥(Sw)8/5(9)巖樣的配制和驅(qū)替在實驗室內(nèi)可通過巖心實驗研究泥漿侵入對儲層電阻率的影響。原狀地層相當(dāng)于油驅(qū)巖心中水的結(jié)束端,此時巖心中的水是束縛水。沖洗帶相當(dāng)于水驅(qū)巖心中油的結(jié)束端,此時巖心中的油為殘余油。過渡帶為水驅(qū)巖心中油的整個過程。因此可通過室內(nèi)巖心進行模擬實驗加以研究。實驗過程簡述如下。溶液配制:根據(jù)地層水水樣分析的各離子成份和鉆井泥漿濾液的礦化度,分別用等效的NaCl溶液的礦化度進行配制,并測量所配制溶液的電阻率Rw和Rmf。巖樣制備:巖樣洗油、脫鹽、烘干(測量其干重G干重)、抽空飽和配制的NaCl溶液(飽和后測量飽和樣的濕重G濕重),按下式計算巖樣中飽和溶液的體積V=G濕重-G干重ρw(10)式中,ρw是NaCl溶液的密度。將飽和的巖樣裝入巖心夾持器,加壓和升溫至儲層條件,然后用儲層的原油驅(qū)替巖心至出口端只出油不出水時為止,此時巖心中的流體狀態(tài)相當(dāng)于原狀地層。測量并計算巖樣的束縛水飽和度Swi和電阻率Rt。用所配的泥漿濾液連續(xù)驅(qū)替巖心至出口端只出水不出油時為止,測量并計算驅(qū)替過程中巖樣的含水飽和度和相應(yīng)的電阻率。驅(qū)替過程中電阻率和含水飽和度的變化特征相當(dāng)于過渡帶,驅(qū)替結(jié)束時巖心中的流體狀態(tài)相當(dāng)于沖洗帶,電阻率和含水飽和度分別為RMSFL和Sxo。原狀地層和沖洗帶性能實驗中根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的實際流體特征(地層水礦化度約為8000mg/L,鉆井泥漿濾液的礦化度約為500mg/L)進行水驅(qū)實驗。為了研究其可比性,對同一塊巖心進行了不同礦化度下(1000,2000,4000,6000和8000mg/L)的實驗。實驗中所選的3塊巖心的實驗結(jié)果見圖4、5和6,其基礎(chǔ)參數(shù)見表1。從圖4、5和6中可以看出,3塊巖心具有相同的特征,①當(dāng)原始地層水礦化度為8000mg/L,鉆井泥漿濾液礦化度約為500mg/L時,在過渡帶出現(xiàn)明顯的電阻率低阻環(huán)帶,并且隨著泥漿濾液礦化度接近于原始地層水礦化度,低阻環(huán)帶逐漸消失。②當(dāng)鉆井泥漿濾液礦化度約為1000mg/L時,鉆井液侵入地層后,沖洗帶的電阻率幾乎與原狀地層的電阻率相同。③當(dāng)鉆井泥漿濾液礦化度約為4000mg/L時,鉆井液侵入后沖洗帶的電阻率約為原狀地層的42%。④利用與原狀地層相同礦化度的泥漿濾液時,鉆井液侵入地層后,造成的沖洗帶的電阻率僅約為原狀地層的20%。⑤13-1和28號巖樣不同礦化度條件下的原狀地層和沖洗帶的電阻率結(jié)果見表2?？煽闯黾词乖诘酀{情況下,不同礦化度的泥漿濾液侵入同一油層得到不同的電阻率徑向剖面,即出現(xiàn)增阻或減阻侵入特征。由于在實驗中僅對物性基本相同的巖心進行了實驗研究,其束縛水飽和度在25%～45%范圍內(nèi)。沒有考慮物性更好(高孔隙度、高滲透率)、束縛水飽和度很小(小于15%,甚至小于10%)的巖心是否具有與上述結(jié)果相同的侵入特征。淡水微球聚焦電阻率測量在實際測井中,由于所用測量儀器的測量原理不同(如雙感應(yīng)測井和雙側(cè)向測井),導(dǎo)致不同的測量結(jié)果。選取2口井的實際資料作為實例加以分析(見圖7、8)。圖7是A井某井段的測井曲線圖。可看出無論是水層還是油層,雙感應(yīng)和雙側(cè)向測井的測量值均表現(xiàn)出高侵的現(xiàn)象,即沖洗帶的電阻率高于中感應(yīng)(或淺側(cè)向)的電阻率,同時都高于深感應(yīng)(或深側(cè)向)的電阻率。從圖7可清楚看出,在水層雙感應(yīng)測井出現(xiàn)明顯的電阻率高侵剖面,但是雙側(cè)向測井表現(xiàn)的不太明顯。因此,在淡水泥漿侵入條件下,用雙感應(yīng)測井比用雙側(cè)向測井更易判別油水層。在該井中,1號層為水層,測試結(jié)果為日產(chǎn)水12.6m3,不含油;2號層為油層,測試結(jié)果為日產(chǎn)油13.4m3,不含水。圖8是B井某井段的測井曲線圖,電阻率采用陣列感應(yīng)測量,根據(jù)不同探測范圍有4種不同的測量值,即RAT90,RAT60,RAT30,RAT10,另外測量了微球聚焦電阻率(MSFL),鉆井泥漿采用的是淡水泥漿。在該井中,2號層是明顯的油層,9980～10000ft*井段是油水同層,而10000～10016ft井段則是明顯的水層。根據(jù)上述淡水泥漿侵入對地層電阻率的影響實驗研究可知,在上部的油層出現(xiàn)明顯的低侵現(xiàn)象,表現(xiàn)為探測半徑越小,其電阻率測量值越低,即RMSFL<RAT10<RAT30<RAT60<RAT90。油水同層處的電阻率表現(xiàn)為RAT10<RMSFL<RAT90,表明在一定范圍內(nèi),由于淡水泥漿的侵入造成電阻率升高,但是沒有超過深電極測量的電阻率。對于下部的水層,電阻率表現(xiàn)為與油層相反的現(xiàn)象,即高侵現(xiàn)象,探測半徑越小,其電阻率測量值越高,即RMSFL>RAT10>RAT30>RAT60>RAT90。所以根據(jù)陣列感應(yīng)測量值的差值很容易識別儲層的流體性質(zhì)。2號層的測