Thesis for the Master degree in Engineering Study on Water-Flooded Zones in Jin 16 Block Candidate:GaoJian Tutor: Li Quanhou Specialty: Geodetection a

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即璩
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1 分类号 TE15 单位代码 UDC 550 密级东北石油大学硕士研究生学位论文论文题目硕士生指导教师锦 16 区块水淹层测井解释方法研究高健李全厚副教授学科专业地球探测与信息技术研究方向地球物理测井 2016 年 5 月 4 日

2 Thesis for the Master degree in Engineering Study on Water-Flooded Zones in Jin 16 Block Candidate:GaoJian Tutor: Li Quanhou Specialty: Geodetection and Information Technology Date of oral examination: 29th May.2016 University:Northeast Petroleum University

3 学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果据我所知除文中已经注明引用的内容外本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中作了明确说明并表示谢意作者签名日期学位论文使用授权声明本人完全了解东北石油大学有关保留使用学位论文的规定学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版允许论文被查阅和借阅可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编学位论文可以公布论文的全部或部分内容东北石油大学有权将本人的学位论文加入中国优秀硕士学位论文全文数据库中国博士学位论文全文数据库和编入中国知识资源总库保密的学位论文在解密后适用本规定学位论文作者签名论文指导教师签名指导小组成员签名 I

4 锦 16 区块水淹层测井解释方法研究摘要锦 16 区块油田由于储层物性多变岩性复杂断层发育加之长期分层注水开发导致各储层水淹程度极不均匀油水分布关系极其复杂因此急需开展水淹层测井解释研究工作本文以锦 16 区块的岩心分析资料投产资料以及试油资料为基础对区块内储层的水淹状况进行分析通过解释单元划分联合多条测井曲线确定储层沉积韵律并根据储层的空间位置及水淹层测井资料响应特征对储层的水淹状况进行定性判断该方法首先是以划分稳定泥岩隔层为基础将测井曲线划分为与沉积韵律一一对应的解释单元然后联合深浅电阻率曲线自然伽马曲线与密度测井曲线对每一个解释单元中所包含的沉积韵律类型进行识别并根据的沉积韵律类型结合状态空间模型的理论计算出储层间的变化梯度及 Kalman 滤波增益,从而判断出同一解释单元内各有效储层之间的水淹状况相对变化趋势,实现储层水淹状况的定性判别,再通过双地层水电阻率模型结合多重迭代递归法确定了含水饱和度泥质含量的计算公式并利用线性拟合和回归的方法得出了孔隙度渗透率的计算公式对水淹层进行定量解释经研究利用本文的解释方法得出的结论与投产结果符合率较高因此说明该方法能够有效地提高该地区的水淹层解释精度实现水淹层的精确解释关键词水淹层测井响应状态空间解释模型储层参数 II

5 Study on Water-Flooded Zones in Jin 16 Block ABSTRACT The degree of the water-flooded zones is extremely uneven and the relationship between oil and water distribution is complex because of the changeable reservoir physical properties, complex lithology, fault development and long term water injection flooding in the Jin 16 block oilfield. Therefore, the research on the interpretation of water flooded reservoir is carried out. Based on the core analysis data, production data and test data, this paper analyzes the water flooded condition of the reservoir in the Jin 16 block. According to determination of reservoir sedimentary rhythm which is based on division of interpretation unit combined with multiple logging curves, the spatial position of the reservoir and the log data response characteristics of the water flooded layer, qualitative judgement of the water flooded condition of the reservoir is completed. The method is based on the stabe mudstone interlayer,making the logging curves divided into the interpretation unit corresponding with the sedimentary rhythm, and then combining with deep (shallow) resistivity curve and density logging curve, to identify the original sedimentary rhythm types which is contained in each interpretation unit. According to the types of original sedimentary rhythm, combined with the state space model theory, calculate the gradient and Kalman filter gain between the reservoir, and then judge the changing trend in the same interpretation unit between the effective reservoir water flooded status, complete the qualitative identification of reservoir water flooding, and then the study take the double formation water resistivity model for reservoir parameters calculation, determine the calculation formula of water saturation and shale content. At the same time, the paper use the method of linear fitting and regression, to obtain the calculation formula of porosity and permeability, complete the quatitative interpretation of water flooded layer. The conclusions which use the method of this paper have a higher coincidence rate with the production data, therefore, this method can effectively improve the interpretation accuracy of the water flooded zones in this area, and finish the accurate interpretation of water flooded zones. Key words: water flooded layer, logging response, state space model,reservoir parameters III

6 创新点摘要本文针对研究区水淹层测井解释问题在前人研究的基础上做了一些工作创新点如下针对锦 16 地区的储层特点以解释单元划分联合多曲线确定储层沉积韵律为基础结合状态空间解释模型判断不同韵律储层的水淹情况对储层水淹级别进行定性识别并对储层参数进行定量求取 IV

7 目录学位论文独创性声明... I 学位论文使用授权声明... I 摘要... II ABSTRACT... III 创新点摘要... IV 前言论文研究的目的及意义国内外研究现状水淹层的定性与定量识别方法水淹层综合评价论文研究的主要内容技术路线... 4 第一章辽河油田锦 16 区块区域概况锦 16 区块工区概况油藏地质概况及基本特点锦 16 区块储层物性特征... 7 第二章水淹层物性及测井曲线的变化特征水淹层物性的变化特征储层孔隙度的变化储层渗透率的变化地层水矿化度的变化岩石润湿性的变化水淹层测井曲线的变化特征电阻率曲线变化特征声波时差曲线变化特征微电极测井曲线特征自然电位曲线变化特征第三章锦 16 区块测井资料预处理优选测井系列测井资料标准化第四章水淹层定性评价方法研究储层非均质性对油层水淹的影响基本解释单元划分状态空间解释模型第五章储层参数的求取含水饱和度计算方法泥质含量计算方法孔隙度计算方法... 42

8 目录 5.4 渗透率计算方法驱油效率的计算方法及水淹标准的建立驱油效率水淹级别标准的建立第六章测井二次解释及效果分析储层参数解释精度分析投产资料对比分析结论发表文章目录致谢... 57

9 前言 0.1 论文研究的目的及意义锦 16 地区位于辽河油田兴隆台地区油田地质特征相对复杂油气储量较为充足是一个由多套生油层系多种储集类型多种油气藏所组成的复式油气区随着近些年来油气藏的连续开采各个区块的开采程度各不相同这就为油田后续的开发增加了很大的难度因此就需要系统的研究区块内各储层的水淹状况水淹层测井解释精度不高长期以来一直困扰着国内各油田大部分油田仅通过常规方法对水淹层进行解释然而常规的水淹层解释往往并不能满足油田开发要求影响水淹层解释的基本因素如下 (1)储层的地层水电阻率无法确定随着油田的注水开发不断进行由于注入水的不断增加会导致地层水电阻率呈现出下降的趋势但当储层含水饱和度达到一定值时因为注水开发通常都是淡水驱油所以会导致地层水电阻率在注水开发后期呈现出上升的趋势储层的孔渗情况影响着地层水矿化度的大小同时测井资料中所提供的测井曲线也无法明显的反映出地层水电阻率的大小因此很难确定地层水电阻率这一参数 (2)仅通过分析测井资料提供的测井曲线特征并不能得出当前状态下的储层含水饱和度信息储层的孔渗条件对含水饱和度同样有很大的影响如果孔渗条件相对较好电阻率曲线的幅值一般会呈现为低值而当储层的孔渗条件不好并且储层为薄差层时尽管水淹程度相对不是很严重曲线也会呈现出低值因此可以知道仅通过测井曲线的幅值并不能准确判断储层的含水饱和度 (3)泥质含量的求取问题对于锦 16 地区典型的砂泥岩储集层特征区块内部含放射性矿物较多与此同时在注水开发过程中也要经受污水回注的过程而污水通常会含有大量的放射性矿物从而导致仅通过自然伽马求得的泥质含量误差很大本次研究以锦 16 区块岩心分析资料投产资料以及试油资料为基础对区块内储层的水淹状况进行解释基于解释单元的划分确定了储层的沉积韵律再通过状态空间解释模型综合考虑储层的空间位置及水淹层测井资料响应特征完成了对水淹层的测井解释工作 0.2 国内外研究现状从上个世纪中期开始我国的测井工作人员针对水淹层的测井技术做出了一系列的研究探索从岩石物理基础实验水淹层测井方法研究到水淹层解释模型研究从利用测井曲线定性判断水淹层到定量求取剩余油饱和度含水率判断水淹级别从单井水淹层解释到多井剩余油分布从二维到三维甚至是加上时间维的四维解释[1] 上世纪 60 年代在大庆油田中区钻检查井时就开始对水淹层测井进行系统研究 1972 年大庆油田研究院地球物理研究所成立了中国第一个水淹层测井技术研究小组北京石油勘探开发科学研究院和各大油田的研究院石油大学江汉石油学院东北石油大学等 1

10 前言都有从事水淹层测井技术研究和解释工作的专职人员 2005 年文淑敏李凤清等人研究了碳氧比能谱测井在高含水期寻找剩余油的应用为进一步认识油藏改造油藏利用油藏提供了可靠的依据[2] 2010 年贺顺义谢楠彭洪波张成学等研究分析表明油层水淹前后的测井响应特征不同且从宏观沉积特征看不同的沉积微相类型其储层物性在水淹前后变化量也不同据此可以通过单井常规测井资料解释或通过一些特殊测井资料与常规测井资料的综合分析来解释和识别水淹层并依据对子井测井曲线特征研究生产动态资料研究密闭取心资料分析沉积微相划分及多井综合评价等一系列技术对解释结果进行有效性验证从而找到水淹层电性特征与含油饱和度及沉积特征的关系达到准确解释水淹层的目的 2012 年蒋丽君针对低孔低渗油藏的特点开展了以常规测井资料为主的水淹层测井解释方法研究 [3-4] 沈启南黄菊燕等人在 2013 年发表的 ZLG E 数字聚焦阵列感应测井仪一文中详细的介绍了 ZLG E 阵列感应测井 ZLG E 阵列感应测井可以利用丰富的测井信息对地层电阻率进行高精度反演聚焦在反演过程中对井眼信号进行科学的校正从而可以更为准确地确定地层真电阻率利用 ZLG E 阵列感应测井可以对储层进行分析在水淹层解释中进一步详细描述水淹层段指导投产方案的设计在国外为了探明油层的剩余油饱和度广泛采用给地层注入同位素活化液或盐水随时间推移进行两次或多次测井的测一注一测技术从而由多次测得的结果求出剩余油饱和度同时可用此技术监视油层的枯竭状态及驱油效率前苏联在水淹物理模拟实验中同样得出了油层注入淡水后电阻率增大的结论分析其原因是由于油层的枯竭随着含水饱和度的不断上升当含水饱和度到底一定值时继续注水会导致储层内的地层水矿化度降低因此电阻率表现出增大的趋势[5-6] 近几年美国应用声波全波测井资料来估算储层渗透率已有突破:储层的声波性质与孔隙充填物类型有关通过它可划分水淹层和油水层界面水淹层的定性与定量识别方法水淹层定性识别方法经常运用于一些开采已经进入高含水阶段的油田其主要依据是通过观察常规测井系列测得的测井曲线响应特征对储层进行定性解释[7-8] 不同地区其地质概况不同使得各地区的测井曲线反应非常复杂因此并不能找到一种方法进行详细的判断只能结合各地区的实际情况联合不同的水淹特征和水淹规律针对各地区给出独特的判定方法常用的定性识别方法有自然电位基线偏移法自然电位与电阻率曲线对应分析法冲洗带电阻率法曲线综合分析法等[9] 水淹类型不同其测井曲线响应特征与水淹特征也不同其定性分析的方法也会不同在运用常规方法进行水淹层定性识别的过程中应该从研究区的地质情况出发综合考虑研究区的岩心分析资料和投产资料选取适合研究区的方法进行综合考量达到定性识别的目的水淹层的定量识别方法一般是利用相对值的方法对水淹层进行解释的随着各油田注水驱油的不断进行注入水量逐渐增多油不断被驱替出来在注水开发初期地 2

11 层含水饱和度不断增大地层电阻率减小在注水开发后期地层进入高含水阶段地层水不断被注入水所取代使得地层水电阻率与注入水电阻率越来越接近水淹层定量解释主要是通过提取水淹层的特征参数分析结果确定水淹参数再进行定量解释的具体方法为交会图法可动水分析法正态概率分布发模式识别法神经网络法等各个方法的适用范围也各不相同[10] 水淹层综合评价水淹层的综合评价需要结合各种测井资料信息如套管井测井资料时间推移测井核磁共振测井录井分析资料等通常利用套管井测井资料进行水淹层评价较为常见[11-13] 近段时间录井技术在获取储层含油饱和度等评价参数方面取得了快速进步研究应用测录资料综合评价水淹层方法对提高了淹层评价水平具有重要意义 0.3 论文研究的主要内容 1.工区储层地质特征了解区块储层地质特征以及储层物性特征针对锦 16 区块储层岩性多样水淹关系复杂的情况结合研究区储层的岩心分析投产以及测井数据等资料开展研究工作最终形成了独立的水淹层测井解释方法提高区块水淹层测井解释精度 2.测井资料预处理 (1)测井系列优选由于区块内包含了几种不同的测井系列因此要进行优选工作选择测井曲线特征较为明显测井信息包含较多的系列将其作为本次研究的主要研究对象 (2)标准化处理具有相同或相似沉积环境的沉积物其岩性电性特征往往是相似的因此在本次研究中根据锦 16 区块生产井所使用的测井系列及其响应特征选取本次研究需要的对储层各项特征响应较为敏感的测井资料作为本项目的输入参数其它资料作为辅助信息加以参考开展测井资料标准化预处理工作以消除测井资料的系统误差利于本项目的大面积推广应用 3.水淹层定性判别 (1)基本解释单元划分 (2)储层沉积韵律识别 (3)状态空间解释模型根据区块的岩心分析资料以各测井曲线的变化特征为基础对研究区内的水淹层进行测井解释工作在基本解释单元划分的基础上判断储层的沉积韵律结合状态空间解释模型对水淹层进行定性判断 4.储层参数定量求取为了充分利用岩心分析数据和目的层所采集的各种测井地质信息提高参数的计算精度本次研究利用经过各种编辑校正及标准化处理并通过岩心归位之后的测井与岩心 3

12 前言分析数据进行对比分析选取合适的函数关系同时对资料点作数理统计分析找出相关性最好的经验公式作为反应区块整体特征的参数解释模型并计算储层参数然后再利用状态空间解释模型判定结果来对所计算参数的模型参数进行调整以反映各储层的具体特征从而达到提高储层参数解释精度的目的 5.储层二次解释及效果分析对 200 余口生产井资料进行评价进行误差分析验证方法准确率是否提高 0.4 技术路线由上述研究内容可以制定出本文的技术路线图如下(图 0.1) 以测井资料为基础结合岩心资料对研究区块地质特征进行详细了解测井曲线响应特征分析以及标准化处理基本解释单元划分测井响应特征分析水淹层形成机理研究定性分析数学算法应用判断水淹级别定量解释测井解释模型选取改进参数的确定建立水淹层解释模型锦 16 地区水淹层综合评价图 0.1 技术路线图 4

13 第一章辽河油田锦 16 区块区域概况 1.1 锦 16 区块工区概况辽河油田锦 16 地区区块位于辽河盆地的西斜坡位置是一个由层状非均质砂岩构成的边底水油藏储层厚度一般相对较大其中油层的有效厚度高达 36.2m 储层的单层厚度最大的能够达到 20.8m 一般的储层厚度为 5m 左右而且储层的层数较多储层埋藏深度一般在 m 左右区块内的物性普遍较好分布于纵向上的油层其分布的位置一般都在兴 II 油层组和兴 III 油层组[14] 作为该地区内的主力油层兴 II 油层组的各小层油层呈连片分布的趋势储层厚度相对较为稳定同时兴 III 油层组的储层发育程度较差这是因为其内部的储层发育程度不好构造所处地区位置相对较低所导致的[15] 区块内储层孔隙连通性普遍较好锦 16 地区兴隆台油层作为一个中高渗透层储层渗透率普遍较高为河口坝相沉积油层的勘探工作是在 1976 年进行的到了 1977 年就开始了试油试采的工作在 1979 年开始正式投入开发工作 1979 年 4 月进行注水开发工作考虑到该区块内的油藏非均质性相对较为严重所以导致多数采油井的注入水从高渗透层渗入使得这种非均质性造成的矛盾越来越明显[16] 另一方面从注入水在不同方向上的推进速度来看其向南的推进速度明显大于向东西方向的推进速度从而导致南北方向与东西方向的含水差异较大影响了注入水的效果[17] 区块内各油层水淹情况如表 1-1 所示表 1-1 不同油层水淹情况油层组 II1 II2 II3 II4 II5 II6 II7 II8 III 强水淹层比例中水淹层比例弱水淹层比例未水淹层比例 (%) (%) (%) (%) 油藏地质概况及基本特点辽河油田锦 16 地区其断块的构造是一个向南倾斜的断鼻构造构造在东西方向上长度为 8km 南北方向上宽度为 1.2km 地层倾角为 5-7 区块面积达到 8.4km2 闭合高度大约为 200m 左右同时该区块的构造情况也相对较为简单锦 16 区块兴隆台砂体的沉积相主要由大部分的河口沙坝微相以及少量的辫状分流河道微相构成从纵向上来看发育在兴 II 油层组的各小层内的储层河道砂体其发育趋势是逐渐变差的[18] 从垂向上来看该区块主要以正韵律的沉积特征为主区块内岩石的胶结类型主要是孔隙式胶结形式其次是接触式胶结胶结物以泥质为主固结 5

14 第一章辽河油田锦 16 区块区域概况程度相对较差[19] 区块内的储层物性孔隙性以及连通性都相对较好锦 16 区块井位部署图图 1.1 锦 16 区块井位部署图通过前面的区块油藏概况分析可以了解到锦 16 区块的油藏特点如下油层厚度较大层数多储层物性好原油物性较差天然能量小表 1-2 为辽河油田锦 16 地区的油藏基本参数表 1-2 油藏基本参数构造类型断鼻构造含油饱和度/% 开发层系沙一下~沙二油层温度/ C 含蜡量/% 含硫量/% 0.15 地质储量/10 t 凝固点/ C -21 有效厚度/m 胶质沥青质/% 油层埋深/m 2 含有面积/km 4 储层岩性厚层粉-粗长石地层水矿化度/mg L 砂砾岩粒度中值/mm 0.22 饱和压力/MPa 砂岩系数 0.66 体积系数 1.10 变异系数有效孔隙度/% /g cm 6 压缩系数/10 MPa 原始地层压力/MPa 压力系数驱动类型水压驱动 0.93 平均井距/m 有效渗透率/10 μm 空气渗透率/10 μm 原油密度 -5 地面地下原始气油比/m t

15 续表 1-2 原油粘度地面 /mpa s 地下油水粘度比锦 16 区块储层物性特征锦 16 区块储层孔隙度较大渗透率全层平均为 31.9% 最低的兴Ⅲ油层组的 21 小层为 29.6% 最高的兴Ⅱ油层组的 41 小层为 32.3% 平均水平渗透率为 m2 垂直渗透率为 m2 水平与垂直渗透率比值为 0.84 表 1-3 为锦 16 地区储层物性资料统计表区块内储层为高孔隙度高渗透率储层单井孔隙度为 20%-30%左右平均孔隙度为 29.4% 单井渗透率为( )*10 μm 平均渗透率为 3232*10 μm 单井的泥质含量达到 10-30% 平均泥质含量为 22.8% 区块砂体厚度较大孔隙度渗透率值也相对较高泥质含量较低在平面上区块内各井之间其孔隙度渗透率泥质含量与沉积相砂体分布基本是一致的其等值线呈正北北西向呈现条带状展布是该区块的沉积主体相带通过锦 16 区块 x 井岩心资料分析可以知道所有测井资料对储层物性的反映都是多方面的由下面的岩心分析资料及测井响应成果图中可知无论是岩性粒度所含矿物成分等对测井响应均有影响但都不是很明显图 1.2 为锦 16-x 井的岩样荧光显微照相片图 1.2 岩样荧光薄片显微照相片 7

16 第一章辽河油田锦 16 区块区域概况表 1-3 锦 16 地区兴隆台储层物性的资料统计表层位孔隙度渗透率 -3 2 碳酸盐含量泥质含量分选系数粒度中值 % 10 μm % % I II III 平均图 1.3 中在锦 16-x 井 m 处为中砂粗砂岩巨砂含量 11.56% 粗砂含量 37.94% 中砂含量 27.52% 细砂含量 7.15% 粘土含量 1.69% 含油饱和度 56.1% 含水饱和度 21% 碳酸盐岩含量 0.6% 图 1.3 锦 16-x 井中砂粗砂岩测井曲线图图 1.4 中在锦 16-x 井 m 处为巨砂粗砂岩孔隙度为 26.9 巨砂含量 27.66% 粗砂含量 33.53% 中砂含量 14.76% 细砂含量 8.16% 粘土含量 1.86% 含油饱和度 37.7% 含水饱和度 37.4% 碎屑石英发红棕色光紫色光长石亮蓝色蚀变长石深褐色粒间高岭石靛蓝色碎屑岩荧光薄片鉴定为部分碎屑受沥青浸染显黄褐色褐色荧光粒间以黄褐色褐色荧光为主分布较均匀岩石以沥青质沥青为主含量较高高含砾巨粗粒岩屑砂岩巨粗粒砂状结构结构见少量细砂砾石含量 20 碎屑成分为石英长石和岩屑填隙物为泥质和泥微晶碳酸盐颗粒次棱次圆状点接触孔隙以原生粒间孔为主图 1.5 中在锦 16-x 井 m 处为粗砂岩岩心编号为 13-9 孔隙度为 35.8 巨砂含量 15.98% 粗砂含量 53.49% 中砂含量 24.23% 细砂含量 0.54% 粘土 8

17 含量 0.98% 碳酸盐岩含量 2.8% 图 1.4 锦 16-x 井巨砂粗砂岩测井曲线图图 1.5 锦 16-x 井粗砂岩测井曲线特征图图 1.6 中在锦 16-x 井的 m 处为含砾不等粒砂岩孔隙度为 23.7 细砾含量 21.25% 巨砂含量 34.51% 粗砂含量 20.21% 中砂含量 13.41% 细砂含量 5.18% 粘土含量 0.09% m 处为含砾不等粒砂岩孔隙度为 28.3 细砾含量 16.55% 巨砂含量 11.63% 粗砂含量 39.93% 中砂含量 36.25% 细砂含量 5.42% 粘土含量 0.28% 9

物质因素能量因素

物质因素能量因素邹才能陶士振周慧张响响何东博周川闽王岚王雪松李富恒朱如凯罗平袁选俊徐春春杨华中国石油勘探开发研究院中国石油天然气集团公司中国石油西南油气田公司中国石油长庆油田公司中国石油天然气股份有限公司科技部岩性地层油气藏地质理论与勘探技术研究项目根据成岩作用和成岩相对储集层发育的控制作用及与储集层分布的关系探讨成岩相的形成机理划分方案与评价方法及其在油气勘探中的应用和意义