一种计算水淹级别水淹层对应剩余油饱和度的方法及系统与流程

【技术领域】

本发明属于油田开发领域，具体涉及一种计算水淹级别水淹层对应剩余油饱和度的方法及系统。

背景技术：

随着油气的不断开发，许多油田都进入了开发的中后期，储层水淹状况比较严重。虽然己经采出了大量的石油资源，但是仍有相当数量的剩余油资源未被采出，采收率较低。水淹层解释评价的核心是确定水淹后剩余油饱和度，剩余油饱和度的准确计算能为油田开发方案调整、控水稳油及老井挖潜提供技术支撑。

目前，用于进行水淹层剩余油饱和度计算的模型主要分为三类：

(1)基于经验公式的饱和度模型，如阿尔奇公式、西门杜公式、印度尼西亚公式，该类模型没有考虑油层水淹过程中的复杂性和注入水、原状地层水的动态变化情况，在水淹层精细解释过程中误差较大。

(2)基于注入水和原状地层水并联导电理论的饱和度模型，该类模型将水淹层岩石体积划分为不同组分，假设各个组分是并联导电从而计算岩石电阻率，该类模型认为注入水与原始地层水是完全独立的；

式中，rwz为混合液电阻率，sw为地层含水饱和度，swi为束缚水饱和度，rwi为束缚水电阻率，rwj为注入水电阻率。

然而，该类模型没有考虑注入水和原状地层水之间的离子交换作用，仅适应于水淹初期地层的剩余油评价。

(3)基于离子交换与物质平衡方程的电阻率模型，具有代表性的为变倍数多倍注入物质平衡方程，该模型假设离子之间进行相互交换，两种溶液混合前后的离子数不变，进而计算不同含水饱和度下混合液矿化度，得到混合液电阻率：

式中，rwz为混合液电阻率，sw为地层含水饱和度，swi为束缚水饱和度，rwi为束缚水电阻率，rwj为注入水电阻率，为注入倍数，fw为产水率。

然而，该类模型是以注入水与原状地层水完全混合为前提，与真实水淹机理相差较大，仅适应于水淹后期高水淹情况。

可见，上述三类模型均没有考虑不同水淹阶段注入水与原状地层水动态混合特征，上述三类模型只适应特定水淹阶段的水淹层解释。因此还应深入研究剩余油饱和度计算模型，以提高水淹层的定量解释精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种计算水淹级别水淹层对应剩余油饱和度的方法及系统；为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种计算水淹级别水淹层对应剩余油饱和度的方法，包括以下步骤：

步骤1，通过初始的地层水底层电阻率rt0获取初始的含水饱和度sw0；

步骤2，根据研究地层的相渗试验结果，结合初始的含水饱和度sw0和t1时刻的离子交换律x1获得t1时刻的含水饱和度sw1；

步骤3，重复步骤2，通过t1时刻的含水饱和度sw1、相渗试验结果和t2时刻的离子交换律x2获得t2时刻的含水饱和度sw2；

步骤4，重复步骤3，迭代计算，至两次计算过程中的产水率fw之间的差值小于等于设定值，为最终的含水饱和度swt；所述含油饱和度为1减去最终的含水饱和度swt。

本发明的进一步改进在于：

优选的，其特征在于，步骤1中，将初始的地层水底层电阻率rt0代入至阿尔奇公式的变形式中，结合岩性系数、地层孔隙度、胶结指数和地层孔隙中总的混合液电阻率，计算得到初始的含水饱和度sw0。

优选的，其特征在于，步骤2的具体过程为：

步骤2.1，针对研究地层，进行相渗试验，结合初始的含水饱和度sw0得到t1时刻的油相相对渗透率kro1和水相相对渗透率krw1；

步骤2.2，通过油相相对渗透率kro1和水相相对渗透率krw2计算t1时刻的产水率fw1；

步骤2.3，将含水饱和度sw0、产水率fw1以及t1时刻的离子交换律x1带入至混合液电阻率公式中，计算得到t1时刻总混合液电阻率rwz1；

步骤2.4，将总混合电阻率rwz1带入至阿尔奇公式中，计算得到t1时刻的含水饱和度sw1。

优选的，其特征在于，步骤2.2中，所述产水率通过油相相对渗透率kro1、水相相对渗透率krw2，以及油的粘度和水的粘度获得。

优选的，其特征在于，步骤2.3中，所述混合液电阻率公式为：

式中，rwz为地层孔隙中总混合液电阻率，rwj为注入水电阻率，rw为原状地层水电阻率，sw为地层含水饱和度，swi为地层束缚水饱和度，fw为产水率。

优选的，其特征在于，步骤2.4中，通过下式计算含水饱和度，

式中，a、b为岩性系数，rwz为地层孔隙中总混合液电阻率，rt为地层电阻率，φ为地层孔隙度，m为胶结指数，n为饱和度指数。

优选的，其特征在于，步骤2中，当x＝0时，地层中全部为未参与离子交换的地层水；当x＝1时，地层中全部为完全离子交换的地层水。

优选的，其特征在于，步骤2中，所述离子交换率x通过岩心实验确定。

优选的，其特征在于，步骤4中，设定值为0.001。

10.一种计算水淹级别水淹层对应剩余油饱和度的系统，包括：

第一计算单元：用于通过初始的地层水底层电阻率rt0获取初始的含水饱和度sw0；

第二计算单元：用于根据相渗试验结果、含水饱和度sw0和t1时刻的离子交换律x1获得t1时刻的含水饱和度sw1；

迭代单元：用于重复第二计算单元的计算步骤，当两次计算过程的产水率fw之间的差值小于等于设定值，停止迭代，获得最终的含水饱和度swt；

第三计算单元：用于通过最终的含水饱和度swt获得剩余油饱和度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种计算水淹级别水淹层对应剩余油饱和度的方法及系统，该方法根据不同注水阶段注入水与原状地层水离子交换量的不同，引入离子交换率参数，同时从初始条件开始计算出不同时刻的含水饱和度、产水率、以及油相相对渗透率和水相相对渗透率，推导了新的水淹层解释模型，可适应不同水淹级别水淹层剩余油饱和度计算。本发明能够解决不同水淹级别剩余油饱和度评价的问题，能够准确计算剩余油饱和度，为油田开发方案调整、控水稳油及老井挖潜提供了科学依据，具有较高的推广价值和经济效益。

【附图说明】

图1是水淹层等效物理模型；

图2是离子交换率确定方法示意图；

图3是剩余油饱和度计算流程图；

图4是油水相对渗透率建模图版；

图5是实际井资料处理成果图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供的计算不同水淹级别水淹层剩余油饱和度的方法，是基于离子交换率进行计算的，能够准确计算出不同水淹级别水淹层剩余油饱和度，其具体包括以下步骤:：

步骤1建立水淹层等效物理模型

在油层水淹过程中，当注入水的矿化度与原始地层水的矿化度不同时，注入水不仅驱替地层孔隙中的油，还与原生地层水进行离子交换，离子的交换与油层水淹程度有关，基于此，建立水淹层等效物理模型，参照图1，该水淹层等效物理模型由六部分组成，从上到下依次为：岩石骨架、泥质、残余油、可动油、上地层水和下地层水，其中上地层水为未参与离子交换的地层水，下地层水为完全离子交换的地层水，其中，可动油的体积、未参与离子交换的地层水的体积、完全离子交换的地层水的体积均与注入水混合液的体积和水淹级别有关，可通过离子交换率参数控制。

步骤2确定等效物理模型剩余油饱和度计算公式

步骤2.1计算地层孔隙中混合液矿化度和电阻率；

为满足不同水淹级别剩余油饱和度模型的通用性，根据步骤1建立的等效物理模型，引入离子交换率参数，注入水与未参与离子交换的地层水完全离子交换时满足多倍注入水物质平衡方程，完全离子交换时，整个地层中没有未参与离子交换的地层水，完全混合后地层水的矿化度表示为：

式中，cw1为注入水与地层水完全离子交换后混合液矿化度，sw为地层含水饱和度，swi为地层束缚水饱和度，cwj为注入水矿化度，cw为原状地层水矿化度，fw为产水率，x为离子交换率；上述参数中swi、cwj、和cw均为已知固定参数。

地层孔隙中总的混合液矿化度可以通过注入水与部分地层水完全混合部分和未参与离子交换的原始地层水矿化度表示：

式中，cwz为地层孔隙中总的混合液矿化度。

组合上面两式可得到地层孔隙中总的混合液矿化度：

相应的，地层孔隙中总的混合液电阻率为混合液矿化度的倒数，因此其公式为：

式中，rwz为地层孔隙中总的混合液电阻率，rwj为注入水电阻率，rw为原状地层水电阻率，其中，rwj和rw均为已知参数。

离子交换率反映了油层水淹程度的变化，当离子交换率x＝0时，基于离子交换率的水淹层解释模型退化为水淹初期解释模型，此时整个物理模型中没有完全离子交换的地层水，只有未参与离子交换的地层水；当离子交换率x＝1时，基于离子交换率的水淹层解释模型退化为水淹后期高水淹阶段解释模型，此时整个屋里模型中没有未参与离子交换的地层水，只有完全离子交换的地层水；因此从公式(4)中可以发现，引入离子交换率参数后，保证了不同水淹级别模型的通用性。

步骤2.2计算水淹层剩余油饱和度

在得到地层孔隙中总的混合液电阻率rwz后，将其带入阿尔奇公式，从而计算水淹层含水饱和度：

式中，a、b为岩性系数，rwz为地层孔隙中总的混合液电阻率，rt为地层电阻率，φ为地层孔隙度，m为胶结指数，n为饱和度指数；sw为地层含水饱和度，含油饱和度为1-sw。用100％减去含水饱和度可得到含油饱和度。

通过步骤2可以得到水淹层剩余油饱和度。

步骤3确定离子交换率

注入水与原始地层水的混合程度可由离子交换率表示，离子交换率是某一时刻发生离子交换的地层水占总的原始地层水的比例。

因为各地的地质情况不同，固带来的地质参数不同，为使得本发明方法具有通用性，因此需要通过岩心实验确定所研究地层的离子交换率，具体的岩心实验本身测量的是电阻率，通过岩心电阻率值与计算电阻率值对比得到的离子交换率。

地层电阻率rt通过阿尔奇公式可表示为：

式中，rwz和sw为未知参数，其余为已知参数。

根据岩心实验分析结果和公式(4)以及公式(6)可以确定离子交换率x，可得下式，

上式中，通过计算可得到的地层电阻率的计算值rt，通过调整公式(7)中的离子交换率x，得到不同离子交换率下含水饱和度sw与地层电阻率rt之间的关系曲线，当岩心实验结果与计算的关系曲线吻合时，对应的离子交换率即为所研究地层的离子交换率如图2所示，。

根据图2可确定本实施例中岩心a-10的离子交换率x为0.8。

步骤4求解引入离子交换率的水淹层新饱和度模型

整个油层水淹是一个不断变化的过程，因此水淹层剩余饱和度so的计算也是一个不断变化的过程，因此需要通过迭代的方法建立出能够实时计算出水淹层剩余饱和度so。利用公式(5)计算水淹层剩余油饱和度so需要用到混合液电阻率rwz、产水率fw和含水饱和度sw三个变量，因此采用迭代法求取剩余油饱和度，计算流程图如图3所示，具体如下：

步骤4.1，给与地层水电阻率rt的初值，将阿尔奇公式(6)进行变换后可得：

公式(8)中，a、b为岩性系数，φ为地层孔隙度，m为胶结指数，四个参数为已知参数，rwz为地层孔隙中总的混合液电阻率，因为初始状态的地层还没有被水淹没，因此设定rwz为rw；利用公式(8)计算含水饱和度sw；

步骤4.2，针对研究地层，进行相渗试验；利用含水饱和度结合相渗实验计算油水相对渗透率，在本实例中，构建的油水相对渗透率模型如图4所示，图中kro为油相相对渗透率，krw为水相相对渗透率，通过相渗试验可以得出kro和含水饱和度的关系式，以及krw和含水饱和度的关系式，相对应的通过拟合关系式可以计算不同含水饱和度下油水相对渗透率；

步骤4.3，在步骤4.2的基础上，利用相渗资料结合流体粘度信息，通过下式(9)计算产水率fw，其中，μo为油的粘度，μw为水的粘度，为已知参数，krw和kro由(2)求得；

步骤4.4，将步骤4.1计算的含水饱和度sw和步骤4.3计算的产水率fw代入至公式(4)中，结合注入水电阻率利用步骤2中的混合液电阻率公式(即公式(4))计算混合液电阻率；

步骤4.5，混合液电阻率代入至公式(5)中计算含水饱和度sw；

步骤4.6，重新回到步骤4.2和步骤4.3，计算相对渗透率和产水率，直到相邻两次计算的产水率接近，输出此时的产水率、剩余油饱和度、混合液电阻率。

上述的计算过程通过一种计算水淹级别水淹层对应剩余油饱和度的系统，包括：

第一计算单元：用于通过初始的地层水底层电阻率rt0获取初始的含水饱和度sw0，即上述步骤4.1的步骤；

第二计算单元：用于根据相渗试验结果、含水饱和度sw0和t1时刻的离子交换律x1获得t1时刻的含水饱和度sw1；即上述步骤4.2-步骤4.5的步骤；

迭代单元：用于重复第二计算单元的计算步骤，当两次计算过程的产水率fw之间的差值小于等于设定值，停止迭代，获得最终的含水饱和度swt；即上述步骤4.6的步骤。

第三计算单元：用于通过最终的含水饱和度swt获得剩余油饱和度。

实施例：

为了验证剩余油饱和度计算方法的准确性，对研究区水淹井进行了处理解释，采用的处理参数如下：

岩电参数a＝1.008，b＝1.013，油的粘度μo＝4.3mpa·s，水的粘度μw＝0.752mpa·s，原状地层水电阻率rw＝0.08ω·m，注入水电阻率rwj＝4.8ω·m，离子交换率x＝0.8。

处理解释成果图见图5，由图5可知：

第一道是岩性测井系列道，本井包含自然伽马、自然电位、井径曲线；

第二道是孔隙度测井系列道，本井包含声波测井和密度测井曲线；

第三道是电阻率测井系列道，本井包含深侧向和前侧向两条电阻率曲线；

第四道是采用本发明计算的混合液电阻率rwz；

第五道是采用本发明计算的产水率；

第六道是采用本发明计算的剩余油饱和度与岩心分析含油饱和度对比，其中，杆状图是岩心分析含油饱和度，曲线是计算的剩余油饱和度，通过对比可以看出两者吻合较好，证明了本发明提出计算剩余油方法的准确性和适应性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。