水淹層

水淹層是指由於注水驅油或是邊底水推進，油層發生不同程度的水淹，引起儲集層物性、電性一系列的變化而形成的儲層。

基本介紹

• 中文名：水淹層
• 外文名：water flooded layer
• 學科：石油工程
• 研究方法：實驗研究
• 識別方法：測井回響等
• 定量評價：束縛水、剩餘油飽和度

水淹層及水淹層特徵

在油田開發工程中，由於注水驅油或是邊底水推進，油層都要發生不同程度的水淹，引起儲集層物性、電性一系列的變化。主要有以下特徵。

1、水淹油層的地質特徵

（1）地層含油性及油水分布的變化
在油田注水開發過程中，隨著注入水不斷驅替地層中的原油，水淹油層的含水飽和度不斷增加，剩餘油飽和度不斷降低，而且它們與水洗程度成比例。

在水洗作用下，油層的粘土和泥質含量下降，粒度中值相對變大，隨之也使束縛水飽和度相應降低。
在注水開發中，隨著注入水不斷增加，地層中的油水分布也隨之發生很大變化。一般來說油層的孔隙性和滲透性都有程度不同的非均質性。

顯然，注入水在非均質嚴重的油層中並非活塞式的推進，而是沿著孔隙度大、滲透性好的部位推進，直到高滲透性地帶中大部分油被水驅走時，中、低滲透部分的孔隙中仍保留著相當多的原油。物性好的高孔隙、高滲透性部位早水淹，水洗強度大；低孔隙、低滲透性部位晚水淹，水洗強度小，甚至未被水淹。

這樣，在高含水期，原來的好油層變成強水淹層；而較差的油層(包括物性差的油層和薄油層)，則又可能成為“主力油層”。因此，儘管某些油井的產水率很高，但低孔隙性、低滲透性油層、薄油層或厚油層中的低孔隙性、低滲透性部分仍有可觀的潛在產能，它們將成為高和特高含水期油田挖潛穩產的主要對象。

在高含水期，水淹油層的油、水分布一般都有按沉積旋迴水淹的規律。正韻律油層如河道砂、點砂壩油層，岩性自上而下逐漸由細變粗，注入水先沿底部粗岩性高滲透部位突進，形成大孔道的水竄，造成底部先被水淹，上部晚水淹；底部強水淹、上部弱水淹或未水淹。

在反韻律沉積的三角洲河口砂壩等油層，岩性自上而下逐漸由粗變細，注入水先沿頂部突進，但由於受毛細管力和重力的影響，使注入水推進相對穩定，且注入水波及面積、厚度及驅油效率都較高，水洗強度自上而下由強變弱。

複合韻律油層，屬多次沉積旋迴疊加而成的互層，沉積厚度大(一般層厚5～20m左右，平均約10m)，層內具有多個岩性夾層。注入水沿沉積單元推進，垂向竄流受到抑制，形成水淹程度極不均勻。岩石顆粒粗、岩性均勻、物性好的層段，水淹強度高；而岩石顆粒細、物性差的層段，注入水波及影響小，水淹程度低。

（2）地層水的礦化度和電阻率變化

油層水淹後，注入水(或邊水、底水)與原始地層水相混合。混合地層水礦化度和電阻率將取決於原始地層水和注入水(或邊水、底水)的礦化度以及注入水量。

相對於原始地層水礦化度來說，注入水有淡水、地層水和污水，相應地有淡水型、鹽水型和污水型水淹層地層水型水淹油層(如邊水、底水水淹油層)中，混合地層水礦化度變化不大。污水型水淹層混合地層水礦化度有一定的變化，其大小視注入水的污水礦化度及注入量而變。淡水型水淹層的混合地層水礦化度變化最大。

從電阻率來看，與原始地層水電阻率Rw相比，混合地層水電阻率Rwz也有三種可能：淡水型水淹層，Rwz增高，Rwz>Rw；地層水型水淹層，Rwz近似不變，Rwz≈Rw；污水型水淹層，當污水的礦化度大於、等於、小於原始地層水礦化度時，則有RwzRw三種情況。

因此，同樣是污水型水淹，但從電阻率來看，水淹性質卻不一樣。

（3）孔隙度和滲透率的變化

孔隙度和滲透率是描述儲集層岩石結構重要的兩個巨觀特徵參數。由於注入水的沖刷，岩石孔壁上貼附的粘土被剝落，含油砂岩較大孔隙中的粘土被衝散、沖走，溝通孔隙的喉道半徑加大，孔隙變得乾淨、暢通，孔隙半徑普遍增大，迂曲度減小，連通性變好，縮短了流體實際滲流途徑，岩石孔隙結構係數變小(據河南油田統計，約減少7%～13%)，因而孔滲好的岩石孔隙度，可能有一定程度的增加，而岩石滲透率明顯增大。

故在距注水井近、水洗程度高的井中，水淹層的滲透率要比距注水井較遠的、水洗程度低的井有明顯的增高。

（4）粘土礦物的微觀結構變化

岩樣經過長期水洗後，岩石表面覆蓋的粘土明顯減少，岩石顆粒表面與粒間附著的高嶺石被溶解，貼附在顆粒表面的高嶺石晶形很差(呈葉片狀)，綠泥石和伊、矇混合粘土明顯相對減少，而伊利石明顯增加。
注入水同油層中粘土礦物的作用很複雜，它同注入水性質、粘土礦物的性質、分布狀態及含量等有關。不同的油田，這種作用也不盡相同。而且注入水同粘土礦物的作用，是注入水引起油層物理參數發生變化的重要原因。因此，研究地區注入水同油層粘土礦物的作用，對於研究注入水後油層的物理參數變化和評價水淹層具有十分重要的意義。

（5）岩石潤濕性的變化

岩石潤濕性是指在岩石-油-水體系中，一種流體在分子力的作用下，自發地驅趕另一種流體的能力。它是油層岩石的基本特性之一，油層岩石表面潤濕性在很大程度上控制了油和水在岩石孔隙中的分布狀態，並對毛細管壓力、相對滲透率曲線以及水驅油的效率都產生影響；當然，對岩石的導電性也產生影響。

油層岩石表面潤濕性一般為親油的。在油層注水開發過程中，由於水沖刷作用，使貼附在岩石顆粒表面的油膜逐漸變薄或脫落，結果就使岩石-油-水三者之間原有的吸附和脫附作用的動態平衡關係遭到破壞，隨著注入水的長期大量地沖刷，就使這種動態平衡不斷向脫附方向變化，最後導致油層岩石表面潤濕性發生變化。這就是油層岩石潤濕性變化的過程。

（6）驅油效率的變化

驅油效率主要決定於岩石的孔隙結構、潤濕性及注水量。經過長期注水後，油層岩石表面比較乾淨，孔喉的粘土明顯減少，大孔隙比例增多，孔隙連通性變好，滲透率增高，岩石潤濕性轉化為親水性。因而，注入水的驅油效率也隨之增大。

（7）油層水淹後的地層壓力與溫度的變化

油田投入開發後，油層的壓力逐漸降低，到了開發中後期，地層壓力的變化更為明顯。在注水開發過程中，由於各層段產出量和注水量不同，造成各層段地層壓力明顯不同於原始地層壓力，產生高壓地層或欠壓地層。被測地層壓力越是低於原始地層壓力，說明油層動用程度越高。被測地層壓力高於原始地層壓力，說明被測地層與注水層的連通性好，壓力已經波及到被測地層，這類地層或是已經水淹或是雖未水淹但是打開後將很快水淹。

另外，注入水沖刷還可使岩石的力學性質發生變化，岩石的機械強度下降。根據資料統計，在砂礫岩井段，水沖刷後的岩心破碎率可高達72%，這也是滲透率增高的一個因素。

長期從地面注入冷水，可使地層溫度降低，這在注水井附近更為明顯。

2、水淹油層的電性特徵

油層水淹後，儲層的電阻率、自然電位、聲學性質以及核物理性質等物理性質均會發生變化。而且地層性質、注入水的含鹽量與注入量不同，這些測井參數的變化規律也不同。研究水淹油層的岩石物理性質變化，對於套用測井資料準確地評價水淹層具有極重要意義。

(1)水淹油層的電阻率“U”型變化

(2)水淹層的自然電位基線偏移

油層水淹時，其SP曲線要發生明顯的變化。由於油層內部的非均值性，大多數油層水淹時均具有局部水淹的特點，此時在局部水淹部位上常常發生SP幅度變化和SP基線偏移。其主要原因是當油層被淡水水淹時，被水淹部位的地層水礦化度被淡化，從而引起SP幅度發生變化，SP基線發生偏移。在油田早、中期注水期間，利用SP曲線的這些變化特徵，常能較好地判斷油層水淹部位。

(3)水淹層的聲波時差變化

油層水淹後，常常發生聲波時差增大的現象。引起聲波時差增大的主要原因有：
在注水開發中，油層中含量較高的蒙脫石等粘土礦物會吸水膨脹，產生蝕變，體積增大，使岩石結構發生變化，總孔隙度增大(有效孔隙度相對減小)；在長期注水開採中，那些呈離散狀附著在砂岩顆粒表面或占據粒間孔隙空間的粘土礦物和泥質成分又可能被注入水溶解或沖走，造成儲集層孔隙喉道半徑增大。

(4)水淹層的自然伽馬變化

長期的生產實踐發現，油層水淹後，有些油田的GR測井值降低，另一些油田的GR卻增高。
水淹層GR測井值降低，是因為注入水水洗油層時，油層中的粘土礦物和泥質成分被注入水溶解和沖走，使粘土和泥質含量降低，因而使GR測井值降低。

(5)微電極測井曲線特徵

微電極視電阻率數值反映岩性的變化，微電位與微梯度的幅度差，反映儲層的物性和滲透性。

在常規的鑽井條件下(泥漿柱壓力大於地層壓力)，滲透層由於泥漿的侵入，滲濾而形成泥餅，使良好的滲透層顯示為低電阻率和正的大的幅度差(微電位電阻率大於微梯度電阻率)。

水淹層水淹機理實驗研究

主要採用岩心實驗分析、理論模擬研究及水淹層測井回響特徵分析，分析水淹層電阻率特徵及飽和度關係的理論關係，確定地層電阻率Rt與地層含水飽和度Sw隨注入水電阻率Rwj的變化規律，為水淹層定性和定量解釋打下基礎。

水淹層定性識別方法

按區塊進行水淹層測井回響特徵分析，分析測井曲線回響特徵、沉積特徵、水淹層水淹狀況和地層水變化規律之間的關係。一般來說, 油層的水淹程度隨著開發時間推移而加重: 油層→弱水淹→中水淹→較強水淹→較強水淹→強水淹→特強水淹, 甚至變成水層。

當然具體判別過程中還要考慮儲層的微構造、沉積微相等地質因素的影響及與周圍鄰井的配置關係來綜合判其水淹程度。定性判斷水淹級別供測井二次解釋參考。

(1) 油層。未被水淹, 或水淹程度相當輕。因此自然電位基線基本不發生偏移, 其異常幅度較大, 電阻率值較大, 感應電導率直小且平滑, 微電極幅度差大。

(2) 弱水淹層。弱水淹層的自然電位基線的負向偏移出現的機率最大, 且偏移量也較小, 自然電位負異常幅度減小, 電阻率減小。反映在感應電導率曲線上數值有所增大, 厚層砂岩的感應曲線形態由平滑向圓滑過渡, 而薄層砂岩則可能出現圓峰微電極幅度差有所減小。

(3) 中水淹層。中水淹期自然電位異常比弱水淹期小, 電阻率減小, 尖峰明顯, 感應電導率數值增大, 鋸齒化明顯, 微電極幅度差減小。

(4) 較強水淹層。自然電位基線向負向偏移較大, 同時其異常幅度減小, 與油層相比, 電阻率明顯降低, 感應電導率數值增大, 形態變尖, 微電極幅度差減小。

(5) 強水淹層。自然電位基線偏移幅度較大, 偶爾出現正向偏移, 同時, 自然電位的幅度減小, 電阻率數值更小, 呈尖峰狀, 微電極幅度差減小明顯。

(6) 特強水淹層。含水率f_w≤90%的為特強水淹層, 此時由於水淹程度較強, 自然電位基線偏移量有所減小, 自然電位異常幅度明顯減少。

水淹層儲層參數定量評價

1）剩餘油飽和度

主要採用由阿爾奇公式以及由阿爾奇公式衍生的以電阻率為基礎的各種公式， 以取心井為基礎，物理實驗與理論分析相結合研究各區塊剩餘油飽和度與岩性、物性及電性之間的關係，研究影響飽和度計算的因素和測井回響特徵，通過各公式套用效果的對比分析，確定適合各區塊的剩餘油飽和度計算模型。

2）束縛水飽和度

以壓汞及相滲檢測數據為基礎，利用常規測井資料，在相關性分析基礎上，採用不同的參數（粒度、密度、中子和伽馬等）建立束縛水飽和度模型 。 如果有核磁共振測井資料，則利用核磁共振測井資料T2截止值和T2譜分布確定束縛水飽和度。同時考察依此數據為基礎，建立常規測井資料建立束縛水飽和度模型 。

3）殘餘油飽和度

採用檢測數據和不同測井參數之間相關分析和多元參數回歸的方法，建立殘餘油飽和度模型。

4）地層水電阻率確定

採用按區塊進行水淹層測井回響特徵、沉積特徵、水淹層水淹狀況和地層水變化規律之間關係分析。充分考慮注水不同階段、不同沉積單元的測井回響特徵及變化規律，在定性解釋的基礎上，確定水淹層地層水電阻率。