原始含油飽和度

從石油二次運移和聚集到形成油藏及其以後的變化分析,在水動力影響不顯著的條件下,影響原始含油飽和度變化的因素主要是驅動力和阻力。驅動力通常是油水密度差產生的浮力;阻力主要是儲層的毛細管壓力,當儲層為水濕的時候,油進入油藏必須克服喉道的毛管壓力。

可用公式表示為

①

②

式中

F———油柱頂部產生的浮力;

ρ_w、ρ_o———地層水、油的密度;

H———油柱高度;

g———重力加速度;

p_c———孔隙對油、水兩相的毛細管壓力;

r———孔隙喉道半徑;

δ_ow———地層條件下油和水的界面張力;

θ_ow———油和水對岩石的潤濕角。

油藏中油水分佈現狀是驅動力和毛細管壓力平衡的結果。對於油藏中儲油層的任意一點,油能進入的最小孔隙半徑為r_min,則有

從上式看出,油與水的密度差越大,油柱高度大,驅油的動力(浮力)也越大;儲層阻力(毛細管壓力)的大小取決於儲層的孔隙喉道半徑、油水界面張力及其岩石的潤濕性。只有當驅動力大於阻力的時候,油才能進入儲油層,而且驅動力越大,含油飽和度也越高。隨着儲集層的大孔隙增加,油水界面張力減小,含油飽和度越高。

在計算一個油藏或一個含油區石油地質儲量時,需要求平均的原始含油飽和度,而求取單井油層的原始含油飽和度是其基礎。求取油藏原始含油飽和度方法歸為岩心直接測定、實驗油藏工程方法及地球物理測井方法3類。 ^[1] 

求取準確的油層原始含油飽和度數據的最直接方法是採用油基泥漿取心或壓力密閉取心。油基泥漿取心是防止泥漿水侵入和束縛水外溢,通過求出岩心顆粒周圍不能逸出的束縛水飽和度相應確定原始含油飽和度。壓力密閉取心是在水基泥漿鑽井時採用保持地層壓力的密閉取心工具取出不受泥漿污染且能保持地層壓力的岩心,然後使用色譜法或蒸餾法測含水飽和度及含油飽和度,這是當前確定原始含油飽和度最準確的方法,也是建立其他間接方法的基礎和對比驗證的依據。但是,由於油基泥漿取心井和密閉取心井成本高,通常以實測的原始含油飽和度數據為依據製作。若考慮大油藏油柱高度的影響,可製作空氣滲透率乘以壓力與含油飽和度關係圖版來計算普通取心井的飽和度。

實驗油藏工程方法是利用岩心樣品進行現代實驗技術模擬分析油層的原始含油飽和度。常用的有毛管壓力曲線和相滲透率曲線法。

實驗室測定毛管壓力曲線的方法有半滲隔板法、離心法和壓汞法,中國最經常使用的還是壓汞法。通常是對多條毛管曲線運用J函數方法確定儲層岩石的平均毛管壓力曲線,再將水銀和空氣系統測得的毛管壓力曲線換算成油藏條件下油、水系統的毛管壓力曲線。然後,採用滲透能力分佈值法、沃爾公式法及油柱高度法等求出最小含油喉道半徑,最終確定原始含油飽和度。對於大型構造油藏,還可以建立油柱高度與含水飽和度關係圖版等。

實驗室測定的相滲透率曲線,能夠提供一個油層從產純油只有束縛水到產純水只有殘餘油的流體飽和度變化全過程模擬。該實驗資料可依據分流方程得出不同含水率與飽和度變化的關係曲線,為確定不同含水率情況下的原始含油飽和度奠定了基礎。由大量相滲透率曲線得出不同滲透率類型的含水率與含水飽和度關係如圖1所示。

確定油水同層的含油飽和度難度較大,一方面是油水同層的含油飽和度變化範圍大,另一方面是油基泥漿和密閉取心資料都不能反映存在自由水的油水同層的飽和度原始狀況。利用相滲透率曲線確定油水同層含油飽和度是一種簡易、實用的近似方法。

當缺少油基泥漿取心井和密閉取心井的原始含油飽和度資料時,地球物理測井方法是求取砂岩儲層流體飽和度的重要方法。1942年,阿爾奇以實驗為基礎提出了岩層電阻率與孔隙度、岩層電阻與含水飽和度兩個公式,人們附加一個巖性係數a並將其合併為一個綜合阿爾奇公式：

式中

R_w———地層水電阻率;

R_t———孔隙中含流體時的岩層電阻率;

φ———岩層的孔隙度;

a———巖性係數;

m———膠結指數;

n———飽和度指數;

S_w———岩層的含水飽和度。

在油田開發初期，尚未取得油基泥漿取心資料時，可以參考其他油田的經驗公式、圖版，結合本油田的實際條件進行計算。如果沒有油基泥漿和密閉取心資料，也可以參考含水飽和度和滲透率關係曲線，用有效厚度滲透率的下限值確定束縛水飽和度，而後得到含油飽和度。 ^[2]