Orinoco重油带冲刷带测井响应特征及形成过程
[陈和平1 
, 陈皓2 , 李长文2 , 王玉生1 , 李剑平2 , 黄瑞3 , 田葱葱2 , 侯秋元2 ]
, 陈皓, 李长文引用本文
陈和平, 陈皓, 李长文, 王玉生, 李剑平, 黄瑞, 田葱葱, 侯秋元. Orinoco重油带冲刷带测井响应特征及形成过程[J]. 石油勘探与开发, 2020,47(3): 547-554.
CHEN Heping, CHEN Hao, LI Changwen, WANG Yusheng, LI Jianping, HUANG Rui, TIAN Congcong, HOU Qiuyuan. Logging response characteristics and formation process of flushed zone in the Orinoco heavy oil belt, Venezuela[J]. Petroleum Exploration & Development, 2020,47(3): 547-554.
Doi: 10.11698/PED.2020.03.10CHEN Heping, CHEN Hao, LI Changwen, WANG Yusheng, LI Jianping, HUANG Rui, TIAN Congcong, HOU Qiuyuan. Logging response characteristics and formation process of flushed zone in the Orinoco heavy oil belt, Venezuela[J]. Petroleum Exploration & Development, 2020,47(3): 547-554.
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Orinoco重油带冲刷带测井响应特征及形成过程
第一作者简介：陈和平（1962-）,男,湖北应城人,本科,中国石油勘探开发研究院教授级高级工程师,主要从事油气田开发和地质研究工作。地址：北京市海淀区学院路20号,中国石油勘探开发研究院美洲研究所,邮政编码：100083。E-mail: chenheping1@petrochina.com.cn
摘要
针对委内瑞拉Orinoco重油带部分区块冲刷带的成因和测井响应机理不清问题,通过对该区块常规测井数据、核磁共振测井数据、流体黏度、岩心分析数据及油田生产数据的综合分析,以冲刷带测井响应为基础,对冲刷带的成因进行分析。分析结果表明,冲刷带的形成主要是由于地表水侵入导致原油稠化,原油稠化形成沥青薄膜（沥青壳）,沥青壳包裹自由水形成了冲刷带。根据测井响应的差异,对冲刷带进行分类,并对两类冲刷带形成的过程进行分析;根据冲刷后的测井曲线特征,证实冲刷开始时期早于油藏成藏时期。图9表2参22
关键词:
冲刷带; 沥青壳; 原油稠化; 淡水淋滤; 泡沫油流; Orinoco重油带
中图分类号:TE122.2
文献标志码:A
文章编号:1000-0747(2020)03-0547-08
Logging response characteristics and formation process of flushed zone in the Orinoco heavy oil belt, Venezuela
CHEN Heping1 , CHEN Hao2 , LI Changwen2 , WANG Yusheng1 , LI Jianping2 , HUANG Rui3 , TIAN Congcong2 , HOU Qiuyuan2
, CHEN Hao, LI Changwen
Abstract
The origins and logging responses of flushed zones in some blocks of Orinoco heavy oil belt, Venezuela are still unclear. To solve this issue, we examined the conventional logging, nuclear magnetic resonance logging, fluid viscosity, core analysis and oil field production data comprehensively to find out the logging responses and origins of the flushed zones. The results show that the main reason for the formation of flushed zone is surface water invasion, which leads to crude oil densification. The crude oil densification produces asphalt membrane (asphalt crust) which wraps up free water, causing special logging responses of the flushed zones. According to the different logging responses, we classified the flushed zones into two types and analyzed the formation processes of the two types of flushed zones. According to the characteristics of logging curves after water flush, we confirmed that the water flush began earlier than the reservoir accumulation.
Keyword:
flushed zone; asphalt crust; crude oil thickening; freshwater leaching; foam oil flow; Orinoco heavy oil belt
0 引言
委内瑞拉奥里诺科（Orinoco）重油带原始地质储量为2 000× 108 t, 可采储量高达460× 108 t[1], 主要目的层是新近系和古近系的大套河流-三角洲相砂岩, 油藏埋深为100~1 500 m, 厚度为5~100 m[1]。重油带某些井生产出水严重, 出水层的岩性、物性、电性与油层类似, 只是试油油层与试油水层的微球电阻率与深侧向电阻率曲线特征明显不同：试油油层的微球电阻率与深侧向电阻率曲线数值相差较大, 有明显的钻井液侵入特征; 试油出水层微球电阻率与深侧向电阻率曲线数值差异较小, 有时微球电阻率数值比深侧向电阻率数值还大。石油工作者将重油带中这种高电阻率、微球与深侧向电阻率差异较小, 生产出水严重的地层称为冲刷带[2, 3, 4, 5, 6]。
2007年MARCOS J等人在研究了重油带Sincor区块冲刷带水分析资料的基础上, 认为该区受到大气降水的影响, 原始地层水为高矿化度[7]。侯君、戴国汗等在研究委内瑞拉奥里诺科重油带油藏特征及开发潜力时提到, 重油带的西部和南部区域受到淡水侵入影响[8]; 陈惠等人认为地表淡水对储集层原生水有改造作用[9]; 刘亚明等人认为在晚白垩世到新近纪时期, 安第斯造山运动破坏了早期油藏, 外来水大量进入Orinoco重油带, 原油遭受了不同程度的生物降解、氧化作用和原油稠化作用[10]。
但是, 上述研究中关于油藏中存在地表淡水的证据及原油稠化的直接证据不足、冲刷带缺少准确的定义、冲刷带测井响应机理不清、冲刷带形成过程不明确。为了明确冲刷带地层资源品质, 助力重油带开发, 为重油带资源量准确计算提供支持, 本文分析了研究区地表淡水和原油稠化存在的证据, 明确了冲刷带测井响应机理及冲刷带形成过程, 初步恢复了多期次冲刷的历史, 定义了冲刷带。
1 淡水侵入油藏的证据
图1中测试道所示的井段为研究区SDXX井试油井段综合测井曲线, 第1次测试（342.9~356.6 m）累计测试19 d, 日产油1.91 t, 含水率为0.1%, 试油结论为油层; 第2次测试（468.20~487.68 m）累计测试20 d, 含水率为100%, 试油结论为水层; 第3次测试（521.2~533.4 m）, 累计测试16 d, 日产油0.64 t, 含水率99%, 试油结论为水层。其中第2次测试井段为典型的冲刷带特征。
 | 图1 SDXX井综合测井曲线图 |
在砂泥岩剖面中, 当Rw< Rmf时, 以泥岩自然电位作为基线, 砂岩层段出现自然电位负异常; 当Rw> Rmf时, 砂岩层段出现自然电位正异常。利用自然电位曲线结合钻井液矿化度数据可以判断地层水矿化度的大致范围。
图2a所示1E井自然电位正异常, 说明该井附近地层水矿化度小于钻井液矿化度。表1中该井目的层井段测井显示钻井液电阻率为1.13 Ω · m, 矿化度为5 000 mg/L, 说明该井附近地层水矿化度小于5 000 mg/L; 图2b所示6E井自然电位负异常, 说明该井附近地层水矿化度大于钻井液矿化度。表1显示该井目的层井段钻井液电阻率为0.48 Ω · m, 矿化度为14 000 mg/L, 说明该井附近地层水矿化度大于14 000 mg/L。
 | 图2 1E井（a）及6E井（b）测井综合曲线图 |
 | 表1 重油带发育冲刷带区域部分井钻井液信息统计表[11] |
图3为重油带发育冲刷带区域部分井的产水数据, 图中4个区块产水矿化度范围为2 956.6~3 4845.5 mg/L。由上述分析可见, 研究区重油带油藏存在两种不同矿化度的地层水。
 | 图3 冲刷带区域地层水分析数据 |
重油带油藏埋深较浅, 埋深最浅处仅有100 m左右, 另外, 奥里诺科河及其支流流经重油带胡宁区地表, 从流量来说, 奥里诺科河是世界第3大河, 为地表淡水的入侵提供了丰富的水源。另外, MARCOS J等人认为研究区邻区原始地层水矿化度大于10 000 mg/L[7], 综合以上分析可知, 冲刷带油藏确实存在淡水入侵油藏。
2 地表淡水对油藏的改造
地表淡水对油藏改造主要可以分为地表淡水对岩石骨架的改造及其对地层流体的改造两个方面：对岩石骨架的改造主要是对孔隙结构和孔喉大小的改造; 对地层流体的改造主要是改变气体的湿度、组分和压力, 改变石油的黏度、组分等, 改变地层水的矿化度、矿物成分。
2.1 地表淡水对岩石骨架的改造
各向异性油藏分为沉积各向异性油藏和裂缝各向异性油藏。沉积各向异性油藏又分为层间各向异性油藏和层内各向异性油藏。层间各向异性油藏是指宏观上薄层间的非均质性, 它降低了岩石垂直方向的渗透率, 使岩石在垂直方向和水平方向呈现不同的渗透率, 即一般情况下, 垂直方向的渗透率要小于水平方向的渗透率。但是在研究区中ZZ2井的岩心分析数据显示, 地层垂向渗透率与水平渗透率接近。图4为ZZ2井的岩心综合测井曲线图, 图中第4道渗透率曲线表示地层渗透率, KCOR代表岩心分析渗透率, 第5道ϕ COR代表岩心分析孔隙度, 岩心分析孔渗数据与测井曲线对应良好, 说明岩心分析归位准确。第6道KH/V曲线代表岩心分析水平渗透率与岩心分析垂直渗透率的比值, 储集层段岩心分析垂直渗透率与岩心分析水平渗透率比值基本在1附近, 说明垂直渗透率与水平渗透率差别不大。第7道KH-V曲线代表岩心分析水平渗透率与岩心分析垂直渗透率的差值, 研究区地层垂直渗透率与水平渗透率相当, 分析认为造成这种现象的主要原因是地表淡水的淋滤与冲刷, 地表淡水进入油藏, 主要沿着侵入点向外扩散, 向下流动, 在这个过程中, 垂直方向上小的孔喉被改造, 地层的垂直渗透率逐渐变大, 地层层间各向异性变小[12]。
 | 图4 ZZ2井岩心综合测井曲线图 |
2.2 地表淡水对储集层流体的改造
研究区内地表淡水对储集层流体的改造主要是改变原油组分。主要作用有轻质油气的㪚逸和外来水引起的原油稠化作用[13]。
原油黏度是指原油中任一点上单位面积的剪应力与速度梯度的比值, 原油黏度的高低表明原油流动的难易, 是原油稠化作用的一个重要指标。Vinegar通过实验认为横向弛豫时间T2与原油黏度η 有较好的相关性, 其经验公式如下：
$T_{2}=\frac{C_{1}T_{K}}{298\eta}$ （1）
图5是XXV井岩心分析测井综合测井曲线图, 图中第6道中η 曲线是利用核磁测量结果计算的地层流体黏度, R5 000曲线是岩心充分饱和5 000 mg/L的NaCl溶液后测量的电阻率。岩心在饱和NaCl溶液时, 没有进行洗油和其他处理。第8道是核磁共振测井T2谱。第6道的R5 000数据点虽然较少, 但是数据点整体分布形态与核磁共振计算黏度数据一致性较高。
 | 图5 XXV井岩心分析测井综合曲线图 |
地表水侵入油藏之前, 研究区油气呈泡沫油状态。泡沫油现象是在20世纪60年代被观察到的, Smith[2]等人最早使用了“ 多相流” 、“ 混合流” 来描述重油中包含微小气泡并随重油一起流动的现象。Sarma等人最早引入“ 泡沫油” 的术语[3]。1999年SHENG J J等人研究了泡沫油气驱的机理[4]。2012年吴永彬等人通过实验定量描述了泡沫油稳定性的影响因素, 认为存在泡沫油流的油藏不宜过早进入热采开发[5, 6]。岩心从井底到地面的过程中, 岩心所受的围压变小, 触发泡点, 油气从泡沫油相逐渐变化为油气两相, 气相与轻质油外泄, 原油黏度变大, 岩心电阻率值变大。图5中第6曲线道饱和NaCl溶液后的岩心电阻率数据与核磁共振计算黏度数据一致性较高, 说明核磁共振计算黏度数据准确性较高[14]。
以沥青的化学元素组成来看, 油渣沥青的含碳量大于85%, 煤焦油沥青的含碳量大于92%; 沥青的密度比水稍大, 煤焦油沥青的密度为1.15~1.25 g/cm³ 。所以相比常规的油气, 在地层的岩性、物性、含油饱和度变化不大的情况下, 超重油和沥青的中子测井曲线值变小, 密度变化不大。图5中450~458 m井段密度测井曲线变化不大, 但补偿中子测井曲线值明显变小, 正是原油黏度变大所致。从测井曲线的响应及核磁共振计算的黏度曲线来看, 油藏中原油黏度明显变大, 说明油藏中原油发生了稠化。
地表淡水进入油藏后, 携带了大量的微生物, 微生物对原油进行降解, 生物降解作用使饱和烃的含量明显降低, 沥青质、非烃含量和芳香烃含量增加, 原油密度和黏度升高。生物降解过程先降解正构烷烃, 然后消耗支链烷烃, 环状烃类物质一般较为稳定[13]。图6是不同油区的原油组分分析数据, 从原油组分分析结果来看, 委内瑞拉胡宁地区不同井的原油组分差别较大, 其中HN11X井、HNCUPBJ井的原油成分与国内超重油的组分较为接近, 饱和烃含量高, 芳香烃与胶质成分含量相对较高, 沥青质含量最少; 而HN2X 井、HN9X井、HN16X井、HN8X井的原油组分中芳香烃与胶质含量较多, 沥青质较少, 饱和烃含量小; 相比HN11X井、HNCUPBJ井原油, 这4口井的原油为经过微生物降解后的原油。
 | 图6 国内外不同油田重油原油成分分析柱状图 |
研究区重油带分布于东委内瑞拉盆地南部斜坡带的最高边缘部位, 来自盆地北部的油气在经历了数十千米长距离侧向运移后, 大规模充注到盆地边缘的上白垩统— 中新统河流-三角洲相未固结砂岩中[8], 研究区目的层构造北低南高。重油带上的原油相对密度变化东西向大体一致, 自北向南原油相对密度逐渐增加, 由JUNIN北部的0.934以上增加到南部的1.029, 原油黏度也自北向南由2 000 mPa· s增加到5 000 mPa· s 以上[1]。从原油运移的角度分析, 轻质原油的分子小, 扩散能力更强, 更适合长距离的运移, 而研究区相比距离油源更近的南部区域油气黏度更大, 说明研究区确实发生了原油稠化现象。
3 冲刷带形成过程
地表淡水通过露头或断层进入油藏, 油藏发生原油稠化后形成的超重油地层就是冲刷带。冲刷带在生产时通常含水较高, 但是并非所有冲刷带地层都含自由水。冲刷带多存在于泡沫油流油藏中, 除去微球电阻率测井响应外, 泡沫油流油藏与普通重油油藏的测井响应差别不大。
3.1 冲刷带测井响应与分类
微球电阻率反映冲洗带电阻率, 深侧向电阻率反映原状地层电阻率。冲洗带是指由于井筒内泥浆的侵入作用, 地层中可动流体完全被钻井液驱替后形成的一个绕井筒的环状条带。冲洗带电阻率与原状地层电阻率差异不大, 这可能有两种情况, 即钻井液等阻侵入或者没有钻井液侵入。14PV井钻井液的电阻率在26.7 ℃时为1.39 Ω · m, 上部油层呈现明显的减阻侵入特征, 在与油层邻近的冲刷带中等阻侵入的可能较小; 另外地层电阻率变化较大, 而微球电阻率形态与随原状地层电阻率形态相似, 说明目的层测井曲线特征与钻井液侵入关系不大。表1所示研究区钻井液矿化度变化较大, 如1E井与6E井的钻井液等效NaCl矿化度分别为5 000 mg/L和14 000 mg/L, 但是图2a所示434.0~449.6 m井段、图2b所示480.0~495.3 m井段, 微球电阻率与深侧向电阻率形态相似, 数值相近。据以上3点可以得出, 研究区冲刷带的特殊测井响应与钻井液关系较小, 应为地层流体引起的。
研究区冲刷带的特殊测井响应是由于沥青薄膜造成的。该区的岩心润湿性分析结果认为, 该区为油润湿— 中性润湿, 在油水共存地层, 原油与地层充分接触。当地表淡水进入油藏后, 带来了大量的氧气和细菌。经过细菌的稠化作用, 最终形成了沥青薄膜。薄膜阻碍了钻井液进入地层中, 最终导致微球与深探测电阻率相近。
从测井响应来看, 冲刷带可以分为两类：①高电阻率冲刷带, 电阻率较油层变化较小, 自然电位异常较油层稍有变小, 仅凭地层电阻率数值大小较难甄别油层与冲刷带地层, 如图7的478.5~513.5 m井段。高电阻冲刷带地层含油饱和度很高, 部分高阻冲刷带不含自由水, 但是由于地层黏度特别大, 原油不易流动, 导致生产时经常高含水。②低电阻率冲刷带, 即地层电阻率较油层明显变小, 微球电阻率与深侧向电阻率数值相当, 自然电位异常较油层变小, 如图7的518.2~554.7 m井段, 低电阻冲刷带地层明显含水。
地层模型中的电阻率是地层骨架、油气水电阻并联的结果。冲刷带地层中, 地层水被沥青薄膜包裹, 常规的并联支路中地层水的支路变成了沥青-水-沥青组成的串联支路。高电阻率冲刷带中, 含水较少或者不含自由水, 沥青薄膜的存在导致高电阻率冲刷带中电测曲线的水信号变弱, 如图7的14PV井493.8~513.6 m井段, 核磁共振T2谱反映地层含水响应, 但是深侧向电阻率值仍然较高。低电阻率冲刷带中, 如图7的521.2~548.6 m井段, 孔隙空间大部分被水填充, 但是孔隙空间中较小孔喉位置还是被薄膜阻隔, 这就形成了一个较大的连续含水空间, 外部被高电阻率薄膜包裹, 在电阻率测井时, 地层电阻率相对油层变低。
 | 图7 14PV井测井综合曲线图 |
3.2 冲刷带的形成
Orinoco重油带超重油主要以泡沫油流形式存在, 泡沫油是溶解气驱油藏的一种特殊流体流动形式。随着油藏封闭性被破坏, 泡沫油顺着通道流出, 地表淡水侵入油藏。地表淡水的侵入带来了大量的氧和细菌, 给原油稠化带来了充足的条件, 剩余油在地表淡水的作用下, 黏度逐渐增加, 直至形成沥青薄膜, 包裹住了自由水, 逐渐在油藏低部位形成了低电阻率冲刷带。
随着外来水持续进入油藏, 地层压力降到泡点附近时, 含有溶解气的原始均质流体处于过饱和状态, 经历了过饱和泡沫油流、气泡形成、气泡迁移合并, 最终形成连续的气相[15, 16, 17]。气相及部分轻质油沿通道散逸后, 剩下原油黏度很大, 流动性很弱, 最终留在油藏中, 形成高电阻率冲刷带[18, 19, 20, 21, 22]。
3.3 地表水沿断层侵入的冲刷
随着地表淡水沿通道流入地层, 地表淡水和高矿化度原生地层水发生离子交换、混合, 混合水的矿化度较原始地层水变小, 而且距离水源越近, 混合水的矿化度越低; 距离水源越远, 混合水的矿化度越高。
表2统计了研究区所有正自然电位异常井的钻井液信息, 结合自然电位异常情况与钻井液矿化度与地层水矿化度的关系可知, 这些井的地层水等效NaCl矿化度都小于5 300 mg/L, 显示地层受到了冲刷, 淡水改造了地层水。图8是胡宁4区及其附近区域冲刷带厚度图, 井名显示为蓝色的井自然电位均为正异常, 目前所有自然电位正异常且有钻井液电阻率信息的井都显示地层水等效NaCl矿化度小于5 300 mg/L（见表2）, 冲刷比较严重。这些井都处于断层附近, 说明水源与断层关系密切。
| 表2 部分正自然电位异常井钻井液信息表 |
 | 图8 研究区胡宁4区及其附近区域冲刷带厚度图 |
图8所示区域目的层整体构造南高北低, 将图8中两个断层分布较为集中的区域分别称为东部和西部, 西部区域中冲刷带分布与断层形态与分布关系密切, 由断层向北, 冲刷带厚度逐渐变大。冲刷带厚度等值线与断层走向基本一致, 该区目的层构造南高北低, 外来水从断层进入逐步向北流动。断层是冲刷带水体的重要运移通道。但在东部区域, 只有最北面的1条断层与其附近的冲刷带分布有一定关联, 其他断层与冲刷带的分布关系不明确。另外XX042井处于构造高部位, 其位置比所有断层的位置都高, 但是该井也发现了冲刷带, 说明除了图示断层之外, 可能还存在别的地表水侵入通道。
4 结论
研究区重油带发育冲刷带。冲刷带的主要水源是地表淡水, 其通过露头或断层进入油藏, 促进了原油稠化作用的发生。冲刷带分为高电阻率冲刷带和低电阻率冲刷带两类, 高电阻率冲刷带富含油, 但是原油黏度大, 不易流动, 生产时含水较高; 低电阻率冲刷带明显含自由水。研究区冲刷带地表水冲刷呈现多期次、多水源的特点, 地表淡水在油藏成藏之前就对地层进行了冲刷, 油藏成藏之后油藏也经历了淡水冲刷, 冲刷带形成于油藏成藏之后。
符号注释：
C1— — 经验常数, 与原油是否含有自由氧及其多少有关, 无因次; dh— — 井径, cm; K— — 测井计算渗透率, 10-3 μ m2; KCOR— — 岩心分析渗透率, 10-3 μ m2; KH/V— — 岩心分析水平渗透率与岩心分析垂直渗透率的比值, 无因次; KH-V— — 岩心分析水平渗透率与岩心分析垂直渗透率的差值, 10-3 μ m2; GR— — 自然伽马, API; Pwe— — 地层水等效NaCl矿化度, 利用NaCl溶液电阻率与其含盐量及温度转换图版查得[11], mg/L; R5 000— — 岩心饱和5 000 mg/L的NaCl溶液后测量的电阻率, Ω · m; RLLD— — 深侧向电阻率, Ω · m; RLLS— — 浅侧向电阻率, Ω · m; Rm— — 泥浆滤液电阻率, Ω · m; Rmf— — 钻井液电阻率, Ω · m; RMSFL— — 微球电阻率, Ω · m; Rw— — 地层水电阻率, Ω · m; SP— — 自然电位, mV; T2— — 核磁共振横向弛豫时间, ms; TK— — Kelvin绝对温度, K; ρ r— — 补偿密度, g/cm3; ϕ COR— — 岩心分析孔隙度, %; ϕ CNL— — 补偿中子孔隙度, %; η — — 原油黏度, mPa· s。
（编辑 黄昌武）
参考文献
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