利用岩心元素判别油气水界面的方法和识别水层的方法

摘要

本发明涉及一种利用岩心元素判别油气水界面的方法和识别水层的方法，属于石油勘探开发技术领域。本发明的利用岩心元素判别油气水界面的方法，包括以下步骤：1)获取目标井段钻井岩心中目标元素在各深度测量点处的含量数据，并确定的目标井段的异常测量点；2)利用确定的异常测量点识别水层；3)若步骤2)能够识别出水层，则依据该水层确定水层段的顶界面和/或底界面，进而确定目标井段的油气水界面；若按照步骤2)无法识别出水层段，则目标井段不存在油气水界面。本发明的利用岩心元素判别油气水界面的方法，方法简单，可以在录井现场快速、无损、准确地识别油气水界面。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用岩心元素判别油气水界面的方法和识别水层的方法，属于油气勘探开发技术领域。

背景技术

油气水界面识别是油气藏开发前期一项非常重要的工作，是油气藏成藏特征和储量参数研究的基础，准确界定油气水界面关系到油藏评价、油气储量计算以及布井、射孔方案设计等后续工作的成效。

目前，石油勘探开发中用来确定油气水界面的方法有很多，常用的有地球化学法和测井解释法。采用地球化学方法比如定量荧光、核磁共振可以通过含油浓度、含油饱和度等参数的变化一定程度确定油水界面，但是在遇到轻质油藏时，由于其荧光特征不明显导致油层识别误差较大并且无法确定油气水界面。利用测井资料如电阻率、中子等曲线的变化特征一定程度地确定油水界面，但由于低孔渗、低阻油气藏的水层与油气层在电阻、中子曲线上的差异性较小，因而利用测井资料对这类油气藏的油气水层辨识能力较差。地球化学法和测井解释法在确定油气水界面时，为了得到较为准确的油气水界面，需要对油气藏的特点进行分析，方法较为复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法简单且准确程度高的利用岩心元素判别油气水界面的方法。

本发明还提供了一种利用岩心元素识别水层的方法。

为了实现以上目的，本发明的利用岩心元素判别油气水界面的方法所采用的技术方案是：

一种利用岩心元素判别油气水界面的方法，包括以下步骤：

1)设定目标井段钻井岩心在不同深度的测量点，获取目标元素在各深度测量点处的含量数据，从所有测量点中筛选出满足X/X

2)采用包括以下步骤的方法识别水层：

a)以钻井岩心由浅到深的第一个异常测量点为数据段的起始测量点，确定同时满足条件i)～iv)的数据段：

i)所述数据段中深度最大的测量点为异常测量点；

ii)所述数据段中所有异常测量点均连续且异常测量点数量≥3个，或数据段存在非连续的异常测量点且数据段总测量点的数量≥5个且任意两个相邻异常测量点之间的非异常测量点的数量＜3个；

iii)所述数据段中异常测量点数量占数据段测量点总数量的比例＞50％；

iv)所述数据段中包含数量最多的异常测量点；

若确定同时满足条件i)～iv)的数据段，则将该数据段对应的层段识别为目标井段的水层；若无法确定同时满足条件i)～iv)的数据段，则进行以下步骤b)；

b)以前一次确定数据段时的起始测量点的下部相邻异常测量点为数据段的起始测量点，确定同时满足条件i)～iv)的数据段；

c)若步骤b)确定同时满足条件i)～iv)的数据段，则将确定的数据段对应的层段识别为目标井段的水层，若仍无法确定满足条件的数据段，则重复步骤b)直至确定同时满足条件i)～iv)的数据段，并将确定数据段对应的层段识别为水层；若重复步骤b)仍无法确定满足条件的数据段，则目标井段不存在水层；

3)若步骤2)能够识别出水层，则依据该水层确定水层段的顶界面和/或底界面，进而确定目标井段的油水界面；若按照步骤2)无法识别出水层，则目标井段不存在油气水界面。

油气藏储层中含的水普遍为高矿化度的地层水，含有较高浓度的Na

可以理解的是，第一次实施步骤b)时，前一次确定数据段时的起始测量点是指步骤a)中由浅到深的第一个异常测量点，前一次确定数据段时的起始测量点的下部相邻异常测量点为由浅到深的第二个异常测量点。而在步骤c)中第一次重复步骤b)时，前一次确定数据段时的起始测量点则为由浅到深的第二个异常测量点，前一次确定数据段时的起始测量点的下部相邻异常测量点则为由浅到深的第三个异常测量点。

进一步的，水层段顶界面的确定方法包括：将确定的水层的深度最小的异常测量点的深度值与该深度最小的异常测量点上部相邻的测量点的深度值求平均值，即得水层段顶界面的深度值。水层段底界面的确定方法包括：将确定的水层的深度最大的异常测量点的深度值与该深度最大的异常测量点下部相邻的测量点的深度值求平均值，即得水层段底界面的深度值。

如将水层段的顶界面深度记为H

进一步的，Xm的确定方法如下：

当目标井段存在非储层段，取非储层段目标元素含量的平均值作为Xm的值；

当目标井段不存在非储层段时，若存在气层段，则气层段目标元素含量的平均值为Xm，若不存在气层段，则用目标井段所在区域内邻井的目标元素的含量的背景值作为Xm；所述气层段由测井解释得到。此处的邻井是指目标井段所在区域内，与目标井段距离相近且有非储层段或气层段目标元素含量数据的油气井，优选与目标井段距离最近且有非储层段或气层段目标元素含量数据的油气井，此时邻井的目标元素的含量的背景值即邻井储层段或气层段目标元素含量的平均值。

例如气层段可以由随钻气测全烃判断或测井曲线判断。由于泥岩一般属于非储层段，因此，可以对钻井岩心的岩心进行统计，取泥岩中目标元素的平均含量作为Xm的取值。

进一步的，为了提高油气水界面的判别的精确程度，所述目标井段中的任意两相邻测量点的间隔为5～30cm。

进一步的，步骤1)中，所述数据的获取方法包括以下步骤：将所述钻井岩心晾干，然后对钻井岩心每间隔设定距离进行元素含量分析。晾干的方式优选为自然晾干。岩心晾干后，然岩心中的水分蒸发掉，但是其中的盐类矿物会结晶留在孔隙中不会被流失。

进一步的，所述数据通过对所述钻井岩心在岩心扫描分析仪中进行扫描得到。通过岩心元素扫描的方式，小间距(测量精度在0.1m左右)地进行分析元素在岩心不同深度位置的含量，可以在录井现场快速、无损、准确地识别油气水界面，在录井领域具有广泛的应用前景。通常情况下，将岩心整体放入仪器当中，对岩心样品小间距地进行元素分析，其分析的元素种类为“Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe、V、Ni、Sr、Zr”17种元素，该种类中涵盖了地层水中含有的“Na、Mg、S、Cl、K、Ca”6种重要的元素，通过岩心元素分析，可以查看这6种元素的含量。除了采用岩心扫描分析仪进行无损分析外，还可以对钻井岩心在不同深度处进行取样分析元素含量。

本发明的利用岩心元素识别水层的方法所采用的技术方案为：

一种利用岩心元素识别水层的方法，包括以下步骤：

1)设定目标井段钻井岩心在不同深度的测量点，获取目标元素在各深度测量点处的含量数据，从所有测量点中筛选出满足X/X

2)采用包括以下步骤的方法识别水层：

a)以钻井岩心由浅到深的第一个异常测量点为数据段的起始测量点，确定同时满足条件i)～iv)的数据段：

i)所述数据段中深度最大的测量点为异常测量点；

ii)所述数据段中所有异常测量点均连续且异常测量点数量≥3个，或数据段存在非连续的异常测量点且数据段总测量点的数量≥5个且任意两个相邻异常测量点之间的非异常测量点的数量＜3个；

iii)所述数据段中异常测量点数量占数据段测量点总数量的比例＞50％；

iv)所述数据段中包含数量最多的异常测量点；

若确定同时满足条件i)～iv)的数据段，则将该数据段对应的层段识别为目标井段的水层；若无法确定同时满足条件i)～iv)的数据段，则进行以下步骤b)；

b)以前一次确定数据段时的起始测量点的下部相邻异常测量点为数据段的起始测量点，确定同时满足条件i)～iv)的数据段；

c)若步骤b)确定同时满足条件i)～iv)的数据段，则将步骤b)确定的数据段对应的层段识别为目标井段的水层，若仍无法确定满足条件的数据段，则重复步骤b)直至确定同时满足条件i)～iv)的数据段，并将确定数据段对应的层段识别为水层；若重复步骤b)仍无法确定满足条件的数据段，则目标井段不存在水层。

本发明的利用岩心元素识别水层的方法，利用地层水及取心钻进得到的钻井岩心的上述特点，通过比较地层水中钠和/或氯元素在岩心不同深度的含量，将钠和/或氯元素含量突变的深度位置作为气水界面或油水界面，方法简单，可以在录井现场快速、无损、准确地确定水层。

进一步的，Xm的确定方法如下：

当目标井段存在非储层段，取非储层段目标元素含量的平均值作为Xm的值；

当目标井段不存在非储层段时，若存在气层段，则气层段目标元素含量的平均值为Xm，若不存在气层段，则用目标井段所在区域内邻井的目标元素的含量的背景值作为Xm；所述气层段由测井解释得到。

进一步的，所述目标井段中的任意两相邻测量点的间隔为5～30cm。

进一步的，步骤1)中，所述数据的获取方法包括以下步骤：将所述钻井岩心晾干，然后对钻井岩心每间隔设定距离进行元素含量分析。

进一步的，所述数据通过对所述钻井岩心在岩心扫描分析仪中进行扫描得到。

利用岩心元素判别油气水界面的方法和利用岩心元素识别水层的方法中，异常判断倍数k可以采用邻井比较法确定：即选取目标区域内已知水层且与目标井段距离最近的油气井作为比较用邻井，计算该比较用邻井水层中各采样点的目标元素含量与该比较用邻井非储层或气层中目标元素含量的平均值的比值，取计算得到的最小比值作为k的取值。

附图说明

图1为本发明的实施例中J1井目标井段岩心元素录井图；

图2为本发明的实施例中J1井水层特征显示图；

图3为本发明的实施例中J2井目标井段岩心元素录井图。

具体实施方式

以下以某油藏为例，结合具体实施方式本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1

本实施例的利用岩心元素判别油气水界面的方法以某气藏的J1井某井段为目标井段，包括以下步骤：

1)对目标井段进行钻井取心并将得到岩心自然晾干，然后每间隔5～20cm设定测量点，并利用岩心扫描分析仪对岩心进行扫描分析测定岩心各测量点的元素含量(质量)，得到Na元素含量随深度变化的数据，并对岩心的岩性进行统计，具体分析及统计结果见表1；

表1分析、统计及计算结果

2)该井的目标井段存在非储层段泥岩段3341.281-3343.126m，该泥岩段的Na元素平均值为0.325％，因此取目标井段的Na元素的背景含量Xm为0.325％，然后计算各深度测量点处Na元素含量值与Xm的比值，结果见表1。

通过邻井对照方法计算目标井段的异常判断倍数k：选取目标井段所在区域内，已知水层且与目标井段距离最近的油气井作为比较邻井，满足该条件的比较邻井为L1井；已知L1井水层内取样点有12个，各采样点的Na元素的质量百分含量分别为2.691％、3.251％、2.322％、2.521％、4.332％、3.985％、2.116％、2.883％、3.224％、3.696％、3.994％、3.225％，L1井非储层的Na元素质量百分含量的平均值(即背景值)为0.421％，则L1井水层各采样点的Na元素与背景值的比值分别为6.39、7.72、5.52、5.99、10.29、9.47、5.03、6.85、7.66、8.78、9.49、7.66，其中比值的最小值是5.03，把该值确定为k，即k＝5.03。

据此，筛选出倍数≥5.03的测量点，具体为编号为9～14、22和24的测量点，这8个测量点即为目标井段的异常测量点；

3)然后采用包括以下步骤的方法识别水层：以钻井岩心由浅到深的第一个异常测量点(编号为9)为数据段的起始测量点，寻找同时满足条件i)～iv)的数据段：

i)数据段中深度最大的测量点为异常测量点；

ii)数据段中所有异常测量点均连续且异常测量点数量≥3个，或数据段存在非连续的异常测量点且数据段总测量点的数量≥5个且任意两个相邻异常测量点之间的非异常测量点的数量＜3个；

iii)数据段中异常测量点数量占数据段测量点总数量的比例＞50％；

iv)数据段中包含数量最多的异常测量点；

同时满足条件i)～iv)的数据段为测量点9～测量点14之间的数据段，将该数据段对应的层段识别为目标井段的水层；

4)步骤3)中识别的水层的深度最小的测量点(编号为9的测量点)处对应的深度值为3339.364m，深度最大的测量点(编号为14的测量点)处对应的深度值为3339.942m；

将编号为9的测量点与编号为8的测量点对应深度值求平均值为3339.314m，将编号为14的测量点与编号为15的测量点对应深度值求平均值为3339.992m，则目标井段的油气水界面在3339.314m和3339.992m处，其中3339.314m处为水层段的顶界面深度，3339.992m处为水层段底界面深度。

实施例2

本实施例的利用岩心元素判别油气水界面的方法，同样以实施例1中某气藏的J1井某井段为目标井段，包括以下步骤：

1)按照实施例1的步骤1)，利用岩心扫描分析仪对岩心进行扫描分析测定岩心各测量点的元素含量(质量)时，同时得到Cl元素含量随深度变化的数据，具体见表1；

2)该井的目标井段存在非储层段泥岩段3341.281-3343.126m，该泥岩段的Cl元素平均值为0.144％，因此取目标井段的Cl元素的背景含量Xm为0.144％，然后计算各深度测量点处Cl元素含量值与Xm的比值，结果见表1。

实施例1中选取的L1井水层的12个采样点Cl元素的含量分别为1.009％、0.992％、0.894％、0.953％、1.468％、1.312％、0.823％、1.221％、1.075％、1.335％、1.316％、1.095，L1井非储层的Cl元素质量百分量的平均值(即背景值)为0.166％，L1井水层各采样点Cl元素与背景值的比值分别为6.08、5.98、5.39、5.74、8.84、7.90、4.96、7.36、6.48、8.04、7.93、6.60，其中比值的最小值为4.96，把该值确定为k，即k＝4.96。

据此，筛选出倍数≥4.96的测量点，具体为编号为9～14、24和31的测量点，这8个测量点即为目标井段的异常测量点；

3)然后采用包括以下步骤的方法识别水层：以钻井岩心由浅到深的第一个的异常测量点(编号为9)为数据段的起始测量点，寻找同时满足条件i)～iv)的数据段：

i)数据段中深度最大的测量点为异常测量点；

ii)数据段中所有异常测量点均连续且异常测量点数量≥3个，或数据段存在非连续的异常测量点且数据段总测量点的数量≥5个且任意两个相邻异常测量点之间的非异常测量点的数量＜3个；

iii)数据段中异常测量点数量占数据段测量点总数量的比例＞50％；

iv)数据段中包含数量最多的异常测量点；

同时满足条件i)～iv)的数据段为测量点9～测量点14之间的数据段，将该数据段对应的层段识别为目标井段的水层；

4)步骤3)中识别的水层的深度最小的测量点(编号为9的测量点)处对应的深度值为3339.364m，深度最大的测量点(编号为14的测量点)处对应的深度值为3339.942m；

将编号为9的测量点与编号为8的测量点对应深度值求平均值为3339.314m，将编号为14的测量点与编号为15的测量点对应深度值求平均值为3339.992m，则目标井段的油气水界面在3339.314m和3339.992m处，其中3339.314m处为水层段的顶界面深度，3339.992m处为水层段底界面深度。

本实施例中确定的目标井段的油气水界面与实施例1中确定的油气水界面一致。

利用表1的内容可以得到的目标井段(即上述的J1井某井段)的岩心元素录井图，如图1所示。由于水层与典型油气层相比，具有电阻率明显降低、全烃值明显减小的特征，现有技术常采用测井曲线和气测曲线相关学科根据水层的响应特征综合判断水层。对于已钻井J1井，利用上述相应特征的变化特征分析认为水层对应的深度为3339.314m-3339.992m。如图2所示，该层测井电阻率由上部50.5Ω·m下降到16.8Ω·m，气测全烃值由5.59％下降到0.53％，测井曲线和全烃曲线都验证出水层的特征，因此本发明的利用岩心元素判别油气水界面的方法具有较高的准确性。

实施例3

本实施例的利用岩心元素判别油气水界面的方法以某气藏的J2井某段为目标井段，包括以下步骤：

1)对目标井某段进行钻井取心并将得到岩心自然晾干，然后每间隔7～28cm设定测量点，并利用岩心扫描分析仪对岩心进行扫描分析测定岩心各深度测量点的元素含量(质量)，得到Na元素含量随深度变化的数据，并对岩心的岩性进行统计，具体分析及统计结果见表2；

表2分析、测试及计算结果

2)由于取心段岩性均为砂岩，不存在非储层段，由气测全烃曲线判断识别目标层段的气层段深度为3315.861-3317.732m，该气层段中Na元素的平均含量为1.058％，因此取目标井段的Na元素的背景含量Xm为1.058％，然后计算各深度测量点处Na元素含量值与Xm的比值，结果见表2。

通过邻井对照方法计算目标井段的异常判断倍数k：选取目标井段所在区域内，已知水层且与目标井段距离最近的油气井作为比较邻井，满足该条件的比较邻井为L2井；已知L2井水层内取样点有9个，各采样点的Na元素的质量百分含量分别为2.322％、3.521％、3.122％、2.639％、2.335％、2.192％、2.039％、1.887％、2.632％，L2井气层的Na元素质量百分含量的平均值(即背景值)为0.963％，L2井水层各采样点的Na元素与背景值的比值分别为2.41、3.66、3.24、2.74、2.42、2.28、2.12、1.96、2.73，其中比值的最小值是1.96，把该值确定为k，即k＝1.96。

据此，筛选出倍数≥1.96的测量点，具体为编号为29～38、41～42、45、47～49、51～52、55～56和59～64的测量点，这26个测量点即为目标井段的异常测量点；

3)然后采用包括以下步骤的方法识别水层：以钻井岩心由浅到深的第一个异常测量点(编号为29)为数据段的起始测量点，寻找满足条件i)～iv)的数据段：

i)数据段中深度最大的测量点为异常测量点；

ii)数据段中所有异常测量点均连续且异常测量点数量≥3个，或数据段存在非连续的异常测量点且数据段总测量点的数量≥5个且任意两个相邻异常测量点之间的非异常测量点的数量＜3个；

iii)数据段中异常测量点数量占数据段测量点总数量的比例＞50％；

iv)数据段中包含数量最多的异常测量点；

同时满足条件i)～iv)的数据段为测量点29～测量点64之间的数据段，将该数据段对应的层段识别为目标井段的水层；

4)步骤3)中识别的水层的深度最小的测量点(编号为29的测量点)处对应的深度值为3317.938m，深度最大的测量点(编号为64的测量点)处对应的深度值为3321.848m；

将编号为29的测量点与编号为28的测量点对应深度值求平均值为3317.835m，将编号为64的测量点与编号为65的测量点对应深度值求平均值为3321.898m，则目标井段的油气水界面在3317.835m和3321.898m处，其中3317.835m处为水层段的顶界面深度，3321.898m处为水层段底界面深度。

实施例4

本实施例的利用岩心元素判别油气水界面的方法，同样以实施例3中某气藏的J2井某井段为目标井段，具体判别方法包括以下步骤：

1)按照实施例3的步骤1)，利用岩心扫描分析仪对岩心进行扫描分析测定岩心各深度测量点的元素含量(质量)时，同时得到Cl元素含量随深度变化的数据，具体见表2；

2)该井的目标井段不存在非储层段，由气测全烃曲线判断识别目标层段的气层段深度为3315.861-3317.732m，该气层段中Cl元素的平均含量为1.966％，因此取目标井段的Cl元素的背景含量Xm为1.966％，然后计算各深度测量点处Cl元素含量值与Xm的比值，结果见表2。

实施例3中选取的L2井水层的9个采样点Cl元素的含量分别为4.935％、6.962％、5.338％、6.176％、7.673％、6.329％、4.029％、3.587％、6.356％，L2井气层的Cl元素质量百分量的平均值(即背景值)为1.759％，L2井水层各采样点Cl元素与背景值的比值分别为2.81、3.96、3.03、3.51、4.36、3.60、2.29、2.04、3.61，其中比值的最小值为2.04，把该值确定为k，即k＝2.04。

据此，筛选出倍数≥2.04的测量点，具体为编号为29、31～32、34～36、38、41～42、45、47～48、51～52、55～56、59和61～63的测量点，这20个测量点即为目标井段的异常测量点；

3)然后采用包括以下步骤的方法识别水层：以钻井岩心由浅到深的第一个异常测量点(编号为29)为数据段的起始测量点，寻找满足条件i)～iv)的数据段：

i)数据段中深度最大的测量点为异常测量点；

ii)数据段中所有异常测量点均连续且异常测量点数量≥3个，或数据段存在非连续的异常测量点且数据段总测量点的数量≥5个且任意两个相邻异常测量点之间的非异常测量点的数量＜3个；

iii)数据段中异常测量点数量占数据段测量点总数量的比例＞50％；

iv)数据段中包含数量最多的异常测量点；

同时满足条件i)～iv)的数据段为测量点29～测量点63之间的数据段，将该数据段识别为目标井段的水层；

4)步骤3)中识别的水层的深度最小的测量点(编号为29的测量点)处对应的深度值为3317.938m，深度最大的测量点(编号为63的测量点)处对应的深度值为3321.748m；

将编号为29的测量点与编号为28的测量点对应深度值求平均值为3317.835m，将编号为63的测量点与编号为64的测量点对应深度值求平均值为3321.798m，则目标井段的油气水界面在3317.835m和3321.798m处，其中3317.835m处为水层段的顶界面深度，3321.798m处为水层段底界面深度。

利用实施例3的表2中Na元素和Cl元素含量数据，可以得到J2井目标井段岩心元素录井图，如图3所示。由图3可知，对测井曲线对油气水层响应不敏感的井，该方法可有效识别出水层段。

利用岩心元素识别水层的方法的实施例

实施例5

本实施例的利用岩心元素识别水层的方法，同实施例1的步骤1)～3)，此处不再赘述。

实施例6

本实施例的利用岩心元素识别水层的方法，同实施例2的步骤1)～3)，此处不再赘述。

实施例7

本实施例的利用岩心元素识别水层的方法，同实施例3的步骤1)～3)，此处不再赘述。

实施例8

本实施例的利用岩心元素识别水层的方法，同实施例4的步骤1)～3)，此处不再赘述。