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第二屆資源工程研討會論文集147井下電測資料估算油水界面之案例分析黃湘芸1、謝秉志2、呂明達3、林再興4摘要在石油礦區原油埋藏量評估及生產井穿孔區間的選擇之中，油水界面資訊是一個重要的參數。本研究的主要目的是利用井下電測資料進行分析、計算與解釋，以推估井內油水界面的深度位置。在估算油水界面時，先進行一般的電測分析，其中包括：計算頁岩質含量、地層孔隙率、地層水電阻及地層真電阻等地層參數。本研究是利用地層中的含水飽和度隨深度變化之資料，估算油水界面。含水飽和度之計算是依據阿基模式(Archieequation)，其中的阿基參數(a、m、n)是利用兩口井的岩心資料(孔隙率及含水飽和度)，經由最佳化分析而求得，進而估算其它各井含水飽和度隨深度之變化。本研究設定含水飽和度剛開始大於70%之深度，即為油水界面之深度位置。本研究所蒐集的資料包括：14口鑚井之電測資料，由岩心分析井(G-1井)及另一口岩心分析井(B-5井)驗證後，此油田之最佳化阿基參數為a=0.807、m=1.78、n=1.897。在油水界面判斷過程，同時考慮了砂層中頁岩質含量多寡及附近是否有生產井干擾等影響油水界面估算結果之因素，而得油層初始油水界面。由14口鑚井之分析結果可知，油田之油水界面北端較高而南方較低，其為一傾斜之油水界面。關鍵詞：頁岩質含量、地層孔隙率、地層水電阻值、地層真電阻值、阿基模式、油水界面。ABSTRACTTheoil-watercontact(OWC)isoneofthemostimportantparameterintheestimationoftheoriginaloilinplace(OOIP)andinthedesigningofperforation/completion.Thepurposeofthisstudyistoestimatethedepthofoil-watercontactfromwelllogs.Inthisstudy,thedepthofoil-watercontactisdeterminedfromlog-derivedwatersaturationwhichisestimatedfromporositylogsandresistivitylogsbyusingArchieequationwiththeoptimizedarchieparameters(a,m,n).Incasestudy,thelogsof14wellsareanalyzed.Theoptimizedarchieparameters(a=0.807,m=1.78,n=1.897)areobtainedfromacoringwell(wellG-1)andvalidatedbyanothercoringwell(wellB-5).Fromthelog-derivedwatersaturationof14wells,theoil-watercontact(OWC)deptharedetermined.Ainclinewatertableisobservedinthiscase,andtheplaneofwatertableisraiseatnorthoftheareaandrelativelydownatsouthofthearea.Keywords:Shalevolume,porosity,formationwaterresistivity,thetrueformationresistivity,Archieequation,oil-watercontact.1國立成功大學資源工程研究所碩士班研究生2國立成功大學資源工程研究所博士候選人3中國石油公司探採事業部副執行長4國立成功大學資源工程學系（所）教授第二屆資源工程研討會論文集148一、前言在進行石油生產層之穿孔區間及原油埋藏量評估的過程中，油水界面的深度位置是重要參數之ㄧ。在分析油水界面時，可使用傳統電測分析法（周錦德，1989）及含水飽和度分析法（Archie，1942）。傳統電測分析法是利用電阻電測中的地層真電阻（Rt）及浸污區電阻（Rxo）在水層及油氣層的特性來判斷油氣層及水層的區間。在含水層中，地層水(鹽水)為良導體，故地層真電阻（Rt）會小於浸污區電阻（Rxo）（Schlumberger，1972）。而在油氣層中，因為油氣為不良導體，因此真電阻（Rt）與浸污區電阻（Rxo）值都會較高，且地層真電阻（Rt）會大於浸污區電阻（Rxo）。當兩條連續性電阻曲線交錯通過時，即為油氣層與水層的分層界面（周錦德，1989）。在傳統電測判斷過程中，加入井徑電測(CaliperLog)、自然電位（SP），自然伽瑪（GammaRay）及岩性密度電測（PEF）協助判斷，則能更清楚反應地層的特性（Dewan，1983），使判斷出的油水的界面位置確定性提高。含水飽和度分析法（Archie,1942）是利用井測資料中的地層因子（F）、地層真電阻（Rt）及地層水電阻（Rw）所組成的阿基方程式計算含水飽和度，其中的阿基參數(a、m、n)為區域性經驗常數，可利用岩心資料(岩心孔隙率及岩心含水飽和度)，經由最佳化分析而求得，進而估算其它各井含水飽和度隨深度之變化，則可判斷出油水界面的位置。本研究的主要目的是利用井下電測資料進行分析、計算與解釋，以推估井內油水界面的深度位置，提供在鑽探新井時穿孔和完井之用，以避免出水的可能。二、研究理論及方法2.1傳統電測分析法在電阻電測中，利用深測徑所測得的地層真電阻（Rt）及淺測徑所測得的浸污區電阻（Rxo）在水層及油氣層的特性，可以判斷油氣層及水層的區間。在地層中，地層的電阻係數變化很大，固態岩石和飽和石油及天然氣的多孔岩石都具有高的電阻。當地層為頁岩層時，由於滲透率較低，而且較少受到泥漿濾液的干擾，因此地層真電阻（Rt）及浸污區電阻（Rxo）的電阻值變化較小甚至相同。當地層為砂岩且其中含有水時，則會有兩種情形發生：（1）當泥漿濾液的鹽份濃度大於地層水的濃度時，由於鹽份離子濃度越低電阻率較大，因此浸污區電阻（Rxo）值會小於地層真電阻（Rt）值，且地層水濃度越低，地層真電阻（Rt）值也越高。（2）當泥漿濾液的鹽份濃度小於地層水的濃度時，因此浸污區電阻（Rxo）值會大於地層真電阻（Rt）值，且地層水濃度越高地層真電阻（Rt）值也越高。傳統電測分析法主要是利用深測徑電阻（例如：ILD）以及淺測徑電阻（例如：MSFL）電測值之間的大小差異，來推估油水界面。在油氣層區間，深測徑電阻值因受油氣影響而較淺測徑電阻值為大，而在水層區間，深測徑電阻值因受地層水（鹽水）影響而較淺測徑電阻值為小。當砂層同時含有油層及水層時，深測徑電阻值在油水界面位置，其電阻值會由大（大於淺測徑電阻值）漸變至小（小於淺測徑電阻值）。本研究利用深測徑、淺測徑之電測分析，並藉由井徑電測(CaliperLog)、自然電位（SP），自然伽瑪（GammaRay）及岩性密度電測（PEF）協助判斷，可得儲藏層中油水界面之深度區間。2.2含水飽和度分析法含水飽和度分析法主要是利用電測計算之地層含水飽和度以及所設定的水層含水飽和度臨界值進行油水界面推估。當某一深度以下之地層區間之含水飽和度皆大於水層含水飽和度臨界值（本研究設定水層含水飽和度臨界值為70％）時，則可推估其已為含水層。Archie(1942)從不同的砂質地層之岩心，在實驗室測定出下列關係式：woFRR=(1)第二屆資源工程研討會論文集149其中，Ro=孔隙裡充滿鹽水時的地層電阻值；Rw=地層水電阻；F=地層電阻因子。Archie（1942）提出地層電阻因子和孔隙率關係式為：mF−=θ(2)將式(1)代入式(2)中可得：mwoRR−=θ(3)其中，θ是砂的孔隙率、m為膠結因子。而含水飽和度通式（Crain，1986）為：ntowRRS1⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=(4)Archie(1942)提出利用地層因子（F）值、地層水電阻（Rw）及地層真電阻（Rt）來計算含水飽和度：ntwmntwwRRaRRFS1/1⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛×=φ(5)其中，Sw=地層水飽和度；F=地層因子(maφ/)；Rw=地層水電阻；Rt=地層真電阻；n=飽和指數。本研究則依據阿基模式(Archieequation)估算含水飽和度隨深度之變化，其中的阿基參數(a、m、n)是利用岩心資料(岩心孔隙率及岩心含水飽和度)，經由最佳化分析而得。本研究設定含水飽和度剛開始大於70%之深度位置，即為油水界面之深度位置。除了利用含水飽和度來作為判斷之外，本研究也利用自然伽碼電測（GammaRay）及自然電位差（SP）來配合判斷砂、頁岩層的反應，使判斷的油水界面更為準確。本研究利用電測資料，整合各井之「傳統電測曲線分析法」及「含水飽和度分析法」分析結果，而完成各井油水界面推估。三、案例研究3.1資料蒐集本研究搜集國外某礦區G油田14口井之電測資料及岩心資料，進行油水界面推估之研究。3.1.1井下電測資料本研究蒐集G油田中各井之電測資料，其電測資料主要包括：自然電位差（SP），自然伽瑪（GammaRay），地層電阻（含深測徑電阻井測，中測徑電阻井測及淺測徑電阻井測等），密度、聲波、中子、井徑及岩性密度電測（PEF）等。由於G油田的生產井幾乎都是定向鑽井或水平鑽井，因此本研究也蒐集了井程資料，可將電測紀錄之鑽深（MD）轉換為垂深（TVD）以及海平面下垂深（SSTVD）資料。3.1.2岩心資料本研究蒐集了G-1、B-5井之岩心試驗報告。其中，G-1及B-5井之岩心試驗報告主要包含M-1砂層(為G由田之主要生產層)內岩心孔隙率、岩心含水飽和度及岩心滲透率資料（表-1），可提供作為M-1層電測資料與岩樣資料對比分析之用。表-1G-1井岩心試驗結果表（摘自G-1岩心試驗報告）DepthHeliumPorosityWatersaturationHeliumPorosityWatersaturation(m)(%)(%)(decimal)(decimal)7607.53.554.00.0350.5407610.524.217.90.2420.1797611.524.219.70.2420.1977612.524.222.70.2420.2277613.526.017.10.2600.1717614.523.514.30.2350.1437615.523.018.00.2300.1807616.522.421.20.2240.2127617.519.419.90.1940.1997620.526.926.80.2690.2687621.519.722.00.1970.220第二屆資源工程研討會論文集1503.2電測資料與岩樣資料比對分析本研究首先利用最佳化方法比對岩心含水飽和度及電測分析所得之飽和度資料，求得阿基（Archie）參數值：曲折因子（a）、膠結因子（m）及飽和因子（n）。所得之最佳化阿基參數，可以用作其他井（不含岩心分析之鑽井）之井測分析（含水飽和度計算）之用。由G-1井之岩心孔隙率及岩心含水飽和度資料，利用最佳化法調整阿基參數值（a,m,n），使得由電測資料所計算之含水飽和度與岩心含水飽和度之差值為最小時（圖-1），得到之最佳阿基（Archie）參數為：a＝0.807、m＝1.780、n＝1.897。圖-1最佳化法求阿基參數之結果比對圖（G-1井）將最佳化分析所得之最佳阿基（Archie）參數（a＝0.807、m＝1.780、n＝1.897）代入B-5井中進行含水飽和度計算後發現，由最佳阿基（Archie）參數所計算之含水飽和度結果與B-5井之岩心含水飽和度結果相當接近。本研究即將此經過B-5井岩心含水飽和度資料驗證過之最佳阿基（Archie）參數（a＝0.807、m＝1.780、n＝1.897），使用到M-1層其他各井（B-2、B-3...等14口井）之電測分析及含水飽和度計算工作中。3.3電測資料分析計算與結果本研究利用電測軟體分析各井之電測資料，可得以下地層參數：頁岩質含量、地層孔隙率、地層水電阻、