耿 斌 胡心紅

（1.勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營 257015；2.勝利油田分公司物探研究院，山東 東營 257022）

孔隙結(jié)構(gòu)研究在低滲透儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

耿 斌1胡心紅2

（1.勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營 257015；2.勝利油田分公司物探研究院，山東 東營 257022）

低滲透儲(chǔ)層由于物性差，孔喉細(xì)小，給儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)帶來了很大困難，直接影響了儲(chǔ)量評(píng)價(jià)的客觀性。壓汞實(shí)驗(yàn)提供的一系列孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，從不同方面反映了孔隙結(jié)構(gòu)的有效性。利用實(shí)驗(yàn)提供的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)可以確定有效層的下限；利用核磁共振測井資料進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)研究，能夠由T2譜計(jì)算出連續(xù)的孔喉半徑，對(duì)于提高有效層的客觀性具有良好的幫助。以鹽家油田低滲透砂礫巖油藏為例，通過對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)和滲透率的相關(guān)統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行機(jī)理分析，確定出有效儲(chǔ)層的下限；再通過核磁共振測井，計(jì)算出孔喉半徑參數(shù)，直接應(yīng)用于有效儲(chǔ)層的劃分，取得了良好的效果。

低滲透儲(chǔ)層；孔隙結(jié)構(gòu)；核磁共振；孔喉半徑；有效性

油層有效厚度是指在一定技術(shù)、工藝條件下具有產(chǎn)油能力儲(chǔ)層的厚度，也就是指在全井產(chǎn)量達(dá)到工業(yè)油流標(biāo)準(zhǔn)中起作用的儲(chǔ)油層厚度，它是準(zhǔn)確計(jì)算石油地質(zhì)儲(chǔ)量和油田開發(fā)的重要參數(shù)［1］?？諝鉂B透率小于50×10-3μm2的儲(chǔ)層為低滲透儲(chǔ)層［2］，這類儲(chǔ)層由于低孔、低滲，孔喉細(xì)小，儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重，給儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)和有效厚度的劃分帶來了很大困難，最直接有效的方法是通過試油測試確定下限層，但這種方法在實(shí)際的工作中難度很大。目前，使用最多的是利用巖心、生產(chǎn)及測井資料，通過四性關(guān)系，研究確定儲(chǔ)層的巖性和含油性標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上利用正逆累積方法，確定物性下限，或者利用電性標(biāo)準(zhǔn)，通過物性參數(shù)計(jì)算確定。但這些方法都存在一定的局限性，受巖心和生產(chǎn)資料限制確定的下限未必是真正的下限，并沒有從儲(chǔ)層的微觀機(jī)理特征上進(jìn)行分析。隨著研究的深入，低滲透儲(chǔ)層評(píng)價(jià)從孔隙結(jié)構(gòu)入手已逐步達(dá)成共識(shí)。核磁共振測井技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為孔隙結(jié)構(gòu)研究提供了新的方法。

1 孔隙結(jié)構(gòu)研究

1.1 研究方法

儲(chǔ)集巖中孔隙結(jié)構(gòu)的特征是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通關(guān)系［3］，它是影響儲(chǔ)層流體的儲(chǔ)集能力和油氣資源開采的主要因素。因此，了解巖石的孔隙結(jié)構(gòu)特征是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層有效性和明確油氣層產(chǎn)能的關(guān)鍵。長期以來，壓汞測試一直都是儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)研究的重要手段。壓汞毛細(xì)管壓力曲線反映了巖樣中孔喉的大小及其分布。通過分析毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)，可以獲取大量的定性和定量特征參數(shù)。目前的壓汞實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱峁┡膨?qū)壓力、最大孔喉半徑、汞飽和度50%的壓力、汞飽和度50%的孔喉半徑及孔喉半徑平均值等孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。

核磁共振測井技術(shù)的發(fā)展，為利用測井資料進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)的研究提供了重要手段［4］，在國內(nèi)外的文獻(xiàn)中，都有這方面研究的記載。它主要是通過核磁T2譜與壓汞曲線的對(duì)比，由T2譜反演出壓汞曲線。已有的研究業(yè)已表明，核磁共振中T2的分布，可通過下式轉(zhuǎn)換為毛細(xì)管壓力

式中：C為轉(zhuǎn)換系數(shù)；T2為橫向弛豫時(shí)間，ms。

由式（1）可知，經(jīng)過適當(dāng)刻度，確定出轉(zhuǎn)換系數(shù)C，由T2分布計(jì)算出毛細(xì)管壓力曲線，進(jìn)而得出相應(yīng)的孔隙大小分布，進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)研究。利用實(shí)測毛細(xì)管壓力數(shù)據(jù)，刻度出轉(zhuǎn)換系數(shù)C，進(jìn)而利用核磁共振T2分布，計(jì)算出視毛細(xì)管壓力曲線和相應(yīng)的孔隙大小分布。圖1為利用YJ油田巖心樣品核磁共振試驗(yàn)的T2分布，計(jì)算出的孔隙大小分布與壓汞實(shí)驗(yàn)計(jì)算出的平均孔喉半徑進(jìn)行的對(duì)比結(jié)果。從圖1可以看出，兩者具有較好的一致性。因此，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)刻度公式，可以為利用核磁測井資料進(jìn)一步研究儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。

1.2 低滲透儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

大量的實(shí)驗(yàn)資料及礦場實(shí)踐證明，低滲、特低滲儲(chǔ)層具有獨(dú)特的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，該類儲(chǔ)層的滲流特征不同于中、高滲儲(chǔ)層。研究表明，儲(chǔ)層的滲透率越低，孔隙系統(tǒng)中的孔喉半徑就越小，非均質(zhì)程度就越嚴(yán)重，微孔隙所占的孔隙體積比例也就越大。這些特點(diǎn)使得特低滲儲(chǔ)層的滲流特征變得非常復(fù)雜。

從毛細(xì)管壓力曲線上來看，毛細(xì)管壓力曲線越是接近縱橫坐標(biāo)軸，微觀孔隙結(jié)構(gòu)越好，孔喉均勻而偏粗歪度，滲透率越高，排驅(qū)壓力越低；越是遠(yuǎn)離縱橫坐標(biāo)軸，微觀孔隙結(jié)構(gòu)越差，孔喉不均勻而偏細(xì)歪度，滲透率越低，排驅(qū)壓力越高。若是曲線占據(jù)了坐標(biāo)軸的右上方，就說明該巖樣代表很差的儲(chǔ)集層。

圖2是不同低滲透樣品的實(shí)際毛細(xì)管壓力曲線。在孔喉半徑分布方面，低滲透儲(chǔ)層主要是以小孔喉分布為主。

圖1 YJ油田巖心核磁共振與壓汞實(shí)驗(yàn)孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)比

圖2 不同滲透率樣品毛細(xì)管壓力曲線

2 孔喉半徑界限值確定

巖石的宏觀孔滲特征是巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)和喉道大小的反映。巖石的孔隙和喉道是油氣儲(chǔ)集和流動(dòng)的空間和通道，油氣能否在一定壓差下從巖石中流出，取決于喉道的粗細(xì)，即孔喉半徑的大小。這種既能儲(chǔ)集油氣，又能使油氣滲流的最小孔隙通道稱為油氣的最小流動(dòng)孔喉半徑。

通過孔隙結(jié)構(gòu)確定儲(chǔ)層的有效性，已有的方法是最小喉道半徑法［6］。它是根據(jù)國內(nèi)外的研究成果，認(rèn)為0.1 μm厚度大致相當(dāng)于水濕性碎屑巖表面附著的水膜厚度。在油氣藏形成過程中，油氣驅(qū)替水需要克服非常高的毛細(xì)管壓力。當(dāng)儲(chǔ)層的孔喉小于0.1 μm時(shí)，油氣難以進(jìn)人其中形成有效的儲(chǔ)層。因此，將0.1 μm作為儲(chǔ)層的孔喉下限。

根據(jù)壓汞實(shí)驗(yàn)和孔隙度與喉道半徑的關(guān)系，得出0.1 μm喉道半徑所對(duì)應(yīng)的孔隙度，這個(gè)孔隙度值可以作為孔隙度的下限；再通過查孔隙度-滲透率關(guān)系圖，確定相應(yīng)的滲透率下限。這種方法只是個(gè)統(tǒng)計(jì)概念，在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)出入很大。不同巖性和不同孔隙結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)層，都將以0.1 μm作為孔喉半徑的下限，顯然也是不合適的。

壓汞實(shí)驗(yàn)提供的一系列孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，從不同方面對(duì)儲(chǔ)層的有效性都有一定的反映。工作中發(fā)現(xiàn)，從滲透率和孔喉半徑平均值等孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)統(tǒng)計(jì)關(guān)系圖上來看，普遍存在著一個(gè)關(guān)系拐點(diǎn)。拐點(diǎn)的左右相關(guān)趨勢有明顯的變化，而往往這個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的滲透率值與用其他方法確定的有效層滲透率下限是統(tǒng)一的，這需要從原理上進(jìn)行深入的分析。

儲(chǔ)層進(jìn)行有效性評(píng)價(jià)的目標(biāo)之一，就是確定有效儲(chǔ)層的滲透率下限值。對(duì)于特定的目標(biāo)儲(chǔ)層，其平均孔喉半徑反映孔喉半徑的分布，與滲透率有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。平均孔喉半徑是表示巖石平均孔喉半徑大小的參數(shù)，即半徑對(duì)飽和度的權(quán)衡。

設(shè)定存在一個(gè)孔喉半徑界限值，小于該值的孔喉對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)非常小，可以忽略不計(jì)；而大于該值，說明物性相對(duì)較好。物性越好，孔喉分布的均質(zhì)性也就越好。

對(duì)于有效層和非有效層，則存在2種情況。圖3中上圖橫坐標(biāo)上下分別是典型的有效層和非有效層的孔喉半徑分布對(duì)比；下圖為YJ油田砂礫巖油藏壓汞實(shí)驗(yàn)孔喉半徑平均值與滲透率統(tǒng)計(jì)關(guān)系圖。圖中存在明顯的關(guān)系拐點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的孔喉半徑界限值即為rlim：

圖3 有效層與非有效層孔喉半徑分布對(duì)比

3 實(shí)例分析

YJ油田深層砂礫巖油藏的孔隙度主要分布在3%～14%，滲透率分布在（0.1～10）×10-3μm2，屬于典型的低孔、低滲儲(chǔ)層。通過前述的方法，可以確定孔喉半徑和滲透率的界限值，利用孔隙度與滲透率的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，可以確定出孔隙度下限。YJ油田砂礫巖油藏所確定的孔喉半徑界限值為0.35 μm，滲透率下限為0.7×10-3μm2，與常規(guī)方法確定的有效層滲透率下限0.7×10-3μm2、孔隙度下限5.3%是一致的。

根據(jù)最終確定的孔隙度和滲透率下限，利用Poiseuille方程（式2）計(jì)算出孔喉半徑為0.33 μm，驗(yàn)證了微觀孔喉半徑與宏觀孔隙度、滲透率下限的一致性。

式中：r為巖石的平均孔喉半徑，μm；K為巖石的滲透率，μm2；φ為巖石的孔隙度。

孔隙結(jié)構(gòu)研究可以幫助確定有效層的物性下限，在進(jìn)行有效層評(píng)價(jià)時(shí)通常的做法是通過測井解釋得到儲(chǔ)層的孔隙度，再根據(jù)確定的孔隙度下限，結(jié)合電性標(biāo)準(zhǔn)，劃分儲(chǔ)層的有效厚度。隨著核磁共振測井技術(shù)的廣泛應(yīng)用，一方面可以驗(yàn)證所建立的有效層下限是否準(zhǔn)確；另一方面也可以通過核磁共振計(jì)算的孔喉半徑，直接進(jìn)行儲(chǔ)層的有效性評(píng)價(jià)。

對(duì)YJ油田A井上部3 423～3 436 m井段進(jìn)行了試油，壓裂后獲得了17t·d-1的工業(yè)油流，而下部3567～ 3 583 m井段巖性致密，物性很差，錄井沒有油氣顯示，是典型的干層。對(duì)該井上下兩段有效層和非有效層，繪制出核磁孔喉半徑累積頻數(shù)分布圖（見圖4）。從圖4可以看出，當(dāng)孔喉半徑為0.3～0.4 μm時(shí)，干層和產(chǎn)層的概率相同，說明孔喉半徑的下限值在0.3～0.4 μm，也驗(yàn)證了所建立的孔喉半徑下限的可靠性。

圖4 累積頻數(shù)與核磁孔喉半徑分布

在具體評(píng)價(jià)時(shí)，將孔喉半徑作為判別儲(chǔ)層有效性的重要指標(biāo)之一。由于核磁共振測井能夠提供連續(xù)的孔喉分布，在劃分有效厚度時(shí)大大提高了精度，較好地解決了儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)的問題。在此基礎(chǔ)上，YJ油田深層砂礫巖油藏2009年順利實(shí)現(xiàn)了整體儲(chǔ)量升級(jí)。

4 結(jié)論

1）壓汞實(shí)驗(yàn)提供了一系列的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，從不同方面反映了孔隙結(jié)構(gòu)的有效性。

2）利用核磁共振測井資料進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)研究，能夠提供連續(xù)、直接的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)于提高有效層的客觀性，具有良好的幫助。

3）利用孔隙結(jié)構(gòu)研究成果，結(jié)合常規(guī)方法，確定出了有效層下限，對(duì)于劃分有效厚度有著重要的意義。

4）初步分析了平均孔喉半徑參數(shù)，在對(duì)有效層評(píng)價(jià)孔隙結(jié)構(gòu)的機(jī)理方面，還需要進(jìn)行深入細(xì)致的研究。

［1］楊通佑，范尚炯，陳元千，等.石油及天然氣儲(chǔ)量計(jì)算方法［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1998. Yang Tongyou，F(xiàn)an Shangjiong，Chen Yuanqian，et al.Calculation method of petroleum and natural gas reserves［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，1998.

［2］李道品.低滲透砂巖油田開發(fā)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1997. Li Daopin.Development of low permeability sandstone reservoir［M］. Beijing：Petroleum Industry Press，1997.

［3］Wardlaw N C.Quantitative determnation of pore structure and application to fluid displacement in reservoir rock［C］.Trondheim：North Sea Oil and Gas Reservoir II，1990.

［4］邵維志，丁娛嬌，劉亞，等.核磁共振測井在儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.測井技術(shù)，2009，33（1）：52-56. Shao Weizhi，Ding Yujiao，Liu Ya，et al.The application of NMR log data in evaluation of reservoir pore structure［J］.Well Logging Technology，2009，33（1）：52-56.

［5］孟祥梅，楊少春，王東亮.運(yùn)用核磁共振錄井技術(shù)評(píng)價(jià)砂礫巖體儲(chǔ)層［J］.斷塊油氣田，2010，17（4）：517-520. Meng Xiangmei，Yang Shaochun，Wang Dongliang.Using NMR mud logging technology to evaluate conglomerate reservoir［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2010，17（4）：517-520.

［6］裘懌楠，陳子琪.油藏描述［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1997. Qiu Yinan，Chen Ziqi.Reservoir decriptation［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，1997.

Application of pore structure study in effectiveness evaluation of low permeability reservoir

Geng Bin1Hu Xinhong2
(1.Geological Research Institute,Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying 257015,China;2.Geophysical Research Institute, Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying 257022,China)

It is difficulty to evaluate the effectiveness of low permeability reservoir as the poor physical properties and small pore throat,which directly affects the objectivity of reserves evaluation.A series of experiments about pore structure provided by mercury penetration reflect the effectiveness of pore structure from different aspects,which can determine the low limit of effective reservoir according to the pore structure parameters.We can use NMR log data to study the pore structure,continuous pore throat radius can be calculated from the T2spectrum,and it applies a good help to effectiveness evaluation of reservoir.Taking the low permeability glutenite reservoir of Yanjia Oilfield as an example,the low limit of effective reservoir is determined by the relevant statistical parameters of pore structure and permeability and mechanism analysis.Good results have been obtained in the calculation of pore throat radius by NMR data and the effective division of reservoir by the direct application of calculated throat radius parameters.

low permeability reservoir;pore structure;NMR;pore throat radius;effectiveness

中國石化科研攻關(guān)項(xiàng)目“陸相斷陷盆地油氣成藏過程定量評(píng)價(jià)”（P06016）

P618.13

：A

1005-8907（2011）02-187-04

2010-09-30；改回日期：2011-01-10。

耿斌，男，1972年生，高級(jí)工程師，碩士，1999年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東）地質(zhì)專業(yè)，現(xiàn)從事儲(chǔ)量研究和測井解釋工作。電話：（0546）8715349，E-mail：jdyd123@sohu.com。

（編輯姬美蘭）

耿斌，胡心紅.孔隙結(jié)構(gòu)研究在低滲透儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2011，18（2）：187-190. Geng Bin，Hu Xinhong.Application of pore structure study in effectiveness evaluation of low permeability reservoir［J］.Fault-Block Oil &Gas Field，2011，18（2）：187-190.