楊學(xué)峰，馮肖宇，尚云志

（大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712）

0 引 言

火山巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，影響產(chǎn)能的因素很多［1－2］，不同類型儲層產(chǎn)能變化較大，存在測井解釋為工業(yè)油氣層而試油為低產(chǎn)儲層的現(xiàn)象，因此，建立科學(xué)、合理的火山巖儲層分類標(biāo)準(zhǔn)十分必要。通常，儲層分類主要依據(jù)孔隙度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)等參數(shù)［3－7］?？紫抖群蜐B透率反映巖石的宏觀物理性質(zhì)，孔隙結(jié)構(gòu)反映巖石的微觀物理性質(zhì)。應(yīng)用常規(guī)測井資料可以求取孔隙度和滲透率，但是在對儲層進(jìn)行分類時有一定的局限性。能夠反映儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的主要有壓汞、鑄體薄片及電鏡資料，然而實(shí)際生產(chǎn)中取心較少，進(jìn)行試驗(yàn)分析的樣品就更少，且成本高，一定程度上限制了應(yīng)用范圍。核磁共振測井資料轉(zhuǎn)換得到的毛細(xì)管壓力曲線能夠彌補(bǔ)這一不足［8－11］。但是，毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)只能對儲層進(jìn)行定性的分類評價。

為此，本文對大量的壓汞資料進(jìn)行了分析研究［12－14］。研究表明儲層的平均孔隙半徑和孔喉比反映儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，能夠用來對儲層進(jìn)行定量分類。采用定性分類與定量分類相結(jié)合，將儲層分為3類：Ⅰ類儲層為未壓裂達(dá)到工業(yè)氣層；Ⅱ類儲層為壓裂后達(dá)到工業(yè)氣層；Ⅲ類儲層為壓裂后為低產(chǎn)氣層。

1 基于核磁共振及毛細(xì)管壓力資料的儲層定性分類方法

1.1 核磁共振測井計(jì)算毛細(xì)管壓力曲線的原理與方法

毛細(xì)管壓力曲線可以較好地表征儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征［15］。但由于實(shí)際生產(chǎn)過程中取心井?dāng)?shù)量少，毛細(xì)管壓力曲線實(shí)驗(yàn)的樣品更少，在一定程度上限制了應(yīng)用范圍。利用核磁共振測井資料通過合理刻度可以得到毛細(xì)管壓力曲線，因此應(yīng)用核磁共振測井資料可以進(jìn)行儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征評價。測井系列中核磁共振測井可以連續(xù)測量得到儲層孔隙大小分布。理論上，毛細(xì)管壓力曲線和核磁共振T2分布譜都與孔隙結(jié)構(gòu)相關(guān)，因此只要尋找出核磁共振T2分布譜與毛細(xì)管壓力曲線的關(guān)系，就可以利用核磁共振T2分布譜連續(xù)計(jì)算地層的毛細(xì)管壓力曲線。

核磁共振T2分布譜反映了孔隙大小分布特征，較大的T2值對應(yīng)中到大孔隙，較小的T2值對應(yīng)微小孔隙。顯然，核磁共振T2分布與孔隙結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。據(jù)此，開展了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究［16－17］。圖1是4塊巖樣的T2分布與壓汞得到的孔喉半徑分布直方圖重疊對比圖，縱坐標(biāo)為頻數(shù)，橫坐標(biāo)有2個，上面為T2值，下面為孔喉半徑值。可以看出，二者在形態(tài)和幅值上都非常相似，說明二者密切相關(guān)，證實(shí)了應(yīng)用T2譜計(jì)算毛細(xì)管壓力曲線可行。

圖1 核磁共振T2分布譜與壓汞孔喉半徑分布對比

理論上，當(dāng)儲層孔隙內(nèi)完全含水時，核磁共振T2分布譜與孔隙體積和孔隙表面積的比率成正比，也就是與孔隙尺寸大小或孔隙半徑成正比。

式中，S為孔隙表面積，cm2；V為孔隙體積，cm3；ρ為巖石橫向表面弛豫率。

對于式（1），用理想的假想巖石模型分析它與孔隙半徑的關(guān)系。假設(shè)孔隙巖石是由巖石骨架和半徑相同的毛細(xì)管組成，其半徑為r1，長度為L，單位截面內(nèi)的毛細(xì)管數(shù)為n，則

由式（2）可見，孔隙內(nèi)流體的弛豫時間和孔隙空間大小及形狀有關(guān)，孔隙越小，比表面積越大，表面相互作用的影響越強(qiáng)烈，T2時間也越短。而弛豫時間T2和平均孔徑r1是一一對應(yīng)的，因此，可利用T2分布評價孔隙大小及其孔徑分布。

毛細(xì)管壓力曲線描述了非潤濕相流體在不同的壓力下穿過不同孔隙喉道進(jìn)入孔隙空間的情況。在每一壓力點(diǎn)下進(jìn)入的非潤濕相流體的體積代表了某一孔隙喉道下的孔隙體積，因此毛細(xì)管壓力曲線不僅描述了孔隙喉道的分布規(guī)律，也描述了孔隙體積的分布。毛細(xì)管壓力曲線的理論公式為

式中，pc為毛細(xì)管壓力，MPa；σ為流體界面張力，N／cm；θ為潤濕接觸角，（°）；r1為毛細(xì)管半徑，μm。

理論上，核磁共振T2分布譜和毛細(xì)管壓力曲線都表示了與孔隙尺寸和孔隙喉道相關(guān)的孔隙體積分布。因此，式（2）和式（3）相比，可得到毛細(xì)管壓力和核磁共振T2分布譜之間的關(guān)系式。

由此可見，只要利用巖心分析的毛細(xì)管壓力曲線刻度核磁共振T2分布譜確定出系數(shù)Kpc，就可以利用核磁共振T2分布譜計(jì)算毛細(xì)管壓力。單系數(shù)的毛細(xì)管壓力與T2關(guān)系式適合物性好、孔隙度度較大的砂巖儲層。而該項(xiàng)目研究區(qū)儲層物性較差，優(yōu)選了Volokitin提出的適合中低孔隙度地層T2與pc的經(jīng)驗(yàn)公式式中，K為滲透率，mD＊非法定計(jì)量單位，1mD＝9.87×10－4μm2，下同；A、B、C為與孔隙結(jié)構(gòu)、儲層類型相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可由巖心分析確定；D為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值范圍1 000～2 000。

圖2是研究區(qū)實(shí)驗(yàn)分析毛細(xì)管壓力曲線與核磁共振T2譜計(jì)算的毛細(xì)管壓力曲線對比圖。曲線形態(tài)和變化趨勢上都有較好的一致性，表明由T2譜計(jì)算毛細(xì)管壓力曲線可靠。

圖2 徐深A(yù)井核磁共振測井計(jì)算毛細(xì)管壓力曲線成果圖

1.2 毛細(xì)管壓力曲線分類標(biāo)準(zhǔn)

毛細(xì)管壓力曲線是毛細(xì)管壓力和飽和度的關(guān)系曲線［18］。一定的毛細(xì)管壓力對應(yīng)一定的孔隙喉道半徑，毛細(xì)管壓力曲線實(shí)際上包含了巖樣孔隙喉道的分布規(guī)律，可以確定儲層的主要喉道分布范圍。當(dāng)儲層喉道越大，大喉道越多，且喉道越集中，啟動壓力越低，說明儲層越好，因此可以用毛細(xì)管壓力曲線直觀地反映儲層的好壞，即可用其對儲層進(jìn)行分類。根據(jù)14口井壓汞資料得到的毛細(xì)管壓力曲線（共計(jì)223個樣品）和進(jìn)汞飽和度將儲層分為3種類型（見圖3）。Ⅰ型：粗歪度，表明儲層大喉道居多，且分選性最好，是最好的儲層（Ⅰ類）；Ⅱ型：略粗歪度，表明儲層喉道，且分選性較好，是較好的儲層（Ⅱ類）；Ⅲ型：細(xì)歪度，表明儲層小喉道居多，且分選性一般，是一般的儲層（Ⅲ類）。通過巖心資料刻度，應(yīng)用核磁共振資料可以得到偽毛細(xì)管壓力曲線，實(shí)現(xiàn)了無巖心條件下的毛細(xì)管壓力曲線儲層分類。

圖3 毛細(xì)管壓力曲線儲層分類圖

2 基于平均孔隙半徑及孔喉半徑比的儲層分類方法

儲層的毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)能夠反映微觀結(jié)構(gòu)，但是只能定性判斷儲層類別。能夠反映儲層微觀結(jié)構(gòu)的還有平均孔隙半徑［19－20］、喉道半徑、最大孔隙半徑、排驅(qū)壓力及平均孔喉半徑比等參數(shù)。一般情況下，當(dāng)儲層平均孔隙半徑越大，儲層的排驅(qū)壓力越低，表明儲層越好；反之則表明儲層較差。同時，研究區(qū)火山巖儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，屬低孔隙度低滲透率儲層，普遍存在著儲層的平均孔隙度較大滲透率較低的現(xiàn)象。因此在對儲層進(jìn)行分類時，必須考慮儲層的孔隙與喉道之間的匹配狀況。所以，本文應(yīng)用平均孔喉半徑及平均孔喉半徑比定量對儲層進(jìn)行分類。

2.1 平均孔隙半徑及孔喉半徑比計(jì)算方法

應(yīng)用常規(guī)壓汞及恒速壓汞資料分別建立平均孔隙半徑及平均孔喉半徑比的計(jì)算模型。平均孔隙半徑計(jì)算模型

式中，Rc為平均孔隙半徑，μm；K為空氣滲透率，mD；φ為孔隙度，%；A、B為系數(shù)；相關(guān)系數(shù)為0.95。

平均孔喉半徑比計(jì)算模型

式中，RB為平均孔喉半徑比；K為空氣滲透率，mD；C、D為系數(shù)；相關(guān)系數(shù)為0.88。

2.2 平均孔隙半徑分類標(biāo)準(zhǔn)

由于研究區(qū)火山巖儲層測試采用大型壓裂，壓裂后厚度很難確定。因此，應(yīng)用壓裂前的采氣強(qiáng)度，通過壓前與壓后產(chǎn)能對比分析。壓前與壓后產(chǎn)能具有很好的一致性，即壓前產(chǎn)能大的儲層，壓后產(chǎn)能就大；壓前產(chǎn)能小的儲層，壓后產(chǎn)能就小。平均孔隙半徑的大小對產(chǎn)能大小的影響程度，通過與采氣強(qiáng)度的關(guān)系來分析研究。儲層采氣強(qiáng)度與儲集性能和滲流性能有關(guān)，即與平均孔隙半徑、儲層的含氣飽和度有關(guān)。選取壓后以產(chǎn)氣為主的儲層，減少含氣飽和度的影響，通過比較壓前采氣強(qiáng)度，結(jié)合儲層壓后產(chǎn)能情況，確定了平均孔隙半徑分類標(biāo)準(zhǔn)（見圖4）。

圖4 平均孔隙半徑儲層分類圖版

2.3 平均孔喉半徑比分類標(biāo)準(zhǔn)

儲層的采氣強(qiáng)度還受到儲層的孔隙與喉道的匹配關(guān)系控制，當(dāng)小喉道控制了大孔隙時，儲層的產(chǎn)能也是有限的。通過比較壓前采氣強(qiáng)度，結(jié)合壓后儲層產(chǎn)能情況，確定了孔喉半徑比的分類標(biāo)準(zhǔn)（見圖5）。

圖5 平均孔喉半徑比儲層分類圖版

3 基于常規(guī)測井資料的儲層分類方法

通過儲層平均孔隙半徑及孔喉比的比較，可以判斷儲層好壞，但是對于儲層的產(chǎn)能還不能判斷。根據(jù)儲層特征研究，優(yōu)選有效厚度、有效孔隙度、可動流體飽和度作為儲層分類參數(shù)，根據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)給出每類儲層對應(yīng)的典型特征、宏觀物性參數(shù)。這些參數(shù)主要從2個方面表現(xiàn)火山巖儲層特征：①有效孔隙度表征火山巖儲層儲集空間的有效性及儲集空間的大小，扣除了不被油氣占據(jù)的那部分孔隙空間，注重儲層的有效性和儲集性評價；②可動流體飽和度強(qiáng)調(diào)了孔隙空間中流體的可動用程度。利用核磁共振資料可以準(zhǔn)確確定儲層的可動流體飽和度。為了充分考慮這3個參數(shù)，將它們的乘積定義為儲層綜合指數(shù)，通過分類指數(shù)的大小判斷儲層的產(chǎn)能大小即是否能達(dá)到工業(yè)產(chǎn)能。在儲層參數(shù)解釋的基礎(chǔ)上，應(yīng)用42口井48個層的試氣資料建立了儲層綜合指數(shù)的分類標(biāo)準(zhǔn)（見圖6）。

圖6 平均孔喉半徑與儲層綜合指數(shù)分類圖版

4 火山巖儲層分類綜合標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)用儲層偽毛細(xì)管壓力曲線可以對儲層進(jìn)行定性分類，平均毛細(xì)管壓力曲線及孔喉半徑比可以對儲層進(jìn)行定量判別，儲層綜合指數(shù)可以對儲層的產(chǎn)能情況做初步判斷。結(jié)合研究區(qū)試氣儲層的孔隙度和滲透率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，確定了徐家圍子地區(qū)火山巖儲層分類綜合標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

表1 徐家圍子地區(qū)火山巖儲層分類綜合標(biāo)準(zhǔn)表

5 應(yīng)用效果分析

圖7為徐深B井220號層，偽毛細(xì)管壓力曲線判斷該層為I類儲層。儲層平均孔隙半徑均值為0.64μm，孔喉半徑比均值為623，孔隙度均值為9.7%，滲透率均值為0.67×10－3μm2，儲層分類指數(shù)為3 847。應(yīng)用上述儲層分類標(biāo)準(zhǔn)劃分有效儲層，I類儲層占12.5%，II類占87.5%，儲層以II類儲層為主，儲層參數(shù)較大，表明產(chǎn)能潛力較大，綜合判斷該層為II類儲層。對該層段3 534～3 542m試氣，自然測試，日產(chǎn)氣38 911m3；壓后自噴，日產(chǎn)氣476 600m3。應(yīng)用上述分類標(biāo)準(zhǔn)對徐深A(yù)地區(qū)45口井進(jìn)行儲層分類，其中I類儲層占3.5%，II類儲層占50.4%，III類儲層占46.1%。經(jīng)試氣驗(yàn)證，解釋結(jié)論與試氣結(jié)論符合較好，且與研究區(qū)地質(zhì)認(rèn)識一致。分類結(jié)果為研究區(qū)開發(fā)方案設(shè)計(jì)及可采儲量評價提供了技術(shù)支持。

圖7 徐深B井儲層分類成果圖

6 結(jié) 論

（1）充分應(yīng)用核磁共振測井?dāng)?shù)據(jù)，建立了偽毛細(xì)管壓力曲線計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用連續(xù)毛細(xì)管壓力曲線進(jìn)行儲層分類。

（2）以實(shí)驗(yàn)分析資料為基礎(chǔ)，建立了平均孔隙半徑及孔喉半徑比的計(jì)算模型，將宏觀信息與微觀信息進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合。

（3）以常規(guī)測井和核磁共振測井資料為基礎(chǔ)，采用微觀與宏觀參數(shù)、定性與定量相結(jié)合的思路，建立了火山巖儲層分類標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)45口井實(shí)際資料驗(yàn)證，該標(biāo)準(zhǔn)適用于火山巖儲層分類，對火山巖儲層的射孔選層、產(chǎn)能預(yù)測等具有指導(dǎo)意義。

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