姚軍朋, 季赟, 陳中權(quán), 孫小艷, 馮志勇, 常琳

(1.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司, 陜西 西安 710077; 2.中國石油青海油田分公司勘探開發(fā)研究院, 甘肅 敦煌 736200; 3.長城鉆探工程有限公司測(cè)井公司, 北京 100101)

0 引 言

低孔隙度低滲透率砂礫巖油藏儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)是測(cè)井評(píng)價(jià)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1-2]。柴達(dá)木盆地昆北斷階帶某油田下第三系路樂河組油藏為砂礫巖油藏,是砂礫沉積物滑塌再搬運(yùn)而形成的近岸水下扇沉積,由于具有多物源、近距離、相變快、多期次的沉積特點(diǎn),表現(xiàn)出沉積粒度不均、空間展布復(fù)雜、儲(chǔ)層品質(zhì)縱向差異大、非均質(zhì)嚴(yán)重的特征,電測(cè)井曲線表現(xiàn)為差異小、對(duì)比性差,存在有效儲(chǔ)層劃分和油水層識(shí)別難、儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算精度低等問題。開發(fā)實(shí)踐證實(shí)產(chǎn)量遞減快,巖性、物性和含油性差異大,產(chǎn)液性質(zhì)與產(chǎn)出能力變化大,嚴(yán)重影響油藏的高效開發(fā)和綜合治理效果,亟需搞清砂礫巖油藏的儲(chǔ)層有效性,確定不同有效儲(chǔ)層的品質(zhì)級(jí)別,為制定合理開發(fā)技術(shù)政策與綜合治理方案編制提供依據(jù)。

1 油藏儲(chǔ)層特征

1.1 巖性特征

薄片鑒定表明,研究區(qū)砂礫巖油藏巖石石英含量30.8%,長石含量29.2%,巖屑含量21.0%,主要為巖屑長石砂巖;填隙物含量17.0%,其中雜基占8.8%,膠結(jié)物占8.2%;儲(chǔ)集巖碳酸鹽含量16.6%～20.3%,以膠結(jié)物形式存在的占1/3左右,化學(xué)分析和X衍射分析碳酸鹽含量明顯高于薄片鑒定,表明碳酸鹽多以灰泥狀存在;巖性以礫狀砂巖和砂礫巖為主,其次為細(xì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖,巖性較為混雜,巖石粒級(jí)分布較分散,分選差,非均質(zhì)性強(qiáng);巖石磨圓度以次棱狀為主,其次為次圓狀-次棱狀,膠結(jié)類型以基底式膠結(jié)較多,顆粒支撐為主,但存在較多雜基支撐類型,顆粒接觸有點(diǎn)接觸,也有點(diǎn)-線接觸和漂浮狀接觸?？傮w上,巖石成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度中等-低,孔隙類型以原生粒間孔為主,次生孔較少。巖石顆粒成復(fù)模態(tài)結(jié)構(gòu),礫石間的孔隙被次級(jí)顆粒所充填,次級(jí)顆粒間的孔隙再被更細(xì)一級(jí)顆粒所充填,使得儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,不利于孔隙流體滲流,大大改變了儲(chǔ)層的有效性。

1.2 物性特征

根據(jù)巖心物性分析資料,孔隙度主要分布在5%～20%,平均9.4%;滲透率主要分布在0.124～80.315 mD*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,平均12.8 mD,屬于低-特低孔隙度、低-特低滲透率儲(chǔ)層?？诐B關(guān)系相關(guān)性差,說明滲透率不僅受孔隙度影響,還受其他因素控制。

1.3 含水性特征

復(fù)模態(tài)的孔隙結(jié)構(gòu)[3-5]中微孔喉、小孔喉比例大,無效孔隙度所占比例高,導(dǎo)致儲(chǔ)層束縛水含量高。根據(jù)相滲、壓汞、核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果,研究區(qū)儲(chǔ)層束縛水飽和度20.6%～75.4%,平均43.1%,如此高的束縛水含量必定會(huì)影響儲(chǔ)層的有效性。生產(chǎn)資料表明儲(chǔ)層在高含水飽和度情況下會(huì)有純油產(chǎn)出,電測(cè)井解釋純油層中也會(huì)有地層水產(chǎn)出,進(jìn)一步證實(shí)對(duì)儲(chǔ)層有效性有很大影響。

以上儲(chǔ)層特征對(duì)儲(chǔ)層有效性有很大影響,需進(jìn)一步精細(xì)評(píng)價(jià)才能摸清儲(chǔ)層的產(chǎn)能變化規(guī)律。

2 儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)

儲(chǔ)層能否獲得工業(yè)油流與儲(chǔ)層物性、有效厚度、可動(dòng)流體等因素以及生產(chǎn)方式都有密切關(guān)系[6]。針對(duì)研究區(qū)砂礫巖油藏的儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)主要圍繞微觀孔喉結(jié)構(gòu)、宏觀物性及可動(dòng)流體進(jìn)行。

2.1 儲(chǔ)層巖性評(píng)價(jià)

礫狀砂巖和砂礫巖巖石顆粒粗、分布較分散,大顆粒間呈顆粒支撐時(shí)會(huì)保存大量的原生孔,被小顆粒充填時(shí)造成孔隙大量減小,整體表現(xiàn)為大孔喉多而分選差,孔隙度、滲透率較大且分布分散,含油性最好,主要為油浸和油斑,形成的儲(chǔ)層在生產(chǎn)中能獲得高產(chǎn)油流。細(xì)砂巖和粉砂巖巖石顆粒分選好,泥質(zhì)和碳酸鹽巖膠結(jié)物含量較少,儲(chǔ)層孔滲較好,且二者呈線性變化關(guān)系,含油性以油斑和油跡為主,形成的儲(chǔ)層在生產(chǎn)中一般能夠獲得中-低產(chǎn)能。不等粒砂巖顆粒復(fù)模態(tài)結(jié)構(gòu)強(qiáng),泥質(zhì)粉砂巖泥質(zhì)含量和膠結(jié)物含量高,孔隙被顆?；蚰z結(jié)物充填,物性普遍很低,含油性為不含油或?yàn)闊晒?為干層或非儲(chǔ)層。中、粗砂巖不發(fā)育,碳酸鹽巖膠結(jié)物含量高,物性、含油性普遍較差,生產(chǎn)中多為干層?？傮w上,儲(chǔ)層物性和含油性隨巖性變化而變化有規(guī)律性。

2.2 孔喉結(jié)構(gòu)有效性

研究區(qū)儲(chǔ)層喉道類型以孔隙縮小型喉道、縮徑型喉道為主,少量裂縫喉道,通過95塊巖樣毛細(xì)管壓力曲線進(jìn)行Bessel和J函數(shù)處理,對(duì)滲透率貢獻(xiàn)值在95%以上滲流孔喉系統(tǒng),孔喉半徑分布在0.074～21.366 μm,儲(chǔ)滲有效性最好;孔喉半徑在0.023 6～0.306 2 μm的中、小孔喉為微孔喉系統(tǒng),對(duì)油氣儲(chǔ)滲有一定貢獻(xiàn),儲(chǔ)滲有效性變差(見圖1)。

圖1 研究區(qū)砂礫巖油藏儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)特征

分類孔喉類型排驅(qū)壓力/MPa中值壓力/MPa中值半徑/μm流動(dòng)孔喉中值壓力/MPa最大進(jìn)汞飽和度/%比例/%Ⅰ粗喉大孔<0.1<4>1.250.07～1.01>6613Ⅱ粗喉中孔0.1～0.34～9.00.350.18～2.3760～66.040Ⅲ細(xì)喉中孔0.3～0.79～16.00.070.25～9.7555～60.034Ⅳ細(xì)喉小孔>0.716.0～25<0.051.31～63.12<5514

結(jié)合油田實(shí)際生產(chǎn)將儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)分為4類,分類標(biāo)準(zhǔn)見表1。Ⅰ類為粗喉大孔型,毛細(xì)管壓力曲線出現(xiàn)平緩的平臺(tái)段,排驅(qū)壓力低,進(jìn)汞飽和度高,分選好,主流孔喉半徑相對(duì)較大,單峰滲流孔喉結(jié)構(gòu)特征明顯,微孔喉系統(tǒng)主要為中等孔喉,小孔喉比例較少,對(duì)滲透率貢獻(xiàn)值在95%以上的孔喉半徑分布在2.450～21.366 μm,反映儲(chǔ)層儲(chǔ)滲性能好。Ⅱ類為粗喉中孔型,曲線平臺(tái)斜率增加,排驅(qū)壓力較低,進(jìn)汞飽和度較高,分選較好,大孔喉比例小,雙峰孔喉結(jié)構(gòu)中滲流孔喉系統(tǒng)為中等孔喉,主流孔喉半徑相對(duì)較大,微孔喉系統(tǒng)主要為中、小孔喉,對(duì)滲透率貢獻(xiàn)值在95%以上的孔喉半徑分布在0.368～10.683 μm,反映儲(chǔ)層儲(chǔ)滲性能較好。Ⅲ類為細(xì)喉中孔型,曲線斜度增加向右上方靠攏,排驅(qū)壓力較高,進(jìn)汞飽和度較低,分選差,雙峰孔喉結(jié)構(gòu)中滲流孔喉系統(tǒng)為細(xì)孔喉,主流孔喉半徑相對(duì)較小,微孔喉系統(tǒng)主要為中、小孔喉,對(duì)滲透率貢獻(xiàn)值在95%以上的孔喉半徑分布在0.074～3.675 μm,反映儲(chǔ)層儲(chǔ)滲性能較差。Ⅳ類為細(xì)喉小孔型,孔喉結(jié)構(gòu)中滲流孔喉系統(tǒng)為細(xì)孔喉,能夠儲(chǔ)存少量流體,微孔喉比例較大,幾乎無滲流能力。

2.3 儲(chǔ)集空間評(píng)價(jià)

通過薄片和物性分析可知,研究區(qū)儲(chǔ)集巖的儲(chǔ)集空間類型主要是原生粒間孔,占70%～90%,其次為粒內(nèi)溶孔,占10%～30%,少量雜基孔和微裂縫,鑄體薄片分析表明平均孔隙直徑為56.96 μm,平均喉道直徑11.31 μm。

研究區(qū)巖石潤濕性以親水儲(chǔ)層為主,水分析資料顯示地層水礦化度低,在(2.12～5.19)×104mg/L,平均3.96×104mg/L,依據(jù)偶電層厚度與溶液礦化度關(guān)系,模擬地層條件下儲(chǔ)層水膜厚度在43.32～67.78 nm,平均53.6 nm,是普通油層水膜厚度的2～4倍(0.021 3～0.044 3 μm)[7-9],水膜厚度大導(dǎo)致儲(chǔ)層束縛水含量高,大大降低儲(chǔ)集空間的有效性。壓汞實(shí)驗(yàn)表明最大進(jìn)汞飽和度36.5%～81.1%,相滲與核磁共振實(shí)驗(yàn)測(cè)得束縛水飽和度22.4%～65.1%,可動(dòng)流體飽和度10.8%～42.3%,表明研究區(qū)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間總體有效性差。

2.4 滲流特征評(píng)價(jià)

研究區(qū)儲(chǔ)層物性為低-特低孔隙度、低-特低滲透率儲(chǔ)層,儲(chǔ)層孔隙中水膜厚度大,這些儲(chǔ)層特征影響儲(chǔ)層中流體的滲流特性,是砂礫巖儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)之一。

相滲實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,研究區(qū)儲(chǔ)層束縛水和殘余油飽和度高,束縛水飽和度在34.2%～62.3%之間,構(gòu)造部位越低束縛水含量越高;隨含水飽和度增加,油的相對(duì)滲透率急劇降低,水的相對(duì)滲透率快速上升,油水兩相共滲區(qū)較窄,殘余油下水的相對(duì)滲透率較高,越向構(gòu)造邊部共滲區(qū)越窄,含油飽和度和最終驅(qū)油效率較低(50.89%);沒有無水驅(qū)油階段,說明隨注水開發(fā)油藏更容易見水且形成水淹通道,高束縛水、高殘余油性質(zhì)將導(dǎo)致儲(chǔ)層流體的滲流阻力大,可動(dòng)流體含量少。結(jié)合油藏開發(fā)實(shí)際,可將儲(chǔ)層滲流特征分為3類(見圖2),據(jù)此可結(jié)合測(cè)井資料開展定量評(píng)價(jià)。

圖2 各類儲(chǔ)層油驅(qū)水相滲實(shí)驗(yàn)特征

2.5 有效性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

通過上述分析,研究區(qū)儲(chǔ)層的有效性主要取決于儲(chǔ)層巖性、孔喉結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)集空間和滲流特征指標(biāo)。因此,根據(jù)這些參數(shù)并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際確定儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(見表3)。

3 有效性評(píng)價(jià)應(yīng)用

3.1 儲(chǔ)層有效性定量評(píng)價(jià)

表3 研究區(qū)儲(chǔ)層有效性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

(1) 膠結(jié)物含量。研究區(qū)自然伽馬值能夠較好地反映泥質(zhì)含量的變化,通過X衍射泥質(zhì)含量與測(cè)井自然伽馬值之間的關(guān)系,建立儲(chǔ)層泥質(zhì)含量計(jì)算模型

Vsh=37.998ΔGR0.5823

(1)

分析巖心碳酸鹽巖含量與測(cè)井響應(yīng)之間的關(guān)系,碳酸鹽巖含量與表征孔隙性的聲波時(shí)差與巖石骨架特征的淺側(cè)向電阻率之間關(guān)系緊密,由此建立碳酸鹽巖含量計(jì)算模型

VCa=1010.583-0.0349AC-0.02105RLLs

(2)

可以得到膠結(jié)物含量VC的計(jì)算公式

VC=Vsh+VCa

(3)

(2) 孔隙度。研究區(qū)密度測(cè)井資料比較穩(wěn)定,測(cè)井質(zhì)量更高,在井眼正常井段更能準(zhǔn)確反映儲(chǔ)層的有效孔隙度,因此,井眼規(guī)則層段用補(bǔ)償密度資料建立儲(chǔ)層孔隙度計(jì)算模型

φ=-54.506DEN+148.49

(4)

部分井段出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)U(kuò)徑現(xiàn)象,導(dǎo)致巖性密度測(cè)井值失真,在擴(kuò)徑井段采用補(bǔ)償聲波資料建立孔隙度計(jì)算模型

φ=0.1222AC-21.686

(5)

(3) 滲透率。通過儲(chǔ)層物性主控因素分析,研究區(qū)儲(chǔ)層滲透率主要受孔隙度、碳酸鹽巖含量的影響。因此,選取孔隙度、碳酸鹽巖含量建立滲透率計(jì)算模型

K=100.22φ-0.0066Vca-1.931

(6)

(4) 流動(dòng)孔喉半徑中值[10]。毛細(xì)管壓力曲線反映孔喉雖然彼此連通,但未必都能讓所有流體通過,對(duì)半徑極小的喉道,在不同的開采壓差作用下能夠流過的各種性質(zhì)流體也不相同,巖石孔壁表面附著的水膜也使得孔喉通道大大縮小。所以,流動(dòng)孔喉半徑是指非潤濕相流體在巖石孔喉中能夠流動(dòng)的孔喉半徑。本文所指流動(dòng)孔喉半徑中值是指毛細(xì)管壓力曲線上進(jìn)汞飽和度達(dá)到最大值一半時(shí)對(duì)應(yīng)的孔喉半徑。分析研究區(qū)各類毛細(xì)管壓力參數(shù)與儲(chǔ)層其他參數(shù)的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)流動(dòng)孔喉半徑中值最能表征儲(chǔ)層的微觀特征,與孔隙度、滲透率關(guān)系為

rz=0.875 lgK+0.2321φ-1.6049

(7)

(5) 束縛水飽和度。分析油水相滲和毛細(xì)管壓力的束縛水飽和度與巖性、物性、泥質(zhì)含量及測(cè)井響應(yīng)等參數(shù)的關(guān)系,結(jié)果表明束縛水飽和度與儲(chǔ)層泥質(zhì)含量、孔隙度和滲透率有很好的相關(guān)性,最終建立束縛水飽和度的解釋模型

Swi=5.238+0.439φ+55.456K-0.086+0.214Vsh

(8)

結(jié)合研究區(qū)砂礫巖儲(chǔ)層特點(diǎn),綜合考慮上述5個(gè)指標(biāo)表征儲(chǔ)層的有效性,采用K-means聚類方法按照表3的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將儲(chǔ)層有效性分為4類,在此基礎(chǔ)上,以試油試采資料為依據(jù),通過對(duì)比判別分析判別準(zhǔn)確率,建立儲(chǔ)層有效性的分級(jí)評(píng)價(jià)模式,實(shí)踐應(yīng)用中取得了顯著效果。

式(1)至式(8)中,Vsh為泥質(zhì)含量,%;GR、GRmin、GRmax分別為測(cè)井、純泥巖、純砂巖自然伽馬值,API;VCa為碳酸鹽含量泥質(zhì)含量,%;AC、DEN、RLLs分別為聲波時(shí)差、補(bǔ)償密度、淺側(cè)向電阻率,μs/m、g/cm3、Ω·m;φ、K分別為孔隙度、滲透率,%、mD。

3.2 生產(chǎn)應(yīng)用

圖3為研究區(qū)砂礫巖油藏QS井儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)成果。Ⅱ-6小層巖性為粉砂巖,分析孔隙度、滲透率和碳酸鹽含量分別為11.4%、0.815 mD和55.3%,但泥質(zhì)含量較高,測(cè)錄井顯示含油性較好,儲(chǔ)層參數(shù)定量解釋與巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,K-means聚類方法評(píng)價(jià)儲(chǔ)層有效性為中等儲(chǔ)層;第1個(gè)Ⅱ-7小層巖心為含礫泥質(zhì)粉砂巖,儲(chǔ)層孔隙度、滲透率和碳酸鹽巖含量分別為8.6%、0.213 mD和17.1%,壓汞分析流通孔喉半徑中值為0.118 6 μm,泥質(zhì)含量略高,測(cè)井定量計(jì)算與巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合,K-means聚類分析儲(chǔ)層有效性為差儲(chǔ)層;第2個(gè)Ⅱ-7小層巖心為礫狀砂巖,儲(chǔ)層孔隙度、滲透率和碳酸鹽巖含量分別為10.5%、1.192 mD和17.8%,壓汞分析流通孔喉半徑中值為1.295 μm,泥質(zhì)含量較低,測(cè)井定量計(jì)算與巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合,Ⅱ-8小層分析結(jié)果略好于該層,K-means聚類分析儲(chǔ)層有效性二者均為好儲(chǔ)層。

圖3 研究區(qū)QS井常規(guī)測(cè)井與陣列聲波和微電阻率成像測(cè)井圖

根據(jù)上述評(píng)價(jià)結(jié)果,選擇第2個(gè)Ⅱ-7小層和Ⅱ-8小層同時(shí)射孔,產(chǎn)油10.53 m3/d,穩(wěn)定產(chǎn)油7個(gè)多月,初期1個(gè)多月每天僅產(chǎn)出0.25 m3束縛水,試采結(jié)果驗(yàn)證了儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。 根據(jù)上述研究,對(duì)研究區(qū)100多口井進(jìn)行了儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)分類,試采結(jié)果表明符合率在91.2%以上,儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)結(jié)果與各井產(chǎn)液量具有很好的一致性,為開發(fā)方案編制與油水井部署提供了重要的決策依據(jù)。

4 結(jié) 論

(1) 在儲(chǔ)層特征研究基礎(chǔ)上,綜合考慮儲(chǔ)層泥質(zhì)和碳酸鹽巖含量、流動(dòng)孔喉中值半徑、孔隙度、滲透率和束縛水飽和度等特征參數(shù),建議儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià),結(jié)合生產(chǎn)資料建立儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)分類標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 在砂礫巖儲(chǔ)層有效性分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上,采用K-means聚類方法將儲(chǔ)層有效性分4大類,以生產(chǎn)資料為依據(jù)通過對(duì)比判別分析判別準(zhǔn)確率,建立儲(chǔ)層有效性分類評(píng)價(jià)模式,實(shí)踐應(yīng)用效果顯著。

(3) 儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)是研究區(qū)砂礫巖儲(chǔ)層測(cè)井研究的重點(diǎn)和難點(diǎn),綜合研究與生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果表明,單一指標(biāo)很難做到對(duì)儲(chǔ)層有效性的精準(zhǔn)評(píng)價(jià),認(rèn)清各因素對(duì)儲(chǔ)層影響的程度對(duì)儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)非常重要。在各因素研究基礎(chǔ)上優(yōu)選主控因素建立綜合評(píng)價(jià)方法,對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層有效性分類能夠達(dá)到產(chǎn)能分級(jí),提高了儲(chǔ)層有效性識(shí)別精度,應(yīng)用效果良好。

參考文獻(xiàn):

[1] 李全利, 吳春文. 基山砂巖體與鹽家砂礫巖體儲(chǔ)層特征分析與測(cè)井評(píng)價(jià) [J]. 石油儀器, 2010, 24(2): 55-61.

[2] 曾焱, 李濤, 葉素娟. 川西須家河組二段超致密儲(chǔ)層有效性測(cè)井綜合評(píng)價(jià) [J]. 天然氣工業(yè), 2010, 30(6): 35-38.

[3] 李亮, 宋子齊, 于小龍, 等. 克拉瑪依油田七區(qū)砂巖儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià) [J]. 測(cè)井技術(shù), 2006, 30(6): 438-441.

[4] 劉敬奎. 砂巖儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)模態(tài)及儲(chǔ)層評(píng)價(jià)探討 [J]. 石油勘探與開發(fā), 1983(2): 45-55.

[5] 袁靜, 袁炳存. 永安鎮(zhèn)地區(qū)永1礫巖體儲(chǔ)層微觀特征 [J]. 石油大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 1999(1): 13-16.

[6] 胡永樂, 宋新民, 楊思玉, 等. 低滲透油氣田開采技術(shù) [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2002.

[7] 曾文沖. 低電阻率油氣層的類型、成因及評(píng)價(jià)的方法(上) [J]. 地球物理測(cè)井, 1991, 15(1): 6-12.

[8] 曾文沖. 低電阻率油氣層的類型、成因及評(píng)價(jià)方法的分析(下) [J]. 地球物理測(cè)井, 1991, 15(3): 149-152.

[9] 曾文沖. 油氣藏儲(chǔ)集層測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù) [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 1991: 92-146, 334-335.

[10] 羅蟄潭, 王允誠. 油氣儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu) [M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1986: 40-43.