李興麗, 陸云龍, 齊奕

(中海石油(中國)有限公司天津分公司, 天津 300452)

0 引 言

滲透率是儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)、滲流特性研究和油藏開采的重要參數(shù)[1]。渤海油田獲取滲透率的途徑主要有巖心實(shí)驗(yàn)室測量、試井解釋滲透率、測井解釋滲透率等方法。受海上條件限制,前2種方法成本較高,且不連續(xù),通常采用測井解釋得到連續(xù)的滲透率數(shù)值。目前砂泥巖儲(chǔ)層主要通過常規(guī)測井基于孔隙度滲透率關(guān)系計(jì)算儲(chǔ)層滲透率[2],而復(fù)雜巖性儲(chǔ)層孔隙度滲透率關(guān)系復(fù)雜,常規(guī)測井難以準(zhǔn)確計(jì)算,通常結(jié)合陣列聲波[3]、核磁共振[4]等測井新技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

地層元素能譜測井(ECS)測量地層元素類型與含量,通過計(jì)算得到地層礦物含量,實(shí)現(xiàn)地層巖性識(shí)別[5]?；诩s翰遜提出的Lambda滲透率模型,充分挖掘ECS測井應(yīng)用潛力,根據(jù)其提供的礦物含量、骨架密度、礦物比表面積等參數(shù)實(shí)現(xiàn)滲透率定量計(jì)算。對(duì)渤海部分井處理發(fā)現(xiàn),該方法在復(fù)雜巖性儲(chǔ)層中計(jì)算的滲透率與巖心分析滲透率基本吻合,可為復(fù)雜巖性儲(chǔ)層滲透率評(píng)價(jià)提供一種有效手段。

1 ECS測井評(píng)價(jià)滲透率理論模型

1986年Johnson等[6]提出Λ參數(shù),作為連通孔隙大小的動(dòng)態(tài)電性評(píng)價(jià)參數(shù),該參數(shù)中的電場動(dòng)態(tài)變化受顆粒表面積與孔隙體積影響。由于孔隙喉道電場對(duì)其貢獻(xiàn)最大,Johnson等認(rèn)為對(duì)于簡單孔隙幾何因子地層,滲透率與Λ和地層因素F有關(guān),

K∝Λ2φm

(1)

式中,K為地層滲透率,mD*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同;φ為孔隙度,%;m為膠結(jié)指數(shù),無量綱。

由于Λ參數(shù)難以測量,對(duì)于簡單孔隙幾何因子地層,孔隙表面積與孔隙體積之比與Λ成反比,滲透率可以通過式(2)表示,即Lambda滲透率

KΛ=Z1φm(S/Vp)2≡Z1φmS0ρm1-φφ2

(2)

式中,KΛ為Lambda滲透率,mD;S為孔隙表面積,m2;Vp為孔隙體積,m3;Z1為比例常數(shù),無量綱;ρm為骨架密度,g/cm3;S0為顆粒比表面積,m2/g。

泥質(zhì)礦物對(duì)表面積貢獻(xiàn)最大,并且不同的泥質(zhì)礦物其比表面積為唯一的定值[7]。比表面積可以通過不同礦物成分百分比的線性組合表示?？紤]到實(shí)際上并不是所有的比表面積都參與到流體流動(dòng),此時(shí)比表面積可通過式(3)表示

S0=∑MiviS0i

(3)

式中,Mi為礦物含量,%;S0i為礦物的比表面積,m2/g;vi為礦物校正系數(shù),無量綱。

通過式(2)、式(3)可得到Lambda滲透率的表達(dá)式

(4)

Herron等[8]通過大量巖心實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)滲透率小于100 mD時(shí),式(4)計(jì)算的滲透率與巖心分析滲透率存在一定誤差。滲透率小于100 mD時(shí),通常對(duì)式(4)進(jìn)行校正

式中,KΛ1為滲透率小于100 mD時(shí)對(duì)應(yīng)的Lambda滲透率,mD。

ECS測井能夠提供準(zhǔn)確的地層礦物成分含量與骨架密度,結(jié)合常規(guī)測井與巖電分析可以得到孔隙度與膠結(jié)指數(shù),通過地區(qū)巖心適當(dāng)刻度即可確定式(4)中的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)系數(shù),實(shí)現(xiàn)Lambda滲透率定量計(jì)算。

2 Lambda滲透率模型計(jì)算方法在渤海油田的應(yīng)用

2.1 實(shí)例1

QHD油田儲(chǔ)層巖性復(fù)雜,其中QHD-5井鉆遇到灰質(zhì)砂礫巖、鮞粒白云巖、白云質(zhì)鮞粒砂巖、砂礫巖、凝灰質(zhì)砂巖、砂巖等,其儲(chǔ)集空間以次生溶蝕孔和粒間孔為主,儲(chǔ)層物性差別大,非均質(zhì)性強(qiáng)。圖1(a)為QHD-5井巖心分析孔隙度滲透率關(guān)系,可以看出該井孔隙度滲透率關(guān)系較差。為了提高該油田的孔隙度滲透率關(guān)系,通過鄰井以及鄰近油田巖心孔隙度滲透率數(shù)據(jù)進(jìn)行整體回歸[見圖1(b)]。數(shù)據(jù)點(diǎn)包含了從低孔隙度滲透率到高孔隙度滲透率的大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn),回歸關(guān)系有所提高。但在勘探初期井少情況下,單井孔隙度滲透率關(guān)系難以滿足滲透率的精確計(jì)算。

圖1 QHD-5井與鄰井巖心分析孔隙度滲透率關(guān)系圖

通過Lambda滲透率模型、多礦物模型、孔隙度滲透率回歸模型對(duì)QHD-5井滲透率進(jìn)行計(jì)算(見圖2)。該井巖性復(fù)雜,包括高嶺石、石英、白云巖、石灰?guī)r等多種礦物,多礦物模型中加入1種特殊礦物模擬復(fù)雜巖性(見第9道巖性剖面)。該井孔隙度計(jì)算與巖心分析(見第7道)相吻合,證實(shí)孔隙度計(jì)算的準(zhǔn)確性。第8道為不同方法計(jì)算的滲透率曲線與巖心分析滲透率對(duì)比結(jié)果,通過該區(qū)塊不同井巖心孔隙度滲透率數(shù)據(jù)回歸得到回歸滲透率模型。該模型計(jì)算滲透率曲線(藍(lán)線)嚴(yán)重依賴于巖心數(shù)據(jù),巖心數(shù)據(jù)的代表性決定該模型計(jì)算滲透率曲線的準(zhǔn)確性。圖2中在巖心孔隙度范圍內(nèi)計(jì)算的滲透率數(shù)值基本在孔隙度滲透率關(guān)系模型附近,對(duì)于孔隙度較低層段,滲透率計(jì)算與其他方法相比差異較大。

多礦物模型理論上通過儀器對(duì)地層響應(yīng)特征能夠最為真實(shí)地反映地層特性,因此最具代表性,但計(jì)算滲透率曲線(黑線)嚴(yán)格受到礦物成分影響。如果礦物成分計(jì)算準(zhǔn)確,則滲透率相對(duì)準(zhǔn)確,否則出現(xiàn)較大偏差。如該井3 345 m以下,由于特殊礦物較難模擬,礦物成分計(jì)算誤差較大,滲透率計(jì)算與巖心分析相差較多;Lambda滲透率模型通過巖心礦物成分與滲透率刻度,具有一定的代表性,能夠反映礦物成分含量與滲透率之間的定量關(guān)系,具有較為普遍的適用性,因此計(jì)算的滲透率曲線(紅線)與巖心分析基本一致,證實(shí)該方法的可靠性。該井3 308～3 330 m段(見圖2中第5道綠色填充)實(shí)施壓裂作業(yè)并進(jìn)行測試,壓裂前無產(chǎn)出,壓裂后產(chǎn)油64 m3/d,產(chǎn)氣5 976 m3/d,可見該處儲(chǔ)層滲透性較差,但在熒光顯示較好的2個(gè)位置,Lambda滲透率模型計(jì)算的滲透率與孔隙度滲透率關(guān)系計(jì)算的滲透率基本一致,分析認(rèn)為此處對(duì)油氣貢獻(xiàn)較大。

圖2 QHD-5井滲透率解釋成果對(duì)比圖*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

2.2 實(shí)例2

BZ油田沙河街組儲(chǔ)層巖性含鈣,巖心分析發(fā)現(xiàn)碳酸鹽巖含量超過3%時(shí),碳酸鹽巖含量或巖心分析孔隙度與滲透率無相關(guān)關(guān)系,此時(shí)對(duì)于碳酸鹽巖含量較高的儲(chǔ)層利用孔隙度滲透率關(guān)系難以準(zhǔn)確計(jì)算滲透率。如圖3所示,該油田A井沙一段滲透率較低,沙二段滲透率較高,而B井沙一段滲透率較高,沙二段滲透率較低,2口井沙一段與沙二段具有不同的孔隙度滲透率關(guān)系。

圖4為A井、B井沙一段與沙二段儲(chǔ)層中子—密度交會(huì)圖。由圖4可知A井沙一段含鈣較高,導(dǎo)致滲透率較低,而B井沙二段含鈣較高,導(dǎo)致滲透率較低。因此,在開發(fā)階段,采用沙一段與沙二段孔隙度滲透率關(guān)系的平均值計(jì)算滲透率,使得開發(fā)井滲透率計(jì)算變得十分復(fù)雜。

通過Lambda滲透率模型對(duì)BZ油田某開發(fā)井滲透率進(jìn)行計(jì)算(見圖5)。該井3 109～3 120 m段計(jì)算的滲透率(見第6道紅線)比用孔隙度滲透率關(guān)系平均值計(jì)算的滲透率(見第6道藍(lán)線)高,其余井段基本一致。該井段沙一段為射孔段,通過2種方法分別對(duì)該井進(jìn)行產(chǎn)能計(jì)算(見表1)。由表1可見,原方法沙一段產(chǎn)能17 m3/d,明顯比Lambda方法(54 m3/d)低,其配產(chǎn)與實(shí)際生產(chǎn)相差34 m3/d,而Lambda法在其他井段滲透率與原方法基本一致,其配產(chǎn)與實(shí)際生產(chǎn)相差3 m3/d,從而證實(shí)沙一段Lambda法計(jì)算滲透率的合理性。

圖3 BZ油田A井、B井沙一段、沙二段孔隙度滲透率關(guān)系對(duì)比圖

圖4 BZ油田A井、B井沙一段、沙二段儲(chǔ)層中子—密度交會(huì)圖

圖5 BZ油田某開發(fā)井孔隙度滲透率關(guān)系平均值法與Lambda法計(jì)算的滲透率比較

計(jì)算方法?-K(E3S1)Lambda(E3S1)全井配產(chǎn)(?-K)全井配產(chǎn)(Lambda)實(shí)際產(chǎn)能產(chǎn)能/(m3·d-1)1754186223220

3 結(jié) 論

(1) 針對(duì)渤海油田復(fù)雜巖性儲(chǔ)層滲透率計(jì)算問題開展研究,基于Lambda滲透率模型借助ECS測井技術(shù)提供的礦物成分、骨架密度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層滲透率的定量計(jì)算。

(2) 通過渤海油田部分井應(yīng)用發(fā)現(xiàn),該方法簡單實(shí)用,受巖心數(shù)據(jù)影響較小,儲(chǔ)層滲透率可直接通過ECS礦物模型計(jì)算,相對(duì)多礦物模型具有一定的確定性。

(3) 通過巖心對(duì)比與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)證實(shí),對(duì)于復(fù)雜巖性儲(chǔ)層Lambda方法能夠得到合理的滲透率值,為復(fù)雜巖性儲(chǔ)層測井評(píng)價(jià)提供一種有效手段,同時(shí)擴(kuò)展了ECS測井在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。

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