鄭建東，王曉蓮

（中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712）

致密油儲層大孔區(qū)間孔隙度計算滲透率方法

鄭建東，王曉蓮

（中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712）

松遼盆地長垣南地區(qū)扶余致密油儲層已經成為大慶油田持續(xù)穩(wěn)產較為現實的勘探突破目標。滲透率作為判斷致密油“甜點”的重要參數，其準確計算已成為致密油“七性”（巖性、物性、含油性、電性、脆性、烴源巖特性和地應力各向異性）參數評價和勘探開發(fā)部署的關鍵技術。通過分析幾種常用的測井計算滲透率方法在致密油儲層中的不適用性，應用壓汞和核磁共振實驗資料，明確了不同大小孔徑分布與滲透率的關系，利用大孔區(qū)間孔隙度對儲層滲透率貢獻較大的特點，形成了一種應用大孔區(qū)間孔隙度計算滲透率的方法，提高了致密油儲層測井計算滲透率的精度，為致密油藏的準確評價奠定了基礎。

致密油；滲透率；大孔區(qū)間孔隙度；長垣南地區(qū)；松遼盆地

0　引言

隨著松遼盆地北部中淺層石油勘探進程的不斷推進，勘探開發(fā)對象日趨復雜，致密油儲層已經成為大慶油田持續(xù)穩(wěn)產較為現實的勘探突破目標。長垣南地區(qū)扶余油層上部發(fā)育一套高成熟的青一段優(yōu)質烴源巖［1］，總有機碳質量分數平均為2.6%，鏡質體反射率平均為0.8%。薄片和粒度分析資料均顯示：儲層巖石類型為巖屑長石砂巖或長石巖屑砂巖，砂巖粒級以細—粉砂為主，其次為黏土；砂巖孔隙類型多樣，以原生粒間孔、次生溶蝕孔和微裂縫為主；喉道分布特征為細—極細歪度，孔隙比表面大，孔喉迂迥曲折，結構復雜。巖心分析有效孔隙度為4.0%～15.0%，平均為10.3%；滲透率為0.01～6.00 mD，平均為0.38 mD，屬于近源致密油儲層［2］。

相對于常規(guī)油氣而言，致密油儲層評價必須采用非常規(guī)思路和適用技術，優(yōu)選出可供改造的具有商業(yè)價值的“甜點”區(qū)段是致密油儲層評價的主要任務。滲透率大小是判斷“甜點”的重要參數，其準確計算是致密油儲層“三品質”（烴源巖品質、儲層品質、工程品質）評價中的關鍵技術。筆者應用壓汞資料分析不同大小孔徑分布與滲透率的關系，明確致密巖樣滲透率與孔隙結構有關，以及致密油儲層滲流能力主要受大孔區(qū)間（≥0.1 μm）孔隙度的控制，進而形成一種應用大孔區(qū)間孔隙度計算滲透率的方法，提高致密油儲層測井計算滲透率的精度，以期為研究區(qū)"甜點"的儲層測井評價提供依據。

1　測井計算滲透率方法研究現狀

儲層滲透率（K）是指當只有單一流體在巖石孔隙中流動而巖石沒有物理化學作用時所求得的滲透率，它是一個表征流體在巖石中流動難易程度的巖石物理參數。目前，滲透率的求取主要通過巖心分析、測井計算、地震解釋及試井等途徑［3-5］。通常，測井計算滲透率是一個既經濟、高效，又相對準確的獲取方法。

在測井計算儲層參數中，滲透率計算是比較困難的。一方面，滲透率本身影響因素比較多，包括孔隙結構、巖石結構、構造特征及測量方式等；另一方面，滲透率不能通過測井方法直接獲得，只能應用其他巖石物理參數（如孔隙度）間接轉換得到。實際生產中使用最多的是應用巖心孔滲資料，建立滲透率與孔隙度的經驗關系式。該方法簡單易操作，但缺點是具有較強的區(qū)域性，同時沒有考慮孔隙結構等因素的影響，不能滿足復雜儲層的計算精度要求。后來Timur公式解決了滲透率與孔隙度、束縛水飽和度的關系，其中束縛水飽和度在一定程度上反映了儲層孔隙結構的變化［6］。該方法在物性較好的儲層中計算精度尚可，但對于物性很差的致密油儲層，由于孔隙結構復雜、束縛水飽和度計算精度較低等原因，導致此方法適用性較差。另外，針對低孔滲儲層前人提出了在FZI（或RQI）分類的基礎上，分別采用不同孔滲關系計算滲透率以提高其精度［7］，這種方法的前提是儲層類別劃分必須準確，否則會導致滲透率計算結果誤差加大。核磁共振測井技術的出現使得測井計算滲透率精度有了一定的提高，其主要采用的是Coates束縛水-滲透率模型和SDR弛豫時間-滲透率模型［8］，該方法的計算精度依賴于核磁T2截止值的準確求取。通過對長垣南地區(qū)12塊致密巖樣核磁共振實驗結果分析可知：致密巖樣T2截止值變化范圍較大，在實際處理解釋中一般采用經驗值（33 ms）或采用其他參數建立變T2截止值公式來計算，這對致密油儲層來說一般有較大的誤差。

鑒于上述各種滲透率計算方法的不適用性，筆者根據滲透率與孔隙結構有關的特點，開展了不同孔徑大小的區(qū)間孔隙度與滲透率關系研究，形成了一種新的大孔區(qū)間孔隙度計算滲透率方法。

2　孔徑大小分布與滲透率關系

巖石滲透率的大小主要取決于喉道大小及其分布，與所通過的流體性質無關［9］。由長垣南地區(qū)扶余致密油儲層43口取心井2 017塊巖心分析孔滲資料可知，孔隙度相近條件下其滲透率相差可達2～3個數量級。如葡333井78號和141號樣品孔隙度大小相近，分別為11.7%和11.4%，而滲透率則差別較大，分別為0.41 mD和1.60 mD。從2塊樣品的壓汞孔隙分布特征可知：78號樣品以小孔徑孔隙分布為主（0.04～0.16 μm），其平均孔隙半徑為0.102 μm，滲透率貢獻分布峰位為0.16 μm；141號樣品以較大孔徑孔隙為主（0.04～1.00 μm），其平均孔隙半徑為0.426 μm，滲透率貢獻分布峰位為0.63 μm。由此可見，巖樣不同及孔徑大小分布狀況對滲透率的大小具有控制作用。

為明確致密油儲層孔徑大小分布與滲透率的關系，筆者對14口井84塊壓汞實驗資料進行了分析。結果顯示：巖石樣品平均孔隙半徑主要為0.01～1.00μm，其中大于1μm的樣品僅占3.2%，0.4～1.0 μm的樣品占10%，0.1～0.4 μm的樣品占58.9%，小于0.1μm的樣品占27.9%［圖1（a）］。據此將壓汞樣品按孔隙半徑大?。≧）分成3個區(qū)間，分別為R≥0.4 μm，0.1 μm≤R＜0.4 μm，R＜0.1 μm。對于同一樣品先分別計算上述3個區(qū)間所含孔隙的百分含量，再與此樣品的巖心分析有效孔隙度相乘，得到不同孔徑區(qū)間所對應的區(qū)間孔隙度，然后分別建立3個區(qū)間孔隙度與巖心分析滲透率的關系［圖1（b）、圖1（c）、圖1（d）］。從圖1（b）可以看出：當巖樣中存在大孔徑孔隙時，其滲透率會快速增大，大孔區(qū)間孔隙度越大，滲透率越高。由于大孔的孔隙在總孔隙空間中所占比例稍低，導致其與滲透率的相關系數較低，僅為0.6。從圖1（c）可以看出：隨著該部分區(qū)間孔隙度的增大，滲透率也增大，并且其與滲透率的相關系數有所提高，達到0.82。從圖1（d）可以看出：孔隙半徑小于0.1 μm的區(qū)間孔隙度與滲透率相關性較差。

綜上所述，長垣南地區(qū)致密油儲層滲透率大小與孔隙半徑大于0.1 μm的區(qū)間孔隙度關系密切。由壓汞資料統(tǒng)計可知：當孔隙半徑為0.1 μm時，所對應的滲透率貢獻累積值平均為96.7%，即大于0.1 μm的孔隙對滲透率的貢獻是占絕大部分的。因此，在滲透率計算中將孔徑區(qū)間分成大孔（≥0.1 μm）和微孔（＜0.1 μm）2類。

圖1　長垣南地區(qū)扶余致密油巖樣滲透率與區(qū)間孔隙度關系Fig.1　Relationship between permeability and interval porosity of tight oil samples in the Fuyu layer of the southern placanticline

3　大孔區(qū)間孔隙度計算滲透率方法與應用

由于受實驗室壓汞數據和核磁共振實驗的局限性，應用測井資料求取大孔區(qū)間孔隙度是準確計算滲透率的關鍵。到目前為止，還沒有能直接測量到儲層孔隙半徑的測井技術，常用的方法也只是利用與孔隙尺寸相關的核磁共振測井建立與孔隙的關系。核磁T2譜的表面弛豫率受孔隙表面積和孔隙體積比值的控制，而該比值與孔喉半徑分布相關，因此可以利用T2分布譜來劃分孔隙類別［10］。核磁T2弛豫時間需通過一定的轉換才能與孔隙半徑相對應。本次研究利用7口井27塊樣品（孔隙度和滲透率分別為2.5%～14.0%和0.01～1.30 mD）的壓汞和核磁共振實驗聯測結果，通過對核磁T2譜數據與壓汞毛管壓力數據的轉換得到：當孔隙半徑為0.1 μm時，對應的核磁T2弛豫時間為5 ms。圖2中三角形標記的樣品即為核磁T2值大于5 ms所計算的大孔區(qū)間孔隙度，可以看出與圓形標記的壓汞大孔區(qū)間孔隙度關系基本一致。因此，在確定了致密油儲層大孔、微孔的核磁T2界限值后，應用核磁測井T2譜計算大孔區(qū)間孔隙度（φ大孔），即可采用式（1）進行滲透率（K）的計算。與常規(guī)的孔滲關系法計算的滲透率（圖2中方塊符號）相比，其相關系數有了進一步提高，即從0.78增加到了0.92。

圖2　核磁和壓汞大孔區(qū)間孔隙度與滲透率關系Fig.2　Relationship between permeability and big pore interval porosity of NMR and mercury intrusion method

由于成本因素，研究區(qū)大部分探井、評價井和開發(fā)井均無核磁測井資料。為了生產需要，應用常規(guī)測井和壓汞資料得到的大孔區(qū)間孔隙度，通過測井參數敏感性分析，優(yōu)選密度（ρ）、聲波時差（Δt）和泥質含量（VSH）建立了應用常規(guī)測井資料計算儲層大孔區(qū)間孔隙度的計算公式［式（2）］。通過測井計算大孔區(qū)間孔隙度與壓汞分析的對比，絕對誤差為0.68%，相對誤差為9.7%。在此基礎上應用式（1）求取儲層的滲透率，即

式中：φ為孔隙度，%；Δt為聲波時差，μs/m；ρ為巖石密度，g/cm3；VSH為泥質體積分數，%。

圖3　敖A井測井計算滲透率成果Fig.3　The results of permeability from the logging calculation of Ao A well

表1　敖A井測井計算與巖心分析滲透率對比Table1　Correlation of permeability between the logging calculation and core analysis of Ao A well

通過長垣南地區(qū)扶余致密油層121口取心井的實際應用，采用上述方法計算的滲透率其精度有了明顯提高，相對誤差從原來的62%降低到了38%。圖3為敖A井測井計算滲透率成果圖，圖中第7道實線為區(qū)間孔隙計算滲透率曲線，虛線為常規(guī)孔滲方法計算滲透率曲線。從圖3和表1可以看出：79號層的Ⅰ和Ⅳ小層用2種方法計算的滲透率值基本相當，但79號Ⅱ小層和81號層區(qū)間孔隙計算的滲透率值較常規(guī)計算方法的精度要高。分析其原因主要是79號Ⅱ小層和81號層泥質含量稍大，微孔較發(fā)育，兩層的微孔孔隙度均大于4%，導致儲層滲透性變差，常規(guī)方法計算的滲透率值偏高。本文方法由于考慮了不同孔徑孔隙對滲透率的貢獻，消除了對滲透率無貢獻的微孔部分，在致密油儲層能夠獲得更加準確的滲透率計算值。

4　結論

（1）滲透率大小是判斷致密油儲層“甜點”區(qū)段的重要參數，通過本次研究形成了一種應用大孔區(qū)間孔隙度計算滲透率的方法，提高了測井計算滲透率的精度。

（2）致密巖樣滲透率大小與孔隙結構有關，不同孔徑區(qū)間孔隙度對滲透率的貢獻不同，致密油儲層滲流能力主要受大孔區(qū)間（≥0.1μm）孔隙度的控制。

（3）應用核磁和常規(guī)測井資料在求準大孔區(qū)間孔隙度的基礎上計算致密油儲層滲透率，可有效提高滲透率的計算精度。

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（本文編輯：楊琦）

Calculation method of permeability for big pore interval porosity of tight oil reservoir

ZHENG Jiandong，WANG Xiaolian
（Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Daqing Oilfield Company Ltd.，Daqing 163712，Heilongjiang，China）

The tight oil reservoir of Fuyu layer in the southern placanticline of Songliao Basin has become more practical exploration breakthrough objective for the sustained and stable yields of Daqing Oilfield.Permeability is an important parameter for evaluating the“sweet spots”of tight oil，and the accurate calculation of permeability is a key technology for parameter evaluation of“seven properties”（lithologies，physical properties，oiliness，electric properties，brittleness，source rock features and ground stress anisotropy）and the deployment and implementation of tight oil exploration and development.Based on the analysis of the inapplicability of several commonly used methods of calculating permeability by logging for tight oil reservoir，combined with experimental data from NMR and mercury intrusion，this paper determined the relationship between different pore size distribution and permeability.Accorded to the largest contribution characteristic of the big pore interval porosity to reservoir permeability，a method of using the big pore interval porosity for calculating permeability was formed.This method improved the calculation precision of logging permeability in tight oil reservoir，and provided a basis for accurate evaluation of tight oil reservoir.

tight oil；permeability；bigpore interval porosity；southern placanticline；SongliaoBasin

P618.13

A

1673-8926（2015）03-0061-05

2014-12-30；

2015-02-28

中國石油天然氣股份公司重大科技專項“大慶探區(qū)非常規(guī)油氣勘探開發(fā)關鍵技術研究與現場試驗”（編號：2012E-2603-05）資助

鄭建東（1977-），男，碩士，高級工程師，主要從事致密油儲層巖石物理綜合評價工作。地址：（163712）黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)勘探開發(fā)研究院測井室。E-mail：zhengjd@petrochina.com.cn。