鄒杰, 周曉峰, 李雙

(中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院, 北京 102249)

0 引 言

孔隙結(jié)構(gòu)指儲(chǔ)集層孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及相互連通和配比關(guān)系?？紫洞笮》从沉藥r石的儲(chǔ)集能力,而喉道的大小、形狀則影響孔隙的儲(chǔ)集和滲流能力。在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中,孔隙結(jié)構(gòu)是儲(chǔ)層性質(zhì)微觀物理研究的核心,能夠直接影響儲(chǔ)層的儲(chǔ)集與滲流能力,并最終影響油氣藏產(chǎn)能[1-3]。尤其對(duì)于低滲透儲(chǔ)層,孔滲關(guān)系復(fù)雜,儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的連續(xù)表征既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

壓汞法能夠快速、準(zhǔn)確,且定性、半定量地研究儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu),可以從毛細(xì)管壓力曲線上獲取能夠反映孔喉大小、連通性和滲流能力的參數(shù),因而是目前測定巖石毛細(xì)管壓力的主要手段[4-7]。然而壓汞資料相對(duì)有限,利用壓汞毛細(xì)管壓力曲線只能反映某一深度點(diǎn)的孔隙結(jié)構(gòu),不能連續(xù)地表征儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)。

國內(nèi)外不少研究者應(yīng)用核磁共振測井技術(shù)實(shí)現(xiàn)連續(xù)表征儲(chǔ)層隨深度變化的孔隙結(jié)構(gòu),取得了一定的效果[8-10]。但是由于核磁共振測井成本較高,資料有限,使得該方法應(yīng)用不夠廣泛。本文通過大量巖心壓汞資料確定孔隙結(jié)構(gòu)類型,并找出不同孔隙結(jié)構(gòu)類型儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的常規(guī)測井曲線響應(yīng)特征,分析常規(guī)測井信息[11-13],從而建立孔隙結(jié)構(gòu)類型測井識(shí)別方法。該方法對(duì)低滲透砂巖儲(chǔ)層的識(shí)別和評(píng)價(jià)、油氣藏產(chǎn)能的預(yù)測有重要作用。

1 姬塬地區(qū)長8儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)分類

毛細(xì)管壓力曲線作為毛細(xì)管力與潤濕相(或者非潤濕相)流體飽和度的關(guān)系曲線,不僅是孔喉半徑分布和孔隙體積的函數(shù),也是孔喉連接方式的函數(shù),更是孔隙度、滲透率以及飽和度的函數(shù),而通過壓汞法取得的毛細(xì)管壓力資料是孔隙結(jié)構(gòu)分布的主要來源[14-16]。

從姬塬地區(qū)長8儲(chǔ)層124塊巖心壓汞資料出發(fā),根據(jù)毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)(見圖1),將研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)劃分為3類。提取出壓汞資料中表征孔隙結(jié)構(gòu)的2類參數(shù),一類是物性參數(shù),包括孔隙度、滲透率;另一類是孔喉特征參數(shù)[17],包括最大進(jìn)汞飽和度、中值壓力和排驅(qū)壓力。上述參數(shù)劃分結(jié)果表明,應(yīng)用毛細(xì)管壓力曲線的形態(tài)特征及其表征參數(shù),可定性和定量地研究儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu),評(píng)價(jià)儲(chǔ)層(見表1)。

3類毛細(xì)管力曲線(見圖1)分別對(duì)應(yīng)的孔隙結(jié)構(gòu)特征如下。

第1類:毛細(xì)管壓力曲線有明顯的2段進(jìn)汞段,形態(tài)上表現(xiàn)為有2段平緩段,最大進(jìn)汞飽和度平均為79.3%,孔喉分選中等,孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性中等。第2類:毛細(xì)管力曲線存在較長平緩段,最大進(jìn)汞飽和度平均為71.4%,孔喉分選好,孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性弱。第3類:毛細(xì)管壓力曲線基本無平緩段或平緩段很短,最大進(jìn)汞飽和度平均56.7%,孔喉分選差,孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)。通過全部樣品的孔隙度滲透率交會(huì)圖(見圖2)可以看出,第1、3類孔隙結(jié)構(gòu)類型能夠利用宏觀孔隙度區(qū)分,但是第2類與第1、3類孔隙度滲透率均有重合。宏觀孔隙度可以通過常規(guī)測井資料的綜合測井解釋獲得,即測井孔隙度。如何將第2類孔隙結(jié)構(gòu)同第1、3類在測井識(shí)別上區(qū)別開,是實(shí)現(xiàn)宏觀測井信息表征微觀孔隙結(jié)構(gòu)的核心問題。

圖1 3類毛細(xì)管壓力曲線圖

圖2 壓汞樣品滲透率與孔隙度關(guān)系

參數(shù)孔隙度/%范圍平均值滲透率/mD*范圍平均值最大進(jìn)汞飽和度/%范圍平均值中值壓力/MPa范圍平均值排驅(qū)壓力/MPa范圍平均值第1類10.2～16.313.10.2～6.521.4170.4～91.779.32.3～19.89.50.16～1.220.75第2類7.1～10.98.70.086～1.640.26557.4～82.871.42.35～13.577.50.68～2.431.4第3類5.7～9.07.70.045～0.530.16241.9～76.656.76.1～44.319.00.7～5.972.4

*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4μm2,下同

2 常規(guī)測井識(shí)別孔隙結(jié)構(gòu)方法

2.1 方法原理

自然伽馬曲線能夠反映巖石粒度變化的韻律性特征,分析巖石粒度大小,而砂層垂向上粒度分布的韻律性是儲(chǔ)層非均質(zhì)性的一種表現(xiàn)[18-21]。自然伽馬曲線波動(dòng)越強(qiáng),顆粒越不均勻,孔隙結(jié)構(gòu)的分選越差,孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性越強(qiáng),儲(chǔ)層非均質(zhì)性越強(qiáng)。

測井曲線的波動(dòng)程度用測井?dāng)?shù)據(jù)的相對(duì)離散程度表示。在比較不同類型孔隙結(jié)構(gòu)的測井?dāng)?shù)據(jù)離散程度大小的時(shí)候,由于各類孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的自然伽馬的平均值不盡相同,如果直接用標(biāo)準(zhǔn)差代表的絕對(duì)離散程度進(jìn)行比較是不合適的。以鹽42井為例,第1類自然伽馬平均值為61.56,第2類自然伽馬平均值為67.91,第3類自然伽馬平均值為73.31,各類孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)自然伽馬平均值的差異導(dǎo)致直接用標(biāo)準(zhǔn)差不能可靠地比較曲線的波動(dòng)程度。而變異系數(shù)(Coefficient of Variation)又稱離散系數(shù),能夠做到這一點(diǎn),是標(biāo)準(zhǔn)差和平均值的比值

CV=(SD/MN)×100%

(1)

式中,CV為變異系數(shù);SD為標(biāo)準(zhǔn)偏差;MN為二者的平均值。

變異系數(shù)的優(yōu)勢在于能夠避免測量尺度的影響,代表相對(duì)離散程度,能夠描述曲線的波動(dòng)程度[22-23]。

孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性是微觀的,儲(chǔ)層粒度韻律的非均質(zhì)性是宏觀的,要討論兩者的一致性,有必要研究變異系數(shù)描述自然伽馬曲線波動(dòng)性的敏感性是否符合微觀孔隙結(jié)構(gòu)的要求。因此,根據(jù)變異系數(shù)算法,在計(jì)算測井?dāng)?shù)據(jù)變異系數(shù)時(shí),要選取不同個(gè)數(shù)的測井?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)研究該數(shù)學(xué)描述方法的敏感性。

常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)每0.125 m為1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),在利用壓汞資料對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)分類的基礎(chǔ)上,讀取各壓汞樣品對(duì)應(yīng)的自然伽馬曲線,自然伽馬曲線測井點(diǎn)取離壓汞巖樣所在測井深度最近點(diǎn),然后在該點(diǎn)上下方各取相鄰點(diǎn),分別計(jì)算3點(diǎn)、5點(diǎn)、7點(diǎn)、9點(diǎn)不同情況下的變異系數(shù)。與3類孔隙結(jié)構(gòu)分類進(jìn)行對(duì)比(見表2),其中以上不同個(gè)數(shù)的測井?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)0.25,0.5,0.75,1.0 m的儲(chǔ)層厚度。

分析表2的計(jì)算結(jié)果可知,3點(diǎn)法對(duì)應(yīng)0.25 m儲(chǔ)層厚度太短,且數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)太少,不能敏感反映測井曲線的波動(dòng)性。7點(diǎn)法對(duì)應(yīng)的0.75 m儲(chǔ)層厚度及9點(diǎn)法對(duì)應(yīng)的1.0 m儲(chǔ)層厚度均因厚度太大,雖然波動(dòng)性明顯但是無法與微觀的孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性較好對(duì)應(yīng)。5點(diǎn)法計(jì)算結(jié)果表明,宏觀的測井曲線波動(dòng)性與微觀的孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性對(duì)應(yīng)良好,符合理論認(rèn)識(shí)。

表2 第1、2、3類孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的4種測井曲線變異系數(shù)表

2.2 常規(guī)測井孔隙結(jié)構(gòu)識(shí)別方法

首先根據(jù)大量壓汞資料,對(duì)巖樣微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類,分類參考物性參數(shù)及孔喉特征參數(shù);然后根據(jù)所有巖樣的測井解釋孔隙度進(jìn)行宏觀初步分類;最后,應(yīng)用5點(diǎn)法計(jì)算各巖樣對(duì)應(yīng)自然伽馬曲線變異系數(shù),并比較各類孔隙結(jié)構(gòu)巖樣的自然伽馬變異系數(shù)大小。結(jié)合測井孔隙度和自然伽馬曲線變異系數(shù),同孔隙結(jié)構(gòu)的分類進(jìn)行對(duì)應(yīng),找出各類孔隙結(jié)構(gòu)巖樣所對(duì)應(yīng)的測井解釋孔隙度及自然伽馬變異系數(shù)特征,完成孔隙結(jié)構(gòu)的常規(guī)測井識(shí)別。

對(duì)于姬塬地區(qū)長8儲(chǔ)層,根據(jù)上述方法,由表1的各類孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的孔隙度及表2的自然伽馬變異系數(shù),繪制了孔隙結(jié)構(gòu)的常規(guī)測井識(shí)別圖版(見圖3)。其中,第3類孔隙結(jié)構(gòu)自然伽馬變異系數(shù)最大,與3類孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性最強(qiáng)相符合;第2類自然伽馬變異系數(shù)最小,同樣與該類孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性最弱相符合;第1類的變異系數(shù)平均值大于第2類,但是變異系數(shù)范圍跨度較大,影響了與第2類的區(qū)分,通過逐點(diǎn)分析第1類變異系數(shù),發(fā)現(xiàn)孔隙度小于10.8的1類巖樣變異系數(shù)均大于3。

圖3 鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長8孔隙結(jié)構(gòu)測井識(shí)別圖版

分析圖3可知,孔隙度小于9.8、變異系數(shù)大于3時(shí)為第3類孔隙結(jié)構(gòu);孔隙度小于10.8、變異系數(shù)小于3時(shí)為第2類孔隙結(jié)構(gòu);第1類孔隙結(jié)構(gòu)存在2段平緩段,孔隙度較大(大于10),但當(dāng)孔隙度小于10.8時(shí)該類孔隙結(jié)構(gòu)變異系數(shù)大于3。這是由于第1類儲(chǔ)層砂巖粒度粗,膠結(jié)物以綠泥石膜為主,物性好,但是該類儲(chǔ)層中部分孔隙被高嶺石填充使大孔隙變成細(xì)微孔隙,降低了孔隙度,增大了孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性。利用該圖版能夠在該地區(qū)比較準(zhǔn)確識(shí)別儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)。變異系數(shù)的應(yīng)用有效解決了低滲透儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)常規(guī)測井識(shí)別的問題。

3 應(yīng)用效果分析

利用上述測井識(shí)別方法,按照孔隙結(jié)構(gòu)常規(guī)測井識(shí)別圖版標(biāo)準(zhǔn),對(duì)姬塬地區(qū)54口井長8儲(chǔ)層進(jìn)行分析處理,并將識(shí)別結(jié)果與壓汞資料進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證本文提出方法的可靠性。圖4為黃55井長8儲(chǔ)層2 552～2 571 m井段測井曲線識(shí)別,并對(duì)該井段儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行了解釋,驗(yàn)證方法可靠性。圖4中虛線位置為樣品所在位置。由圖4可見,2 566.5～2 567.3 m井段自然伽馬值小于90,測井孔隙度9.8～11.2,自然伽馬變異系數(shù)大于3。利用圖4圖版判斷該段儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)為1類孔隙結(jié)構(gòu),2 567.0 m井段處的巖樣壓汞曲線顯示,毛細(xì)管壓力曲線有2段平緩段,屬于1類孔隙結(jié)構(gòu),與常規(guī)測井資料的判斷結(jié)果一致。

而在2 569～2 570 m井段自然伽馬值約為90,測井孔隙度約為9.4,自然伽馬變異系數(shù)小于3,綜合判斷為第2類,從2 569.5 m處的巖樣毛細(xì)管壓力曲線上看,只有一段較長的平緩段,說明孔隙結(jié)構(gòu)較均質(zhì),與測井資料判斷結(jié)果一致。同時(shí),根據(jù)測井孔隙度及自然伽馬變異系數(shù)判斷,該段儲(chǔ)層包含少量的第3類孔隙結(jié)構(gòu),而第3類孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性較強(qiáng),是低滲透儲(chǔ)層情況復(fù)雜開發(fā)難度大的主要原因。

圖4 黃55井長8段孔隙結(jié)構(gòu)測井響應(yīng)特征

4 結(jié) 論

(1) 根據(jù)毛細(xì)管力曲線形態(tài)可以將姬塬地區(qū)長8儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分為3類。第1類:毛細(xì)管壓力曲線有明顯2段進(jìn)汞段,形態(tài)上表現(xiàn)為有2段平緩段,孔喉分選中等,孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性中等。第2類:毛細(xì)管力曲線存在較長平緩段,孔喉分選好,孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性弱。第3類:毛細(xì)管壓力曲線基本無平緩段或平緩段很短,孔喉分選差,孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)。

(2) 利用測井曲線的變異系數(shù)大小表征孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性的強(qiáng)弱,通過計(jì)算該區(qū)自然伽馬曲線的變異系數(shù),發(fā)現(xiàn)孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)的儲(chǔ)層變異系數(shù)大,非均質(zhì)性弱的儲(chǔ)層變異系數(shù)小,因此能夠?qū)?chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)在宏觀物性的基礎(chǔ)上進(jìn)行測井識(shí)別。

(3) 提出了測井識(shí)別儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的圖版,通過圖版可以在有常規(guī)測井資料的井段連續(xù)獲得孔隙結(jié)構(gòu)的信息,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的連續(xù)表征。

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