李忠新

(中國(guó)石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院,山東 東營(yíng) 257000)

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基于核磁及壓汞資料的孔隙結(jié)構(gòu)連續(xù)性定量表征方法研究
——以渤南油田沙三中亞段儲(chǔ)層為例

李忠新

(中國(guó)石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院,山東 東營(yíng) 257000)

[摘要]儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的定量表征對(duì)于低滲透油藏開發(fā)至關(guān)重要，目前孔隙結(jié)構(gòu)的獲取多依賴于實(shí)驗(yàn)分析,周期長(zhǎng)且連續(xù)性差,制約了孔隙結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步分析及應(yīng)用。核磁共振測(cè)井是儲(chǔ)層不同尺度孔隙空間的綜合表征,因此在一定程度上可以反映孔隙結(jié)構(gòu)?；诤舜殴舱駵y(cè)井資料,以壓汞參數(shù)為刻度,建立了基于T2分布與孔隙結(jié)構(gòu)之間的數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型,并以渤南油田沙三中亞段為例進(jìn)行了應(yīng)用分析,達(dá)到了單井孔隙結(jié)構(gòu)連續(xù)性定量評(píng)價(jià)的目的,該研究思路可為同類型油藏的孔隙結(jié)構(gòu)研究提供借鑒和參考。

[關(guān)鍵詞]孔隙結(jié)構(gòu);核磁共振;壓汞曲線;渤南油田;數(shù)理統(tǒng)計(jì)

孔隙結(jié)構(gòu)是指孔隙和吼道幾何形狀、大小、分布、相互連通情況及之間的配置關(guān)系。儲(chǔ)層巖石的微觀孔隙結(jié)構(gòu)直接影響著儲(chǔ)層的儲(chǔ)集與滲流能力,并最終決定著油氣藏產(chǎn)能[1]。對(duì)于低滲透油藏而言,在油田開發(fā)過程中,孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和非均質(zhì)性往往引起含水上升快、啟動(dòng)壓力大等難題,因此對(duì)于低滲透油藏的孔隙結(jié)構(gòu)研究一直是地質(zhì)人員關(guān)注的熱點(diǎn)問題?，F(xiàn)有的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)獲取方法局限于取心實(shí)驗(yàn)的樣品,無論在代表性及連續(xù)性上都存在一定局限。筆者以渤南油田五區(qū)義5-檢2井核磁測(cè)井、巖心壓汞分析等資料為基礎(chǔ),利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與T2幾何平均值之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系,探討連續(xù)定量評(píng)價(jià)孔隙結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果。

1研究區(qū)概況

渤南油田位于濟(jì)陽坳陷沾化凹陷東北部的渤南洼陷內(nèi),渤南油田五區(qū)位于渤南油田東南部,構(gòu)造上位于渤南洼陷南部的緩坡斷階帶,南北為兩條北傾的二級(jí)正斷層(圖1)。渤南油田沙河街組是勝利油田低滲透油藏的典型代表,其主力含油層系為古近系沙河街組沙三段9砂組砂巖儲(chǔ)層,平均油藏埋深3 200 m,平均孔隙度為16.8%,平均滲透率為37×10-3μm2,屬于中—低孔隙度、低—特低滲透率儲(chǔ)層。

渤南油田于1973年投產(chǎn),歷經(jīng)30多年的注水開發(fā),目前綜合含水86.2%,已經(jīng)進(jìn)入中高含水階段,目前開發(fā)態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)出含水上升,產(chǎn)液量下降,產(chǎn)油量下降,注水井吸水能力下降現(xiàn)象。為了進(jìn)一步摸清該區(qū)縱橫向儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征,為油田開發(fā)調(diào)整提供依據(jù),2013年在渤南五區(qū)部署了密閉取心井義5-檢2井,豐富的巖心資料為后期孔隙結(jié)構(gòu)的研究奠定了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2孔隙結(jié)構(gòu)定量表征方法

儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)包含孔隙吼道半徑等反映孔隙大小的參數(shù)，分選系數(shù)等反映分選性的參數(shù)和反映孔喉連通性的參數(shù)。其獲取方法通常分為3大類:①間接測(cè)定法，主要是毛管壓力法,包括壓汞法、半滲透隔板法等;②直接觀測(cè)法,包括鑄體薄片法、圖像分析法、掃描電鏡法等;③數(shù)字巖心法。三者之中,應(yīng)用最為廣泛的是壓汞毛管壓力法。

2.1核磁共振資料定量評(píng)價(jià)孔隙結(jié)構(gòu)的基本原理

核磁共振可以直接對(duì)儲(chǔ)層孔隙流體進(jìn)行探測(cè),而不受巖性的影響,其測(cè)量的T2譜信號(hào)由不同的孔隙內(nèi)流體氫核的信號(hào)疊加。T2譜分布反映了巖石孔隙大小的分布,大孔隙組分對(duì)應(yīng)長(zhǎng)的T2譜分布,小孔隙組分對(duì)應(yīng)短的T2譜分布。

核磁共振主要反映儲(chǔ)層孔隙大小及分布,并不直接提供孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù),但在低滲透儲(chǔ)層中,由于孔隙大小及分布與孔隙結(jié)構(gòu)(喉道)分布特征有密切關(guān)系,因此核磁共振也常被用來作為一種中介橋梁來近似表征儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)[2-3]。Yakov等[4]首次提出橫向弛豫時(shí)間和毛管壓力之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,為利用核磁共振測(cè)井資料研究巖石的孔隙結(jié)構(gòu)提供了理論和方法上的支持。中國(guó)測(cè)井學(xué)者運(yùn)華云、高敏、劉堂宴等[5-7]通過對(duì)巖心核磁共振T2分布與壓汞孔喉半徑分布進(jìn)行對(duì)比,進(jìn)一步推導(dǎo)了毛管壓力曲線和核磁共振T2分布的轉(zhuǎn)換關(guān)系,使利用核磁共振定量評(píng)價(jià)孔隙結(jié)構(gòu)成為可能。

總體來說,核磁測(cè)井進(jìn)行儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)表征技術(shù)有2大類方法,一種是偽毛管壓力曲線法,另一種是T2幾何均值法,兩種方法均為目前研究的熱點(diǎn)。通過實(shí)際應(yīng)用對(duì)比,第一種偽毛管壓力曲線法須考慮的影響因素眾多,如何雨丹,邵維志,肖飛等[8-10]在具體方法實(shí)現(xiàn)(如含烴校正,二維等面積刻度等)方面做了卓有成效的改進(jìn)及探討,但從另外一方面也反映了該方法的復(fù)雜性。相比較而言,T2幾何均值法可以直接依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù),省去核磁T2譜與偽毛管壓力曲線的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),更為方便和直接,更具有推廣價(jià)值。

2.2基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)法的孔隙結(jié)構(gòu)定量表征模型構(gòu)建

基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)表征的基礎(chǔ)是建立孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與核磁T2譜之間的定量模型,其中孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)可由巖心壓汞實(shí)驗(yàn)樣品獲得,而T2幾何分布可由核磁共振測(cè)井提供。

表1為義5-檢2井室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果。其中,T2截止值由實(shí)驗(yàn)得出,它將總孔隙度所對(duì)應(yīng)的T2譜分成兩部分,小于截止值的所有T2對(duì)應(yīng)的幅度累加得出束縛流體,大于截止值的所有T2對(duì)應(yīng)的幅度累加得出可動(dòng)流體。分析結(jié)果表明,孔隙度最大為20.0%,最小為15.0%,孔隙度平均為17.71%;滲透率最大為72.8×10-3μm2,最小值為1.62×10-3μm2,滲透率平均為16.48×10-3μm2;T2截止值最小為18.87 ms,最大為46.83 ms,平均值為31.69 ms。

T2幾何平均值是核磁T2譜的重要參數(shù),其計(jì)算方法為

式中,T2gm為T2幾何平均值;T2i為T2譜的第i個(gè)時(shí)間布點(diǎn),ms;φi為第i個(gè)時(shí)間布點(diǎn)對(duì)應(yīng)的孔隙大小;Φ為總孔隙度。

根據(jù)公式計(jì)算,義5-檢2井的T2幾何平均值最小為18.22 ms,最大為49.81 ms,平均值為29.96 ms,見表1。

表1中排驅(qū)壓力是指某一巖樣中的濕潤(rùn)相流體被非濕潤(rùn)相流體開始排替所須的最低壓力,代表巖石最大孔喉處對(duì)應(yīng)的毛管壓力?？缀碓酱?非潤(rùn)濕相的汞越易進(jìn)入孔喉,故排驅(qū)壓力越小;同時(shí),孔喉越大,T2幾何平均值越大?？梢?排驅(qū)壓力與T2幾何平均值呈負(fù)相關(guān)。以表1為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立T2幾何平均值與排驅(qū)壓力的模型,如圖2所示。

中值壓力是指在驅(qū)替毛管壓力曲線上飽和度為50%時(shí)相應(yīng)的毛管壓力值,P50越小,反應(yīng)巖石滲濾性能越好。以表1為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立T2幾何平均值與中值壓力的模型,如圖3所示。

孔隙喉道半徑(簡(jiǎn)稱孔喉半徑)是以能夠通過孔隙喉道的最大球體半徑來衡量的,孔喉半徑的大小受孔隙結(jié)構(gòu)影響極大。在排驅(qū)壓力下汞能進(jìn)入的孔隙喉道半徑即巖樣中最大孔喉半徑。以表1為基

礎(chǔ)數(shù)據(jù),利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立T2幾何平均值與最大孔喉半徑的模型,如圖4所示。

孔喉半徑總平均值的量度,若孔喉半徑大,孔隙空間的連通性好,液體在孔隙系統(tǒng)中的滲流能力就強(qiáng)?？缀戆霃皆酱?T2幾何平均值越大,可見,T2幾何平均值與孔喉半徑平均值呈正相關(guān),如圖5所示。

3實(shí)例處理及分析

應(yīng)用建立的方法對(duì)義5-檢2井沙三中亞段進(jìn)行了單井縱向連續(xù)性處理。圖6為義5-檢2井孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算成果圖,左起分別為泥質(zhì)指示曲線道、深度道、電阻率曲線道、T2譜及T2幾何平均值曲線道、排驅(qū)壓力、最大孔喉半徑、平均孔喉半徑。后3道中上面柱子為室內(nèi)壓汞實(shí)驗(yàn)得到的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。

自上而下,儲(chǔ)層總體上儲(chǔ)集和滲流能力表現(xiàn)為,排驅(qū)壓力變大,最大孔隙半徑和平均孔喉半徑變小。通過圖上柱子與計(jì)算曲線對(duì)比可以看出,計(jì)算結(jié)果與巖心分析一致,能夠較好地反映儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)特征。

4結(jié)束語

儲(chǔ)層巖石的孔隙結(jié)構(gòu)是油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要參數(shù),目前的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方法存在數(shù)據(jù)點(diǎn)少、代表性差等問題。以核磁共振測(cè)井資料為基礎(chǔ),壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為刻度,構(gòu)建了T2幾何平均值與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的定量解釋模型,進(jìn)而獲取了單井縱向連續(xù)的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù),為油田開發(fā)的分層部署及調(diào)整提供了參考。該方法建立的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算模型可以應(yīng)用到同一地區(qū)同一類儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)表征研究中,具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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[責(zé)任編輯]董大偉

[收稿日期]2016-01-06

[基金項(xiàng)目]山東省自然科學(xué)基金資助(ZR2015PD008)

[作者簡(jiǎn)介]李忠新(1986—),男，山東鄆城人,中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院工程師,主要從事核磁共振測(cè)井方法及應(yīng)用、開發(fā)地質(zhì)綜合研究。

doi:10.3969/j.issn.1673-5935.2016.01.004

[中圖分類號(hào)]TE122.2

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1673-5935(2016)01- 0011- 04