葛紅旗

(油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 武漢 430100)

吳沁軒，金科年

(中國(guó)石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司測(cè)井公司，新疆 克拉瑪依 834000)

高楚橋

(長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢 430100)

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A地區(qū)低孔低滲儲(chǔ)層物性下限確定方法研究

葛紅旗

(油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 武漢 430100)

吳沁軒，金科年

(中國(guó)石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司測(cè)井公司，新疆 克拉瑪依 834000)

高楚橋

(長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢 430100)

A地區(qū)砂巖儲(chǔ)層具有典型的低孔、低滲特征。分析了該地區(qū)儲(chǔ)層巖性、物性特征，并統(tǒng)計(jì)了A地區(qū)巖心孔隙度、滲透率的分布情況，確定了低孔、低滲儲(chǔ)層的物性分布范圍。采用孔滲關(guān)系法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、最大曲率半徑法、最小流動(dòng)孔喉半徑法等4種方法確定了A地區(qū)的物性下限；綜合分析不同方法的結(jié)果并結(jié)合實(shí)際情況，確定孔隙度下限為7.31%，滲透率下限為0.29mD，并利用試油資料驗(yàn)證了該儲(chǔ)層物性下限的合理性。綜合多種方法確定的物性下限能較好地應(yīng)用于低孔、低滲地區(qū)測(cè)井資料解釋處理中，為油氣藏的儲(chǔ)量計(jì)算提供可靠依據(jù)。

低孔、低滲儲(chǔ)層；孔隙度下限；滲透率下限

近年來(lái)，在低孔、低滲砂巖儲(chǔ)層勘探中取得了許多突破性進(jìn)展[1]。儲(chǔ)層物性下限的確定是關(guān)系到油氣勘探、開(kāi)發(fā)決策的關(guān)鍵問(wèn)題。低孔、低滲砂巖儲(chǔ)層具有典型的低孔隙度、低滲透率特征，若沒(méi)有確定有效儲(chǔ)層的物性下限，可能會(huì)導(dǎo)致試氣段多次出現(xiàn)干層，或者在確定的干層、差巖性?xún)?chǔ)層內(nèi)發(fā)現(xiàn)有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的氣藏，給勘探開(kāi)發(fā)工作帶來(lái)較大影響[2]。因此，精確確定物性下限顯得尤為重要。

有效儲(chǔ)層是指在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，具有一定價(jià)值產(chǎn)液量的儲(chǔ)層，前提是含有可動(dòng)流體。有效儲(chǔ)層的物性下限一般用可以?xún)?chǔ)集和滲濾流體的最小孔隙度和最小滲透率來(lái)度量的[3]。目前，確定孔隙度、滲透率下限的常用方法主要有孔滲關(guān)系法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、最大曲率半徑法和最小流動(dòng)孔喉半徑法等。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，一種方法確定的物性下限只能從一個(gè)方面反映儲(chǔ)層的特征，具有片面性，不能代表儲(chǔ)層真正的物性下限。為了得到合理的下限，通常需要綜合對(duì)比各種方法的結(jié)果，避免每種方法的不足，并結(jié)合實(shí)際情況，最終確定物性下限。

1　儲(chǔ)層巖性、物性特征

1.1巖性特征

圖1　A地區(qū)孔隙度分布直方圖

圖2　A地區(qū)滲透率分布直方圖

A地區(qū)儲(chǔ)層巖石填隙物以泥質(zhì)為主，偶見(jiàn)方解石、白云石、硅質(zhì)膠結(jié)。泥質(zhì)呈薄膜狀、纖維狀，大部分已絹云母化，其中部分分布不均，局部地方呈塊狀或條帶狀富集。方解石呈粉晶-連晶狀，部分含鐵，具白云質(zhì)環(huán)邊。白云石呈粉晶-不規(guī)則狀，大部分含鐵，局部分布。硅質(zhì)圍繞顆粒分布，少見(jiàn)鋯石、石榴石、白鈦礦等。膠結(jié)類(lèi)型主要為接觸-壓嵌型，部分為薄膜-壓嵌型、孔隙-接觸型，個(gè)別為孔隙-連晶型膠結(jié)。顆粒間主要為點(diǎn)-線(xiàn)接觸，其次為凹凸-線(xiàn)接觸，個(gè)別為點(diǎn)或線(xiàn)接觸。磨圓度主要為次棱-次圓，少量次棱或次圓。風(fēng)化程度主要為中-淺風(fēng)化。分選主要為好、好-中、中-好，少量為差。致密程度高。

研究區(qū)儲(chǔ)層巖性以中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、不等粒砂巖為主，其次為粗砂巖、極細(xì)砂巖和細(xì)粉砂巖，少見(jiàn)礫巖；同時(shí)隨著深度變大，巖性粒度遞變規(guī)律明顯(由粗到細(xì))。中砂巖成分以石英為主，長(zhǎng)石及暗色礦物次之，偶見(jiàn)礫石，礫石粒徑一般為2～3mm，最大可達(dá)5mm。細(xì)砂巖成分以石英為主，少量長(zhǎng)石及暗色礦物，以細(xì)粒為主，部分為粉粒，見(jiàn)少量碳屑，次棱-次圓，分選好，泥質(zhì)膠結(jié)。粉砂巖成分主要為石英，次為長(zhǎng)石，以粉粒為主，分選較好，泥質(zhì)膠結(jié)且致密。巖性較粗的儲(chǔ)層，孔滲性較好，相反則較差。研究區(qū)儲(chǔ)層巖性整體較細(xì)，綜合認(rèn)為研究區(qū)主要為低孔、低滲砂巖儲(chǔ)層。

1.2物性特征

利用A地區(qū)8口井的取心物性資料，制作了該區(qū)的孔隙度、滲透率分布直方圖(圖1、2)。由圖可知，A地區(qū)孔隙度主要分布在6%～14%，滲透率主要分布在0.1～40mD，研究區(qū)基本屬于低孔、低滲儲(chǔ)層，隨著深度增加，儲(chǔ)層致密程度增大，儲(chǔ)層物性越差。

2　物性下限的確定

圖3　A地區(qū)巖心孔隙度-滲透率交會(huì)圖

圖4　A地區(qū)孔隙度頻率分布直方圖

圖5　A地區(qū)飽和度中值壓力-巖心孔隙度交會(huì)圖

根據(jù)A地區(qū)物性分析結(jié)果， 3個(gè)主要的研究層段(B3層、B4層、B5層)孔隙度差別不大，但滲透率相差較大。故滲透率下限需要結(jié)合不同層段孔滲模型關(guān)系，確定各層段滲透率下限，再求算術(shù)平均值作為滲透率下限。目前，確定孔隙度、滲透率下限的常用方法主要有孔滲關(guān)系法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、最大曲率半徑法和最小流動(dòng)孔喉半徑法等4種方法。

2.1孔滲關(guān)系法

利用常規(guī)物性分析數(shù)據(jù)(3679塊)繪制孔隙度-滲透率交會(huì)圖(圖3)，分析發(fā)現(xiàn)，曲線(xiàn)明顯呈3段：第1段滲透率隨孔隙度快速增加而變化不大，該段主要為無(wú)滲透能力的孔隙；第2段隨著孔隙度增加，滲透率明顯增大，該段是有一定滲透能力的有效孔隙；第3段孔隙度變化較少，滲透率急劇增大，表明巖石滲流性很強(qiáng)，達(dá)到了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。以第1段與第2段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)作為無(wú)效儲(chǔ)層與有效儲(chǔ)層的孔隙度界限，即A地區(qū)的孔隙度下限為 7%。結(jié)合各層段孔滲關(guān)系得到滲透率下限為：B3層0.35mD，B4層0.20mD，B5層0.17mD，平均0.24mD。

2.2經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法

經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法是指當(dāng)累計(jì)丟失能力為5%時(shí)，對(duì)應(yīng)的孔隙度作為孔隙度下限。利用孔隙度與滲透率的關(guān)系，計(jì)算出各層段對(duì)應(yīng)的滲透率下限。

對(duì)A地區(qū)8口井3679塊巖心樣品的物性分析結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，繪制了該區(qū)孔隙度頻率分布直方圖(圖4)。由圖4可以看出，當(dāng)累計(jì)丟失能力為5%時(shí)，所對(duì)應(yīng)的孔隙度為6.44%。結(jié)合各層段孔滲關(guān)系得到滲透率下限為：B3層0.24mD，B4層0.16mD，B5層0.14mD，平均0.18mD。

2.3最大曲率半徑法

圖5為利用毛細(xì)管壓力資料繪制的飽和度中值壓力與孔隙度的交會(huì)圖(數(shù)據(jù)來(lái)自A地區(qū)8口井的壓汞試驗(yàn)資料)。圖5中曲線(xiàn)的最大曲率半徑處(突變點(diǎn))對(duì)應(yīng)的孔隙度即為孔隙度下限。對(duì)圖5中的擬合曲線(xiàn)方程(y=6257x-3.837)分別求取一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)，即可求解出曲率：

(1)

式中：ρ為曲率，m-1；y′為一階導(dǎo)數(shù)；y″為二階導(dǎo)數(shù)。

由于曲率半徑為曲率的倒數(shù)，所以最小曲率對(duì)應(yīng)的孔隙度即為孔隙度下限。利用式(1)求得曲線(xiàn)最小曲率處對(duì)應(yīng)的巖心孔隙度為8.4%。結(jié)合各層段孔滲關(guān)系得到滲透率下限為：B3層0.82mD，B4層0.38mD，B5層0.27mD，平均0.49mD。

2.4最小流動(dòng)孔喉半徑法

巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)和喉道尺寸大小對(duì)巖石的宏觀滲流特性有很大影響。巖石喉道的粗細(xì)，也就是孔喉半徑的大小，對(duì)油氣是否能在一定壓差下從巖石中流出起決定性作用。通常將既能儲(chǔ)集油氣又能使油氣滲流的最小孔隙通道稱(chēng)為有效儲(chǔ)層的最小流動(dòng)孔喉。

最小流動(dòng)孔喉半徑法分為2個(gè)步驟：一是利用J函數(shù)求取平均毛細(xì)管壓力；二是利用Purcell公式求取最小流動(dòng)孔喉半徑。再根據(jù)孔喉半徑與物性之間的關(guān)系確定儲(chǔ)層物性下限。

1)J函數(shù)求取平均毛細(xì)管壓力由于每個(gè)樣品只能代表儲(chǔ)層某點(diǎn)的特征，只有性質(zhì)相同的毛細(xì)管壓力曲線(xiàn)(同一孔隙結(jié)構(gòu))平均(即還原)為一條具有代表性的儲(chǔ)層毛細(xì)管壓力曲線(xiàn)，才能正確反映儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能及其微觀非均質(zhì)情況[4]。為消除孔隙度和滲透率對(duì)毛細(xì)管壓力的影響，采用J函數(shù)求取平均毛細(xì)管壓力：

(2)

(3)

圖6　A地區(qū)J與Sw的關(guān)系

式中：Sw為含水飽和度，%；pc為毛細(xì)管壓力，MPa；σ為界面張力，mN/m；θ是潤(rùn)濕角，(°)；K為滲透率，mD；φ為孔隙度，%；a、b為常數(shù)，1。

選用研究區(qū)8口井的巖心壓汞資料，得到研究區(qū)儲(chǔ)層的J函數(shù)曲線(xiàn)(圖6)。根據(jù)壓汞數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，孔隙度均值為8.7%，滲透率均值為8.269mD，σcosθ為固定值14.6946，由此可以得到J。再根據(jù)式(3)可以得到不同壓力下的Sw。

2)利用Purcell公式求取最小流動(dòng)孔喉半徑以等對(duì)數(shù)孔喉半徑間隔距離為單元，根據(jù)注汞壓力與進(jìn)汞量之間的關(guān)系求取每一個(gè)單元的滲透率貢獻(xiàn)值，當(dāng)累積滲透率貢獻(xiàn)值達(dá)到99.99%以上時(shí)，所對(duì)應(yīng)的孔喉半徑即為最小流動(dòng)孔喉半徑：

(4)

(5)

∑K=∑ΔK

(6)

式中：ΔKi是區(qū)間滲透能力貢獻(xiàn)值，%；pc,i、pc,i+1分別為單元i和i+1對(duì)應(yīng)的毛細(xì)管壓力，MPa；ΔK為區(qū)間滲透能力，%；ΔS(i～i+1)為區(qū)間進(jìn)汞量，%；∑K為累計(jì)滲透率貢獻(xiàn)值，%?！痞為累計(jì)區(qū)間滲透能力，%。

表1為利用Purcell公式確定的最小流動(dòng)孔喉半徑數(shù)據(jù)表，當(dāng)累積滲透率貢獻(xiàn)值達(dá)到99.99%以上時(shí)，對(duì)應(yīng)的孔喉半徑為0.1μm，即為最小流體孔喉半徑。

由壓汞試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到孔隙度與孔喉半徑之間的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)該關(guān)系式可計(jì)算出孔隙度下限為7.41%，再由滲透率與孔喉半徑之間的關(guān)系式得到滲透率下限為0.25mD。

表1　A地區(qū)Purcell公式確定最小流動(dòng)孔喉半徑數(shù)據(jù)表

注：r為孔喉半徑；SHg為汞飽和度。

表2　A地區(qū)儲(chǔ)層物性下限表

圖7　A地區(qū)測(cè)井解釋孔隙度與滲透率交會(huì)圖

結(jié)合A地區(qū)的實(shí)際情況，根據(jù)上述4種方法確定的儲(chǔ)層物性下限的算術(shù)平均值，確定研究區(qū)有效儲(chǔ)層物性下限為：孔隙度下限7.31%，滲透率下限0.29mD(表2)。

3　方法驗(yàn)證

利用最優(yōu)化測(cè)井解釋程序的解釋結(jié)果，結(jié)合三維熒光錄井、測(cè)試等資料將有氣水顯示及干層層段的孔隙度與滲透率交會(huì)，得到A地區(qū)孔隙度與滲透率的交會(huì)圖(圖7)。圖7中氣層和水層的資料點(diǎn)主要集中在孔隙度大于7.31%，滲透率大于0.29mD的區(qū)域；干層的資料點(diǎn)孔隙度小于7.31%，滲透率小于0.29mD。說(shuō)明綜合多種方法確定的物性下限能有效區(qū)分儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層(干層)。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析A地區(qū)低孔、低滲砂巖儲(chǔ)層的巖性、物性特征，確定儲(chǔ)層物性(孔隙度、滲透率)分布范圍；利用巖心分析、壓汞分析和試油等資料，采用孔滲關(guān)系法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、最大曲率半徑法、最小流動(dòng)孔喉半徑法等4種方法分別求出孔隙度、滲透率下限。根據(jù)4種方法所得結(jié)果的算術(shù)平均值，確定了研究區(qū)儲(chǔ)層的孔隙度下限為7.31%，滲透率下限為0.29mD，并得到了試氣資料的證實(shí)，為氣藏儲(chǔ)量計(jì)算提供了依據(jù)。

[1]彭勃，呂國(guó)祥.子洲氣田山23段低孔低滲砂巖儲(chǔ)層物性下限確定方法研究[J].油氣地球物理，2008，6(2)：10～13.

[2]李燁，司馬立強(qiáng)，閆建平，等.低孔、低滲致密砂巖儲(chǔ)層物性下限值的確定[J].天然氣工業(yè)，2014，34(4)：52～56.

[3]付金華，羅安湘，張妮妮，等.鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組有效儲(chǔ)層物性下限的確定[J].中國(guó)石油勘探，2014，19(6)：82～88.

[4]焦翠華，夏冬冬，王軍，等.特低滲砂巖儲(chǔ)層物性下限確定方法[J].石油與天然氣地質(zhì)，2009，30(3)：379～383.

[編輯]龔丹

2015-12-08

葛紅旗(1989-)，男，碩士生，現(xiàn)主要從事地球物理測(cè)井及測(cè)井資料解釋方面的研究與學(xué)習(xí)工作，715171548@qq.com。

P631.84

A

1673-1409(2016)26-0024-05

[引著格式]葛紅旗，吳沁軒，金科年 等.A地區(qū)低孔低滲儲(chǔ)層物性下限確定方法研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2016,13(26):24～28.