劉彥成，羅憲波，康凱，李廷禮，蔣曙鴻，張俊，張章，李云婷

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459；2.中海油研究總院，北京 100028）

陸相多層砂巖油藏滲透率表征與定向井初期產(chǎn)能預(yù)測(cè)
——以蓬萊19-3油田為例

劉彥成1，羅憲波1，康凱1，李廷禮1，蔣曙鴻2，張俊1，張章1，李云婷1

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459；2.中海油研究總院，北京 100028）

基于對(duì)蓬萊19-3油田多層砂巖油藏定向井初期產(chǎn)能主要影響因素的研究，提出基于巖相約束的滲透率解釋模型，建立了適用于海上多層砂巖油藏的定向井初期產(chǎn)能預(yù)測(cè)公式。蓬萊19-3油田定向井初期產(chǎn)能主要影響因素為滲透率和含油飽和度。利用蓬萊19-3油田巖心、掃描電鏡、鑄體薄片、測(cè)井和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等資料，綜合考慮儲(chǔ)集層宏觀沉積特征和微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)滲透率的影響，建立了基于巖相約束的多層砂巖油藏滲透率解釋新模型。在滲透率校正的基礎(chǔ)上，引入電阻增大率表征含油飽和度的影響，修正Vandervlis的定向井產(chǎn)能公式，得到適用于陸相多層砂巖油藏定向合采井初期產(chǎn)能的計(jì)算公式。研究結(jié)果表明，考慮巖相約束后的滲透率并引入電阻增大率后的產(chǎn)能預(yù)測(cè)公式計(jì)算精度高。圖7表4參15

多層合采；滲透率表征；含油飽和度；定向井；產(chǎn)能預(yù)測(cè)；蓬萊19-3油田；渤海灣盆地

引用：劉彥成,羅憲波,康凱,等.陸相多層砂巖油藏滲透率表征與定向井初期產(chǎn)能預(yù)測(cè):以蓬萊19-3油田為例[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2017,44(1):97-103.

LIU Yancheng,LUO Xianbo,KANG Kai,et al.Permeability characterization and directional wells initial productivity prediction in the continental multilayer sandstone reservoirs:A case from Penglai 19-3 oil field,Bohai Bay Basin[J].Petroleum Exploration and Development,2017,44(1):97-103.

0 引言

渤海灣盆地蓬萊19-3油田儲(chǔ)集層為典型的陸相多層砂巖。為兼顧開(kāi)發(fā)效果與生產(chǎn)成本，初期采用1套層系定向井多層合采的開(kāi)發(fā)方式[1-3]。然而，蓬萊19-3油田地質(zhì)條件復(fù)雜，油層縱向跨度大，儲(chǔ)集層非均質(zhì)性嚴(yán)重，油井初期產(chǎn)能預(yù)測(cè)十分困難。油井初期產(chǎn)能預(yù)測(cè)結(jié)果決定了鉆井工作量和投資規(guī)模，科學(xué)有效地預(yù)測(cè)油井初期產(chǎn)能也是快速建產(chǎn)和高效開(kāi)發(fā)此類油藏的關(guān)鍵[4]。

目前對(duì)于滲透率解釋和定向井產(chǎn)能預(yù)測(cè)的研究較多，但將二者結(jié)合來(lái)對(duì)多層砂巖油藏產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)測(cè)的研究相對(duì)較少。本文基于對(duì)多層砂巖油藏定向井初期產(chǎn)能主要影響因素的研究，提出基于巖相約束的滲透率解釋模型，引入電阻增大率表征含油飽和度的影響，建立適用于海上多層砂巖油藏的定向井初期產(chǎn)能預(yù)測(cè)公式。

1 油田概況

1.1 油藏地質(zhì)特征

蓬萊19-3油田位于渤海海域渤南低凸起中段的東北端（見(jiàn)圖1），發(fā)育在郯廬斷裂帶上，構(gòu)造類型為在古隆起背景上發(fā)育起來(lái)的斷背斜。主力油層發(fā)育于新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組下段，儲(chǔ)集層巖性為河流相陸源碎屑巖，目的層段巖性以長(zhǎng)石砂巖為主。油層厚度為63～151 m，含油面積大于50 km2。平面上斷層十分發(fā)育，油氣分布及壓力系統(tǒng)較復(fù)雜，縱向上存在多套油水系統(tǒng)，為構(gòu)造型層狀邊水油藏。地面原油密度較大、黏度較高、凝固點(diǎn)低，地層原油飽和壓力較高、地飽壓差小，溶解氣油比中等，原油的生物降解和水洗作用較為明顯[5]。

圖1 蓬萊19-3油田區(qū)域位置簡(jiǎn)圖

1.2 評(píng)價(jià)階段產(chǎn)能

蓬萊19-3油田6口評(píng)價(jià)井10井次的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 蓬萊19-3油田評(píng)價(jià)井產(chǎn)能測(cè)試資料統(tǒng)計(jì)

由表1可見(jiàn)，流度與比采油指數(shù)相關(guān)性較好，可以滿足開(kāi)發(fā)井初期產(chǎn)能預(yù)測(cè)的要求。然而海上油田評(píng)價(jià)井獲得的產(chǎn)能數(shù)據(jù)相對(duì)較少、測(cè)試時(shí)間較短、產(chǎn)能測(cè)試偏高、油田覆蓋面較小。因此，對(duì)油田產(chǎn)能的認(rèn)識(shí)需針對(duì)已投產(chǎn)的開(kāi)發(fā)井進(jìn)行進(jìn)一步研究。

1.3 開(kāi)發(fā)階段產(chǎn)能

由蓬萊19-3油田已投產(chǎn)的73口開(kāi)發(fā)井多層合采初期產(chǎn)能（見(jiàn)圖2）可見(jiàn)，流度與比采油指數(shù)相關(guān)性較差。

圖2 蓬萊19-3油田73口開(kāi)發(fā)井比采油指數(shù)與流度關(guān)系

2 影響油井初期產(chǎn)能的主要因素

2.1 儲(chǔ)集層滲透率

滲透率是反映儲(chǔ)集層物性最重要的參數(shù)[4]。常規(guī)獲取滲透率的方法是首先根據(jù)電性測(cè)井解釋得到孔隙度，然后根據(jù)室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)獲得的孔隙度和滲透率相關(guān)性，建立巖石物性解釋模型，進(jìn)而根據(jù)測(cè)井解釋孔隙度求取滲透率。蓬萊19-3油田為陸相多層砂巖油藏，受宏觀沉積環(huán)境和微觀成巖作用的雙重影響，儲(chǔ)集層非均質(zhì)性嚴(yán)重，微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，室內(nèi)300多塊常規(guī)巖心分析的孔隙度和滲透率相關(guān)性較差（見(jiàn)圖3），導(dǎo)致傳統(tǒng)方法建立的測(cè)井解釋模型獲取的滲透率準(zhǔn)確性下降，進(jìn)而影響油井初期產(chǎn)能與流度的相關(guān)性。

2.2 流體性質(zhì)

蓬萊19-3油田館陶組流體高壓物性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，地層條件下原油黏度表現(xiàn)為常規(guī)稀油（見(jiàn)表2），在初期（投產(chǎn)前3個(gè)月）3 MPa的生產(chǎn)壓差下，地層壓力變化對(duì)流體性質(zhì)的影響相對(duì)較小，可以認(rèn)為是牛頓流體。所以流體性質(zhì)對(duì)產(chǎn)能與流度相關(guān)性的影響較小。

圖3 蓬萊19-3油田巖心孔隙度與滲透率關(guān)系

表2 蓬萊19-3油田館陶組原油高壓物性分析數(shù)據(jù)表

2.3 含油飽和度

含油飽和度既是評(píng)價(jià)油藏石油地質(zhì)儲(chǔ)量的重要參數(shù)，也是研究油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中儲(chǔ)集層油相滲流能力的關(guān)鍵因素，即含油飽和度越高、儲(chǔ)量基礎(chǔ)越大、油相滲流能力越強(qiáng)。蓬萊19-3油田評(píng)價(jià)井測(cè)試資料表明，含油飽和度越大，油井產(chǎn)能（比采油指數(shù)）也越高（見(jiàn)圖4）。

圖4 蓬萊19-3油田比采油指數(shù)與含油飽和度關(guān)系

2.4 生產(chǎn)壓差

生產(chǎn)壓差對(duì)初期產(chǎn)能的影響主要體現(xiàn)在與啟動(dòng)壓力的關(guān)系上，即生產(chǎn)壓差是否大于流體滲流的啟動(dòng)壓力。如果大于啟動(dòng)壓力，則表明多層合采條件下，各層都可以參與滲流。反之，則部分難動(dòng)用儲(chǔ)集層中的流體無(wú)法參與滲流，影響合采井產(chǎn)能與流度的相關(guān)性。

根據(jù)蓬萊19-3油田已投產(chǎn)開(kāi)發(fā)井生產(chǎn)壓差和啟動(dòng)壓力的關(guān)系[6]，蓬萊19-3油田95%的開(kāi)發(fā)井生產(chǎn)壓差大于啟動(dòng)壓力，即在多層合采模式下，生產(chǎn)壓差對(duì)開(kāi)發(fā)井流度與產(chǎn)能相關(guān)性的影響相對(duì)較小。

綜上所述，蓬萊19-3油田合采模式下，影響初期產(chǎn)能的主要因素是滲透率和含油飽和度，而地層流體性質(zhì)和初期生產(chǎn)壓差的影響相對(duì)較小。

3 基于巖相約束的滲透率解釋模型

3.1 孔滲關(guān)系主控因素

產(chǎn)能預(yù)測(cè)中滲透率參數(shù)最難確定，對(duì)于河流相沉積，宏觀上沉積和成巖作用控制儲(chǔ)集層物性，微觀上黏土礦物含量和類型對(duì)于孔隙結(jié)構(gòu)的影響也十分明顯[7-10]。

蓬萊19-3油田明化鎮(zhèn)組下段屬于曲流河沉積，發(fā)育邊灘（點(diǎn)砂壩）、河床、廢棄河道、決口扇和河漫灘（泛濫平原）等5個(gè)微相；館陶組屬于辮狀河沉積，發(fā)育心灘、河道、河道邊緣和河道間4個(gè)微相。不同沉積微相具有不同的儲(chǔ)集層物性特征（見(jiàn)表3）。

根據(jù)蓬萊19-3油田巖心分析，儲(chǔ)集層砂巖主要由石英、長(zhǎng)石和黏土礦物組成?？紫督Y(jié)構(gòu)的主要類型為粒間孔隙，其次是顆粒溶蝕孔隙和裂縫孔隙。薄片分析表明，砂巖顆粒的主要成分是石英、長(zhǎng)石及火成巖、變質(zhì)巖和沉積巖碎屑，也有少量的碳酸鹽和高嶺石膠結(jié)物，但總體上膠結(jié)不好或未膠結(jié)。儲(chǔ)集空間主要由骨架顆粒之間的原生孔隙及長(zhǎng)石和巖屑部分溶蝕形成的次生孔隙組成。黏土礦物主要為蒙脫石和伊利石，其含量超過(guò)自生高嶺石。根據(jù)巖心、薄片和掃描電鏡等資料標(biāo)定常規(guī)測(cè)井曲線響應(yīng)特征，確定不同巖相類型下的測(cè)井曲線特征；進(jìn)而推廣解釋未取心井的測(cè)井資料，確定未取心井段的巖相類型，為后期按巖相建模定量評(píng)價(jià)物性參數(shù)提供依據(jù)。

表3 研究區(qū)不同微相孔隙度與滲透率數(shù)據(jù)

3.2 巖相劃分及滲透率解釋模型的建立

通過(guò)大量的巖心、壁心、薄片和掃描電鏡資料分析，蓬萊19-3油田主要產(chǎn)層物性宏觀上受沉積環(huán)境和巖石學(xué)特征控制，微觀上受巖石孔隙結(jié)構(gòu)和黏土礦物成分影響，即儲(chǔ)集層物性整體上表現(xiàn)為巖相約束下的孔、滲特征。結(jié)合油田實(shí)際生產(chǎn)需求，建立蓬萊19-3油田8種巖相約束標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表4）。由表4可見(jiàn)，基于巖相約束的孔隙度和滲透率相關(guān)性較好。

表4 蓬萊19-3油田不同巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)及孔、滲模型

3.3 滲透率解釋精度分析

定義擬標(biāo)準(zhǔn)偏差和擬相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)巖相約束下的滲透率解釋精度進(jìn)行檢驗(yàn)，不分巖相和巖相約束下滲透率解釋模型與巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差值計(jì)算公式如下：

經(jīng)計(jì)算，不分巖相和巖相約束下的滲透率擬相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值分別為12.57%和1.76%，說(shuō)明巖相約束下的滲透率模型解釋精度更高。由蓬萊19-3油田評(píng)價(jià)井巖心分析結(jié)果與測(cè)井解釋結(jié)果可以看出，巖相約束下的解釋結(jié)果與巖心測(cè)試結(jié)果吻合度較高，而不分巖相的解釋結(jié)果誤差較大（見(jiàn)圖5），證明巖相約束下的滲透率解釋模型可靠。

圖5 蓬萊19-3油田評(píng)價(jià)4井取心井段測(cè)井與巖心分析曲線

圖6 蓬萊19-3油田巖心相滲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與巖相約束滲透率關(guān)系

此外，筆者利用巖心實(shí)驗(yàn)獲得的相滲數(shù)據(jù)與新模型解釋的滲透率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。由圖6可見(jiàn)，巖相約束模型解釋的滲透率與巖心相滲實(shí)驗(yàn)獲取的油水滲透率相關(guān)性較好，表明新模型解釋的滲透率可以準(zhǔn)確表征多孔介質(zhì)的滲流能力，充分證明巖相約束模型解釋滲透率的正確性。

4 多層砂巖油藏合采初期產(chǎn)能預(yù)測(cè)

4.1 多層合采定向井產(chǎn)能公式建立

海上多層砂巖油藏通常采用定向井開(kāi)發(fā)，多采用裘比公式加負(fù)表皮系數(shù)計(jì)算定向井產(chǎn)能。由于對(duì)定向井角度引起的負(fù)表皮系數(shù)的計(jì)算方法不同，產(chǎn)能計(jì)算方法有張振華法[11]、Cinco-Ley法[12]、Besson法[13]和Vandervlis法[14]等，常用的為Vandervlis法：

現(xiàn)有的定向井產(chǎn)能公式僅適用于單層開(kāi)采，沒(méi)有考慮多層合采下層間滲流差異，對(duì)預(yù)測(cè)多層合采時(shí)油井的產(chǎn)能并不適用。

本文引入Archie公式計(jì)算油層電阻增大率以表征含油飽和度的影響：

含水飽和度與油、水相對(duì)滲透率關(guān)系式為：

基于巖相約束下的滲透率解釋模型，求?。?）式中的Ka，結(jié)合油、水相對(duì)滲透率公式（（8）式）聯(lián)立求解獲得（6）式中的Kro，同時(shí)采用電阻增大率表征多層砂巖油藏含油飽和度的差異（（7）式），聯(lián)立（6）式、（7）式和（8）式，得單層滲透率公式：

在對(duì)單層滲流能力表征的基礎(chǔ)上，結(jié)合均質(zhì)油藏單層開(kāi)采的Vandervlis定向井產(chǎn)能公式，代入新的滲流能力表征參數(shù)，即將（9）式代入（5）式，最終得到適用于多層砂巖油藏的定向井合采產(chǎn)能公式：

考慮部分難動(dòng)用層存在啟動(dòng)壓力梯度[15]，修正（10）式，得合采井產(chǎn)能公式：

4.2 多層合采定向井產(chǎn)能公式驗(yàn)證

利用修正后的定向井產(chǎn)能公式，計(jì)算蓬萊19-3油田73口已投產(chǎn)井產(chǎn)能，驗(yàn)證新方法的精度。結(jié)果表明，新方法計(jì)算的油井產(chǎn)能與流度相關(guān)性較好（見(jiàn)圖7），而未利用新方法計(jì)算的產(chǎn)能與流度相關(guān)性較差（見(jiàn)圖2），表明新方法計(jì)算的產(chǎn)能可以準(zhǔn)確地反映地下多孔介質(zhì)的滲流能力，驗(yàn)證了新方法的可靠性。

圖7 新方法計(jì)算的蓬萊19-3油田產(chǎn)能與流度關(guān)系

5 結(jié)論

蓬萊19-3油田多層砂巖油藏合采模式下，影響初期產(chǎn)能的主要因素是滲透率和含油飽和度，而地層流體性質(zhì)和初期生產(chǎn)壓差的影響相對(duì)較小。綜合考慮蓬萊19-3油田儲(chǔ)集層宏觀沉積特征和微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)滲透率的影響機(jī)理，建立了基于巖相約束的陸相多層砂巖油藏滲透率解釋新模型?；趲r相約束下的滲透率解釋模型，采用電阻增大率表征多層砂巖油藏含油飽和度的差異，通過(guò)修正Vandervlis的定向井產(chǎn)能公式，并考慮啟動(dòng)壓力梯度的影響，建立了陸相多層砂巖油藏定向井初期產(chǎn)能預(yù)測(cè)公式，經(jīng)蓬萊19-3油田73口已投產(chǎn)井驗(yàn)證，新方法計(jì)算精度高，可以反映地下多孔介質(zhì)的滲流能力。

符號(hào)注釋：

a，b——巖石常數(shù)；Bo——原油體積系數(shù)，m3/m3；G——啟動(dòng)壓力梯度，MPa/m；h——有效厚度，m；K，——不分巖相滲透率解釋模型的滲透率、平均滲透率，μm2；Ka——空氣滲透率，μm2；Kc——巖心實(shí)驗(yàn)測(cè)試的滲透率，μm2；Kl，——巖相約束滲透率解釋模型的滲透率、平均滲透率，μm2；Ko——油相滲透率，μm2；Kro，Krw——油相、水相相對(duì)滲透率；m——總層數(shù)；n——飽和度指數(shù)，f；N——巖心實(shí)驗(yàn)樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)；Qo——合采產(chǎn)油量，m3/d；rev——供給半徑，m；rwe——有效井筒半徑，m；Ri——電阻增大率，f；Ro——孔隙中充滿水時(shí)巖石的電阻率，Ω·m；Rt——孔隙中充滿原油時(shí)巖石的電阻率，Ω·m；Rw——注采井距離，m；S，S*——不分巖相、巖相約束下的滲透率擬相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值；Sd——完井表皮系數(shù)；Sw——含水飽和度，f；Sθ——井身結(jié)構(gòu)表皮系數(shù)；δ，δ*——不分巖相、巖相約束滲透率解釋模型的滲透率與巖心實(shí)驗(yàn)滲透率擬標(biāo)準(zhǔn)偏差值，μm2；Δp——生產(chǎn)壓差，MPa；μo——原油黏度，mPa·s；φ——孔隙度，%。下標(biāo)：i——小層序號(hào)；j——巖心樣本序號(hào)。

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（編輯 郭海莉）

Permeability characterization and directional wells initial productivity prediction in the continental multilayer sandstone reservoirs:A case from Penglai 19-3 oil field,Bohai Bay Basin

LIU Yancheng1,LUO Xianbo1,KANG Kai1,LI Tingli1,JIANG Shuhong2,ZHANG Jun1,ZHANG Zhang1,LI Yunting1
(1.Bohai Oil Field Research Institute,Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin 300459,China; 2.CNOOC Research Institute,Beijing 100027,China)

Based on study on the main factors affecting the initial productivity of directional wells in multilayer sandstone reservoirs of Penglai 19-3 oil field,a permeability interpretation model based on lithofacies constraint was established,and an initial productivity prediction formula for directional wells in offshore multilayer sandstone reservoirs was derived.Permeability and oil saturation are the main factors affecting initial productivity of directional wells in Penglai 19-3 oil field.Using core,scanning electron microscope,casting thin section,logging and production data,and a new permeability interpretation model considering the influence of macro sedimentary characteristics and microscopic pore structure was built.On the basis of permeability correction,resistivity increase ratio is introduced to characterize the effect of oil saturation,to modify the Vandervlis productivity formula of directional wells to get an initial productivity prediction equation suitable for continental multilayer sandstone reservoirs.The study results show that the permeability considering petrographic constraints and the production forecasting formula including resistivity increase ratio are more accurate.

multilayer commingled production; permeability characterization; oil saturation; directional well; initial productivity prediction; Penglai 19-3 oil field; Bohai Bay Basin

國(guó)家重大科技專項(xiàng)“渤海油田加密調(diào)整及提高采收率油藏工程技術(shù)示范”（2016ZX05058-001）；“海上稠油油田開(kāi)發(fā)模式研究”（2016ZX05025-001）

TE53；TE355.6

：A

1000-0747(2017)01-0097-07

10.11698/PED.2017.01.11

劉彥成（1985-），男，陜西榆林人，碩士，主要從事海上多層砂巖油藏開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的研究。地址：天津市濱海新區(qū)海川路2121號(hào)B座1230室，中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海石油研究院，郵政編碼：300459。E-mail：163lycgt@163.com

2016-02-26

2016-11-18