楊毅,胡向陽,張海榮,楊冬,劉土亮

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東 湛江 524000)

0 引 言

南海西部鶯歌海盆地是一個快速沉降的新生代沉積盆地,盆地形成晚期快速沉降并快速沉積形成巨厚的欠壓實泥巖產(chǎn)生異常高壓,底辟活動引起的熱流體活動導(dǎo)致深部高溫高壓熱流體沿大傾角的斷裂及裂隙向淺層傳遞,形成高于區(qū)域背景值的溫度和壓力異常[1-2]。D氣田位于鶯歌海盆地北部,具有高地溫梯度及異常高壓的特征,H1組的高溫高壓儲層采用高密度(1.75 g/cm3)泥漿鉆井,取心段泥漿侵入較深導(dǎo)致隨鉆電阻率偏低,電法模型計算的含水飽和度嚴(yán)重偏高。在以電阻率為基礎(chǔ)的飽和度評價手段失效的前提下,通常利用電阻率反演獲得地層真實電阻率,再利用電法模型進行求解,或者從非電法角度,采用J函數(shù)平均化處理毛細管壓力資料建立非電法含水飽和度模型[3-5]。研究區(qū)巖心壓汞實驗數(shù)據(jù)豐富,因此嘗試?yán)妹毠軌毫Y料從非電法的角度入手評價電阻率失真層段含水飽和度。

巖石物理相是具有一定巖石物理性質(zhì)及滲流特征的儲層成因單元,是沉積作用、成巖作用、構(gòu)造作用和后期流體改造作用的綜合反映[6-8],是油藏描述系統(tǒng)工程的重要內(nèi)容,對預(yù)測有利的儲集相帶、剩余油氣富集區(qū)具有重要的指導(dǎo)意義。由于它具有能夠?qū)⒌涂紫抖鹊蜐B透率等復(fù)雜儲層非均質(zhì)、非線性問題轉(zhuǎn)化為均質(zhì)、線性問題解決的能力,近年來被更多地應(yīng)用于儲層參數(shù)的評價中,在提高儲層參數(shù)解釋精度取得了良好的效果[9-15]。

H1組儲層微觀孔隙類型多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)分布范圍廣、差異大,次生溶孔的發(fā)育破壞了原始孔喉關(guān)系的配置,導(dǎo)致儲層儲集性能相差懸殊,宏觀物性上孔滲關(guān)系復(fù)雜,中孔隙度中滲透率、中孔隙度低滲透率、中低孔隙度特低滲透率共存,儲層表現(xiàn)出強烈的非均質(zhì)性,嚴(yán)重影響非電法含水飽和度模型的精度。本文對儲層進行巖石物理相分類評價,建立不同類別巖石物理相評價指標(biāo)及解釋方法,完成了基于巖石物理相的非電法含水飽和度建模,解決了研究區(qū)電阻率失真層段含水飽和度的計算問題,為儲量計算和油藏的開發(fā)評價提供了依據(jù)。

1 巖石物理相分類及評價

利用鑄體薄片、掃描電鏡、巖心核磁共振、壓汞毛細管壓力、測井等資料,系統(tǒng)分析研究區(qū)儲層沉積作用、成巖作用、巖性、物性、孔隙結(jié)構(gòu)及測井響應(yīng)特征,將巖石物理相類型劃分為有利型(主水道-分支水道、細砂巖相、粒間孔-窗格狀溶孔型)、較有利型(分支水道、細砂巖相、粒間孔-粒內(nèi)溶孔型)和較差型(分支水道-溢岸,粉-細砂巖相、粒間孔-鑄模孔型)3類(見圖1)。

PF1類巖石物理相主要為巖屑石英細砂巖,以細粒占絕對優(yōu)勢,發(fā)育塊狀層理細砂巖相、平行層理細砂巖相,石英顆粒間呈點或線-點接觸,磨圓度呈次棱-次圓狀,分選較好或好-中。該類儲層處于主水道或分支水道微相,水動力條件較強,儲集空間以粒間孔為主,溶蝕孔次之,長石顆粒風(fēng)化溶蝕較嚴(yán)重,形成窗格狀溶孔。該類巖石物理相儲層滲透率一般大于30 mD*非法定計量單位,1 mD=0.987×10-3 μm2,下同,孔隙度一般大于18%,品質(zhì)因子0.4～1.2,流動帶指標(biāo)大于1.5。壓汞曲線呈較寬平臺型,排驅(qū)壓力小于0.15 MPa,中值壓力小于3.0 MPa,最大孔喉半徑大于5 μm,平均孔喉半徑大于0.5 μm,均質(zhì)系數(shù)0.3～0.5,變異系數(shù)0.6～0.85,孔喉分布較均勻。測井響應(yīng)主要呈現(xiàn)兩降低三升高:自然伽馬、密度值降低,電阻率、中子、聲波值升高的特征,屬于滲透性較好的有利儲層。

PF2類巖石物理相主要為巖屑石英細砂巖、粉細砂巖,以細粒為主,次為極細粒,發(fā)育平行層理細砂巖相、小型砂紋層理細砂巖相,石英顆粒間呈線-點或線接觸,磨圓度呈次圓-次棱狀,碎屑顆粒分選中等,分選中或好-中。該類儲層處于分支水道有利微相帶中,水動力條件較強,儲集空間以粒間孔為主,長石風(fēng)化較嚴(yán)重,形成黏土化顆粒,部分顆粒溶蝕,形成粒內(nèi)溶孔。該類巖石物理相儲層滲透率10～30 mD,孔隙度16%～18.5%,品質(zhì)因子0.2～0.5,流動帶指標(biāo)1.1～1.8。壓汞曲線呈緩坡型,排驅(qū)壓力0.1～0.2 MPa,中值壓力2～10 MPa,最大孔喉半徑3～6 μm,平均孔喉半徑0.1～0.5 μm,均質(zhì)系數(shù)0.2～0.4,變異系數(shù)0.75～1.1,孔喉分布均勻性一般。測井響應(yīng)主要呈現(xiàn)三降低兩升高:自然伽馬、中子、聲波值降低,電阻率、密度值升高的特征,屬于滲透性一般的較有利儲層。

PF3類主要為巖屑石英泥質(zhì)細砂巖、粉-細砂巖,以極細粒為主,部分細粒,發(fā)育砂紋層理粉-細砂巖相,石英顆粒間呈線-點接觸,磨圓度呈次圓-次棱狀,碎屑顆粒分選中等,該類儲層處于分支水道上部或溢岸沉積,長石顆粒部分遭受溶蝕,形成粒內(nèi)溶孔、鑄?？?見少量粉晶狀鐵方解石局部膠結(jié)交代顆粒,偶見石英次生加大。該類巖石物理相儲層滲透率一般小于10.0 mD,孔隙度大于15%～18%,品質(zhì)因子0.1～0.4,流動帶指標(biāo)0.1～1.1。壓汞曲線呈緩坡或斜坡型,排驅(qū)壓力大于0.15～2.5 MPa,中值壓力3～15 MPa,最大孔喉半徑1～5 μm,平均孔喉半徑0.05～0.3 μm,均質(zhì)系數(shù)0.15～0.35、變異系數(shù)0.8～1.2,孔喉分布均勻性較差。測井響應(yīng)主要呈現(xiàn)兩降低三升高:中子、聲波值降低,自然伽馬、密度、電阻率升高的特征,屬于較致密儲層。

圖1 各類巖石物理相的巖性、鑄體薄片、掃描電鏡、毛細管壓力特征

根據(jù)該氣田具體地質(zhì)特征,利用上述3類巖石物理相的3種測井響應(yīng)和2個物性參數(shù),結(jié)合儲層品質(zhì)因子,對不同類型巖石物理相的響應(yīng)特征進行分析,利用算法簡單、收斂速度快的K-means聚類分析對研究區(qū)儲層巖石物理相進行統(tǒng)計分析[16],建立研究區(qū)儲層巖石物理相評價劃分標(biāo)準(zhǔn)及判別模型(見表1)。

表1 巖石物理相分類參數(shù)聚類中心

2 基于巖石物理相非電法含水飽和度建模

2.1 J函數(shù)

Leverett M C提出的J函數(shù),消除了儲層物性對毛細管壓力的影響,解決了儲層取平均值以及綜合對比研究的問題[17-18]。

(1)

式中,J為J函數(shù),無因次量;pc為毛細管壓力,MPa;σ為界面張力,mN/m;θ為潤濕角,(°);K為滲透率,mD;φ為孔隙度,%。

圖2 J—Sw關(guān)系

2.2 實驗室條件下J函數(shù)與Sw關(guān)系的建立

H1組壓汞毛細管壓力曲線形態(tài)復(fù)雜、展布分散,顯示儲層孔隙結(jié)構(gòu)差異較大,而巖石物理相對儲集巖孔隙結(jié)構(gòu)起著控制作用。在儲層巖石物理相分類評價基礎(chǔ)上,按分類標(biāo)準(zhǔn)將毛細管壓力曲線歸為3類,分別對應(yīng)于PF1、PF2、PF3這3類巖石物理相。按巖石物理相分歸類后的壓汞曲線,數(shù)據(jù)均一度以及反映出的擬合關(guān)系都具有相對集中的趨勢,分別擬合3類曲線飽和度在10%～90%間的數(shù)據(jù)點,得到實驗室條件下J函數(shù)與Sw關(guān)系的建立(見圖2)。

(2)

(3)

(4)

式中,Sw為原始含水飽和度,%。

2.3 氣藏條件下J函數(shù)的求取

在獲得實驗室條件下J函數(shù)與Sw關(guān)系的基礎(chǔ)上,只要得到氣藏條件下的J函數(shù)值,就可以建立研究區(qū)非電法含水飽和度模型。

(1) 氣藏條件下毛細管壓力的求取。氣藏條件下的毛細管壓力pc根據(jù)氣藏毛細管壓力與油水的重力差平衡的原理求取,計算公式為

pc=0.001(ρw-ρg)gh

(5)

式中,ρg為氣的密度,g/cm3;ρw為水的密度,g/cm3;h為自由水面以上的油柱高度,m。

利用MDT測壓資料通過換算可得儲層氣體密度ρg為0.228 g/cm3;綜合實際鉆遇資料、地震資料、測井資料分析,H1組儲層為統(tǒng)一油水界面,自由水界面海拔為-3 187 m。

(2) 實驗室毛細管壓力與地層毛細管壓力之間的關(guān)系。研究區(qū)儲層流體是氣水兩相,需要把壓汞實驗條件下的毛細管壓力轉(zhuǎn)化為真實地層條件下的值,計算公式為

(6)

缺乏接觸角θ巖心實驗數(shù)據(jù),采用氣-水接觸角理論值0°;缺乏表面張力σ?guī)r心實驗數(shù)據(jù),根據(jù)鄰區(qū)地層條件下氣層界面張力隨溫壓變化的經(jīng)驗公式(7)計算,其中溫度利用區(qū)域地溫梯度公式(8)計算,壓力利用MDT測壓回歸得到的壓力方程(9)計算。

σ=(58.65533-0.1133003T)+(87.65655-0.204253T)/p

(7)

T=0.0398H+25.34

(8)

pg=0.002462H+45.4389

(9)

式中,H為海拔深度,m。

(3) 孔隙度和滲透率。研究區(qū)H1組儲層孔隙度和滲透率值采用常規(guī)物性實驗數(shù)據(jù)標(biāo)定測井解釋孔隙度的方法求取,具體孔隙度采用中子—密度交會計算求取,滲透率采用巖心分析的孔滲擬合公式計算。

(4) 非電法含水飽和度模型。將氣藏條件下的J函數(shù)分別代入式(2)、式(3)、式(4),得到研究區(qū)分巖石物理相的非電法含水飽和度模型(見表2)。

表2 非電法含水飽和度模型

注:a、b為常數(shù),無因次量

利用J函數(shù)推導(dǎo)的含水飽和度計算公式與儲層的孔隙度、滲透率,氣藏的油、水性質(zhì),以及自由水界面以上的油柱高度有關(guān),而與儲層的電阻率無關(guān),是適用于解決研究區(qū)電阻率失真層段含水飽和度計算問題的方法。

3 儲層測井精細評價實例

圖3 D2井測井解釋成果圖*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.3048 m,下同

利用巖石物理相分類后建立的非電法含水飽和度模型,對研究區(qū)D2、D8這2口評價井取心層段進行計算,獲得了可靠的含水飽和度數(shù)據(jù),解決了研究區(qū)高溫高壓儲層鉆井取心電阻率失真層段的含水飽和度計算問題。

D2井3 119～3 140 m段為鉆井取心作業(yè)段(見圖3),電阻率與圍巖相比突變偏低,印度尼西亞公式計算的含水飽和度在3 119.3 m處呈現(xiàn)明顯的臺階,陡增19%。利用K-means聚類分析建立的巖石物理相判別標(biāo)準(zhǔn)劃分D2井的巖石物理相,并利用非電法含水飽和度模型對含水飽和度進行分類計算,得到非電法含水飽和度,計算結(jié)果與核磁共振、壓汞巖心分析的束縛水飽和度吻合,其中巖心核磁共振實驗控制離心機轉(zhuǎn)速為4 409 r/min確定T2截止值,計算得到核磁共振束縛水飽和度,壓汞實驗選用3.5 MPa排驅(qū)壓力截止值,對應(yīng)最小流動孔喉半徑0.2 μm,確定為壓汞束縛水飽和度,與核磁共振實驗離心機轉(zhuǎn)速計算的毛細管排替壓力相統(tǒng)一。同時非電法含水飽和度與未受泥漿侵入層段(3 116～3 119.3 m)的電法含水飽和度誤差小于1%,鉆井取心段儲層含水飽和度計算問題得以較好地解決。

4 結(jié) 論

(1) 綜合鑄體薄片、巖心核磁共振、壓汞毛細管壓力、測井等資料從不同角度對儲層進行全面分析,將儲層巖石物理相按沉積、成巖、巖相、物性、孔隙結(jié)構(gòu)等特征的差異歸為3類,每一類巖石物理相具有相似的巖石物理特性和測井響應(yīng)特征,不同類別巖石物理相特征差異明顯。

(2) 采用K-means聚類分析,按照測井響應(yīng)特征及其差異提取電性和物性共6個參數(shù)表征不同類別巖石物理相的多種信息,并建立了巖石物理相的劃分標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上利用壓汞毛細管壓力資料,采用J函數(shù)平均方法,建立了基于巖石物理相分類的非電法含水飽和度模型,實現(xiàn)了將非均質(zhì)、非線性問題轉(zhuǎn)化為均質(zhì)、線性問題來解決,提高了非電法含水飽和度模型的計算精度。

(3) 通過實際井應(yīng)用實例分析,利用巖心分析飽和度,結(jié)合與電法含水飽和度的對比,證明了模型計算結(jié)果的可靠性,解決了研究區(qū)取心井電阻率失真層段含水飽和度的計算問題,為儲層定量評價及儲量計算奠定了基礎(chǔ)。

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