聶世昌，劉心欣，劉財廣，蘇向群

(1. 長江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，湖北 武漢 430100； 2. 中國石油集團測井有限公司 華北分公司，河北 任丘 062552)

0 前 言

滲透率是認(rèn)識儲層特性、評價油氣井產(chǎn)能、進行開發(fā)方案設(shè)計和調(diào)整工作的重要儲層參數(shù)[1]。為了規(guī)避快速的勘探開發(fā)及日益復(fù)雜的勘探對象所帶來的風(fēng)險，進行油氣儲層滲透率的快速評價與預(yù)測則成為油氣勘探開發(fā)關(guān)鍵的問題之一[2]。建立一套系統(tǒng)、快速而合理滲透率預(yù)測方案和技術(shù)能夠?qū)碧降某晒M行及時的檢驗、準(zhǔn)確的預(yù)測有利目標(biāo)區(qū)塊、合理部署井位，適應(yīng)快速的勘探開發(fā)節(jié)奏[3]。

對絕對滲透率計算方法的研究國內(nèi)外眾多學(xué)者做了大量工作，研究的思路可總結(jié)為：根據(jù)巖石物理實驗數(shù)據(jù)，在分析影響絕對滲透率主控因素的基礎(chǔ)上，建立絕對滲透率的統(tǒng)計模型；宋寧等[4]在分析KC模型的基礎(chǔ)上，提出了基于劃分流動單元的絕對滲透率算方法；Kozeny[5]基于毛管束理論，提出Kozeny絕對滲透率計算公式；還有通過巖石物理模型建立滲透率與儲層特征參數(shù)之間的關(guān)系，Wyllie-Rose滲透率測井解釋模型、Timur滲透率測井解釋模型[6]等。

針對該區(qū)塊儲層類型多樣，流體類型多樣，對滲透率的計算較為困難的特點。

本課題擬采用針對能夠反映儲層類型以及流體類型的測井方法和技術(shù)對儲層物性參數(shù)進行準(zhǔn)確評價，比如利用基于流動單元理論的儲層分類方法對滲透率進行預(yù)測以及利用能夠反映儲層流體信息的核磁共振測井信息來評價滲透率。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于南海東部海域，自開展勘探以來成為中國近海重要的油氣產(chǎn)區(qū)之一[7]。目前珠江口盆地已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在幾個已知的富烴洼陷內(nèi)或周邊，已發(fā)現(xiàn)大多數(shù)油氣資源分布在珠江組及以上的中淺層。因此，一方面對于珠江口盆地成熟油氣區(qū)而言，中淺層勘探程度相對較高，面臨問題也很明確，構(gòu)造圈閉規(guī)模越來越小，新領(lǐng)域、新層系油氣勘探迫在眉睫；另一方面珠江口盆地(東部)有大面積的勘探新區(qū)，勘探潛力有待證實。研究區(qū)塊珠江組儲集空間以原生粒間孔為主，次生孔隙不發(fā)育。巖心物性分析資料表明，研究區(qū)的儲層孔隙度范圍為19.1%～26.4%，空氣滲透率202×10-3～6 259×10-3μm2。

2 純油氣藏的滲透率

對于一定的均質(zhì)流體來說,所測得的巖石滲透率稱為絕對滲透率，用K表示。對同一巖心，K的大小與流體性質(zhì)無關(guān),僅取決于巖石的孔隙結(jié)構(gòu)，對不同孔隙結(jié)構(gòu)的巖心，K值是不同的。當(dāng)有兩種或兩種以上的不能混合的流休(如油和水)通過巖心時，對其中某一種流體測得的滲透率稱為有效滲透率。本文僅限于研究由孔隙結(jié)構(gòu)決定大小的絕對滲透率,即研究單相流體在巖石孔隙空間流動時巖石導(dǎo)流的能力[8]。對低速、單相、穩(wěn)定流，達西定律可由式(1)來描述：

(1)

式(1)中，Δp為流體壓差；Q為在壓差Δp下油的產(chǎn)量，m3/d；μ為油粘度，Pa·s；A為垂直于流體流動方向的截面積；K為絕對滲透率。

3 滲透率模型研究

分析滲透率與孔隙度、測井曲線的響應(yīng)關(guān)系，優(yōu)選與滲透率關(guān)系較好的的幾條曲線[9]。根據(jù)滲透率與多條曲線的相關(guān)性，利用多元回歸分析方法建立滲透率預(yù)測模型；可知滲透率與孔隙度曲線，自然伽馬曲線響應(yīng)較好(見圖1～2)。

圖1 滲透率與孔隙度的關(guān)系

圖2 滲透率與自然伽馬的關(guān)系

由于滲透率與測井響應(yīng)關(guān)系較為復(fù)雜，根據(jù)取心物性分析資料，采用流動單元劃分儲層的方法，對儲層進行流動單元類別劃分[10]，在流動單元儲層類別劃分的基礎(chǔ)上，仍然采用交會圖方法、有監(jiān)督的模式識別方法等，建立儲層類別劃分方法或算法模型，達到利用常規(guī)測井資料對儲層進行準(zhǔn)確分類的目的，在儲層分類的基礎(chǔ)上建立每一類的滲透率評價模型來預(yù)測滲透率。由Kozeny-Carman方程得出的地層流動帶指數(shù)與儲層品質(zhì)指數(shù)，可以表征如下。

儲層品質(zhì)指數(shù)(RQI)：

(2)

流動帶指數(shù)(FZI)：

(3)

分類效果見圖3～4。

圖3 滲透率與孔隙度的關(guān)系

圖4 滲透率與孔隙度分類之后的關(guān)系

利用核磁共振譜的計算方法就是從核磁共振測井的原始測量信息及機理出發(fā)，去推導(dǎo)橫向弛豫時間譜與滲透率的理論關(guān)系。對于實際巖石來說，其孔隙網(wǎng)絡(luò)由喉道和各種不同比表面積的孔隙所組成，理論公式中的比表面積應(yīng)為巖石中所有不同比表面積孔隙的幾何平均：

(4)

式(4)中，T2Distribution為橫向弛豫時間分布(T2譜)，ms;(S/V)Distribution為巖石的孔隙比表面積集合平均值，m2/m3。

由式(4)可知，橫向弛豫時間分布(T2譜)是對巖石中比表面積分布的綜合響應(yīng)，這也是核磁共振測井能夠用以評價巖石的孔隙結(jié)構(gòu)的原因。

Kozeny-Carman理論，有公式：

(5)

單位顆粒比表面積可由孔隙比表面積所表征，即有：

(6)

聯(lián)立公式(5)與公式(6)，得到滲透率與孔隙比表面積的相關(guān)關(guān)系

(7)

而迂曲度 可由膠結(jié)指數(shù)與巖性系數(shù)表征，實驗室中為了方便求取膠結(jié)指數(shù)常將巖性系數(shù)設(shè)置為1，對應(yīng)的膠結(jié)指數(shù)為實際膠結(jié)指數(shù)，見式8：

(8)

式(8)中，m為膠結(jié)指數(shù)，無量綱；a為巖性系數(shù)，無量綱；m1為實際實驗室條件下確定的膠結(jié)指數(shù)。聯(lián)立式(4)、(7)、(8)，得：

(9)

通過對公式(8)分析可知：若對該方程進行一定的縮減，用某個參數(shù)代替T2分布，也可以進行核磁共振滲透率評價，但是對巖石微觀特征刻畫不細致導(dǎo)致其模型精度勢必會受到影響。從信息論的角度來說，利用特征進行建模確實比使用所有數(shù)據(jù)進行建模精度要高，但是自由束縛流體體積比與T2LM并不是很好的特征，對于復(fù)雜的致密砂巖儲層來說難以代表整個T2全譜。

4 滲透率模型應(yīng)用效果分析

選取南海東部海域A區(qū)塊19塊代表性的巖樣，對這19塊巖樣進行分析及核磁共振實驗測量，分別獲取了這19樣的孔隙度，滲透率及核磁束縛水飽和度。分別用多元回歸計算滲透率模型，流動單元計算滲透率模型，核磁 譜計算滲透率模型來計算19塊巖樣的滲透率，把計算的結(jié)果與巖心分析的滲透率進行對比(見圖5)分析認(rèn)為：3種模型中，核磁 譜計算滲透率模型要優(yōu)于其他兩種模型。

5 結(jié) 論

1)對滲透率的計算可優(yōu)選與滲透率關(guān)系較好的多條曲線進行多元擬合；也可通過儲層分類來進行滲透率的評價。

2)利用南海東部海域A區(qū)塊19塊巖心實驗數(shù)據(jù)，分別獲取3種滲透率模型中的固定參數(shù)，并利用已有的巖心數(shù)據(jù)對3種模型進行回判，結(jié)果核磁T2譜計算滲透率模型與巖心對比的結(jié)果優(yōu)于多元擬合滲透率模型和基于流動單元劃分的滲透率模型。

3)在有核磁資料的情況下優(yōu)選核磁T2譜計算滲透率模型，核磁T2譜計算滲透率模型較為準(zhǔn)確。

圖5 3種滲透率模型的應(yīng)用效果