王鑫，張旭陽，黃長兵，汪康，顧明翔，吳偉

（1.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國石油新疆油田分公司百口泉采油廠，新疆 克拉瑪依 834000；3.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621000；4.中國石油集團測井有限公司測井應(yīng)用研究院，陜西 西安 710000）

0 引言

獲取巖石滲透率的常用方法有實驗分析法、測井計算法和理論推導(dǎo)法[1-4]。實驗分析法通過取心分析滲透率的正態(tài)分布峰值，得到代表儲層巖石的平均滲透率，準(zhǔn)確率最高。但致密儲層，尤其是致密砂礫巖儲層，非均質(zhì)性強，加之溶孔、裂縫等隨機發(fā)育，巖心滲透率直方圖難有單峰特征。測井計算法是利用儲層物性與測井曲線響應(yīng)特征間的關(guān)系，建立不同類型的滲透率計算模型。邵維志等[5-6]分析認(rèn)為，低孔低滲巖石滲透率受孔隙結(jié)構(gòu)影響較大，因而提出了基于復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)分類的滲透率分級評價方法。鄧浩陽等[7]選取加權(quán)平均分形維數(shù)、分界壓力、中值半徑等對致密砂巖儲層滲透率進行多元非線性回歸計算。鄭建東等[8]利用大孔區(qū)間孔隙度對儲層滲透率貢獻較大的特點，形成了一種應(yīng)用大孔區(qū)間孔隙度計算滲透率的方法，提高了致密油儲層測井計算滲透率的精度。劉敬壽等[9]針對裂縫性儲層滲透率計算難題，利用裂縫的現(xiàn)今產(chǎn)狀建立了多組裂縫滲透率張量的定量預(yù)測模型，預(yù)測單元體內(nèi)不同方向的滲透率。以上這些測井計算法適用性廣，尤其適用孔滲配置關(guān)系好的儲層，但對基質(zhì)孔隙度低、以次生孔為主的致密砂礫巖儲層，計算結(jié)果的不確定性增加。李奇等[10]通過理論分析，推導(dǎo)了氣體的非達(dá)西二項式滲流方程，得到計算高速非達(dá)西滲透率的新方法，該類方法有嚴(yán)格的數(shù)理基礎(chǔ)，但在經(jīng)驗參數(shù)及地區(qū)系數(shù)的選擇上容易出現(xiàn)誤差。

綜上所述，致密砂礫巖儲層滲透率準(zhǔn)確求取的關(guān)鍵是盡量消除孔隙結(jié)構(gòu)差異、次生孔隙發(fā)育的影響。而生產(chǎn)測井過程中獲得的試井、試油等生產(chǎn)資料，記錄了大量地層信息，包括反映物性的儲層特征參數(shù)，這些參數(shù)僅與儲層的宏觀滲流能力有關(guān)，與微觀孔隙特征無關(guān)。其中，試井可直接獲得實測地層系數(shù)，該系數(shù)是滲透率的函數(shù)。根據(jù)地層系數(shù)可計算地層流動系數(shù)，地層流動系數(shù)大，則油層通過流體的能力強，因此，試井是計算致密砂礫巖儲層滲透率的重要手段。但試井測試施工周期長、成本高，資料有限，無法獲得每口井的滲透率。相對于試井，試油資料的獲取要容易得多。致密砂礫巖儲層試油后一般無自然產(chǎn)能，分析發(fā)現(xiàn)，由壓裂改造過程中求得的累計產(chǎn)液量、入井壓裂液總量、壓力等參數(shù)在穩(wěn)產(chǎn)期的數(shù)值，也能反映儲層的物性差異和流體流動能力。但目前利用試油資料計算致密砂礫巖儲層滲透率的研究鮮有報道。

鑒于此，本文以準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷南斜坡二疊系烏爾禾組砂礫巖儲層為研究對象，根據(jù)試油資料獲得的累計產(chǎn)液量、入井壓裂液總量、壓力等構(gòu)建了試油物性指數(shù)。該指數(shù)是地層產(chǎn)液總量與入井壓裂液總量和壓力損失比乘積的比值，是反映儲層的物性差異和流體流動能力的中間參數(shù)。實際資料分析表明，試油物性指數(shù)與試井流動系數(shù)有較好的相關(guān)性，利用試油物性指數(shù)可反算試井流動系數(shù)，進而達(dá)到估算滲透率的目的。該方法以實際生產(chǎn)資料為依據(jù)，且可以避免直接考慮滲透率計算過程中微觀孔隙特征的影響，這為致密砂礫巖儲層滲透率的估算提供了新途徑。

1 儲層基本特征

瑪湖凹陷瑪南斜坡二疊系烏爾禾組砂礫巖儲層巖性復(fù)雜多樣，以砂質(zhì)細(xì)礫巖、含礫粗砂巖、砂質(zhì)粗礫巖、砂質(zhì)大中礫巖為主。取心分析結(jié)果顯示，含油樣品孔隙度在6%～15%，不考慮巖心裂縫時，滲透率在0.1×10-3～100.0×10-3μm2，符合致密砂礫巖儲層特征。

目的層含油性與孔滲交會圖（見圖1）分析表明，孔滲相關(guān)性較差，傳統(tǒng)的孔滲相關(guān)性分析法不能建立精確的滲透率計算模型。在孔隙度變化不大的情況下，儲層的滲透性決定了儲層的含油氣性，滲透性越好，儲層的含油氣性越好。

圖1 瑪湖凹陷二疊系烏爾禾組含油性與孔滲交會圖

經(jīng)試油資料統(tǒng)計，研究區(qū)已完成試油的45層結(jié)論差異大：通過自噴求產(chǎn)的有29層，最高日產(chǎn)液量達(dá)155 t；通過抽汲求產(chǎn)的有16層，其中未達(dá)工業(yè)產(chǎn)能或試油偏干的有9層。巖心實驗、試油結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，針對研究區(qū)試油產(chǎn)量差異較大的致密砂礫巖儲層，測井計算法也無法準(zhǔn)確判斷儲層滲透性，而基于宏觀產(chǎn)量的滲透率計算法要優(yōu)于傳統(tǒng)孔滲物性分析法。

2 滲透率概念區(qū)分

本文提及的滲透率有3種，分別為巖心分析滲透率、測井計算滲透率和根據(jù)試井或試油資料估算的滲透率（簡稱估算滲透率）。巖心分析滲透率，是在實驗室條件下對巖心樣品實測的空氣滲透率（絕對滲透率）[11]，樣品的幾何尺度是厘米級，對此，本文不作討論。測井計算滲透率，是根據(jù)地球物理測井資料計算的某一儲層的滲透率，該數(shù)據(jù)可用于評價儲層的儲量和開采價值。測井計算滲透率通常需要巖心分析滲透率作為標(biāo)定，所計算的儲層幾何尺度為米級[12]（厚0.5 m以下層段，通常不作儲量評估）。本文所說的根據(jù)試井或試油資料估算滲透率，是開發(fā)采油層段的平均評估滲透率，所涉及的儲層幾何尺度均在米級以上，與巖心分析滲透率和測井計算滲透率不在同一幾何尺度，屬于估算的范疇，不宜用巖心標(biāo)定，可用宏觀生產(chǎn)數(shù)據(jù)驗證。

3 估算滲透率模型

3.1 試油物性指數(shù)

射孔壓裂后，地層壓力和流體壓力的變化可反映儲層流體流動能力的強弱。理想狀態(tài)下，當(dāng)儲層孔隙全部連通時，流體在孔隙間自由流動，此時儲層的滲透率無窮大，流體壓力與地層壓力相等。實際情況下，流體在孔隙中的流動受孔隙連通性，即儲層巖石滲透性的影響。因此，在具有一定滲透性的儲層中，流體壓力小于地層壓力，流體壓力越大，流體越易流動，儲層的滲透性越好；反之，就越差。根據(jù)試油階段單井單位時間流體壓力與地層壓力之差，可計算壓力損失比，描述儲層滲透性差異：

式中：S為壓力損失比；ps，pf分別為地層壓力和流體壓力，MPa。

在勘探開發(fā)初期，不考慮地層壓力虧空的情況下，壓裂液入井后絕大部分隨原狀地層流體（油）返排至地面，留在儲層孔隙中的壓裂液體積忽略不計。壓力損失比越小，產(chǎn)油越多，反映儲層滲透性越好。定義試油物性指數(shù)為

式中：Fh為試油物性指數(shù)；Qcfp，Qff，Qo分別為地層產(chǎn)液總量、入井壓裂液總量和產(chǎn)油量（對于非純油層，為產(chǎn)出的原狀地層流體量），m3。

由于砂礫巖儲層在壓裂試油初期退液過程中，產(chǎn)量遞增、遞減快，壓力變化較大，不能代表原狀地層特征，因而，本文將研究區(qū)某井連續(xù)2 d日產(chǎn)量波動小于10%時計算的試油物性指數(shù)作為該井穩(wěn)定期的試油物性指數(shù)。試油參數(shù)解釋成果見表1。

表1 瑪湖凹陷二疊系烏爾禾組試油參數(shù)解釋

需要注意的是，在退液早期，受到壓裂彈性能的影響，試油物性指數(shù)變化相對較大，而當(dāng)流體壓力降到地層壓力的70%以后，試油物性指數(shù)則會達(dá)到相對穩(wěn)定（見圖2）。

圖2 試油參數(shù)變化特征

3.2 試井流動系數(shù)

試井資料獲得的地層系數(shù)是儲層厚度與有效滲透率的乘積，地層系數(shù)與地下原油黏度的比值被記為流動系數(shù)，也稱試井流動系數(shù)。該系數(shù)表示流體在巖層中流動的難易程度[13-14]，其計算式為

式中：Fl為試井流動系數(shù)，10-3μm2·m/（mPa·s）；K 為試井滲透率，10-3μm2；H 為儲層厚度，m；μ為原油黏度，mPa·s。

瑪南斜坡二疊系烏爾禾組礫巖試油井關(guān)井壓力恢復(fù)測試的有10口井11層，試井儲層參數(shù)與試井流動系數(shù)計算結(jié)果如表2所示。

表2 瑪湖凹陷二疊系烏爾禾組試井儲層參數(shù)與試井流動系數(shù)

3.3 Fl與Fh的相關(guān)性分析

前文分析表明，試井流動系數(shù)可直接獲取儲層滲透率，但試井資料有限，而試油資料較充足。考慮試油、試井流動系數(shù)均能反映儲層流體的流動能力，本文將研究區(qū)試井流動系數(shù)Fl和已試油井的試油物性指數(shù)Fh建立關(guān)系（見圖3）。

圖3 研究區(qū)Fl-Fh的關(guān)系

由圖3可知，試井流動系數(shù)Fl和試油物性指數(shù)Fh相關(guān)性較好，進一步說明試油物性指數(shù)也是儲層滲流能力的綜合反映。Fl，F(xiàn)h可通過擬合式（5）互算：

4 估算滲透率計算

聯(lián)合式（2）、（4）、（5）可得估算滲透率 Ke：

式（6）中，F(xiàn)h，H由試油資料獲取，μ由單井測試資料獲取，也可直接利用區(qū)域PVT分析化驗資料。

5 結(jié)果驗證

對研究區(qū)瑪湖014井等5口未試井但已試油的井進行估算滲透率計算，結(jié)果見表3。

表3 瑪湖凹陷二疊系烏爾禾組未試井的試油井估算滲透率

瑪湖014等5口井目的層取心鉆井進尺13.2 m，巖心收獲率98%，共獲得巖心標(biāo)準(zhǔn)樣品139塊，由新疆油田試驗檢測研究院采用SY/T 6385—2016《覆壓下巖石孔隙度和滲透率測定方法》進行滲透率測定，所測滲透率最小值為 0.020×10-3μm2，最大值為 84.410×10-3μm2，平均值為 0.650×10-3μm2，中值為 0.330×10-3μm2，滲透率分布范圍廣，且無正態(tài)峰值。由試油資料估算的滲透率在 0.124×10-3～1.083×10-3μm2，平均值為 0.409×10-3μm2，與巖心分析滲透率平均值在同一數(shù)量級。估算滲透率與巖心分析滲透率對比說明，研究區(qū)原狀地層滲透率超低，但壓裂改造后可獲工業(yè)油流。估算結(jié)果顯示，儲層越致密，估算滲透率越接近實測值，計算方法在致密砂礫巖儲層應(yīng)用效果較好。

6 結(jié)論

1）基于壓裂試油獲取的累計產(chǎn)液量、入井壓裂液總量、壓力等參數(shù)，構(gòu)建了試油物性指數(shù)，且試油物性指數(shù)和試井流動系數(shù)有較好的相關(guān)性；因此，建立了以試油資料為基礎(chǔ)的估算滲透率計算模型。根據(jù)模型估算的結(jié)果與巖心分析滲透率以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)吻合較好，方法可靠。

2）宏觀的生產(chǎn)數(shù)據(jù)盡管受儲層巖性、物性、孔隙結(jié)構(gòu)、儲集空間類型的影響，但由試油數(shù)據(jù)得到的估算滲透率避免了微觀孔隙結(jié)構(gòu)對滲透率計算的影響，同時簡化了滲透率計算過程。該方法求得的滲透率既能很好地反映流體流動能力，同時極大地節(jié)約了試井費用。