基于巖石物理相的酸性火山巖儲層滲透率解釋模型研究

楊學(xué)峰 （中石油大慶油田有限責(zé)任公司石油勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712）

基于巖石物理相的酸性火山巖儲層滲透率解釋模型研究

楊學(xué)峰 （中石油大慶油田有限責(zé)任公司石油勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712）

滲透率是評價油氣儲層的主要參數(shù)之一，針對松遼盆地徐深氣田酸性火山巖儲層存在巖性復(fù)雜、孔隙類型多樣、非均質(zhì)性強的特點，應(yīng)用單一的孔隙度－滲透率關(guān)系模型計算滲透率精度低，不能滿足儲層評價及開發(fā)需要。綜合應(yīng)用巖心資料、常規(guī)測井與成像測井資料，基于巖石物理相建立了火山巖儲層滲透率解釋模型，其精度明顯高于常規(guī)方法建立的滲透率解釋模型，經(jīng)計算得到的滲透率與巖心分析數(shù)據(jù)符合較好。通過實際資料處理結(jié)果表明，基于巖石物理相建立的火山巖儲層滲透率計算方法，有效提高了滲透率解釋精度，為儲層評價開發(fā)提供了比較準(zhǔn)確的滲透率參數(shù)。

滲透率；火山巖；流動單元；巖石物理相；相似孔－滲關(guān)系

滲透率是影響儲層流體能否產(chǎn)出及采收率的關(guān)鍵儲層參數(shù)，同時也是鉆井油層保護、完井射孔方案選擇、最佳排液位置和生產(chǎn)速率以及三次采油措施制定的基礎(chǔ)，滲透率解釋模型的解釋結(jié)果在多大程度上逼近實際地層滲透率將直接影響油藏工程師對油田開采方案的制定。因此，提高滲透率的解釋精度就成為測井解釋人員的一項長期和重要的工作。目前，求取滲透率的方法大多是根據(jù)巖心分析資料建立滲透率與孔隙度或者與其他參數(shù)的關(guān)系模型。

滲透率表征流體在儲層中的流動特性，與巖石孔隙類型及結(jié)構(gòu)密切相關(guān)［1～5］。徐深氣田酸性火山巖儲層孔隙類型復(fù)雜、非均質(zhì)性強、滲透率變化大，孔隙度及含氣性相近的儲層單井日產(chǎn)量相差較大，研究表明產(chǎn)能大小與儲層滲流能力關(guān)系密切，因此對于火山巖儲層評價需要準(zhǔn)確計算儲層滲透率。滲透率計算方法較多，地球物理方法計算滲透率的模型有毛細管束模型和考慮泥質(zhì)層的滲透率模型等；利用測井資料估算滲透率的方法有：自然電位測井資料、電阻率測井資料、放射性測井資料、聲波測井資料和根據(jù)儲層參數(shù)間統(tǒng)計關(guān)系等估算滲透率［6～9］。徐深氣田火山巖儲層泥質(zhì)含量低、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造巖礦物多樣，應(yīng)用上述方法難以準(zhǔn)確計算儲層滲透率。利用單一的孔－滲關(guān)系模型計算滲透率，相對誤差超過一個數(shù)量級。巖石物理相反映儲層的宏觀特征和微觀特性，筆者應(yīng)用其表征參數(shù)中的層流指數(shù)（FZI）［10］對巖心樣品分類并建立了相應(yīng)的滲透率計算模型；對沒有巖心分析資料的儲層，通過對電阻率成像測井（FMI）得到的孔隙度頻譜分布計算出對應(yīng)層的縫洞指示參數(shù)（FI），實現(xiàn)對儲層滲透率的分類；最后選取相應(yīng)的計算模型對儲層滲透率進行計算。應(yīng)用該方法對研究區(qū)單井滲透率進行計算，取得了較好的效果。

1 單一滲透率解釋模型

研究區(qū)酸性火山巖包括流紋巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r和流紋質(zhì)火山角礫巖，由取心觀察、薄片分析和壓汞資料可知：儲層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲集空間以氣孔、杏仁孔、溶蝕孔洞及微裂縫為主，具有物性差、非均質(zhì)性強，裂縫、微裂縫較發(fā)育的特點，屬特低滲透儲層。對酸性火山巖儲層巖心樣品孔隙度和滲透率關(guān)系進行分析，由孔隙度和滲透率關(guān)系圖 （圖1）可見：雖然數(shù)據(jù)總體具有滲透率隨孔隙度增大而增大的特點，但其相關(guān)性較差，單一數(shù)學(xué)模型表示其關(guān)系的精度較低。因此，采用傳統(tǒng)的由孔隙度資料計算得到滲透率的方法的精度很低，相對誤差達到118.9%，無法滿足火山巖儲層開發(fā)方案編制與精細評價的需求。

常規(guī)酸性火山巖巖心恒速壓汞資料表明，火山巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表現(xiàn)為喉道分布頻帶寬。與常規(guī)砂巖儲層相比，酸性火山巖儲層的孔喉半徑比遠大于相同物性的砂巖儲層，孔隙與喉道匹配性較差，非均質(zhì)性更嚴(yán)重 （表1）。相同巖心孔隙度條件下火山巖儲層的孔喉半徑比是砂巖儲層的2～3倍［11］。實際資料研究表明，孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，相同孔隙度條件下的滲透率越低。因此，在沒有研究孔隙結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上建立的酸性火山巖儲層的滲透率模型無法滿足氣田勘探開發(fā)的需求。

圖1 研究區(qū)酸性火山巖儲層孔隙度和滲透率關(guān)系

表1 酸性火山巖儲層與砂巖儲層的喉道特征對比表

2 基于巖石物理相的滲透率計算模型

2.1 巖石物理相及其表征參數(shù)

巖石物理相是一定規(guī)模的儲層巖石物理特性的綜合，是流體流動單元［12］的最基本巖石單位，是沉積作用、成巖作用、后期構(gòu)造作用和流體改造作用的綜合反映［13～15］。巖石物理相反映儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，是把結(jié)構(gòu)和礦物地質(zhì)特征結(jié)合起來判定不同孔隙幾何相的一個重要指標(biāo)。每一類巖石物理相具有特定的水動力特征，在其內(nèi)部與影響流體流動的物性參數(shù)類似。儲層非均質(zhì)性則表現(xiàn)為不同巖石物理相之間巖性、物性的差異性。

儲層巖石物理相研究以沉積巖石相和成巖作用為基礎(chǔ)，并借助綜合化的定量指標(biāo)表征。對于砂巖儲層，最主要的表征參數(shù)就是反映儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的層流指數(shù)FZI：

巖石物理相能反映儲層宏觀特征和微觀孔隙結(jié)構(gòu)的變化，其中表征參數(shù)FZI是儲層孔隙度與滲透率的關(guān)系函數(shù)，能反映儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征，其研究方法克服了不同巖石物理相之間的非均質(zhì)性。因此，可以采用巖石物理相的研究方法，結(jié)合酸性火山巖儲層特征，對儲層的巖石物理相進行研究，用巖石物理相的表征方法反映不同的孔隙結(jié)構(gòu)，即在不同的巖石物理相之間存在非均質(zhì)性，而在相同的巖石物理相之間具有較好的均質(zhì)性。在此基礎(chǔ)上，建立同一類巖石物理相的唯一的孔隙度 －滲透率關(guān)系。

2.2 滲透率解釋方法

2.2.1 取心井基于層流指數(shù)分類

以實驗室?guī)r心分析得到的樣品孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過式（1）計算FZI，同時結(jié)合儲層孔隙類型對儲層孔滲關(guān)系進行分類，使同類孔滲關(guān)系具有均質(zhì)性，孔隙度和滲透率具有較好對應(yīng)關(guān)系。

研究區(qū)共取得有效樣本205個，F(xiàn)ZI取值范圍0～8.7。結(jié)合測井資料、巖心分析及孔隙類型分析等相關(guān)資料，將孔滲關(guān)系分為3類（見圖2）：Ⅰ 類（0＜FZI≤0.53）、Ⅱ 類（0.53＜FZI≤1.7）、Ⅲ 類（1.7＜FZI≤8.7）。由分類后的孔滲關(guān)系圖（圖3）可見，不同F(xiàn)ZI分類下孔隙度與滲透率的相關(guān)性得到明顯改善。巖心觀察表明，研究區(qū)3類孔滲關(guān)系具有如下孔隙特征。Ⅰ類：孔隙發(fā)育，溶蝕作用較強，裂縫不發(fā)育；Ⅱ類：裂縫較少，孔洞較多，溶蝕作用較強；Ⅲ類：裂縫較發(fā)育，含少量的微小孔洞。隨著溶蝕孔洞和裂縫發(fā)育程度的增加，儲層滲透性變好。FZI分類標(biāo)準(zhǔn)適用于研究區(qū)酸性火山巖儲層，對于其他地區(qū)酸性火山巖可采用類似辦法重新確定。

圖2 研究區(qū)酸性火山巖儲層層流指數(shù)直方圖

圖3 研究區(qū)酸性火山巖儲層層流指數(shù)分類后孔滲關(guān)系圖

2.2.2 非取心井基于縫洞指示參數(shù)分類

有取心資料的井段可根據(jù)層流指數(shù)確定分類，而對非取心段則應(yīng)用測井資料識別不同巖石物理相，采用 “巖心刻度測井”的方法確定滲透率解釋模型。斯倫貝謝電阻率成像測井 （FMI）通過電阻率掃描得到井壁高清晰度圖像，具有縱向分辨率高的特點。利用雙孔介質(zhì)儲層孔隙分析軟件（PoroDist）將標(biāo)定的電阻率成像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成井周視孔隙度數(shù)據(jù)并進行自動分析，經(jīng)淺側(cè)向刻度的電阻率成像圖實際上是井壁的電導(dǎo)率圖。利用Archie模型將電阻率圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榫芤暱紫抖葓D像，對井周視孔隙度進行儲層孔隙分布頻率譜統(tǒng)計分析，確定基質(zhì)孔隙與次生孔隙的分界點，進而確定基質(zhì)孔隙與次生孔隙的比率，求取復(fù)雜巖性儲層視基質(zhì)孔隙、視次生孔隙、視總孔隙度和縫洞指示參數(shù) （FI）。

圖4 研究區(qū)酸性火山巖儲層縫洞指示參數(shù)直方圖

采用相同刻度標(biāo)準(zhǔn)對研究區(qū)火山巖儲層進行孔隙度頻譜分析，得到FI；應(yīng)用FZI巖心分類結(jié)果對FI刻度后，通過FI對儲層進行滲透率類型分類。對研究區(qū)15口取心井進行孔隙度頻譜分析，應(yīng)用195塊巖心分析資料對FI進行刻度，得到各類孔滲關(guān)系的FI的范圍（見圖4）。Ⅰ類孔滲關(guān)系：0＜FI≤0.2；Ⅱ類孔滲關(guān)系：0.2＜FI≤0.4；Ⅲ類孔滲關(guān)系：0.4＜FI＜0.6。應(yīng)用縫洞指示參數(shù)FI選取滲透率模型，與巖心資料分類進行對比，符合率達到92%。

2.2.3 基于層流指數(shù)儲層分類的滲透率模型

應(yīng)用層流指數(shù)對巖心樣品進行分類后，每類儲層具有相同的巖石物理相及相近孔隙類型。因此，對每類儲層分別建立滲透率與孔隙度關(guān)系模型，應(yīng)用孔隙度直接計算對應(yīng)的滲透率：

表2 基于層流指數(shù)儲層分類的滲透率模型參數(shù)表

3 應(yīng)用效果

應(yīng)用上述方法建立滲透率解釋模型再應(yīng)用到研究區(qū)的單井解釋中，經(jīng)14口井模型計算滲透率與巖心分析滲透率對比，相對誤差均值為38.1%，滿足了酸性火山巖儲層評價的需要 （表3）。

表3 模型計算滲透率與巖心分析滲透率對比表

4 結(jié) 論

1）直接應(yīng)用孔隙度計算儲層的滲透率方法適用于均質(zhì)性較好的儲層，不適合非均質(zhì)儲層。

2）在酸性火山巖儲層中，應(yīng)用相似孔滲分類的方法計算儲層滲透率具有較好的應(yīng)用效果。

3）應(yīng)用筆者提出的滲透率解釋模型計算得到的滲透率能夠滿足酸性火山巖儲層測井評價及開發(fā)部署的需要。

4）隨著應(yīng)用范圍的擴大，該滲透率解釋模型將納入更多地區(qū)的樣本，以增強其適用性。

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Permeability Interpretation Model of Acid Volcanic Reservoirs Based on Petrophysical Facies

YANG Xue－feng（Author's Address：Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Daqing Oilfield Company，Daqing163712，Heilongjiang，China）

Permeability was one of the major parameters for evaluating reservoirs.Because thelithology and pore types were complex，heterogeneity was very strong in Xushen Gas Field of Songliao Basin，the permeability accuracy obtained by using the single porosity－permeabilitymodel was lower，it could not satisfy the needs of reservoir evaluation and development.Based on thesimilar reservoir classification，the permeability interpretation model of volcanic reservoirs wasestablished by comprehensively using core data，conventional and image logging data.Accuracy of themodel was higher than that of common permeability interpretation model，the permeabilitycalculated by using the model was consistent with that of core analysis.The application result showsthat the permeability interpretation model based on similar reservoir classification improves theaccuracy and provides the accurate permeability parameters for reservoir evaluation and development.

permeability；volcanic rock；flow unit；petrophysical facies；similar porosity－permeability relationship

P631.84

A

1000－9752 （2012）02－0088－05

2011－11－19

國家 “973”規(guī)劃項目 （2009CB219307）。

楊學(xué)峰 （1982－），男，2004年中國石油大學(xué) （華東）畢業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事測井解釋方面的研究工作。

［編輯］ 龍 舟