三元耦合方法評價孔洞型儲層有效性

張兆輝，高楚橋，高永德

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅 蘭州 730020;2.長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 荊州 434023;3.中海油南海西部研究院，廣東 湛江 524057)

0 引言

孔洞型儲層是碳酸鹽巖主要的儲層類型，目前有效性的定量評價大多依據(jù)孔隙度的大小[1-7]。文獻[8]中采用m值結合相對連通孔隙度評價其有效性，同時不少測井工作者引入電成像、聲成像等測井技術定性分析其有效性[9-10]，在實際生產(chǎn)中均取得了較好的應用效果。近年來隨著塔里木盆地塔中、輪古地區(qū)勘探程度的不斷提高，僅依靠單一的孔隙度難以描述儲層的有效性，經(jīng)常出現(xiàn)儲層有效性判斷錯誤的現(xiàn)象[11-12]:孔隙同樣發(fā)育的孔洞型儲層酸化壓裂后有些可以形成工業(yè)儲層，而有些根本達不到工業(yè)產(chǎn)能，甚至出現(xiàn)干層，例如AZ621井4851～4885 m層段、AZ822井5614～5675 m層段、AZ72井4964～4978 m層段，其平均孔隙度相差不大，分別為3.56%、3.60%、3.69%，但酸化壓裂試油產(chǎn)量相差極大，其中第1個層段日產(chǎn)油149 m3、氣6.1×104m3，為工業(yè)產(chǎn)能層;第2個層段為干層;第3個層段日產(chǎn)油0.24 m3、產(chǎn)液0.98 m3，為非工業(yè)產(chǎn)能層。因此，為了準確評價儲層的有效性及類別，從儲層宏觀特征和微觀孔隙結構特征入手，結合壓汞實驗、試油資料提出一種新的三元耦合評價法。

1 孔洞型儲層孔隙結構特征

孔洞型儲層儲集空間以次生的溶蝕孔洞為主，另外還包括一些粒內(nèi)孔、粒間孔、晶間孔和少量微孔隙。該類儲層一般是由原生孔隙溶蝕改造而成，儲、滲系統(tǒng)由孔、喉本身組成。由于溶蝕程度的不同造成了孔洞孔徑的大小不一，據(jù)此可將孔洞型儲層劃分為小孔孔洞型儲層和大孔孔洞型儲層，前者溶蝕作用較弱，后者溶蝕作用較強。其孔徑大小分類標準:FMI成像測井成果圖上，如果一個孔洞圖像能占半個極板范圍，則為大孔孔洞型，否則為小孔孔洞型。小孔孔洞型儲層在巖心上表現(xiàn)為針孔狀或者麻點狀小孔洞，F(xiàn)MI成像測井表現(xiàn)為“豹斑”狀不規(guī)則黑色星點分布[13-14];大孔孔洞型儲層在巖心上面可以看到孤立的孔洞，在FMI成像測井上則表現(xiàn)為黑色的孤立的大孔或者大洞。圖1為2種不同孔洞型儲層FMI圖像特征及巖心照片。

圖1 孔洞型儲層巖心照片及FMI圖像

壓汞實驗與核磁共振實驗是研究微觀孔隙結構的重要手段[15-19]。圖2為塔里木盆地塔中地區(qū)2口井的典型孔洞型儲層毛細管壓力曲線特征，紅色線為AZ621井小孔孔洞型儲層巖樣(孔隙度2.8%，滲透率0.081 mD*非法定計量單位，1 mD=9.87×10-4μm2，下同，排驅壓力2.8 MPa，平均孔喉半徑0.068μm，相對分選系數(shù)1.36);藍色線為AZ62井大孔孔洞型儲層巖樣(孔隙度10.9%，滲透率0.096 mD，排驅壓力 0.637 MPa，平均孔喉半徑0.4374μm，相對分選系數(shù)0.7793)。從圖2中可以看出，由于孔隙僅靠微觀喉道連通，而汞需要突破一定的毛細管壓力才能進入到巖樣的喉道中，當進汞壓力小于這一定值時，進汞飽和度保持不變，但當進汞壓力達到一定數(shù)值，進汞飽和度便會很快增大;小孔孔洞型儲層需要的突破壓力高于大孔孔洞型儲層。

核磁共振實驗很好地反映了孔隙結構特征與孔隙中流體的分布[20-21]，圖3為AZ621井孔洞型儲層核磁共振T2譜典型特征。從圖3中可以看出，孔隙度對T2譜的分布有一定的影響，小孔的T2譜主峰主要分布在左邊，而大孔的T2主要分布在右邊，并且大孔中的可動流體要比小孔多得多，且主要以可動流體為主。

2 儲層有效性評價技術

圖2 典型孔洞型儲層毛細管壓力曲線特征

圖3 孔洞型儲層核磁共振T2譜特征

孔洞型儲層存在2種典型的孔隙結構特征(見圖2、圖3)，勘探實踐表明，相同試油措施情況下，試油結果存在較大差異[11]，為此，此次研究期望找到儲層產(chǎn)能、儲層結構特征之間的規(guī)律。

通過對塔里木盆地塔中地區(qū)7口井7個井段共50塊巖樣的壓汞實驗數(shù)據(jù)及對應試油成果數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)形成工業(yè)油流的井段與非工業(yè)油流的井段相比較，其排驅壓力小、平均孔喉半徑大，且二者與儲層產(chǎn)能有很好的相關性，為此定義Ps值綜合反映微觀孔隙結構。測井計算表明，平均有效孔隙度與該段壓汞實驗計算出的Ps值有很好的對應關系(見圖4)，也就是說，平均有效孔隙度綜合反映了儲層的排驅壓力、平均孔喉半徑特征，進一步認為平均有效孔隙度大的孔洞型儲層，孔喉也較發(fā)育且連通性也較好，儲層成為有效儲層的可能性越大。

圖4 壓汞實驗參數(shù)P s與平均有效孔隙度ˉφe關系圖

式中，Ps為孔隙結構特征參數(shù)，無量綱為平均孔喉半徑，μm;pd為排驅壓力，MPa;F為累計有效孔隙厚度，m;φe為有效孔隙度，%;l為采樣間隔，m;HF為有效厚度，m;N為φe孔隙度下限的采樣點數(shù)，無量綱為平均有效孔隙度，%。

在實際生產(chǎn)中常會遇到儲層物性好，錄井顯示有油氣，但試油卻達不到工業(yè)產(chǎn)能，甚至是干層。通過對塔中、輪古地區(qū)15口井、17個孔洞型儲層試油層段的儲層信息進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)儲集能力除了與孔隙度、孔隙結構參數(shù)有很大關系外，儲層縱向發(fā)育規(guī)模也是影響儲層產(chǎn)能的關鍵因素，這一因素用累計有效孔隙厚度表征，也就是說，孔隙度、孔隙結構、儲層發(fā)育規(guī)模同時控制儲層有效性。據(jù)此可將孔洞型儲層有效性評價因素概括為3個端元:一是采樣點孔隙度;二是平均有效孔隙度;三是累計有效孔隙厚度，即三元耦合評價法。采樣點孔隙度通常采用體積模型法和測井巖心刻度法計算[8]，并與孔隙度下限值(地區(qū)經(jīng)驗參數(shù))對比，若某儲層段內(nèi)某采樣點孔隙度高于孔隙度下限值則計算該采樣點的后2個端元，否則不計算，直至完成該儲層段內(nèi)每個采樣點的數(shù)據(jù)處理，最后統(tǒng)計其參數(shù)值，結合試油成果資料制作有效性評價圖版。

三元耦合評價法很好地克服了以往僅靠孔隙度評價的不足，同時考慮了孔隙度及儲層縱向發(fā)育規(guī)模。據(jù)此，制作了塔里木盆地塔中、輪古地區(qū)孔洞型儲層有效性識別圖版(見圖5)。圖5中氣泡大小代表試油產(chǎn)量的高低。從圖5中可以看出，受孔洞型儲層本身連通條件的限制，一般達不到Ⅰ類儲層，大孔孔洞型儲層一般是Ⅱ類儲層，小孔孔洞型儲層多為Ⅲ類儲層或干層[11]。

3 應用效果

圖5 孔洞型儲層有效性識別圖版

依據(jù)本文評價方法，對塔里木盆地塔中、輪古地區(qū)11口新鉆探井19個試油層段進行儲層有效性(等級)評價。表1為11口新鉆探井19個試油層段有效性判定結果與試油結論對比，將其對應參數(shù)投點到識別圖版(見圖5)，判斷正確18個層，符合率為94.7%，提高了儲層有效性識別成功率。

圖6為AZ721井5025～5080 m井段測井處理成果圖，F(xiàn)MI成像測井清晰可見儲層為典型的小孔孔洞型儲層。5031～5074 m層段測井計算平均孔隙度為2.7%，根據(jù)目前塔里木油田公司孔洞型儲層評價標準[11]識別為Ⅱ類儲層。此次研究測井計算平均有效孔隙度為3.1%、累計有效孔隙厚度為0.73 m，根據(jù)孔洞型儲層有效性判別圖版(見圖5)判定為Ⅲ類儲層。該井在5030～5070 m井段試油，試油結果:日產(chǎn)油8.17 m3，日產(chǎn)水0.2 m3，氣焰高0.2～2 m，未達到工業(yè)產(chǎn)能，評定為Ⅲ類儲層，與測井綜合評價結果相符。

表1 儲層有效性識別結果與試油結論對比表

圖6 AZ721井測井處理成果圖

4 結論

(1)孔隙度和儲層厚度同時控制儲層產(chǎn)能，三元耦合評價技術很好地克服了以往僅靠孔隙度評價的不足，不僅考慮了孔隙度因素，而且包含儲層縱向發(fā)育規(guī)模的影響。

(2)利用三元耦合評價技術對新鉆探井的孔洞型儲層進行有效性評價，其儲層等級解釋符合率為94.7%，為試油方案的制定提供了重要參考信息。

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