基于流動單元用多參數(shù)方法預(yù)測火山巖滲透率

吳一雄，張超謨，2，李瑋

（1.長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 荊州434023；2.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，長江大學(xué)，湖北 荊州434023）

0 引 言

火山巖這種裂縫、孔洞發(fā)育、非勻質(zhì)性強的儲層作為研究對象時，之前建立在均勻介質(zhì)基礎(chǔ)上的理想巖石物理模型，以及由之推導(dǎo)的滲透率估算模型的應(yīng)用效果并不理想［1］，火山巖滲透率估算這一問題一直沒有得到較好地解決。在充分認識火山巖巖石物性、滲流機理的基礎(chǔ)上，借鑒了Damsleth等人提出的2步建模法［2］。在取心井中利用巖心資料劃分儲層流動單元，建立不同流動單元的儲層滲透率模型，即利用巖心分析數(shù)據(jù)計算的流動分層指標劃分流動單元，在此基礎(chǔ)上利用儲層滲透率與有效孔隙度之間的關(guān)系，對每一流動單元建立對應(yīng)的滲透率估算模型。在未取心井中利用多測井參數(shù)回歸分析法，確定一個針對火山巖儲層流動單元劃分的判別函數(shù)，利用該函數(shù)判別儲層的流動單元，然后將滲透率估算模型應(yīng)用到相應(yīng)的流動單元中，并對其應(yīng)用效果進行討論分析。

1 儲層流動單元分類基本原理

對復(fù)雜巖性儲層，為提高其儲層參數(shù)預(yù)測準確性常常需要進行聚類分析。常用的方法有孔隙分類法［3］、地層巖性分類法［1］和流動單元法［4］等。本文采用能夠綜合反映孔隙介質(zhì)性能和地層地質(zhì)概況的流動單元進行分類。Kozeny－Carman在結(jié)合達西滲流定律和毛細管中的泊肅葉流體定律之后，針對不連續(xù)的孔隙介質(zhì)加入平均孔隙半徑和迂曲系數(shù)后推導(dǎo)出

式中，K為滲透率，×10－3μm2；φe為有效孔隙度，%；Fs為孔隙幾何形狀指數(shù)；τ為孔隙空間迂曲度；Sgv為礦物顆粒比表面積，μm－1。

方程（1）可改寫為

這里，常數(shù)0.0314是換算系數(shù)，單位從μm2到mD＊非法定計量單位，1mD＝9.87×10－4μm2，下同，流動分層指標（IFZ）確定為

儲層品質(zhì)指數(shù)（Irq）為

那么，方程（2）就變成

式中，K和φe分別表示滲透率和有效孔隙度；IFZ隨孔隙幾何形狀的變化而變化。在雙對數(shù)坐標軸中，當(dāng)IFZ為常數(shù)時，Irq和φe的圖形是斜率為1的直線；當(dāng)φz＝1，直線縱坐標值就是IFZ的平均值。

1.1 基于巖心資料的流動單元分類法

松遼盆地是一個白堊系發(fā)育的斷坳疊置盆地，長嶺斷陷位于松遼盆地中央斷陷的西南部［5］。鉆、錄井資料顯示該區(qū)深層火石嶺組、沙河子組、營城組發(fā)育有火山巖，以營城組為甚。該區(qū)巖心滲透率和孔隙度指數(shù)相關(guān)性差，且微裂縫發(fā)育（見圖1）［6］。

圖1 長嶺斷陷火山巖儲層孔隙度滲透率關(guān)系

圖1是長嶺斷陷3口相鄰井43顆巖心孔隙度滲透率關(guān)系圖。在相同孔隙度條件下，滲透率相差較大，常用的滲透率與孔隙度指數(shù)關(guān)系不適用，考慮采用流動單元分類法提高孔隙度滲透率關(guān)系。利用巖心數(shù)據(jù)計算出Irq和φz，在Irq和φz的雙對數(shù)圖形中作出斜率為1的直線組，這些直線將圖形劃分為5個區(qū)塊，劃分結(jié)構(gòu)見圖2。圖2將儲層劃分為5個流動單元，滲流能力從差到好依次為a、b、c、d、e。

圖2 φz、Irq雙對數(shù)流動區(qū)域分類圖

1.2 分流動單元建立滲透率模型

由式（1）、式（3）得到對應(yīng)流動單元滲透率模型

圖2中，直線在φz＝1時，對應(yīng)的Irq軸截距即是IFZ在一定范圍內(nèi)的平均值。確定IFZ平均值之后，由公式（7）可知各流動單元滲透率模型見表1。

表1 各流動單元滲透率解釋模型

1.3 多測井參數(shù)確定流動單元判別函數(shù)

在未取心井中流動單元研究的方法主要有6類［7］：孔隙幾何形狀分析法（即R35法）、流動分層指標（IFZ）法、多參數(shù)分析法、生產(chǎn)動態(tài)資料法、層次分析法和精細沉積巖相分析法。其中，R35法、IFZ法、多參數(shù)分析法是以定量研究為主的方法，也是目前應(yīng)用最多的研究方法。R35法和IFZ法是建立在微觀孔隙結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上來研究的，也就是需要知道儲層的孔隙度和滲透率這2項物性參數(shù)。因此，需要建立一種通過測井資料確定的流動單元判別函數(shù)進行流動單元劃分，即多參數(shù)分析法［8］。

首先，將與流動單元有較密切關(guān)系的測井?dāng)?shù)據(jù)之間進行單相關(guān)分析，選出獨立性強的參數(shù)。這些測井?dāng)?shù)據(jù)是在分析儲層流動特性影響因素基礎(chǔ)上進行挑選的，包括反映泥質(zhì)含量、粒度中值的SP（自然電位）、GR（自然伽馬），反映地層孔隙度的DEN（地層密度）、φn（中子孔隙度）和 Δtc（縱波時差），反映地層裂縫發(fā)育情況的Δtst（斯通利波時差），反映地層電性的Rt（原狀地層電阻率）、Rxo（沖洗帶電阻率）以及反映地層滲透性的電阻率之比Rt／Rxo。各測井參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)見表2。

表2 儲層流動屬性測井參數(shù)單相關(guān)分析

由表2可見，φn、Δtc、Rt、Rxo和其他幾個參數(shù)相關(guān)性都較高，獨立性不夠；GR和SP相關(guān)性較高，二者擇一；Rt／Rxo參數(shù)不僅反映滲流能力，與流動單元密切相關(guān)，而且獨立性強。最終選取GR、DEN、Δtst、Rt／Rxo這4個指標以巖心流動分層指標為刻度進行回歸分析，得到最佳擬合效果，回歸方程

相關(guān)系數(shù)為0.912。

1.4 儲層有效孔隙度分析

火山巖儲層的儲集空間比較復(fù)雜，一般認為在火山巖形成時期，由于高溫的作用巖石中含有大量獨立存在的氣泡，但是由于巖漿冷凝收縮和成巖后的地質(zhì)構(gòu)造運動形成裂縫使巖體中的氣孔互相連通，這些裂縫和氣孔構(gòu)成了火山巖儲層的主要儲集空間和油氣運移通道，更為特殊的是火山巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)非勻質(zhì)性強，巖石成分復(fù)雜，對其儲層模型的研究多在探索階段［9］。

研究采用密度－核磁共振孔隙度模型（DNMR）［10］。核磁共振測井不受巖石骨架影響，避免了儲層巖性變化帶來的不利影響。由于儲層含氣含氫指數(shù)小，導(dǎo)致氣層核磁共振孔隙度（φICMR）偏小，而密度測井曲線由于儲層含氣密度值降低，導(dǎo)致密度孔隙度（φDEN）偏高。利用上述2組孔隙度數(shù)據(jù)，通過巖心孔隙度（φcore）刻度測井的方法進行權(quán)系數(shù)標定，可將含氣儲層有效孔隙度校正公式表示為

即φcore／φDEN、φTCMB／φDEN這2組數(shù)據(jù)擬合曲線的斜率值和截距分別為A、B。

圖3 φTCMB／φDEN與φcore／φDEN交會圖

圖3由3口取心井巖心的孔隙度進行刻度得到，由圖3得到有效孔隙度（此處巖心孔隙度即為有效孔隙度）公式為

2 應(yīng)用實例

取相鄰地區(qū)1口井?dāng)?shù)據(jù)驗證回歸模型準確性。采用式（8）判斷流動單元，并與預(yù)測井的23顆巖心數(shù)據(jù)計算的流動單元進行了統(tǒng)計分析（見表3）。

表3 流動單元劃分與滲透率預(yù)測準確性分析

表3顯示總流動單元預(yù)測準確率達到了78.3%。有5個點的流動單元劃分有誤，導(dǎo)致用錯預(yù)測滲透率的模型，使預(yù)測滲透率與巖心滲透率差距加大，從一定程度上增加了預(yù)測的誤差。對于這一情況的處理，可以引入統(tǒng)計絕對誤差EG和統(tǒng)計相對誤差ED來作進一步分析，具體方法參考文獻［8］。

利用預(yù)測井資料求出密度孔隙度和核磁共振孔隙度后，采用方程（10）得到該井段有效孔隙度，代入表1中對應(yīng)單元的滲透率計算模型中，求得該井的儲層滲透率。采用這種方法預(yù)測的滲透率與23顆巖心數(shù)據(jù)進行比較（見圖4）。

圖4 流動單元分類回歸方程預(yù)測滲透率準確性分析

圖4反映了全井段預(yù)測滲透率與巖心滲透率的關(guān)系，基本實現(xiàn)了全井段滲透率的準確預(yù)測。采用Timur（1968年）公式估算該井滲透率，其常規(guī)滲透率預(yù)測值見圖5。圖5可見，常規(guī)模型（Timur公式）在火山巖儲層滲透率的估算中誤差大。本文提到的依據(jù)巖心數(shù)據(jù)建立分流動單元的滲透率模型，在求準有效孔隙度和流動單元的準確判別基礎(chǔ)上，在火山巖儲層中有更強的實用性。

圖5 滲透率預(yù)測效果對比圖

3 結(jié) 論

（1）本文所提出的方法實現(xiàn)了確定復(fù)雜儲層滲透率模型問題的簡化。在判別流動單元的基礎(chǔ)上，利用密度－核磁共振測井?dāng)?shù)據(jù)共同確定含氣儲層的有效孔隙度直接求取滲透率，無需考慮火山巖儲層的復(fù)雜巖性和孔隙結(jié)構(gòu)、組成類型等問題。

（2）利用IFZ將儲層進行流動單元劃分，在取心井中可以利用巖心數(shù)據(jù)直接計算，但是在未取心井中則需經(jīng)過多測井參數(shù)進行回歸分析得到。回歸參數(shù)及回歸方程的選取和確定決定著滲透率預(yù)測的準確性，否則會引起流動單元的誤判，增大誤差。

（3）針對火山巖巖性復(fù)雜，非勻質(zhì)性強、次生孔隙、裂縫發(fā)育的特殊情況，綜合運用流動單元分類和多參數(shù)回歸分析，建立地區(qū)滲透率預(yù)測模型，結(jié)果表明應(yīng)用效果較好。

［1］ 李慶華，李鶴升譯.用測井資料預(yù)測碳酸鹽巖儲層滲透率方法綜述［J］.測井技術(shù)信息，2004，17（6）：15－28.

［2］ Damsleth E Tjolsen C B，Omre H A.Two－Stage Stochastic Model Applied to North Sea Reservoir［J］.Journal of Petroleum Geology，1992，44（4）：402－408.

［3］ 楊興旺，趙杰，朱又清，等.利用孔隙分類法計算該研究區(qū)火山巖儲層滲透率的方法及其應(yīng)用［J］.測井技術(shù)，2010，34（2）：164－167.

［4］ Maghsood Abbaszadeh，Hikari Fujii，F(xiàn)ujio.Permeability Prediction by Hydraulic Flow Units－Theory and Applications［J］.SPE Formation Evaluation，1996，12：263－270.

［5］ 鄧玉勝，王蘊，朱桂生，等.松遼盆地南部長嶺斷陷火山巖特性及其對油氣藏的控制［J］.中國石油勘探，2003，8（3）：31－37.

［6］ 劉合，閆建文，馮程濱，等.松遼盆地深層火山巖氣藏壓裂新技術(shù)［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2004，23（4）：35－37.

［7］ 康立明，任戰(zhàn)利.多參數(shù)定量研究流動單元的方法［J］.吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版，2008，38（5）：749－756.

［8］ 袁新濤，彭仕宓，林承焰，等.分流動單元精確求取儲層滲透率的方法［J］.石油學(xué)報，2005，26（6）：78－81.

［9］ 長山，胨建文，游俊，等.火山巖儲層建模初探［J］.地學(xué)前緣，2000，7（4）：381－389.

［10］ 毛志強，張沖，肖亮.一種基于核磁共振測井計算低孔低滲氣層孔隙度的方法［J］.石油地球物理勘探，2010，26（1）：105－109.