低孔、低滲致密砂巖儲層物性下限值的確定——以川中P地區(qū)須二段氣藏為例

李 燁 司馬立強 閆建平 楊 玲

1.西南石油大學地球科學與技術學院 2.中國石油川慶鉆探工程公司

1 儲層基本特征

四川盆地P地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組二段氣藏位于川中低平構造帶內(nèi)，在南高北低單斜背景下，局部發(fā)育小潛高構造，斷層不發(fā)育。區(qū)內(nèi)須家河組沉積特征與川中其他地區(qū)類似，為一套砂泥巖互層的陸源碎屑巖系［1－2］。其中須二段屬三角洲前緣亞相沉積，儲層相對發(fā)育，主要分布在水下分流河道和河口壩沉積微相中。

氣藏儲集巖性以長石巖屑砂巖和巖屑砂巖為主。分選中等—好，磨圓較好，多呈孔隙—接觸式膠結。碎屑成分以石英為主，含量介于41%～76%，平均為56.73%；長石含量介于5%～25%，平均為17.97%；巖屑含量介于8%～50%，平均為25.30%，成分包括變質(zhì)巖、沉積巖和巖漿巖；填隙物含量介于4.2%～10.48%，平均為7.53%，成分以黏土質(zhì)雜基和石英、方解石等膠結物為主。

儲層總體具有低孔隙度、低滲透率—特低孔隙度、特低滲透率的特征，只有個別井段孔隙發(fā)育相對較好?？紫抖戎饕性?%～10%，平均為6.45%；滲透率主要集中在0.01～0.5mD，大于0.1mD的樣品僅占總數(shù)的24.11%。巖心、薄片、物性分析和試氣等資料表明殘余粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔是主要的儲集空間，部分井段發(fā)育的裂縫對儲層滲透性改善作用大?？傮w而言，P地區(qū)須二段儲層以孔隙型為主。

由于前期勘探中沒有精確確定有效儲層的物性下限，導致試氣段屢屢出現(xiàn)干層，給勘探工作帶來較大影響。為此，筆者針對P地區(qū)須二段致密砂巖儲層物性下限開展了研究，運用多種方法，從多個方面對比分析，綜合確定了有效儲層物性下限的取值，為氣藏儲量的精確計算和后續(xù)開發(fā)生產(chǎn)提供了重要依據(jù)。

2 多種方法綜合確定儲層物性下限值

隨著石油工業(yè)的發(fā)展進步，確定儲層物性下限的方法越來越多樣。但是每種方法都只是從某一個方面來反映儲層的特征，并且運用不同的方法確定的儲層物性下限經(jīng)常有所不同，并不一定都能真實反映儲層實際的下限值。這需要研究儲層特征，運用多種方法進行檢驗和驗證，確保得出的結論符合實際情況［3］。

2.1 經(jīng)驗統(tǒng)計法

目前，經(jīng)驗統(tǒng)計法在國內(nèi)外均得到了較為廣泛的使用［4－6］，是一種以巖心測試分析得到的孔隙度和滲透率資料為基礎，按照低孔低滲段累計儲滲能力丟失不超過總累計量的5%來劃分物性下限的方法。其中儲氣能力和產(chǎn)氣能力計算公式為：

式中Qφi為儲氣能力，%；QKi為產(chǎn)氣能力，%；φi為樣品孔隙度；Ki為樣品滲透率，mD；Hi為樣品長度，m。

應用經(jīng)驗統(tǒng)計法劃分P地區(qū)須二段氣藏物性下限效果（圖1、2）。按照儲氣能力丟失5%為界限，確定孔隙度下限值為5.5%，此時樣品丟失率為16.95%；按產(chǎn)氣能力丟失5%為界限，確定滲透率下限值為0.033mD，此時樣品丟失率為18.24%。以孔隙度5.5%、滲透率0.033mD作為下限值，其儲氣能力和產(chǎn)氣能力丟失都很小，認為該下限值是比較合適的。

圖1 儲層孔隙度分布與孔隙度下限確定圖

圖2 儲層滲透率分布與滲透率下限確定圖

2.2 孔滲關系法

根據(jù)P地區(qū)須二段儲層巖心分析結果，做出孔隙度—滲透率交會圖（圖3）。分析發(fā)現(xiàn)，巖心孔隙度低于6%時，滲透率隨孔隙度增加而變化很小，此時孔隙以無效孔隙為主；巖心孔隙度大于6%時，滲透率隨孔隙度增加也出現(xiàn)明顯增加，此時孔隙是具有一定滲透能力的有效孔隙。因此，以6%作為儲層與非儲層的孔隙度界限值，由孔滲關系式（式3）計算得出的滲透率為0.038mD。

圖3 儲層巖心孔隙度—滲透率關系圖

式中K為滲透率，mD；φ為孔隙度，%。

2.3 最小流動孔喉半徑法

巖石微觀孔隙結構及喉道大小在很大程度上影響著巖石的宏觀滲流特性。巖石喉道的粗細，也就是孔喉半徑的大小，決定了油氣是否能在一定壓差下從巖石中流出。通常將既能儲集油氣又能使油氣滲流的最小孔隙通道稱為有效儲層的最小流動孔喉半徑［5，7］。研究表明，通過測量巖心水膜厚度［7－8］或者運用毛細管壓力資料開展巖石微觀孔隙結構分析［9－11］，都可以確定儲層的最小流動孔喉半徑，進而根據(jù)孔喉半徑與物性的相互關系劃分儲層的物性下限。

2.3.1 水膜厚度法

儲層水膜厚度是儲層所含水均勻鋪展于孔隙表面時的厚度。當水膜厚度大于孔喉半徑時，孔喉所控制的孔隙空間被水所飽和，油氣不能在其中流動。因此，該水膜厚度所對應的孔喉半徑就是讓油氣在產(chǎn)層中能夠流動的最小流動孔喉半徑。P地區(qū)須二段儲層12塊巖心樣品測定的水膜厚度介于0.073 3～0.076 4 μm，平均為0.074 9μm。

因此當孔喉半徑小于或等于0.074 9μm時，認為流體不能在孔隙中流動。將平均水膜厚度值帶入中值喉道半徑—孔隙度關系式（式4），求得P地區(qū)須二段儲層孔隙度下限為6.17%。由孔滲關系計算得出相應滲透率下限為0.042mD。

式中r為巖心中值喉道半徑，μm。

2.3.2 J函數(shù)法

J函數(shù)法是以壓汞數(shù)據(jù)為基礎，針對巖石孔喉特征進行研究的方法。因為實驗室測定的小尺寸巖樣的毛細管壓力曲線只能代表氣層中的一個點，而要得到能夠表征整個氣層的毛細管壓力曲線，就必須將獲得的所有毛細管壓力資料綜合平均。為此，Leverett提出了“J”函數(shù)的概念和計算公式：

式中J為函數(shù)，無因次；pc為毛細管壓力，MPa；σ為界面張力，mN／m；Sw為巖心含水飽和度；Swc為巖心束縛水飽和度；Swn為巖心標準化飽和度。

用J函數(shù)法對P地區(qū)須二氣藏4口井36塊巖心的壓汞資料進行處理，得到J函數(shù)曲線（圖4－a）和儲層平均毛細管壓力曲線（圖4－b，圖中SAg為進汞飽和度），再利用Purcell法和Wall法計算儲層的最小流動孔喉半徑。

Purcell法以等對數(shù)孔喉半徑間隔為單元，從注汞壓力與進汞量之間的關系求取每個單元的滲透率貢獻值。當孔喉半徑從大到小累計滲透率貢獻值達99%時，對應的孔喉半徑即為儲層的最小流動孔喉半徑，計算公式如下：

圖4 儲層J函數(shù)曲線（a）和平均毛細管壓力曲線（b）圖

式中ΔSi～i＋1為區(qū)間進汞量；i為孔喉半徑間隔單元序號；ΔKi為區(qū)間滲透率貢獻為累積滲透率貢獻。

Wall法以等孔隙體積增量為基礎，從孔喉半徑和進汞量的關系出發(fā)，求取不同孔喉半徑對滲透能力的貢獻。同樣將孔喉半徑從大到小累計滲透率貢獻值達99%時對應的孔喉半徑作為儲層最小流動孔喉半徑，計算公式如下：

式中ri為對應的孔喉半徑，μm；i為等量孔隙體積間率貢獻。

應用Purcell法計算的儲層最小流動孔喉半徑為0.061 8μm，Wall法計算結果為0.045 9μm。將結果帶入中值喉道半徑—孔隙度關系式，得到P地區(qū)須二氣藏孔隙度下限分別為5.97%和5.72%，根據(jù)孔滲關系式，計算相應滲透率下限分別為0.038mD和0.034mD。

2.4 產(chǎn)能模擬法

利用P地區(qū)須二段氣藏砂巖段巖心，在實驗室模擬地層的壓力和溫度，采用從低到高的生產(chǎn)壓差開展?jié)B流模擬實驗。首先獲得單向滲流速度，然后轉換成徑向流動條件下的單井日產(chǎn)氣量［12］。當儲層有效厚度為h時單井日產(chǎn)氣量為：

式中Q 為單井日產(chǎn)氣量，104m3／d；rw為井眼半徑，m；h為產(chǎn)層有效厚度，m；QR為實驗室?guī)r心流速，m3／s；A為巖心滲流面積，m2。

根據(jù)統(tǒng)計結果，氣層有效厚度取15m，生產(chǎn)壓差設為5MPa，產(chǎn)能模擬實驗結果如圖5所示?？紫抖仍胶玫臍鈱?，單井日產(chǎn)量越高，兩者之間具有很好的正相關關系。當孔隙度大于5.59%時，單井日產(chǎn)量能夠達到四川地區(qū)0.5×104m3／d的最低工業(yè)氣流標準。根據(jù)孔滲關系式，得到相應滲透率下限為0.032mD。

2.5 物性試氣法

統(tǒng)計取心井試氣層段資料點的孔隙度和滲透率數(shù)值，結合試氣結論，繪制孔隙度—滲透率交會圖（圖6）。在資料齊全且可信度高的情況下，這種方法可以高效直觀地劃分出有效儲層的物性下限。將P地區(qū)須二段氣藏試氣段巖心分析孔隙度與滲透率作交會圖版，并按照試氣結論標在圖版上，可以確定孔隙度下限值為6%，滲透率下限值為0.04mD。

圖5 單井日產(chǎn)氣量與孔隙度關系圖

圖6 須二段氣藏試氣段孔隙度—滲透率交會圖

根據(jù)上述不同方法確定的有限儲層物性下限值詳見表1。其中，氣藏有效儲層孔隙度下限范圍在5.5%～6.17%，平均值為5.85%。滲透率下限范圍在0.032～0.042mD，平均值為0.037mD。因此，綜合多種方法，確定P地區(qū)有效儲層的物性下限：孔隙度為5.85%，滲透率為0.037mD。

表1 P地區(qū)須二段儲層物性下限值表

3 結論

1）目前用來確定儲層物性下限的方法較多，但這些方法都只是從某一方面來反映儲層的特征，各種方法分析的結果也經(jīng)常不同，單獨使用某種或兩三種方法就不能準確可靠地解決物性下限劃分的問題。

2）采用經(jīng)驗統(tǒng)計法、孔滲關系法、最小流動孔喉半徑法（水膜厚度法、Purcell法、Wall法）、產(chǎn)能模擬法、物性試氣法等多種方法，綜合確定出川中P地區(qū)須二段低孔低滲儲層的物性下限為：孔隙度下限5.85%，滲透率下限0.037mD。通過多種方法相互驗證，避免了因方法單一而在物性下限取值時可能產(chǎn)生的較大偏差，確定出的儲層物性下限值得到了新近試氣資料的證實，為氣藏的儲量計算提供了依據(jù)。

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