有效儲層物性下限方法的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向

劉毛利，馮志鵬，蔡永良，粟 鵬，朱征兵

（1.西南石油大學(xué)研究生部，成都 610500；2.，中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦，四川 遂寧629000）

有效儲層物性下限方法的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向

劉毛利1，馮志鵬2，蔡永良2，粟 鵬2，朱征兵2

（1.西南石油大學(xué)研究生部，成都 610500；2.，中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦，四川 遂寧629000）

有效儲層物性下限是評價儲層儲量最有效的方法，目前確定有效儲層物性下限值的主要參數(shù)為儲層的孔隙度、滲透率、含水飽和度參數(shù)。因儲層物性受多種因素控制，導(dǎo)致不同地區(qū)、同一地區(qū)的不同時間段其物性下限均不同。目前確定物性下限值的方法包括壓汞實驗法、分布函數(shù)曲線法、核磁共振法、含油產(chǎn)狀法等。每種方法均有其利弊，采用綜合評價方法是未來確定有效儲層物性下限的發(fā)展方向。

有效儲層；物性下限；方法；發(fā)展方向

DO I：10.3969/j.issn.1006-0995.2014.01.003

有效儲層是指在現(xiàn)有工藝條件下能獲得工業(yè)油流的儲層。在實際應(yīng)用中，有效儲層會隨著生產(chǎn)技術(shù)的進步和采油技術(shù)的提高而變化，之前所判定的無效儲層可能會發(fā)現(xiàn)工業(yè)油流。Murray（1960）提出工業(yè)性儲集巖的臨界油柱高度標準，即生產(chǎn)純油段儲層巖樣有效吼道半徑約為0.5μm；Mannon（1972）等利用巖樣滲透率和毛管壓力的綜合分析提出滲透率下限；王允誠（1986）提出利用相滲透率曲線法確定物性下限；向丹（2005）等人運用實驗分析和模擬資料方法確定儲層物性下限。影響儲層物性下限值因素較多，包括地層溫度、地層壓力、流體性質(zhì)、工藝技術(shù)等。通過對各類方法的分析概括，提出適用于儲層物性下限確定的方法，并提出有效儲層物性發(fā)展的方向。

1 影響儲層物性下限的因素

影響有效儲層物性下限的因素很多，通過對前人研究的總結(jié)，可知包括地層壓力、地層溫度、儲層性質(zhì)、流體性質(zhì)和目前的生產(chǎn)工藝條件。

1）地層壓力分兩種情況：①當?shù)貙訅毫π∮陲柡蛪毫r，隨著地層壓力增大，在同一大小的孔喉半徑下，成藏阻力增大，物性下限值增大。②當?shù)貙訅毫Υ笥陲柡蛪毫r，隨著地層壓力增大，剩余飽和度壓力隨之增大，導(dǎo)致在同一大小的孔喉半徑下，物性下限值降低。

2）地層溫度。成藏過程中主要克服的是毛管壓力，當溫度不斷增加、巖石潤濕角不變，流體體積增大，界面張力隨之減小，導(dǎo)致毛細管阻力減小，因此有效儲層物性下限值減小。

3）流體性質(zhì)。對于原油，原油性質(zhì)越好，代表其粘度、密度越小，因此所需的流動孔隙等要求相對較低，物性下限值也較低，反之則大。

4）儲層性質(zhì)。巖石中部分自生粘土礦物會堵塞孔喉，造成滲透率下降，成為非儲層，增大儲層物性下限值。儲集空間為原生孔隙的巖石比面大于次生孔隙的巖石比面，導(dǎo)致前者的有效儲層物性下限值大于后者。

2 確定有效儲層物性下限的方法

依據(jù)儲層物性下限確定時所取數(shù)據(jù)的來源，把各種方法歸結(jié)為動態(tài)法和靜態(tài)法。靜態(tài)法所用參數(shù)為實驗結(jié)果和經(jīng)驗取值；而動態(tài)法所用參數(shù)來自實際生產(chǎn)過程中，可根據(jù)不同時期調(diào)整物性下限值。

2.1 靜態(tài)法

1）壓汞實驗法。因儲層孔隙結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致其滲透率不同。即根據(jù)中值壓力與滲透率的關(guān)系得到滲透率下限值，根據(jù)巖心化驗得到的孔滲關(guān)系求出對應(yīng)的孔隙度下限。如圖 1中轉(zhuǎn)折點即為儲層與非儲層的分界線。本方法需取心資料，因要尋找轉(zhuǎn)折點，人工干擾較大，且若無取心資料者無法實施，適用于各低~高孔滲儲層。

圖1 滲透率與中值壓力關(guān)系圖

圖2 經(jīng)驗系數(shù)法及甩尾法得出物性下限值

2）孔隙度含水飽和度相滲曲線組合法。即根據(jù)巖心滲透率、含水飽和度及油氣和水的相對滲透率，找出水的主導(dǎo)層時水的滲透率，轉(zhuǎn)折點即為滲透率下限值。需巖心化驗資料，因部分拐點不明顯，確定含水飽和度下限值時誤差大，適用于低~高孔滲儲層。

3）孔喉分布法。根據(jù)不同孔喉占總孔喉體積百分數(shù)，從圖中可以看出，孔喉在某點出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，小于轉(zhuǎn)折點的孔喉所在儲層油氣較難采出，再根據(jù)孔喉半徑與滲透率、孔隙度之間的關(guān)系，求出物性下限值。需大量巖心化驗資料，適用于低~高孔滲儲層。

4）分布函數(shù)曲線法。運用統(tǒng)計學(xué)，繪制出有效儲層和非有效儲層的孔隙度、滲透率分布曲線，兩者的交點即為所求有效儲層物性下限值。有效儲層與非儲層要符合正態(tài)分布，否則數(shù)據(jù)不準確，適合于低~高孔滲儲層。

5）經(jīng)驗系數(shù)法。由美國巖心公司通過統(tǒng)計得出的方法，即以巖心所測的孔隙度、滲透率為基礎(chǔ)，將得出的平均滲透率值乘以5%，若高滲儲層可以乘以小于5%的值，再根據(jù)孔滲關(guān)系得到孔隙度下限值，如圖2所示。需要實驗分析數(shù)據(jù)，只適用于滲透性較好的儲層，若是差油層，孔滲相關(guān)性要好。

6）甩尾法。以低孔、滲儲層段累計儲滲能力丟失較合理時對應(yīng)的物性值作為物性下限。美國巖心公司通常將累計儲滲能力丟失界限確定為5%，但在不同油氣田，其所確定的累計儲滲能力丟失界限不同，一般不超過15%，累計儲能丟失不超過10%（圖2）。需大量巖心資料，不同地區(qū)累計丟失界限值不同，且適用于孔滲相關(guān)性較好的儲層。

圖3 某地區(qū)孔隙泥質(zhì)含量與有效孔隙度

圖4 含油產(chǎn)狀與物性交會示意圖

7）泥質(zhì)含量法。根據(jù)儲集層中泥質(zhì)含量的多少，確定儲層是否有商業(yè)價值（圖3）。因泥質(zhì)含量臨界點難以確定，影響因素較多，此方法不建議使用。

8）含油產(chǎn)狀法。在我國，很多砂巖油藏都發(fā)現(xiàn)儲層物性與含油性有著一致的變化規(guī)律，因此可用巖心含油產(chǎn)狀確定有效儲層物性下限（圖4）。需要進行單層試油，不適用天然氣儲層研究，獲取可靠的壓力資料，受原油性質(zhì)影響較大，適用于低~高孔滲儲層。

9）束縛水飽和度法。束縛水飽和度達到80%時，儲層此時被認為是無效儲層。此方法需在孔隙度與束縛水飽和度相關(guān)系數(shù)大于70%時，選取束縛水飽和度80%，對應(yīng)的孔隙度下限值即為下限值（圖5）。因受孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙類型等因素影響，下限值不易確定，適合于低~高孔滲儲層。

10）束縛水膜厚度法。大量研究表明，水濕性碎屑巖顆粒表面附著水膜厚度大約為0.1μm，大于0.1 μm為有效儲層。把0.1μm作為界限，通過孔喉半徑與滲透率的關(guān)系，求出滲透率下限值。需大量巖心資料，研究區(qū)域孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)有很好的相關(guān)性，適合于低~高孔滲儲層。

11）最小流動孔喉半徑法。經(jīng)大量研究表明，根據(jù)毛管壓力資料，可以對巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)分選，確定油氣層最小流動孔喉半徑。一般步驟為首先用 J函數(shù)方法處理毛細管壓力曲線，得到平均毛細管壓力曲線，其次通過沃爾法或正態(tài)概率法、Purcell法、Hobson法計算最小孔喉半徑，最后根據(jù)孔喉半徑與滲透率的關(guān)系得到有效儲層物性下限。需取大量巖心化驗資料，準確性較高，適用于低~高孔滲儲層。

圖5 孔隙度與束縛水飽和度關(guān)系圖

圖6 常規(guī)壓汞與核磁共振關(guān)系示意圖

12）核磁共振法。根據(jù)核磁共振可得到可動流體飽和度，在低滲油藏中，可動流體飽和度是評價油層物性的重要指標。如圖 6可知，截止值左側(cè)為不可動流體，右側(cè)為不可動流體，利用和壓汞關(guān)系可得孔喉半徑值。此方法需大量的實驗數(shù)據(jù)，受各種流體因素影響，精確度一般。

13）滲透率敏感法。主要收集地層滲透率與地面滲透率值，并作兩者關(guān)系圖，根據(jù)孔隙度滲透率關(guān)系求出孔隙度下限。此方法需要大量分析化驗資料，因模擬地層條件，獲得的滲透率值有偏差。

圖7 孔隙度與滲透率交會圖

圖8 鉆井液侵入法

14）孔隙度-滲透率交會法。作孔隙度—滲透率交會圖（圖7），圖上一般有三段：第一段孔隙度增加而滲透率增加甚微，說明巖石孔隙主要為無滲透能力的孔隙；第二段滲透率隨孔隙度增加而明顯增加，說明增加的孔隙度是有滲透能力的有效孔隙；第三段孔隙度增加甚微，滲透率急劇增加，說明孔喉半徑增大。第一、二段轉(zhuǎn)折點為滲透層與非滲透層的孔隙度、滲透率下限值。收集大量巖心分析資料，孔隙度、滲透率相關(guān)性較好，該方法難以準確劃定第一、二段及其轉(zhuǎn)折點，適用于低~高孔滲儲層。

15）產(chǎn)能模擬實驗法。取產(chǎn)層巖心，模擬不同物性條件下產(chǎn)能的變化，以此確定儲層物性下限。因模擬環(huán)境難于真實的反映原始條件，得到的結(jié)果偏差大。

16）鉆井液侵入法。在含水飽和度與滲透率相關(guān)系數(shù)較高時，利用水基鉆井液取心測定的含水飽和度確定物性下限。含水飽和度與空氣滲透率關(guān)系曲線出現(xiàn)的拐點即為分界線，對應(yīng)的滲透率為滲透率下限值。僅適用于水基泥漿鉆井，且適用于油層，拐點的確定誤差大。

2.2 動態(tài)法

動態(tài)法主要包括鉆井液侵入法、測試法、試油（氣）法、測井資料法、產(chǎn)能法、產(chǎn)能模擬實驗法等。在實際生產(chǎn)中，需認真記錄各類試油氣資料、生產(chǎn)資料等，得到有效儲層物性下限。

1）測井資料法。在試油氣資料指導(dǎo)下，得到其對應(yīng)儲層的聲波時差等，依據(jù)測井解釋，得到解釋孔隙度，依據(jù)孔滲關(guān)系求出滲透率下限。需試油（氣）資料、測井資料，適用于各類低~高孔滲儲層。

2）測試法。也稱試油指數(shù)法，以試油資料為基礎(chǔ)，利用每米采油指數(shù)與孔隙度、滲透率關(guān)系作出圖，每米采油指數(shù)降為零時的臨界點為物性下限值。

3）試油（氣）法。試油（氣）層段對應(yīng)的巖心，通過化驗得到孔隙度、滲透率平均值，如圖9，作出孔滲交會圖，得到水層、含油（氣）層等，確定其下限值。需試油資料，取心井的化驗資料等，適于低~高孔滲儲層物性下限的確定。

4）產(chǎn)能法。通過徑向滲流公式，計算商業(yè)性產(chǎn)能條件下的滲透率下限值。

圖9 試油（氣）法確定物性下限

圖10 氣層的產(chǎn)層厚和滲透率下限關(guān)系

式中:QAOF為天然氣的無阻流量（m3/s）；μo和μg分別為天然氣、油的地下粘度（mPa·s）；re為供給邊緣半徑（cm）；rc為井筒半徑（cm）；p為油層中部壓力（105Pa）；Z為壓縮因子（無因次量）；Bo為油的體積系數(shù)（無因次量）。

通過上述公式，得到對應(yīng)高度的滲透率下限值（圖10），再根據(jù)孔滲關(guān)系，得到孔隙度下限值。

3 有效儲層物性下限確定方法發(fā)展趨勢

以上均為單一方法確定有效儲層物性下限，部分研究區(qū)因為所需資料的限制，僅可選擇可操作的方法，但物性下限值誤差較大。

在單層試油資料不全、測井解釋物性及綜合解釋結(jié)果較少的地區(qū)，邵長新等提出運用試油法及束縛水飽和度法，可準確地得到有效儲層物性下限。通過驗證，試油法對地層壓力等要求不高，簡單、操作性強。束縛水飽和度法，雖滲透率下限值求取結(jié)果較差，但具有好的參考價值。

目前，國外較通用的綜合分析判斷有效儲層物性下限的一般步驟為：①根據(jù)試油或生產(chǎn)測試資料，確定油氣（水）層的最小孔隙度及干層的最大孔隙度值，兩者之間的值為干層和滲透層間的過渡帶，可得到油氣層高值、中值和低值；②根據(jù)巖心資料，得到孔滲關(guān)系，從而得到滲透率的高低值；③分析物性的高值、低值及兩者之間的值，一般中值為物性下限；④與其他相似儲層作對比，確定其是否合理。

國內(nèi)，由張春等（2010年）等提出的綜合方法，即在收集到生產(chǎn)測井資料、巖心分析、試油（氣）、鉆井資料確定油氣井產(chǎn)層下限。步驟為：①在分析氣井的產(chǎn)層段及其特征后，確定出各井主、次產(chǎn)層；②根據(jù)產(chǎn)層的折算氣量，利用氣井產(chǎn)量公式，得到維持最小產(chǎn)氣量的最小滲透率下限。

從上述大家所提出的方法，可看出在求取物性下限時，考慮的因素增多，更多的是驗證各種方法所得的值，更有利的指導(dǎo)油氣田的開發(fā)等。

4 結(jié)論

1）有效儲層物性下限確定逐漸趨于標準化，綜合化，逐漸從單一方法過渡到綜合方法進行檢驗。

2）各類方法均有其適用范圍，因此，在計算研究區(qū)域儲層物性下限時，應(yīng)依據(jù)所擁有的資料、該區(qū)地質(zhì)條件等分析。

3）隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，原先的非有效儲層會轉(zhuǎn)換成工業(yè)油（氣）層。

4）在確定有效儲層物性下限后，應(yīng)根據(jù)實際的生產(chǎn)資料等，對所得值進行驗證，調(diào)整物性下限值。

[1] 郝海燕. 特低滲砂巖儲層物性下限確定方法[J]. 遼寧化工, 2012, 41（4）：361～362.

[2] 馬松華，田景春，林小兵. 有效儲層物性下限的確定方法及應(yīng)用[J]. 內(nèi)蒙古石油化工，2009, 9: 125～127.

[3] 郭睿. 儲層物性下限值確定方法及其補充[J]. 石油勘探與開發(fā), 2004, 5:140-144.

[4] 張春，蔣裕強，郭紅光, 等. 有效儲層基質(zhì)物性下限確定方法[J]. 油氣地球物理, 2010, 8(2): 11～16.

[5] 高陽，蔣裕強，繆灝, 等. 河包場地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組儲層下限研究[J]. 西部探礦工程, 2008, 12: 95～97.

[6] 戚厚發(fā). 天然氣儲層物性下限及深層氣勘探問題的探討[J]. 天然氣工業(yè), 1989: 26～29.

[7] 周文，莊阿龍，費懷義. 四川盆地川東地區(qū)石炭系出產(chǎn)層下限標準的確定方法[J].礦物巖石,1996,19(2):31～36.

[8] 邵長新，王艷忠，操應(yīng)長 .確定有效儲層物性下限的兩種新方法及應(yīng)用[J]. 石油天然氣學(xué)報, 2008, 30(2): 414～416.

[9] 周文, 王允誠. 川東石炭系有效儲層下限標準的確定[J]. 石油與天然氣地質(zhì), 1996, 17(4): 343～346.

[10] 劉成川. 應(yīng)用產(chǎn)能模擬技術(shù)確定儲層基質(zhì)孔、滲下限[J]. 天然氣工業(yè)，2005, 25(10): 27～29.

[11] 段新國，王洪輝，胡永章. 儲層參數(shù)下限確定方法[J]. 成都理工大學(xué)學(xué)報, 2003, 30(2):169～172.

[12] 王秀娟，趙永勝，文武, 等. 低滲透儲層應(yīng)力敏感性與產(chǎn)能物性下限[J]. 石油與天然氣地質(zhì), 2003, 24(2): 162～165.

[13] 高陽，蔣裕強，楊長城, 等. 最小流動孔喉半徑法確定低滲儲層物性下限[J]. 科技導(dǎo)報，2011, 29(04).

[14] 肖海田. 磁共振錄井技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 內(nèi)蒙古石油化工,2009, 15: 107～108.

[15] 戴建全，呂正祥. 川西上三疊統(tǒng)須家河組超致密砂巖儲層評價[J]. 四川地質(zhì)學(xué)報, 2010, 30(4): 450～453.

Present Situation and Developmental Trend of the Research on M ethodology for Determ ination of Physical Properties Cut-off of an Effective Reservoir

LIU Mao-li1FENG Zhi-peng2CAI Yong-liang2SU Peng2ZHU Zheng-bing2
(l-College of Resources and Environment, Southwest Petroleum University , Chengdu 610500; 2-Central Sichuan Oil & Gas Field, Southwest Oil & Gas Field Company, PetroChina, Suining, Sichuan 629000)

Physical properties cut off of effective reservoir is of great importance to assessment of reservoir，s reserves. Its main parameters are porosity, permeability and water saturation which are controlled by many factors. There are many kinds of ways to get the values, such as mercury injection experiment, distribution function curve method, nuclear magnetic resonance method, oil occurrence method and so on. Each method has its advantages and disadvantages. The comprehensive methods should be used in the future.

effective reservoirs; physical properties cut off; influence factor; application conditions

P618.130.2

A

1006-0995（2014）01-0009-05

2013-11-21

劉毛利（1988-），女，安徽淮北人，碩士，研究方向：儲層地質(zhì)