徐家圍子地區(qū)火山巖儲(chǔ)層測(cè)井分類方法研究

楊學(xué)峰，馮肖宇，尚云志

（大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712）

0 引 言

火山巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，影響產(chǎn)能的因素很多［1－2］，不同類型儲(chǔ)層產(chǎn)能變化較大，存在測(cè)井解釋為工業(yè)油氣層而試油為低產(chǎn)儲(chǔ)層的現(xiàn)象，因此，建立科學(xué)、合理的火山巖儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)十分必要。通常，儲(chǔ)層分類主要依據(jù)孔隙度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)等參數(shù)［3－7］?？紫抖群蜐B透率反映巖石的宏觀物理性質(zhì)，孔隙結(jié)構(gòu)反映巖石的微觀物理性質(zhì)。應(yīng)用常規(guī)測(cè)井資料可以求取孔隙度和滲透率，但是在對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分類時(shí)有一定的局限性。能夠反映儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的主要有壓汞、鑄體薄片及電鏡資料，然而實(shí)際生產(chǎn)中取心較少，進(jìn)行試驗(yàn)分析的樣品就更少，且成本高，一定程度上限制了應(yīng)用范圍。核磁共振測(cè)井資料轉(zhuǎn)換得到的毛細(xì)管壓力曲線能夠彌補(bǔ)這一不足［8－11］。但是，毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)只能對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行定性的分類評(píng)價(jià)。

為此，本文對(duì)大量的壓汞資料進(jìn)行了分析研究［12－14］。研究表明儲(chǔ)層的平均孔隙半徑和孔喉比反映儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，能夠用來(lái)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行定量分類。采用定性分類與定量分類相結(jié)合，將儲(chǔ)層分為3類：Ⅰ類儲(chǔ)層為未壓裂達(dá)到工業(yè)氣層；Ⅱ類儲(chǔ)層為壓裂后達(dá)到工業(yè)氣層；Ⅲ類儲(chǔ)層為壓裂后為低產(chǎn)氣層。

1 基于核磁共振及毛細(xì)管壓力資料的儲(chǔ)層定性分類方法

1.1 核磁共振測(cè)井計(jì)算毛細(xì)管壓力曲線的原理與方法

毛細(xì)管壓力曲線可以較好地表征儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征［15］。但由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中取心井?dāng)?shù)量少，毛細(xì)管壓力曲線實(shí)驗(yàn)的樣品更少，在一定程度上限制了應(yīng)用范圍。利用核磁共振測(cè)井資料通過(guò)合理刻度可以得到毛細(xì)管壓力曲線，因此應(yīng)用核磁共振測(cè)井資料可以進(jìn)行儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征評(píng)價(jià)。測(cè)井系列中核磁共振測(cè)井可以連續(xù)測(cè)量得到儲(chǔ)層孔隙大小分布。理論上，毛細(xì)管壓力曲線和核磁共振T2分布譜都與孔隙結(jié)構(gòu)相關(guān)，因此只要尋找出核磁共振T2分布譜與毛細(xì)管壓力曲線的關(guān)系，就可以利用核磁共振T2分布譜連續(xù)計(jì)算地層的毛細(xì)管壓力曲線。

核磁共振T2分布譜反映了孔隙大小分布特征，較大的T2值對(duì)應(yīng)中到大孔隙，較小的T2值對(duì)應(yīng)微小孔隙。顯然，核磁共振T2分布與孔隙結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。據(jù)此，開(kāi)展了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究［16－17］。圖1是4塊巖樣的T2分布與壓汞得到的孔喉半徑分布直方圖重疊對(duì)比圖，縱坐標(biāo)為頻數(shù)，橫坐標(biāo)有2個(gè)，上面為T2值，下面為孔喉半徑值?？梢钥闯?，二者在形態(tài)和幅值上都非常相似，說(shuō)明二者密切相關(guān)，證實(shí)了應(yīng)用T2譜計(jì)算毛細(xì)管壓力曲線可行。

圖1 核磁共振T2分布譜與壓汞孔喉半徑分布對(duì)比

理論上，當(dāng)儲(chǔ)層孔隙內(nèi)完全含水時(shí)，核磁共振T2分布譜與孔隙體積和孔隙表面積的比率成正比，也就是與孔隙尺寸大小或孔隙半徑成正比。

式中，S為孔隙表面積，cm2；V為孔隙體積，cm3；ρ為巖石橫向表面弛豫率。

對(duì)于式（1），用理想的假想巖石模型分析它與孔隙半徑的關(guān)系。假設(shè)孔隙巖石是由巖石骨架和半徑相同的毛細(xì)管組成，其半徑為r1，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，單位截面內(nèi)的毛細(xì)管數(shù)為n，則

由式（2）可見(jiàn)，孔隙內(nèi)流體的弛豫時(shí)間和孔隙空間大小及形狀有關(guān)，孔隙越小，比表面積越大，表面相互作用的影響越強(qiáng)烈，T2時(shí)間也越短。而弛豫時(shí)間T2和平均孔徑r1是一一對(duì)應(yīng)的，因此，可利用T2分布評(píng)價(jià)孔隙大小及其孔徑分布。

毛細(xì)管壓力曲線描述了非潤(rùn)濕相流體在不同的壓力下穿過(guò)不同孔隙喉道進(jìn)入孔隙空間的情況。在每一壓力點(diǎn)下進(jìn)入的非潤(rùn)濕相流體的體積代表了某一孔隙喉道下的孔隙體積，因此毛細(xì)管壓力曲線不僅描述了孔隙喉道的分布規(guī)律，也描述了孔隙體積的分布。毛細(xì)管壓力曲線的理論公式為

式中，pc為毛細(xì)管壓力，MPa；σ為流體界面張力，N／cm；θ為潤(rùn)濕接觸角，（°）；r1為毛細(xì)管半徑，μm。

理論上，核磁共振T2分布譜和毛細(xì)管壓力曲線都表示了與孔隙尺寸和孔隙喉道相關(guān)的孔隙體積分布。因此，式（2）和式（3）相比，可得到毛細(xì)管壓力和核磁共振T2分布譜之間的關(guān)系式。

由此可見(jiàn)，只要利用巖心分析的毛細(xì)管壓力曲線刻度核磁共振T2分布譜確定出系數(shù)Kpc，就可以利用核磁共振T2分布譜計(jì)算毛細(xì)管壓力。單系數(shù)的毛細(xì)管壓力與T2關(guān)系式適合物性好、孔隙度度較大的砂巖儲(chǔ)層。而該項(xiàng)目研究區(qū)儲(chǔ)層物性較差，優(yōu)選了Volokitin提出的適合中低孔隙度地層T2與pc的經(jīng)驗(yàn)公式式中，K為滲透率，mD＊非法定計(jì)量單位，1mD＝9.87×10－4μm2，下同；A、B、C為與孔隙結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)層類型相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可由巖心分析確定；D為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值范圍1 000～2 000。

圖2是研究區(qū)實(shí)驗(yàn)分析毛細(xì)管壓力曲線與核磁共振T2譜計(jì)算的毛細(xì)管壓力曲線對(duì)比圖。曲線形態(tài)和變化趨勢(shì)上都有較好的一致性，表明由T2譜計(jì)算毛細(xì)管壓力曲線可靠。

圖2 徐深A(yù)井核磁共振測(cè)井計(jì)算毛細(xì)管壓力曲線成果圖

1.2 毛細(xì)管壓力曲線分類標(biāo)準(zhǔn)

毛細(xì)管壓力曲線是毛細(xì)管壓力和飽和度的關(guān)系曲線［18］。一定的毛細(xì)管壓力對(duì)應(yīng)一定的孔隙喉道半徑，毛細(xì)管壓力曲線實(shí)際上包含了巖樣孔隙喉道的分布規(guī)律，可以確定儲(chǔ)層的主要喉道分布范圍。當(dāng)儲(chǔ)層喉道越大，大喉道越多，且喉道越集中，啟動(dòng)壓力越低，說(shuō)明儲(chǔ)層越好，因此可以用毛細(xì)管壓力曲線直觀地反映儲(chǔ)層的好壞，即可用其對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分類。根據(jù)14口井壓汞資料得到的毛細(xì)管壓力曲線（共計(jì)223個(gè)樣品）和進(jìn)汞飽和度將儲(chǔ)層分為3種類型（見(jiàn)圖3）。Ⅰ型：粗歪度，表明儲(chǔ)層大喉道居多，且分選性最好，是最好的儲(chǔ)層（Ⅰ類）；Ⅱ型：略粗歪度，表明儲(chǔ)層喉道，且分選性較好，是較好的儲(chǔ)層（Ⅱ類）；Ⅲ型：細(xì)歪度，表明儲(chǔ)層小喉道居多，且分選性一般，是一般的儲(chǔ)層（Ⅲ類）。通過(guò)巖心資料刻度，應(yīng)用核磁共振資料可以得到偽毛細(xì)管壓力曲線，實(shí)現(xiàn)了無(wú)巖心條件下的毛細(xì)管壓力曲線儲(chǔ)層分類。

圖3 毛細(xì)管壓力曲線儲(chǔ)層分類圖

2 基于平均孔隙半徑及孔喉半徑比的儲(chǔ)層分類方法

儲(chǔ)層的毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)能夠反映微觀結(jié)構(gòu)，但是只能定性判斷儲(chǔ)層類別。能夠反映儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)的還有平均孔隙半徑［19－20］、喉道半徑、最大孔隙半徑、排驅(qū)壓力及平均孔喉半徑比等參數(shù)。一般情況下，當(dāng)儲(chǔ)層平均孔隙半徑越大，儲(chǔ)層的排驅(qū)壓力越低，表明儲(chǔ)層越好；反之則表明儲(chǔ)層較差。同時(shí)，研究區(qū)火山巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，屬低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層，普遍存在著儲(chǔ)層的平均孔隙度較大滲透率較低的現(xiàn)象。因此在對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分類時(shí)，必須考慮儲(chǔ)層的孔隙與喉道之間的匹配狀況。所以，本文應(yīng)用平均孔喉半徑及平均孔喉半徑比定量對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分類。

2.1 平均孔隙半徑及孔喉半徑比計(jì)算方法

應(yīng)用常規(guī)壓汞及恒速壓汞資料分別建立平均孔隙半徑及平均孔喉半徑比的計(jì)算模型。平均孔隙半徑計(jì)算模型

式中，Rc為平均孔隙半徑，μm；K為空氣滲透率，mD；φ為孔隙度，%；A、B為系數(shù)；相關(guān)系數(shù)為0.95。

平均孔喉半徑比計(jì)算模型

式中，RB為平均孔喉半徑比；K為空氣滲透率，mD；C、D為系數(shù)；相關(guān)系數(shù)為0.88。

2.2 平均孔隙半徑分類標(biāo)準(zhǔn)

由于研究區(qū)火山巖儲(chǔ)層測(cè)試采用大型壓裂，壓裂后厚度很難確定。因此，應(yīng)用壓裂前的采氣強(qiáng)度，通過(guò)壓前與壓后產(chǎn)能對(duì)比分析。壓前與壓后產(chǎn)能具有很好的一致性，即壓前產(chǎn)能大的儲(chǔ)層，壓后產(chǎn)能就大；壓前產(chǎn)能小的儲(chǔ)層，壓后產(chǎn)能就小。平均孔隙半徑的大小對(duì)產(chǎn)能大小的影響程度，通過(guò)與采氣強(qiáng)度的關(guān)系來(lái)分析研究。儲(chǔ)層采氣強(qiáng)度與儲(chǔ)集性能和滲流性能有關(guān)，即與平均孔隙半徑、儲(chǔ)層的含氣飽和度有關(guān)。選取壓后以產(chǎn)氣為主的儲(chǔ)層，減少含氣飽和度的影響，通過(guò)比較壓前采氣強(qiáng)度，結(jié)合儲(chǔ)層壓后產(chǎn)能情況，確定了平均孔隙半徑分類標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)圖4）。

圖4 平均孔隙半徑儲(chǔ)層分類圖版

2.3 平均孔喉半徑比分類標(biāo)準(zhǔn)

儲(chǔ)層的采氣強(qiáng)度還受到儲(chǔ)層的孔隙與喉道的匹配關(guān)系控制，當(dāng)小喉道控制了大孔隙時(shí)，儲(chǔ)層的產(chǎn)能也是有限的。通過(guò)比較壓前采氣強(qiáng)度，結(jié)合壓后儲(chǔ)層產(chǎn)能情況，確定了孔喉半徑比的分類標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)圖5）。

圖5 平均孔喉半徑比儲(chǔ)層分類圖版

3 基于常規(guī)測(cè)井資料的儲(chǔ)層分類方法

通過(guò)儲(chǔ)層平均孔隙半徑及孔喉比的比較，可以判斷儲(chǔ)層好壞，但是對(duì)于儲(chǔ)層的產(chǎn)能還不能判斷。根據(jù)儲(chǔ)層特征研究，優(yōu)選有效厚度、有效孔隙度、可動(dòng)流體飽和度作為儲(chǔ)層分類參數(shù)，根據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)給出每類儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的典型特征、宏觀物性參數(shù)。這些參數(shù)主要從2個(gè)方面表現(xiàn)火山巖儲(chǔ)層特征：①有效孔隙度表征火山巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間的有效性及儲(chǔ)集空間的大小，扣除了不被油氣占據(jù)的那部分孔隙空間，注重儲(chǔ)層的有效性和儲(chǔ)集性評(píng)價(jià)；②可動(dòng)流體飽和度強(qiáng)調(diào)了孔隙空間中流體的可動(dòng)用程度。利用核磁共振資料可以準(zhǔn)確確定儲(chǔ)層的可動(dòng)流體飽和度。為了充分考慮這3個(gè)參數(shù)，將它們的乘積定義為儲(chǔ)層綜合指數(shù)，通過(guò)分類指數(shù)的大小判斷儲(chǔ)層的產(chǎn)能大小即是否能達(dá)到工業(yè)產(chǎn)能。在儲(chǔ)層參數(shù)解釋的基礎(chǔ)上，應(yīng)用42口井48個(gè)層的試氣資料建立了儲(chǔ)層綜合指數(shù)的分類標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)圖6）。

圖6 平均孔喉半徑與儲(chǔ)層綜合指數(shù)分類圖版

4 火山巖儲(chǔ)層分類綜合標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)用儲(chǔ)層偽毛細(xì)管壓力曲線可以對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行定性分類，平均毛細(xì)管壓力曲線及孔喉半徑比可以對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行定量判別，儲(chǔ)層綜合指數(shù)可以對(duì)儲(chǔ)層的產(chǎn)能情況做初步判斷。結(jié)合研究區(qū)試氣儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，確定了徐家圍子地區(qū)火山巖儲(chǔ)層分類綜合標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表1）。

表1 徐家圍子地區(qū)火山巖儲(chǔ)層分類綜合標(biāo)準(zhǔn)表

5 應(yīng)用效果分析

圖7為徐深B井220號(hào)層，偽毛細(xì)管壓力曲線判斷該層為I類儲(chǔ)層。儲(chǔ)層平均孔隙半徑均值為0.64μm，孔喉半徑比均值為623，孔隙度均值為9.7%，滲透率均值為0.67×10－3μm2，儲(chǔ)層分類指數(shù)為3 847。應(yīng)用上述儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)劃分有效儲(chǔ)層，I類儲(chǔ)層占12.5%，II類占87.5%，儲(chǔ)層以II類儲(chǔ)層為主，儲(chǔ)層參數(shù)較大，表明產(chǎn)能潛力較大，綜合判斷該層為II類儲(chǔ)層。對(duì)該層段3 534～3 542m試氣，自然測(cè)試，日產(chǎn)氣38 911m3；壓后自噴，日產(chǎn)氣476 600m3。應(yīng)用上述分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)徐深A(yù)地區(qū)45口井進(jìn)行儲(chǔ)層分類，其中I類儲(chǔ)層占3.5%，II類儲(chǔ)層占50.4%，III類儲(chǔ)層占46.1%。經(jīng)試氣驗(yàn)證，解釋結(jié)論與試氣結(jié)論符合較好，且與研究區(qū)地質(zhì)認(rèn)識(shí)一致。分類結(jié)果為研究區(qū)開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)及可采儲(chǔ)量評(píng)價(jià)提供了技術(shù)支持。

圖7 徐深B井儲(chǔ)層分類成果圖

6 結(jié) 論

（1）充分應(yīng)用核磁共振測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，建立了偽毛細(xì)管壓力曲線計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用連續(xù)毛細(xì)管壓力曲線進(jìn)行儲(chǔ)層分類。

（2）以實(shí)驗(yàn)分析資料為基礎(chǔ)，建立了平均孔隙半徑及孔喉半徑比的計(jì)算模型，將宏觀信息與微觀信息進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合。

（3）以常規(guī)測(cè)井和核磁共振測(cè)井資料為基礎(chǔ)，采用微觀與宏觀參數(shù)、定性與定量相結(jié)合的思路，建立了火山巖儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)45口井實(shí)際資料驗(yàn)證，該標(biāo)準(zhǔn)適用于火山巖儲(chǔ)層分類，對(duì)火山巖儲(chǔ)層的射孔選層、產(chǎn)能預(yù)測(cè)等具有指導(dǎo)意義。

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