致密砂巖儲層特征及產(chǎn)能有效性測井評價

劉偉，張德峰，劉海河，呂增偉，張文姣

（中石化勝利石油工程有限公司測井公司，山東 東營257096）

0 引 言

致密砂巖儲層具有巖石成分復雜、孔隙度滲透率極低、孔隙結(jié)構異常復雜等特點［1］。儲層的孔隙結(jié)構特征對滲透率具有非常重要的控制作用，單純應用孔隙度等特征表示儲層的滲流能力受到限制。在低滲透儲層壓裂改造過程中通常會遇到在相同的物性和電性條件下有的儲層能獲得高產(chǎn)，有的低產(chǎn)甚至不出液，應用宏觀物性特征評價儲層有效性的適用性受到限制，導致有些儲層被誤判或遺漏，嚴重影響著勘探效益和效率。因此，迫切需要探索致密砂巖儲層有效性的評價方法。

1 致密砂巖儲層儲集空間特征

致密砂巖儲層通常經(jīng)歷了復雜的成巖作用，特別是強烈的壓實作用、膠結(jié)作用以及石英和長石的次生加大作用，大大降低儲層沉積原生的孔隙度和滲透率，形成致密層。當有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化時產(chǎn)生的大量酸性水使碳酸鹽和一些骨架顆粒的溶解，產(chǎn)生次生孔隙，使孔隙度和滲透率有一定的增加，形成致密儲層［2］。通常成巖作用越強烈，孔隙結(jié)構越復雜；復雜的孔隙結(jié)構對儲層的滲流特征具有重要的影響［3－4］。

1．1 儲集空間類型

（1）粒間孔。致密砂巖儲層埋藏深，砂巖分選較差，成巖后生作用強，原生粒間孔大部分被機械壓實、填隙物充填、膠結(jié)物膠結(jié)以及石英顆粒的次生加大而減小或堵塞，從薄片觀察，殘留粒間孔少而小，粒間孔徑10～100μm，喉道1～20μm，連通性差［見圖1（a）］。

（2）溶蝕孔。在特定的埋藏成巖環(huán)境下儲層經(jīng)孔隙水溶液溶解形成次生孔隙，以粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔2種類型為主。電鏡下長石顆粒溶蝕較多見，溶蝕孔隙多呈長條形或不規(guī)則形狀。長石沿解理或晶格溶蝕成片狀、蜂窩狀或網(wǎng)格狀，各種溶蝕、被溶蝕的長石均保持了顆粒的原始狀態(tài)；同時，存在部分由成巖縫經(jīng)溶蝕擴大而形成的溶縫［見圖1（b）］。

（3）裂縫和微裂縫。微裂縫在研究區(qū)主要以壓裂縫、層間縫和溶蝕縫等類型存在，呈彎曲狀。在鑄體薄片中?？梢姷匠蓭r縫呈尖滅現(xiàn)象。裂縫一般寬度為0．01～0．03mm，有的已被方解石完全充填，有的則為半充填或未充填，并且部分裂縫中充填有瀝青［圖1（c）］。

（4）微孔隙。微孔隙主要包括晶間孔和晶間溶孔。晶間孔主要存在于礦物晶粒之間。微孔隙空間一般非常微小，這類孔隙有的為原生孔隙，多為次生孔隙。圖1（d）為灰色熒光泥質(zhì)砂巖，微孔小于4μm，粒間孔喉不發(fā)育，分布伊利石及瀉利鹽。

1．2 孔隙結(jié)構特征

壓汞資料分析表明，低滲透率儲層孔隙結(jié)構主要特征為孔喉小，中細孔道為滲透率做出主要貢獻，平均孔喉半徑為1．66μm，小于0．1μm的非有效孔喉占的比例大；孔喉分選差，層內(nèi)差異大，均質(zhì)系數(shù)平均0．41，壓汞曲線反映孔喉多呈單峰，主峰不太明顯；退汞效率低（40%～60%）。根據(jù)儲層孔隙結(jié)構可以分為3種類型（見圖2）。①中孔較細喉型結(jié)構。巖石顆粒主要為中－細砂，孔隙度15%～20%，滲透率平均10×10－3μm2，壓汞曲線形態(tài)為Ⅰ類，排驅(qū)壓力平均0．15MPa，孔喉分選較好，平均孔喉半徑大于1．5μm，退汞效率平均37．5%。②中小孔細喉型結(jié)構。巖石顆粒比中孔較細喉型細，主要為粉細砂巖，孔隙度10%～15%，滲透率（1～10）×10－3μm2，壓汞曲線形態(tài)為Ⅱ類，排驅(qū)壓力平均0．3MPa，孔喉分選中等偏差，平均孔喉半徑1～1．5μm，退汞效率平均25%。③小孔極細喉結(jié)構。巖性主要為泥質(zhì)粉細砂巖，孔隙度小于10%，滲透率小于1×10－3μm2，壓汞曲線形態(tài)為Ⅲ類，排驅(qū)壓力大于2．0MPa，孔喉分選差，平均孔喉半徑1μm，退汞效率平均16．5%。

圖1 致密砂巖儲層儲集空間類型

圖2 儲層分類毛細管壓力曲線圖

1．3 儲層滲流特征

應用數(shù)字巖心技術對低滲透率砂巖中單相流體的流動規(guī)律進行了研究。圖3為流體從巖石右側(cè)和下部進入巖心（箭頭指示方向）的流場特征。流體在孔隙中的流動特征：①并不是所有的孔隙空間都對流體滲流有貢獻；②在流體流動過程中會在儲層孔隙中形成主要的滲流通道；③在不同的滲流條件下（不同方向）流體的主要滲流通道是不同的，也就是說對流體流動起作用的孔隙是不同的。因此，只有對儲層的孔隙結(jié)構特征進行全面描述才能正確判斷儲層的滲流能力。

圖3 流體在孔隙中流動特征圖

1．3．1 孔喉半徑對滲透率的影響

儲層孔喉半徑對致密砂巖儲層的滲流能力有較強的控制作用。圖4為孔喉半徑與儲層滲透率關系圖。圖4中方形和圓形數(shù)據(jù)點分別為通過數(shù)字巖心技術模擬和實驗得到的儲層孔喉半徑與滲流關系，三角形數(shù)據(jù)點為巖心實驗得到的最大孔喉半徑與滲透率關系。隨著平均孔喉半徑的增加滲透率迅速增大，可以用冪函數(shù)描述絕對滲透率和孔喉半徑特征值之間的關系，當平均孔喉半徑達到4μm時對滲透率影響逐漸變小，巖心實驗結(jié)果與理論模擬結(jié)果吻合較好。

圖4 孔喉半徑與滲透率關系圖

1．3．2 束縛水飽和度對滲透率的影響

由束縛水飽和度與滲透率關系圖可以看出，束縛水飽和度與滲透率基本滿足冪函數(shù)關系，束縛水飽和度越大，滲透率越低（見圖5）。圖5中兩者關系點并沒有完全在擬合曲線上，也說明束縛水飽和度是巖心微觀孔隙結(jié)構的結(jié)果，只能在一定程度上反映滲透率特征。

圖5 束縛水飽和度與滲透率關系圖

2 儲層有效性分類綜合評價方法

從試油、巖心資料以及儲層孔隙結(jié)構特征評價入手，針對致密砂巖儲層的特點，把油氣層劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，通過對儲層分類解決有效性評價的問題。Ⅰ類油氣層在常規(guī)試油條件下能夠獲得一定自然產(chǎn)能；Ⅱ類油氣層在常規(guī)試油條件下產(chǎn)液量較低，但經(jīng)過改造措施后能夠獲得工業(yè)油氣流；Ⅲ類油氣層即使經(jīng)過酸化壓裂等改造措施后仍不能夠獲得工業(yè)油氣流。

2．1 微觀孔隙結(jié)構特征對產(chǎn)能特征的影響

通過核磁共振等資料可以對儲層的孔隙結(jié)構特征進行評價［5－8］，結(jié)合試油資料，分析儲層各參數(shù)與儲層產(chǎn)液能力之間的對應關系，從中優(yōu)選出對儲層類型敏感的參數(shù)。

（1）孔喉半徑均值。對于儲集巖的孔隙結(jié)構，孔喉半徑均值表示全孔喉分布的平均位置，物性越好，孔喉半徑均值越大，反之越小。圖6是束縛水飽和度—孔喉半徑均值交會圖，通過分析認為，Ⅰ 類儲層的孔喉半徑均值區(qū)主要集中在大于1．3μm的范圍內(nèi)，從 Ⅰ 類到 Ⅲ 類儲層孔喉半徑均值呈現(xiàn)下降的趨勢。

圖6 束縛水飽和度—孔喉半徑均值交會圖

（2）束縛水飽和度。束縛水飽和度與儲層含油氣飽和度、自然產(chǎn)能有著密不可分的關系?？傮w上束縛水飽和度隨著物性變好而降低，Ⅰ類儲層束縛水飽和度主要集中范圍為38%以下，從Ⅰ類到Ⅲ類儲層束縛水飽和度變大。

（3）最大孔喉半徑。最大孔喉半徑反映儲層中流動能力最大的部分，對應于非濕相開始進入巖樣時的排驅(qū)壓力，它能直接反映出巖石的滲透能力，最大孔喉半徑越大，儲集層連通性越好。圖7是最大孔喉半徑—中值壓力交會圖，從圖7中可以看出，Ⅰ、Ⅱ類儲層最大孔喉半徑大于1．3μm。

圖7 最大孔喉半徑—中值壓力交會圖

2．2 儲層有效性分類評價方法

在實際應用中優(yōu)選出的參數(shù)之間存在非常復雜的相關關系。應用主成分分析進行坐標變換和降維處理，消除或減少無用分量，將多種測井響應復合，提取能代表儲層特征的少數(shù)幾個主成分，從而更有效地劃分儲層類型。

式中，Rmax、Dm、φ、Swb分別為最大孔喉半徑、半徑均值、孔隙度、束縛水飽和度歸一化后的曲線。

將第1、2主成分進行交會可以直觀地判斷儲層類型（見圖8）。采用系統(tǒng)聚類法中的離差平方和法對標準樣本層主成分曲線進行聚類分析，對不同的樣本特征進行歸類，建立研究區(qū)的測井參數(shù)—儲層類型數(shù)據(jù)庫。通過對不同類型儲層特征進行分析，確定了研究區(qū)儲層類型分類標準（見表1），在實際應用中儲層有效性分類符合率達到85．6%。

圖8 第1、2主成分交會圖

3 應用效果

表1 儲層分類評價標準

該方法在勝利、東北、新疆、四川等油田進行了應用，取得了良好的效果。圖9為Y185井儲層有效性綜合評價成果圖。該井沙四下亞段4620．0～4627．0m井段孔隙度7．4%，滲透率0．12×10－3μm2，束縛水飽和度29．9%，中值壓力11．07MPa，半徑均值1．29μm。綜合評價為Ⅱ類油水同層，判斷壓裂改造后具有產(chǎn)能，試油日產(chǎn)油0．038t，不含水，壓裂后日產(chǎn)油最高為8．54t，含水率為26．5%，累計產(chǎn)油量為87．178t，累計產(chǎn)水量為149．04m3，創(chuàng)造了該油區(qū)砂巖儲層獲得工業(yè)油流最大埋深井。

圖9 Y185井儲層有效性評價成果圖

4 結(jié) 論

（1）致密砂巖儲層孔隙結(jié)構對產(chǎn)能特征具有決定性的作用，通過數(shù)字巖心技術和實驗資料相結(jié)合能夠很好地描述儲層孔隙結(jié)構特征參數(shù)對滲流規(guī)律的影響。

（2）在對儲層宏觀和微觀特征進行全面描述的基礎上，通過對影響儲層產(chǎn)能的各種因素進行相關分析優(yōu)選產(chǎn)能主控因素，通過主成分分析等統(tǒng)計學方法能夠直觀有效地進行儲層有效性分類評價。

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