溫西三塊水淹層孔隙度、滲透率精細建模測井分析方法

李澤亮, 張予生, 屈艷梅, 忽磊磊, 胡秀, 馬勇軍

(1.中國石油長慶油田蘇里格南作業(yè)分公司, 陜西 西安 710018; 2.中國石油集團測井有限公司吐哈事業(yè)部, 新疆 哈密 839009; 3.西安石油大學石油工程學院, 陜西 西安 710065)

0 引 言

溫西三塊三間房組油層處于辮狀河三角洲前緣水下分流河道及其邊前緣沉積微相帶中,儲集體由主體河道多次疊加形成,三角洲前緣總體受水流和波浪雙重作用,儲集砂體結構特點復雜,注水開發(fā)水淹層測井響應復雜多變。在水下分流河道及其河口壩發(fā)育部位,沉積物在平面上錯綜分布,剖面上相互連通,致使儲層內(nèi)部高滲透碎屑沉積物在平面上呈狹長條帶狀出現(xiàn),在橫剖面上高滲透層與非滲透層分流間泥質(zhì)沉積間隔分布。形成的主體河道相對高滲透層段在剖面上具有非均質(zhì)分布的多層段性,它們在注水開發(fā)中高滲透層段首先水淹,且水淹嚴重,形成滲流通道。油層在注入水的長期沖刷下,水淹厚度向上、下2個方向逐漸擴大,在其河道正向單滲砂層和疊置滲透層間差異層內(nèi)部水淹程度是多變的,在主體層段強水淹背景下,其中、上部可形成弱水淹或未水淹部位,或者在疊置高低滲油層交互狀況下,在高滲透油層干擾下造成相對低滲透層間差異弱水淹或未水淹層。特別在河道邊遠梢席狀砂、遠砂沉積模式在注水開發(fā)中受縱橫向組合高滲透河道層間干擾,造成許多未水淹和弱水淹層段,導致相對薄差油層未能有效開發(fā)利用。

該區(qū)目的層段儲集砂體不但受沉積時期水動力條件、物源供應能力、沉積速度變化及特征控制,特別受注水開發(fā)水淹程度變化的影響。水淹層注水沖刷孔隙半徑普遍加大,迂曲度減小,連通性變好,孔隙結構趨好。它們控制著水淹儲層巖石物理性質(zhì)的變化,反映出儲層孔隙度、滲透率及其受淹測井曲線受損的幅度、厚度形態(tài)、接觸關系與圓滑程度變化。水淹層具有十分明顯的非均質(zhì)、非線性分布和測井響應復雜的特點[1-4]。

為此,有必要利用該區(qū)目的層段水淹層各類測井、巖心和試油試采等資料,研究水淹層巖石物理相的多種信息,分析建立不同類別巖石物理相水淹儲層孔隙度、滲透率參數(shù)解釋模型。

1 水淹層分類及其評價

該區(qū)三間房組水淹層巖石物理相和測井響應特征表明,巖石物理相分類集中體現(xiàn)出水淹層沉積成巖作用特征及其巖性、物性、孔隙類型、孔喉結構和測井響應對儲層巖石物理相的控制作用。特別在注水開發(fā)中,油層物理性質(zhì)將發(fā)生一系列的變化,在強水洗地帶,地層的含油性及油水分布、地層水礦化度和電阻率、黏土礦物微觀結構、孔隙度、滲透率、潤濕性、驅(qū)油效率、地層壓力和溫度、放射性均會發(fā)生明顯變化,而且這些變化同油層物理性質(zhì)、注入水型及其注入量等有關。不同注入期,這些變化也不同,因而導致地質(zhì)情況更加復雜多變[4-7]。為此,依據(jù)該區(qū)水淹層巖石物理相形成的地質(zhì)和注水開發(fā)條件,分析該區(qū)目的層段儲層沉積、成巖作用和巖性、物性、孔隙類型、孔喉結構、水淹特征及測井響應特征,在研究區(qū)劃分出好、中、差的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類巖石物理相類型。

Ⅰ類中高單滲砂層巖石物理相處于淺水辮狀河三角洲前緣水下分流河道主體微相帶中,沉積中形成礫狀不等粒砂巖、中粗粒砂巖為主的長石質(zhì)巖屑砂巖沉積的最粗部分,成巖中壓實、微弱膠結形成有利的強溶解中孔中高滲單滲砂層能量厚度儲層。它們在油田注水開發(fā)中基本上處于滲流通道主峰附近,孔隙結構及其孔隙度、滲透率更趨增大,形成滲流通道附近強水淹層及較強水淹層。測井響應相對于泥巖呈現(xiàn)“三大減三小減一高一變”特征,即自然電位、自然伽馬和密度減小大;聲波時差、中子孔隙度、井徑呈微減或微縮,變化穩(wěn)定;徑向電阻率不存在低電阻率環(huán)帶及正差異,數(shù)值高并有變化趨勢。反映出一種強水淹中高單滲砂層能量巖石物理相流動單元。

Ⅱ類層間差異滲砂層巖石物理相處于河道高滲主體微相干擾下河道次主體微相帶中,沉積中在主流線之外形成的中、細砂巖大多處于河道單滲砂層中上部或河道疊置滲層間干擾差異層內(nèi),成巖中強壓實、較差膠結形成中溶解中孔隙度中低滲透率層間差異砂層能量厚度儲層。它們在油田注水開發(fā)中處于滲流通道側翼或者邊緣,孔隙結構及其孔隙度、滲透率總體趨大,但不明顯,形成滲流通道側翼的中水淹層及邊遠區(qū)的弱水淹層。測井響應相對于泥巖呈現(xiàn)“六減小一較高”特征,即自然電位、自然伽馬、密度減小較大,聲波時差、中子孔隙度、井徑減低或微縮;徑向電阻率低阻環(huán)帶及正差異不明顯,數(shù)值較高。反映出一種中水淹及中弱水淹單滲砂能量巖石物理相流動單元。

Ⅲ類低滲砂層巖石物理相處于河道邊遠梢席狀砂、遠砂微相帶中,沉積中受湖浪影響巖性細,形成以中細砂巖、細砂巖及粉砂巖組成厚度薄的席狀或非席狀砂體,成巖中強壓實和膠結作用形成低孔隙度低滲透率席狀砂、遠砂剩余能量儲層。它們在油田注水開發(fā)中處于非主力油層單滲砂層能量厚度小,注水開發(fā)中基本上不形成滲流通道,儲層處于弱水淹或未水淹狀態(tài)。測井響應相對于泥巖呈現(xiàn)“五減小一升高不變”特征,即自然電位、自然伽馬、密度減小較小;聲波時差、中子孔隙度、井徑更減低或不明顯;徑向電阻率呈低電阻率環(huán)帶及正差異,數(shù)值有所降低。特別在注水驅(qū)油使儲層中黏土受注水浸泡發(fā)生膨脹,孔喉變窄,儲層孔隙結構、孔隙度、滲透率特征及其測井響應較差,反映出一種弱水淹及未水淹低滲砂層剩余能量巖石物理相流動單元。

上述3類不同類別巖石物理相處于不同沉積成巖儲集相帶及注水開發(fā)環(huán)境中,儲層具有不同巖性、物性、孔隙圖像、孔隙結構及水淹特征,反映出不同類別水淹儲層參數(shù)和測井響應特征與差異。為此,利用水淹儲層巖石物理相分類參數(shù)和測井響應曲線特征,采用物性標準與自然電位、深電阻率、自然伽馬、井徑、密度、聲波時差、中子孔隙度、徑向電阻率差異及儲層質(zhì)量指標(見表1),利用灰色理論水淹儲層評價方法進行被評價井點數(shù)據(jù)的綜合分析處理。采用矩陣分析、標準化、標準指標絕對差的極值加權組合方法技術,利用灰色理論集成和綜合多種信息,確定和劃分出該區(qū)目的層段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(中高單滲透砂、層間差異滲透砂、低滲透砂)巖石物理相儲層[7-10]。

表1 研究區(qū)三間房組水淹層巖石物理相評價劃分標準表

*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4μm2,下同

2 水淹層參數(shù)分類建模

不同類別巖石物理相水淹層滲透率、孔隙度主要取決于組成巖石顆粒大小、孔隙類型、組織結構、水淹狀況及所含流體性質(zhì)等,明顯反映出不同類別巖石物理相儲層參數(shù)分布概率的差異。Ⅰ類中高單滲砂層巖石物理相巖性以礫狀不等粒砂巖、中粗粒砂巖為主,粒級較粗,孔隙類型主要為殘余粒間孔和較大粒間溶孔組合為主,注水開發(fā)中處于滲流通道主峰,形成中高單滲強水淹層,具較好的物性及孔隙結構特征,儲層滲透率、孔隙度參數(shù)(含相應測井響應參數(shù))的分布及標準趨于相對集中的高值范圍。而Ⅲ類低滲砂層巖石物理相巖性以細砂巖及粉砂巖組成厚度薄的席狀或非席狀砂體,孔隙類型以粒間孔和微孔隙為主,注水開發(fā)中基本不形成滲流通道,儲層處于弱水淹或未水淹狀態(tài),物性及孔隙結構差,儲層參數(shù)滲透率、孔隙度(含相應測井響應參數(shù))的分布及標準趨于相對集中的低值范圍。Ⅱ類層間差異層巖石物理相儲層的巖性、物性、水淹狀況、孔隙類型與結構的分布及標準則趨于居中。特別Ⅰ、Ⅱ類強中水淹層中,由于注入水的沖刷,巖石孔壁上貼附的黏土被剝落,含油砂巖較大孔隙中的黏土被沖散、沖走,溝通孔隙的喉道半徑加大,孔隙變得干凈、暢通,孔隙半徑普遍增大,迂曲度減小、連通性變好,實際上縮短了流體滲流途徑,巖石孔隙結構明顯趨好,因而水淹層孔隙度、滲透率均有不同程度增大變化。尤其是水淹后孔隙喉道比例增大,并在水洗中產(chǎn)生微裂縫,造成中強水淹層滲透率有更大幅度增高變化。因此,必須研究巖石物理相分類才能準確進行水淹層孔隙度、滲透率參數(shù)建模[10-12]。

在該區(qū)水淹層巖石物理相分類評價基礎上,采用分類巖心刻度測井方法更為有效地區(qū)分和建立測井水淹層參數(shù)解釋模型。

圖1至圖6為Ⅰ類巖石物理相巖心分析孔隙度、滲透率、聲波時差、中子孔隙度、密度測井響應擬合關系圖,圖中數(shù)據(jù)點的均勻程度及擬合線性關系具有相對集中趨勢,利用相應統(tǒng)計擬合關系都可以較為準確表達和建立孔隙度、滲透率參數(shù)解釋模型。

圖1 Ⅰ類巖石物理相巖心分析孔隙度與聲波時差關系圖

圖4 Ⅰ類巖石物理相聲波時差與巖心分析滲透率關系圖

圖5 Ⅰ類巖石物理相中子孔隙度與巖心分析滲透率關系圖

圖6 Ⅰ類巖石物理相密度與巖心分析滲透率關系圖

表2為該區(qū)水淹層不同巖石物理相類別建立的測井水淹層孔隙度、滲透率參數(shù)解釋模型。

表2中計算參數(shù)ρb、Δt、φN、α、GR1分別為密度、聲波時差、中子孔隙度測井值及自然電位、自然伽馬減小系數(shù),它們的減小系數(shù)為測井響應值相對于泥質(zhì)巖的減小程度。表2中巖石物理相分類后以聲波時差、中子孔隙度與巖心分析建立的孔隙度模型擬合度為高,反映孔隙度參數(shù)模型趨于較好;滲透率模型擬合難度增大,以孔隙度、聲波時差、中子孔隙度和密度擬合的滲透率趨于較高[12-14]。

表2 研究區(qū)分類巖石物理相水淹層孔隙度、滲透率參數(shù)解釋模型

3 水淹層參數(shù)精細建模方法

3.1 孔隙度參數(shù)

可以利用上述聲波時差、中子孔隙度分類模型及其相應聲波時差、中子孔隙度交會模型求取孔隙度,更為準確地利用綜合信息求取分類巖石物理相孔隙度參數(shù)值[15-16]。

聲波時差測井響應值計算孔隙度模型

φ1=A1Δt+B1

(1)

中子孔隙度測井響應值計算孔隙度模型

φ2=A2φN+B2

(2)

分別制作聲波時差與中子孔隙度測井值交會關系圖(見圖7),得到相關公式

Δt=AφN+B

(3)

圖7 聲波時差、中子孔隙度求取孔隙度交會關系圖

圖7中,計算層點孔隙度對應聲波時差、中子孔隙度分別為Δti、φNi,對應到聲波時差與中子孔隙度關系圖中分別為F與E點,顯然這2點不在Δt=AφN+B直線上,從而造成了分別采用聲波時差和中子孔隙度計算的孔隙度相差較大。采用該層點聲波時差、中子孔隙度對應圖中交會直線E、F中點M,把該中點M作為綜合后層點計算點,分別采用聲波時差和中子孔隙度模型計算孔隙度,求取兩者孔隙度參數(shù)綜合擬合值為其更可靠的孔隙度值[15-16]。

則該層點孔隙度值為

φi=φ1i+φ2i2=A14(Δti+AφNi+B)+

A24φNi+Δti-BA+B1+B22

(4)

利用不同巖石物理相聲波時差、中子孔隙度交會統(tǒng)計模式,建立聲波時差、中子孔隙度綜合擬合計算孔隙度參數(shù)精細解釋模型(見表3)。

3.2 滲透率參數(shù)

表1中6種方法確定6個滲透率參數(shù),仍然有可能包含若干有利條件和不利因素,因而很難避免數(shù)值上有較大誤差。為此,利用Hodges-Lehmann方法,分析兼顧各個評估數(shù)值,較大限度減小偏離很大的測量結果影響[15-16]。首先計算出所有二元對

K(1)+K(1)2,K(1)+K(2)2,…,…,K(1)+K(m)2

K(2)+K(2)2,K(2)+K(3)2,…,K(2)+K(m)2

K(3)+K(3)2,…,K(3)+K(m)2

…,

K(m)+K(m)2

對6個數(shù),m=6,二元對的總數(shù)為m+(m-1)+…+1=21。其Hodges-Lehmann綜合估計值則為這21個數(shù)的中間數(shù)值。如果二元對是一組偶數(shù)的數(shù)值,Hodges-Lehmann綜合估計值為數(shù)值排列2個中間數(shù)值的算術平均值。從而采用分類分析的Hodges-Lehmann方法統(tǒng)計改善提高滲透率參數(shù)計算精度。

表3 分類巖石物理相聲波時差、中子孔隙度綜合擬合計算孔隙度參數(shù)精細解釋模型

圖8 溫西3-2343井層段水淹層巖石物理相分類及其參數(shù)計算成果圖

4 水淹層測井評價解釋實例

滲透率則采用該層段Ⅰ類巖石物理相孔隙度、聲波時差、中子孔隙度、自然電位減小系數(shù)、自然伽馬減小系數(shù)測井解釋滲透率模型,分別計算出102.83×10-3、137.59×10-3、158.34×10-3、125.89×10-3、113.29×10-3μm2等5個滲透率值,計算出所有二元對

102.83 120.21 130.60 114.36 108.06

137.59 147.98 131.74 125.44

158.34 142.13 135.83

125.89 119.59

113.29

剩余油飽和度參數(shù)采用層段深度水樣礦化度及地層溫度求取混合液電阻率Rz=0.55 Ω·m、深探測電阻率Rt=19.5 Ω·m、孔隙度φ=18.39%及a、b、m、n值,利用阿爾奇公式求得剩余油飽和度So=20.91%。

同樣計算上部2 374.5～2 380.5 m段的2號層段Ⅱ類巖石物理相中水淹層孔隙度為15.93%,滲透率為29.66×10-3μm2,剩余油飽和度為31.46%。

上述1、2號層段計算的孔隙度、滲透率、剩余油飽和度參數(shù)分別反映Ⅰ類巖石物理相強水淹和Ⅱ類巖石物理相中水淹層的水淹狀況(見表1),有效地改善和提高了水淹層參數(shù)計算的精度。

經(jīng)在中部2 382.5～2 387.0 m段的Ⅰ類巖石物理相1層段強水淹層射孔,日產(chǎn)油0,日出水29.3 m3,含水100%,證實了水淹層巖石物理相分類及其參數(shù)解釋的有效性。

5 結 論

(1) 該區(qū)塊三間房組油層處于辮狀河三角洲前緣水下分流河道及其邊前緣沉積微相帶中,受其水流和波浪雙重作用,儲集砂體結構復雜,注水開發(fā)水淹層測井響應特征多變,儲層具有非均質(zhì)、非線性分布特點。通過巖石物理相分類進行水淹層參數(shù)精細建模,實現(xiàn)在同類注水開發(fā)條件水淹層及其巖性、物性、孔隙結構、測井響應特征的巖相建立同類測井參數(shù)模型,將水淹層非均質(zhì)、非線性問題轉(zhuǎn)化為相對均質(zhì)、線性問題。

(2) 巖石物理相分類建立水淹層參數(shù)模型研究中,分類模型數(shù)據(jù)點分布的擬合具有相對集中分布趨勢及其較好線性關系。特別是分類模型分別利用聲波時差、中子孔隙度參數(shù)模型的綜合擬合值求取有效孔隙度參數(shù);滲透率分類模型采用孔隙度、聲波、中子、密度、自然電位、自然伽馬等多種曲線分別求取,并利用Hodges-Lehmann法綜合評估擬定。從而通過水淹層精細建模提高了水淹參數(shù)計算精度,為準確計算水淹層參數(shù)提供了有效方法。

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