王珍珍,顧興明
(山東勝軟科技股份有限公司勝軟油氣勘探開發(fā)研究院,山東 東營(yíng) 257000)
目前,沒有一種可以直接探測(cè)地層滲透率的測(cè)井方法。測(cè)井工作者只有利用斯通利波來計(jì)算地層滲透率[1-2],在有核磁共振測(cè)井資料的井段,也可以利用核磁共振測(cè)井信息,結(jié)合毛管壓力曲線、MDT測(cè)試資料達(dá)到對(duì)儲(chǔ)層滲透率進(jìn)行評(píng)價(jià)[3-5]。滲透率的大小受諸多因素控制,如孔隙度、孔隙結(jié)構(gòu)、顆粒大小等,因此又經(jīng)常采用間接計(jì)算滲透率的方法,如先計(jì)算地層孔隙度、束縛水飽和度、顆粒大小等參數(shù),然后依據(jù)實(shí)驗(yàn)分析建立這些參數(shù)與滲透率的關(guān)系,從而達(dá)到計(jì)算地層滲透率的目的。這種間接計(jì)算滲透率的方法不但誤差大,而且區(qū)域局限性也強(qiáng),給測(cè)井解釋帶來很大困難。
多年來,對(duì)滲透率的探討大多集中在應(yīng)用孔隙度和束縛水飽和度Swi來評(píng)價(jià)地層滲透率,研究者主要有Wyllie和Rose(1950)、Timur(1968)、Coasts和Dumanoir(1972)。滲透率的計(jì)算公式一般為:
式中:φ—孔隙度;K—滲透率;A—與油氣類型有關(guān)的系數(shù);B、C—與巖性指數(shù)和飽和度指數(shù)有關(guān)的系數(shù)。例如,Timur(1968)根據(jù)巖心分析的滲透率資料和測(cè)井解釋結(jié)果建立的公式為:
這個(gè)公式應(yīng)用比較廣泛,但該模型不適用于滲透率低于100×10-3μm2的砂巖儲(chǔ)層。
因滲透率不僅與孔隙度和束縛水有關(guān),還與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān),有人提出下面關(guān)系式:
式中:Rtir—只含束縛水時(shí)巖石電阻率,Rw—地層水電阻率。試圖以W調(diào)整系數(shù)C值。
Coasts和Dumanoir對(duì)Rtir作油氣影響校正后(以代替油氣對(duì)C影響),提出滲透率關(guān)系式為:
式中:ρh—油氣密度。只要地層巖性是顆粒結(jié)構(gòu),孔隙空間也是顆粒間孔隙結(jié)構(gòu),按此公式能獲得較好的結(jié)果。
1983年,G.C.Kukal和K.E.Simons針對(duì)低滲透地層,引入黏土體積含量Vcl,并根據(jù)大量巖心分析資料,建立了以下關(guān)系式:
此公式在低滲透儲(chǔ)集層能得到較好結(jié)果,但應(yīng)用時(shí)要充分考慮實(shí)際地層巖心分析資料。
原海涵(1994年)根據(jù)毛管理論及巖心分析資料,獲得了如下滲透率計(jì)算公式:
圖1是巖心分析孔隙度與滲透率關(guān)系圖,數(shù)據(jù)未經(jīng)過任何處理。圖1中巖心分析孔隙度與滲透率之間有不錯(cuò)的函數(shù)關(guān)系,但運(yùn)用該模型計(jì)算出的滲透率值偏低。通過巖心分析得出,該砂巖組儲(chǔ)層孔隙度集中在10% ~13.5%,滲透率集中在1.5 ×10-3~10 ×10-3μm2,而在圖 1的滲透率模型中,當(dāng)孔隙度為10%時(shí),滲透率為 0.29 ×10-3μm2;當(dāng)孔隙度為13.5% 時(shí),滲透率為 0.90 ×10-3μm2,這與巖心分析的結(jié)果差別非常大。
由于儲(chǔ)層的非均質(zhì)性比較嚴(yán)重,同一孔隙度值對(duì)應(yīng)的滲透率極差大,由此造成利用傳統(tǒng)方法建立滲透率的模型誤差太大,無法達(dá)到對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行評(píng)價(jià)的精度要求。近年一些學(xué)者先以流動(dòng)單元的方法對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分類,再分別建立滲透率模型,其能有效提高滲透率模型計(jì)算精度[6-7]。
流動(dòng)單元的概念是1984年由C.L.Hearn等提出的,其定義為:在側(cè)向和垂向上連續(xù)的、具有相同影響流體流動(dòng)特征參數(shù)的儲(chǔ)集巖體。也可以表示為具有相似特征的相組合,認(rèn)為每一個(gè)流動(dòng)單元通常代表一個(gè)特定的沉積環(huán)境和流體流動(dòng)特征。它與成因單元的分布有關(guān),但并不一定與相界面一致。在該單元內(nèi),各部位巖性特征相似,影響流體流動(dòng)的巖石物性參數(shù)也相似。
由修正的Kozeny-Carmen方程得到:
式中:Fs—形狀系數(shù),圓柱體為2;Sgv—單位顆粒體積的表面積;τ—迂曲度;φe—有效孔隙度。
由上式可以得到:
定義如下參數(shù)指標(biāo):
儲(chǔ)層質(zhì)量指標(biāo):
標(biāo)準(zhǔn)化孔隙度指數(shù):
流動(dòng)層帶指標(biāo):
對(duì)上式兩邊取對(duì)數(shù)得:
從而可知,在RQI與φz雙對(duì)數(shù)關(guān)系圖上,具有等流動(dòng)帶指標(biāo)的所有樣品將落在斜率為1的一條直線上,具有不等流動(dòng)帶指標(biāo)的樣品落在相互平行的直線上。Amaefule認(rèn)為流動(dòng)帶指標(biāo)值相同的樣品具有相同的孔喉特征,屬于同一個(gè)流動(dòng)單元。
在前面分析的基礎(chǔ)上,利用研究區(qū)的巖心分析資料,逐一求解其流動(dòng)層帶指標(biāo),并將其分為5類。在每一類流動(dòng)單元下,孔隙度與滲透率都有較好的相關(guān)性,如圖2所示。
圖2中,在每一類流動(dòng)單元下,孔隙度與滲透率有著很好的指數(shù)函數(shù)關(guān)系。如果可以建立起流動(dòng)層帶指標(biāo)FZI與測(cè)井響應(yīng)值之間的關(guān)系,那么建立滲透率模型的問題就可以迎刃而解。但是本區(qū)的巖心基本上無法與測(cè)井值建立聯(lián)系,這使得無法利用測(cè)井信息求取流動(dòng)層帶指標(biāo)FZI,也就無法細(xì)分流動(dòng)單元計(jì)算滲透率。
把不同流動(dòng)單元下的孔滲關(guān)系集中匯總在一起,如圖3,F(xiàn)ZI值較大和較小的組分所占份額較小,數(shù)據(jù)較分散。結(jié)合巖石學(xué)資料,儲(chǔ)層巖性主要為砂巖和砂礫巖,這些樣品點(diǎn)孔滲關(guān)系分布比較集中,主要在FZI指標(biāo)上為1<FZI<4的范圍,在圖3中也正是數(shù)據(jù)比較密集的區(qū)域。由于致密性砂巖經(jīng)常伴隨一些裂縫的產(chǎn)生,但這些裂縫在地下基本上處于方解石充填和關(guān)閉狀態(tài),不是研究區(qū)的儲(chǔ)集層。部分巖石取心至地面,當(dāng)壓力釋放后,才顯示出裂縫的特征,這些樣品的巖心分析表現(xiàn)出了較高的滲透性,但這與巖石在地層情況下的情況不相符,這些樣品主要分布在FZI>5范圍。FZI<1的數(shù)據(jù)中主要為粉砂巖樣品,粉砂巖在研究區(qū)分布不多,且孔滲值都很低,不作為儲(chǔ)集層對(duì)待。由此在最終確定孔滲關(guān)系的時(shí)候,本著“抓主要矛盾”的思路,選擇了1<FZI<5的樣品和部分FZI<1的樣品來建立滲透率解釋模型。經(jīng)過上述分析,重新建立的孔隙度與滲透率的關(guān)系如圖4所示。圖中孔隙度與滲透率的相關(guān)性較未經(jīng)處理有一定的提高,另外當(dāng)孔隙度在10% ~13.5%變化時(shí),滲透率集中則在2.63×10-3~10.99×10-3μm2變化,這與巖心分析的滲透率在1.5 ×10-3~10.0 ×10-3μm2還是比較接近的。
利用XX井取心分析結(jié)果作為評(píng)價(jià)修正前后滲透率模型的標(biāo)準(zhǔn),得到測(cè)井解釋滲透率與巖心分析滲透率的對(duì)比圖(圖5)。從圖5中可知,該井西山窯組二段未經(jīng)流動(dòng)單元修正的滲透率模型計(jì)算滲透率較巖心分析滲透偏低,平均誤差為-35.3%,而修正后模型計(jì)算滲透率值與巖心分析值較為接近,平均誤差為-7.8%,效果較修正前更符合地層真實(shí)情況,可以滿足生產(chǎn)的要求。
由于分流動(dòng)單元的方法建立滲透率模型考慮了儲(chǔ)層的巖性、物性和流體特征對(duì)滲透率的影響,因此該模型能有效提高滲透率的計(jì)算精度。該方法計(jì)算的滲透率與巖心分析結(jié)果對(duì)比可以看出,該模型在強(qiáng)非均質(zhì)性的儲(chǔ)層中,可以有效地獲得滲透率,并且在研究區(qū)西山窯組儲(chǔ)層中取得了很好的應(yīng)用效果。
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