南堡凹陷深層低孔隙度低滲透率儲層產(chǎn)能預(yù)測方法

萬金彬，白松濤，郭笑鍇，黃婭，李西寧，毛彤

（1．中國石油集團測井有限公司，陜西 西安710077；2．中國石油集團長城鉆探工程有限公司測井公司，遼寧 盤錦124011）

0 引 言

深層低孔隙度低滲透率砂巖油氣藏是近年來各油田勘探的重點和難點。由于其砂巖油氣藏埋藏深，地質(zhì)特征復(fù)雜，對測井油氣層評價工作提出了前所未有的挑戰(zhàn)和要求：一是巖性復(fù)雜，儲層參數(shù)解釋模型建立困難；二是含油性對電阻率測井響應(yīng)的影響相對減小，油氣層電阻率變化范圍大，油、水層差異小，界限難以把握；三是測井響應(yīng)影響因素復(fù)雜，儲層品質(zhì)分類評價標(biāo)準(zhǔn)難以把握。因此，根據(jù)勘探需要，以低孔隙度低滲透率儲層地質(zhì)認(rèn)識為指導(dǎo)，通過對巖石物理實驗數(shù)據(jù)及測井資料的精細(xì)分析，剖析儲層孔隙結(jié)構(gòu)的影響特性，進行南堡凹陷低孔隙度低滲透率砂巖儲層巖石物理及測井特征研究，形成基于儲層品質(zhì)評價及不同工作制度的產(chǎn)能預(yù)測技術(shù)和方法。

1 低孔隙度低滲透率儲層成因及孔隙結(jié)構(gòu)特征

南堡凹陷深層低孔隙度低滲透率儲層有特殊的形成條件，在成因方面主要表現(xiàn)為遠(yuǎn)源沉積［1］：由于水流所攜帶的物質(zhì)經(jīng)過較長的搬運，顆粒變細(xì)，懸浮部分增多，沉積成巖后形成粒級較細(xì)、孔隙半徑小、泥質(zhì)含量高，剖面上主要是以泥巖為主，砂體比例低，平面上呈條帶狀或透鏡狀分布，砂體極不穩(wěn)定［2］，儲集空間主要是以原生粒間孔為主，存在一定量溶蝕孔，巖石的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較低，孔隙度與滲透率關(guān)系不明顯，相同孔隙度條件下滲透率相差近十幾倍，儲層孔隙的連通性差異大，非均質(zhì)性嚴(yán)重，同一層可能存在多種孔隙結(jié)構(gòu)類型（見圖1）。

深層低孔隙度低滲透率儲層具有非均質(zhì)性強的特點，其孔隙結(jié)構(gòu)是控制巖性油氣藏流體分布和有

圖1 南堡凹陷××井區(qū)儲層孔隙度滲透率交會圖

效滲流能力的重要因素，比宏觀物性更能夠反映儲層本質(zhì)特征，同時對儲層的電性特征、產(chǎn)液性質(zhì)和產(chǎn)能大小都有重要的影響［3］。以常規(guī)孔隙度滲透率、毛細(xì)管壓力、鑄體薄片等實驗資料為基礎(chǔ)，利用聚類分析、滲流特性分析等各類數(shù)學(xué)方法，可將巖心孔隙結(jié)構(gòu)由好到差分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ等4種類型，統(tǒng)計4類壓汞及物性參數(shù)具有一定分布規(guī)律（見表1），對比鑄體薄片及物性關(guān)系，三者之間較好的定性及定量聚類效果（見圖2）。

表1 壓汞參數(shù)分類統(tǒng)計

2 基于孔隙結(jié)構(gòu)的儲層品質(zhì)評價

在低孔隙度低滲透率油藏勘探中滲透率和含油性評價是關(guān)鍵；相同孔隙度條件下，滲透率差異較大的主控因素是孔隙結(jié)構(gòu)差異所致［4］。在巖石物理實驗分析的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建儲層品質(zhì)因子、壓汞系數(shù)開展低孔隙度儲層的孔隙結(jié)構(gòu)主控因素研究，以測井資料為手段，形成儲層品質(zhì)評價方法。

由Kozeny－Carman方程［5］得出儲層品質(zhì)因子，Kozeny根據(jù)毛細(xì)管理論提出了一個公式，Carman對公式進行證明，方程描述為

式中，φe為有效孔隙度；FS為形狀因子，無量綱；τ為毛細(xì)管的彎曲度，無量綱；Sgv為單位體積顆粒的比表面，μm－1。

圖2 毛細(xì)管壓力曲線與常規(guī)物性、鑄體薄片的對應(yīng)分類關(guān)系

假設(shè)巖樣體積為1個單位，其孔隙由n個半徑為r、長度為L的毛細(xì)管組成。Sgv近似等于單位體積孔隙的表面積，孔隙體積為φe，骨架體積為1－φe（見圖3）。由假設(shè)可知

通過理論推算，將Kozney－Carmon滲透率方程進行條件約束，將式（2）、式（3）代入式（1）中，得到式（4），建立孔隙度和滲透率組合的儲層品質(zhì)因子［3］，較好地評價儲層孔隙結(jié)構(gòu)。

式中，F(xiàn)S為形狀因子，無量綱；τ為彎曲度，無量綱；r為毛細(xì)管半徑，μm；K為滲透率，×10－3μm2；φ為孔隙度，%。

圖3 由毛細(xì)管組成的孔隙空間模型

毛細(xì)管壓力曲線能夠定性表征儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)與儲層產(chǎn)液能力，定性解釋并不能滿足實際生產(chǎn)應(yīng)用。為能夠定量評價儲層品質(zhì)，綜合分析物性參數(shù)和16種微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，選取孔隙度、分選系數(shù)、孔喉半徑和排驅(qū)壓力作為反映儲層滲流特性的評價參數(shù)，進一步構(gòu)建出壓汞系數(shù)定量表征低孔隙度低滲透率儲層微觀滲流特性，計算公式

式中，YGXS為壓汞系數(shù)，無量綱；φe為有效孔隙度；φe，max為最大有效孔隙度；σ為分選系數(shù)；σmax為分選系數(shù)；dave為孔喉半徑均值，μm；dave，max為最大孔喉半徑均值，μm；pd為排驅(qū)壓力，MPa；pd，max為最大排驅(qū)壓力，MPa。

利用儲層品質(zhì)因子與壓汞系數(shù)進行分類效果評價，得出不同類別的儲層之間存在明顯界限（見圖4），產(chǎn)能、巖石學(xué)及孔喉表征方面具有較明顯的聚類特征（見表3）。

圖4 儲層品質(zhì)因子與壓汞系數(shù)分類圖

以巖石物理實驗為主的孔隙結(jié)構(gòu)分類仍難以在單井連續(xù)評價中應(yīng)用，實際分析表明，自然伽馬反映儲層巖性變化，深淺側(cè)向電阻率差、比值反映儲層侵入及滲透性，密度、聲波測井反映儲層物性變化，儲層孔隙結(jié)構(gòu)是巖性、物性、滲透性的綜合表征，常規(guī)測井的測量參數(shù)中含有反映孔隙結(jié)構(gòu)的信息，深、淺側(cè)向電阻率、自然伽馬、密度、聲波等常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)能夠在一定程度上反映儲層的品質(zhì)因子、壓汞系數(shù)（見圖5）。根據(jù)常規(guī)測井資料與巖心數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，應(yīng)用多元回歸分析方法，建立測井表征儲層宏觀品質(zhì)因子和微觀壓汞系數(shù)表達(dá)式（6）、式（7）。

表3 儲層品質(zhì)分類指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

對式（6）采用最小二乘法得出擬合各擬合系數(shù)，利用測井曲線計算RQI，所得參數(shù)結(jié)果：A0＝－3．4184，A1＝ －0．0065，A2＝3．3403，A3＝－0．0847，A4＝0．0372，A5＝－0．9512。

同理得到，利用測井曲線求解壓汞系數(shù)

圖5 各類測井曲線值與儲層品質(zhì)因子RQI的關(guān)系

式中，GR為自然伽馬，API；RLLd為深電阻率，Ω·m；RLLs為淺電阻率，Ω·m；AC為聲波時差，μs／ft；DEN為密度，g／cm3。

基于巖心刻度測井，實現(xiàn)常規(guī)測井資料表征儲層品質(zhì)因子和壓汞系數(shù)，形成基于孔隙結(jié)構(gòu)分析的常規(guī)測井儲層分類認(rèn)識，有效地指導(dǎo)儲層品質(zhì)評價。

3 基于儲層品質(zhì)及不同工作制度的產(chǎn)能預(yù)測

儲層產(chǎn)能是由儲層的自身條件與外部環(huán)境以及開采方式等共同決定［8］。深層低孔隙度低滲透率儲層具有孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性強，且測井?dāng)?shù)據(jù)本身具有多解性，直接求解受多因素控制的地層產(chǎn)能參數(shù)具有一定的難度；不同的工作制度及配產(chǎn)方式會導(dǎo)致地層壓力系統(tǒng)的變化，測井資料預(yù)測產(chǎn)能應(yīng)當(dāng)考慮不同的工作制度。提出在儲層品質(zhì)評價的基礎(chǔ)上，針對不同類型工作制度，采用不同的特征產(chǎn)能系數(shù)圖版建立特征產(chǎn)能預(yù)測模型。

特征產(chǎn)能系數(shù)圖版的具體思路：在測井精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，對同一個砂體單元按照基于孔隙結(jié)構(gòu)的儲層品質(zhì)評價結(jié)果，確定每類儲層的宏微觀特征系數(shù)，再對同一砂體中每一類儲層特征系數(shù)進行累加求和，針對不同類型的試油工作制度，通過回歸分析得出每一類儲層的貢獻(xiàn)率，然后采用加權(quán)方法確定目的層段的產(chǎn)能大小。

式中，U為各類特征產(chǎn)能系數(shù)和，無量綱；G為儲層特征系數(shù)，無量綱；Hi為各類儲層的有效厚度，m；Aj為各類儲層的加權(quán)值，無量綱。

通過對南堡凹陷深層低孔隙度低滲透率試油資料整理分析，分別獲得4mm油嘴和38F泵徑的特征產(chǎn)能系數(shù)圖版，進而計算日產(chǎn)液與實際日產(chǎn)液有較好的相關(guān)性。

3．1 油嘴特征產(chǎn)能系數(shù)圖版

依據(jù)上述產(chǎn)能評價思路，對南堡凹陷沙一段××地區(qū)試油井按照儲層分類標(biāo)準(zhǔn)對儲層進行品質(zhì)評價，再應(yīng)用式（11）計算各類儲層產(chǎn)能系數(shù)和，最后與4mm油嘴試油試采資料進行線性擬合求取各類儲層的加權(quán)值，建立該地區(qū)4mm油嘴條件下基于測井?dāng)?shù)據(jù)分析的產(chǎn)油能力方程式（8），相關(guān)系數(shù)為0．9，計算精度較高（見圖6）。

由于油嘴直徑不同，產(chǎn)液曲線不同，得不同的協(xié)調(diào)生產(chǎn)點?？刂朴途a(chǎn)量就是選用合適的油嘴，達(dá)到合適的協(xié)調(diào)點。對于自噴井，當(dāng)油氣比不變、油嘴直徑D＜15mm時，油井產(chǎn)量Q與油嘴直徑之間存在著關(guān)系［9］

通過實際4mm油嘴計算日產(chǎn)液量與不同油嘴直徑的換算關(guān)系，能夠得到實際生產(chǎn)應(yīng)用中不同油嘴放噴時儲層的初產(chǎn)產(chǎn)能大小，為實際采油工程提供決策支持。

圖6 油嘴特征產(chǎn)能系數(shù)圖版計算結(jié)果與實際產(chǎn)量

3．2 泵徑特征產(chǎn)能系數(shù)圖版

同理，對南堡凹陷沙一段××地區(qū)儲層38F泵徑試油試采資料進行整理，利用上述思路，建立該地區(qū)38F泵徑條件下基于測井資料處理的產(chǎn)油能力方程式（13），相關(guān)系數(shù)為0．8，計算精度較高（見圖7）。

3．3 應(yīng)用效果評價

圖7 泵徑特征產(chǎn)能系數(shù)圖版計算結(jié)果與實際產(chǎn)量

圖8 南堡凹陷××井綜合評價圖

運用特征產(chǎn)能系數(shù)圖版對南堡凹陷××井進行處理分析（見圖8），第1、3、4道為常規(guī)9條測井曲線，第5、6道為測井基于儲層分類計算孔隙度、滲透率值，第7道為利用本文方法計算儲層品質(zhì)因子、壓汞系數(shù)，第8道為儲層分類結(jié)果曲線，第9道為特征產(chǎn)能系數(shù)圖版法預(yù)測儲層產(chǎn)能大小情況。實際資料處理說明該種方法在低孔隙度低滲透率儲層的滲透率計算中能夠得出更符合實際情況的結(jié)論。該井在3521～3536m井段之間有2個射孔井段，為多層合試。處理結(jié)果看該井Ⅰ類儲層的產(chǎn)能貢獻(xiàn)占絕對優(yōu)勢。該井段的試油4mm油嘴條件下產(chǎn)能為日產(chǎn)液14．05t，而求取的產(chǎn)能為日產(chǎn)液13．13t，實際產(chǎn)量與預(yù)測產(chǎn)量符合較好。

4 結(jié)論與認(rèn)識

（1）針對南堡凹陷深層低孔隙度低滲透率油氣藏特征開展了低孔隙度低滲透率儲層滲透率主控因素分析，通過多參數(shù)擬合，構(gòu)建儲層品質(zhì)因子和壓汞系數(shù)，形成基于孔隙結(jié)構(gòu)的儲層品質(zhì)評價方法，較好地對低孔隙度低滲透率儲層進行儲層識別及品質(zhì)評價。

（2）不同的工作制度及配產(chǎn)方式會導(dǎo)致地層壓力系統(tǒng)的變化，因此，測井資料預(yù)測產(chǎn)能應(yīng)當(dāng)考慮不同的工作制度。本文在儲層精細(xì)分類的基礎(chǔ)上，針對不同類型的試油試采工作制度，提出采用特征產(chǎn)能系數(shù)圖版法建立產(chǎn)能預(yù)測模型，提高了產(chǎn)能預(yù)測的準(zhǔn)確性。

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