核磁測井資料在致密砂巖儲層產(chǎn)能評價中的應(yīng)用

成家杰

（中海油田服務(wù)股份有限公司，河北燕郊 065201）

隨著社會對油氣資源需求量的不斷增加，而可開發(fā)常規(guī)油氣藏資源量在日益減少，致密氣等非常規(guī)油氣藏的勘探和開發(fā)倍受關(guān)注。但由于致密砂巖儲層巖性致密，工業(yè)產(chǎn)層、低產(chǎn)層和干層的儲層特征區(qū)分度不大，給致密氣的測井評價帶來較大挑戰(zhàn)。

以往的儲層產(chǎn)能預(yù)測方法往往針對孔滲條件好，流度大的氣藏，氣水滲流基本服從達(dá)西線性滲流定律，相關(guān)的孔、滲、飽參數(shù)，表皮系數(shù)比較容易確定，因而產(chǎn)能預(yù)測精度較高，應(yīng)用范圍較大，而對于致密砂巖儲層產(chǎn)能預(yù)測問題尚未找到最適用的方法，給測井工作帶來一定的難度。因此積極探索致密砂巖儲層產(chǎn)能預(yù)測的方法，形成一套有效的測井產(chǎn)能評價體系，為生產(chǎn)、測試提供決策依據(jù)，對勘探開發(fā)意義重大。

本文針對A區(qū)塊致密砂巖氣，建立了以核磁測井資料為核心的致密砂巖氣產(chǎn)能預(yù)測體系及儲層分類標(biāo)準(zhǔn)。從測試效果來看，相關(guān)層位測試產(chǎn)能與核磁預(yù)測產(chǎn)能基本一致，應(yīng)用效果突出。

1 基于核磁測井的孔隙結(jié)構(gòu)評價方法

儲集巖的孔隙結(jié)構(gòu)是影響油氣層儲集能力和滲流特征的重要因素，孔隙結(jié)構(gòu)研究是油氣藏精細(xì)描述、儲層綜合評價的重要內(nèi)容，應(yīng)用毛管壓力曲線形態(tài)及其特征參數(shù)，可定性和定量地描述儲層孔隙結(jié)構(gòu)，評價儲層的產(chǎn)能[1-3]。

長期以來儲層孔隙結(jié)構(gòu)研究都是從實驗室測量得到的，但由于其測量周期長、巖心樣品獲取困難以及樣品污染等原因，人們一直在尋找一種有效的替代方法。核磁共振是目前公認(rèn)的一種最有效的利用測井資料評價儲層孔隙結(jié)構(gòu)的方法 [4-11]。

通過三種方法進(jìn)行定量地表征孔隙結(jié)構(gòu)[4-6]：（1）以巖心壓汞資料為基礎(chǔ)，同相應(yīng)巖心的T2幾何均值取對數(shù)進(jìn)行擬合，建立了A區(qū)塊核磁共振測井中的T2幾何均值與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系；（2）將巖心的壓汞毛管壓力曲線和核磁共振T2分布對比，建立相關(guān)性，確定縱、橫向轉(zhuǎn)換系數(shù)，計算視毛管壓力曲線，視孔徑分布曲線，進(jìn)而求取孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)；（3）利用T2譜分布將地層孔隙分為大、中、小孔，通過三者所占比重評價孔隙結(jié)構(gòu)。從而實現(xiàn)了在無實驗室壓汞資料情況下利用核磁共振資料獲得定量的、連續(xù)的視毛管壓力曲線、視孔徑分布曲線和孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)曲線。

1.1 毛管法

首先利用微分相似原理確定每塊巖樣核磁共振測量的T2譜與壓汞測量的毛管壓力微分曲線之間的橫向轉(zhuǎn)換系數(shù)C；然后利用分段對比法確定每塊巖樣核磁共振測量的T2譜與壓汞測量的毛管壓力微分曲線之間的縱向轉(zhuǎn)換系數(shù)D，也即是不同孔喉半徑的孔喉占的百分?jǐn)?shù)；最后建立橫向轉(zhuǎn)換系數(shù)C、縱向轉(zhuǎn)換系數(shù)D與核磁共振測井提供的物性參數(shù)之間的關(guān)系，在核磁共振測井中利用巖心刻度得到的轉(zhuǎn)換系數(shù)關(guān)系式定量計算偽毛管壓力曲線[4-5]。

發(fā)現(xiàn)每塊不同巖心其轉(zhuǎn)換系數(shù)都不同，與孔隙度、滲透率有關(guān)，因此利用孔、滲確定區(qū)域偽毛細(xì)管壓力曲線橫、縱向轉(zhuǎn)換系數(shù)。從而能夠在無巖心資料情況下，連續(xù)的獲取核磁毛管壓力資料以評價儲集層孔隙結(jié)構(gòu)。

利用構(gòu)建的偽毛管壓力曲線可以計算排驅(qū)壓力、中值壓力、平均孔喉半徑、分選系數(shù)等孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，如圖1所示。

圖1 毛管法計算的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.2 T2幾何均值法

利用A區(qū)塊的巖心壓汞實驗和相應(yīng)深度的核磁共振實驗擬合出100%含水T2分布的幾何均值與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，如圖2所示。發(fā)現(xiàn)T2幾何均值與排驅(qū)壓力、中值壓力等孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)之間具有很好的相關(guān)性，也進(jìn)一步說明了T2分布與壓汞曲線都能反映地層孔隙結(jié)構(gòu)。圖3中的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)曲線為利用T2幾何均值法所計算得到的結(jié)果，與壓汞實驗分析數(shù)據(jù)一致性較好。

1.3 三孔隙度百分比法

實驗分析表明，表征孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素是整個孔隙系統(tǒng)中在某個孔隙大小范圍內(nèi)的孔隙度組分百分比。利用核磁測井的T2分布，提取3個參數(shù)S1、S2和S3，分別代表T2弛豫時間介于0.1 ~16 ms、16 ~128 ms、128 ~10 000 ms范圍內(nèi)的三種孔隙度組分百分比[6]。

經(jīng)壓汞資料分析滲透率貢獻(xiàn)值最大時半徑大于0.2 μm；經(jīng)前人研究表明喉道半徑小于0.1 μm時由于水膜張力的作用油氣難開發(fā)，所以喉道半徑為0.1 μm時即為束縛流體的界限。因此對于毛管壓力曲線橫坐標(biāo)（壓力）截止值可取0.1 μm和0.2 μm。由此與T2分布對比即可找出T2分布橫坐標(biāo)（時間）對應(yīng)的截止值16 ms和128 ms，如圖4所示，由此對應(yīng)的大孔、中孔和小孔的比例基本一致。

圖2 T2幾何均值與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系

圖3 T2幾何均值法計算的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)

2 致密砂巖的核磁產(chǎn)能綜合評價

圖5為A區(qū)塊孔隙度與滲透率關(guān)系，可以看到，儲層滲透率PERM與孔隙度POR相關(guān)性較好，并未表現(xiàn)出高孔低滲或者低孔高滲的現(xiàn)象。這為利用核磁測井資料評價儲層孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)而預(yù)測儲層產(chǎn)能打下了基礎(chǔ)。另外，研究區(qū)儲層流體性質(zhì)（氣、水）簡單，受流體粘度等因素影響較小，這為產(chǎn)能預(yù)測的精度提供了保證。

2.1 致密砂巖儲層分類方法

由于儲層巖石的孔隙結(jié)構(gòu)是影響油氣采收率和油氣層產(chǎn)能的重要因素，根據(jù)A區(qū)塊儲層孔隙的微觀結(jié)構(gòu)分析，提取了儲層分類孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)。根據(jù)有效孔隙度、滲透率，以及分選系數(shù)、最大進(jìn)汞飽和度、孔喉半徑均值、排驅(qū)壓力等微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，創(chuàng)建綜合評價指數(shù)ZZ，達(dá)到劃分儲層產(chǎn)氣級別的目的。

式中：φe為有效孔隙度，%；K為滲透率，h10-3μm2； Sp為分選系數(shù) ； DM為孔隙喉道均值，μm；Smax為最大進(jìn)汞飽和度，%； Pd為排驅(qū)壓力，MPa。其中，φe、K由核磁測井直接獲取，Sp、DM、Smax、Pd等孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)由上文1.1~1.2所述方法間接得到。

2.2 致密砂巖儲層分類評價標(biāo)準(zhǔn)

利用綜合評價指數(shù)，結(jié)合A區(qū)塊測試成果，發(fā)現(xiàn)核磁滲透率PERM、可動孔隙度BVM及綜合評價指數(shù)ZZ與產(chǎn)量有著較好的對應(yīng)關(guān)系，如圖6所示?？蓜涌紫抖取B透率、綜合評價指數(shù)越大，產(chǎn)氣量越高。

圖4 壓汞孔徑和核磁T2分布三孔比例對比

圖5 研究區(qū)孔隙度與滲透率關(guān)系

圖6 核磁滲透率、可動孔隙度及綜合評價指數(shù)與測試產(chǎn)量關(guān)系

為了方便儲層級別的劃分，特采用比產(chǎn)氣指數(shù)作為儲層級別劃分的依據(jù)，比產(chǎn)氣指數(shù)定義為在單位厚度、單位生產(chǎn)壓差條件下，儲層的日產(chǎn)氣量，定義如下：J = Q / ( Th ΔPhH） （2）式中，J為比產(chǎn)氣指數(shù)；Q為產(chǎn)氣量，m3；T為時間，d；ΔP為生產(chǎn)壓差，MPa；H為射孔厚度，m。

根據(jù)比產(chǎn)氣指數(shù)的大小，把儲層劃分了四個級別：

I類儲層：J＞2 000 m3/ ( d·MPa·m )；

II類儲層：500＜ J＜ 2 000 m3/ ( d·MPa·m )；

III類儲層：50＜J＜500 m3/ ( d·MPa·m )；

IV 類儲層 ：J＜ 50 m3/ ( d·MPa·m )。

通過分析已測試層位的核磁資料，制定了研究區(qū)致密氣儲層綜合分類評價標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

3 應(yīng)用實例

3.1 致密砂巖儲層分類

圖7為A區(qū)塊儲層分類實例，由上至下依次為I、II、III、IV類儲層。I類儲層的T2譜主要反映了自由流體信息；II類儲層T2譜反映了部分自由流體及部分束縛水信息；III、IV類儲層T2譜上反映的自由流體信息較少，主要為束縛水信息。I、II類儲層可動孔隙度相對較大，以大孔、中孔為主，III、IV類儲層可動孔隙度相對較小，以小孔、中孔為主。該四類儲層對應(yīng)層位測試產(chǎn)能分別為26 000 m3、20 880 m3、8 880 m3、1 000 m3， 測 試產(chǎn)量與其儲層級別有著較好的對應(yīng)關(guān)系。

表1 致密氣儲層綜合分類評價標(biāo)準(zhǔn)

圖7 A區(qū)儲層分類實例

3.2 致密砂巖產(chǎn)能預(yù)測

圖8為B井測試層位的核磁產(chǎn)能分類評價成果圖。從常規(guī)孔隙度上看（第八道紅色填充），上部1、2號層物性相當(dāng)。但從核磁資料看，1號層可動流體孔隙度較大（第八道紫色填充），約為6%，孔隙結(jié)構(gòu)較好，以大孔、中孔為主，綜合評價指數(shù)＞3，為I類儲層，對應(yīng)比產(chǎn)氣指數(shù)應(yīng)＞2 000 m3/ （d· MPa·m）；2號層孔隙結(jié)構(gòu)較差，綜合評價指數(shù)＜0.5，為IV類儲層，對應(yīng)比產(chǎn)氣指數(shù)應(yīng)＜50 m3/ （d·MPa·m）。預(yù)測生產(chǎn)壓差3 MPa時，①號層產(chǎn)氣量＞32 400 m3/d，②號層產(chǎn)氣量＜2 000 m3/d。①、②號層合試，實際測試共產(chǎn)氣40 320~57 120 m3/d，與預(yù)測結(jié)果基本一致。

③號層孔隙結(jié)構(gòu)較差，大孔＜10%，以小孔、中孔為主，可動孔隙度較小約為1.8%，儲層綜合評價指數(shù)＜0.5，為IV類儲層，比產(chǎn)氣指數(shù)應(yīng)＜50 m3/ （d·MPa·m）。預(yù)測生產(chǎn)壓差為10 MPa時，產(chǎn)氣量＜2 750 m3/d，實際測試結(jié)果為氣微量，與預(yù)測結(jié)果吻合。

圖8 B井儲層分類評價成果圖

4 結(jié)論

（1）基于核磁測井資料，利用毛管法、T2幾何平均值法、三孔隙度百分比法能夠定量地表征儲層孔隙結(jié)構(gòu)。

（2）建立了以核磁測井資料為核心的儲層分類及產(chǎn)能評價標(biāo)準(zhǔn)。

（3）測試結(jié)果表明，核磁產(chǎn)能評價應(yīng)用效果良好，對生產(chǎn)測試有一定指導(dǎo)意義。

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