珠江口盆地惠州凹陷儲層測井產(chǎn)能分級與識別方法

馮進，趙冰，張占松，張超謨

(1.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518054；2. 長江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，湖北 武漢 430100)

0 引言

在油田勘探開發(fā)過程中，油層產(chǎn)能評價占著十分重要的地位，一方面它能評價并提高前期勘探的效果，另一方面可為開發(fā)規(guī)劃方案的設(shè)計和合理配產(chǎn)提供有力依據(jù)[1-3]。在進行產(chǎn)能預(yù)測前必須分析影響儲層產(chǎn)能的主要因素，而影響儲層產(chǎn)能因素有很多，可以總結(jié)為地質(zhì)參數(shù)、油藏參數(shù)(壓力與黏度、供液半徑、多相流計算等)、工程參數(shù)(完井方式、井筒參數(shù)、壓裂參數(shù)等)、儲層參數(shù)(厚度、滲透率等)?？蓪⑵浞譃閮?nèi)在因素和外在因素，內(nèi)在因素則是儲層自身條件，包括儲層的流動性和滲透性等，外在因素則是儲層的人工改造，比如酸化壓裂等。由于存在諸多因素對儲層產(chǎn)能造成影響，因此定量準確預(yù)測油層產(chǎn)能存在難度。而對儲層產(chǎn)能的定性預(yù)測，即對儲層產(chǎn)能級別的劃分，不僅能夠?qū)Χ款A(yù)測起到約束和指導(dǎo)作用，還能在分級的基礎(chǔ)上再預(yù)測，提高產(chǎn)能定量預(yù)測的精度[4]。

至今有諸多學(xué)者已經(jīng)在產(chǎn)能的定性預(yù)測上展開了很多研究。田敏等[5]通過厘清各參數(shù)影響產(chǎn)能的方式，采用層次分析法確定參數(shù)權(quán)重，最終從產(chǎn)能角度結(jié)合現(xiàn)場實際對氣層產(chǎn)能進行分級；吳永平等[6]分析巖心、測井、測試等資料，綜合各產(chǎn)能影響參數(shù)裂縫段厚度、裂縫密度、裂縫開度等，利用Q型聚類法將迪那2氣田開發(fā)氣井產(chǎn)能劃分為3種級別；何羽飛等[7]從產(chǎn)能公式分析出發(fā)，以測井資料為基礎(chǔ)，利用灰色關(guān)聯(lián)多參數(shù)分析方法建立了儲層產(chǎn)能分級評價模型。

目前國內(nèi)對儲層產(chǎn)能級別的劃分還沒有統(tǒng)一的標準。根據(jù)產(chǎn)能滲流公式，單層產(chǎn)量是測試壓差、測試厚度、儲層物性參數(shù)等的函數(shù)，對應(yīng)一定的日產(chǎn)量，不同厚度、壓差條件和儲層物性條件下是不一樣的。結(jié)合惠州凹陷油田生產(chǎn)和儲層特征實際情況，采用米采油指數(shù)來研究儲層產(chǎn)能分級標準。通過分析影響研究區(qū)儲層產(chǎn)能的主控因素，得出儲層巖石物理性質(zhì)的好壞很大程度上決定著儲層產(chǎn)能。然后根據(jù)能夠反映儲層物性的毛管壓力曲線形態(tài)特征對將研究區(qū)儲層劃分為3類，通過將產(chǎn)能與儲層類別劃分相結(jié)合，來確定產(chǎn)能級別劃分標準，最終形成一套適合研究區(qū)儲層產(chǎn)能的分級與識別方法。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

珠江口盆地位于中國南海的北部，處在歐亞板塊、太平洋板塊與印度洋板塊的交匯處，是一個重要的含油氣盆地?；葜莅枷菸挥谥榻谂璧刂橐话枷葜胁?，是南海東部海域的富生烴凹陷之一。盆地的新生界地層共有8個層組，其中新近系地層自淺而深有萬山組、粵海組、韓江組、珠江組，由于其埋藏較淺，通常也被稱為中淺層。古近系地層自淺而深有珠海組、文昌組、恩平組和神狐組，通常也被稱為深層[8]。中淺層各層組為淺海陸棚—三角洲相沉積，深層珠海組為三角洲相—濱岸沉積，恩平組為辮狀三角洲相—中淺湖相沉積，文昌組為辮狀三角洲相—中深湖相沉積，神狐組為河流相沉積?；葜莅枷葜饕獰N源巖集中在恩平組和文昌組，在含油的珠江組中下段和珠海組上段有發(fā)育較好的砂巖。其中珠江組中下段為中—厚層砂巖夾薄層鈣質(zhì)泥巖，珠海組上段為淺灰色中—厚層粉砂巖夾中—薄層泥巖，偶見薄層狀煤巖與薄層灰?guī)r。圖1為珠海組巖心掃描電鏡照片。珠海組巖石孔隙較為發(fā)育，以粒間孔為主。有少量次生粒間孔，粒沿縫可連通孔隙(圖1a)。粒間孔內(nèi)的次生石英，片狀伊利石黏土常見孔隙充填不滿(圖1b)?；葜莅枷輧影l(fā)育較好，有利于油氣存儲。

圖1 惠州凹陷珠海組巖心掃描電鏡照片

2 產(chǎn)能影響因素分析

珠江口盆地惠州凹陷純油藏儲層產(chǎn)能為自然產(chǎn)能，而自然產(chǎn)能由儲層自身的性質(zhì)決定，與外界因素?zé)o關(guān)，如壓裂、酸化等[9]。根據(jù)自然產(chǎn)能的平面徑向流計算公式，單層產(chǎn)量受到諸多因素影響。即有效厚度、有效滲透率、生產(chǎn)壓差、流體黏度、體積系數(shù)、表皮系數(shù)、供油半徑和井眼半徑[10]。由于測井評價儲層生產(chǎn)壓差較為困難，因此常常把日產(chǎn)油量和生產(chǎn)壓差的比值作為目標評價參數(shù)，即采油指數(shù)。在進行全井段儲層產(chǎn)能分級與識別時，則考慮單位厚度的采油指數(shù)作為評價指數(shù)，即米采油指數(shù)。另外，供油半徑和井眼半徑以及體積系數(shù)常在一個很小的數(shù)值范圍內(nèi)變動，可以考慮視作常數(shù)，而表皮系數(shù)與儲層產(chǎn)能之間沒有很大的聯(lián)系，因此儲層米采油指數(shù)則主要受到有效滲透率和流體黏度的控制。

黃雨陽等[11-13]在對該地區(qū)的產(chǎn)能影響因素分析時指出，地層有效滲透率的影響對該地區(qū)儲層產(chǎn)能起主導(dǎo)作用，且地層原油黏度在高值時會對儲層產(chǎn)能產(chǎn)生一定影響。研究區(qū)塊珠江口盆地惠州凹陷存在稠油、輕質(zhì)油油藏，因此黏度在劃分儲層產(chǎn)能類別上作用有限。對研究區(qū)油層的測井響應(yīng)特征分析得知，產(chǎn)能低的儲層在三孔隙度曲線上反應(yīng)為孔隙度低，物性差。其中產(chǎn)能低的油層密度測井值最高達到了2.5 g/cm3，因此，儲層的物性特征對儲層產(chǎn)能的影響較大，控制著儲層自然產(chǎn)能的高低。

3 儲層類別劃分

在進行產(chǎn)能級別劃分之前，首先進行儲層分類，通過儲層類別劃分情況來確定產(chǎn)能級別劃分標準。巖心壓汞毛管壓力曲線形態(tài)可反映巖石孔隙喉道的大小以及分布，而孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)可反映儲集層的性能[14]。儲層物性好壞直接影響著儲層產(chǎn)能，因此選擇能夠反映儲層物性特征的巖心毛管壓力曲線形態(tài)來進行儲層分類。根據(jù)收集到的研究區(qū)191塊壓汞實驗樣品的毛管壓力曲線形態(tài)特征可對研究區(qū)儲層類別進行劃分，如圖2所示。圖中橫坐標SHg為進汞飽和度，縱坐標Pc為進汞壓力。越靠近毛管壓力曲線圖的右上方則排驅(qū)壓力越大，孔喉半徑小，巖石物理性質(zhì)越差，反之，越靠近圖的左下方則巖石物理性質(zhì)越好[15]。最能反映儲層物性的孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)有排驅(qū)壓力、半徑均值、相對分選系數(shù)等。

圖2 巖心毛管壓力曲線形態(tài)分類

通過毛管壓力曲線形態(tài)特征將研究區(qū)儲層類型劃分為3類，其中：

1) 一類儲層：該類儲層毛管壓力曲線有較長且平緩的平臺段，且居于毛管壓力曲線圖的最左下方，反映出喉道半徑較大，排驅(qū)壓力較低。且?guī)r石樣品的分選性好，喉道分布集中。儲層的排驅(qū)壓力為0.008～0.09 MPa，半徑均值為3.4～19.86 μm，相對分選系數(shù)為0.2～0.9，孔隙度分布范圍為16.7%～28.3%，滲透率分布范圍為84.57～4 282.97 mD，表明儲層孔喉連通性大，滲流能力高，巖石物理性質(zhì)好。

2) 二類儲層：毛管壓力曲線平臺較一類儲層短且不平緩，排驅(qū)壓力較一類儲層高。儲層的排驅(qū)壓力為0.02～0.45 MPa，半徑均值為1.51～6.15 μm，相對分選系數(shù)為0.6～2.1，孔隙度分布范圍為13.1%～24.1%，滲透率分布范圍為5.91～580.92 mD，儲層巖石物理性質(zhì)較好。

3) 三類儲層：毛管壓力曲線形態(tài)陡峭，幾乎無平臺，排驅(qū)壓力最高。儲層的排驅(qū)壓力為0.09～8.25 MPa，半徑均值為0.03～1.65 μm，相對分選系數(shù)為1.2～57.8，孔隙度分布范圍為5.6%～14.5%，滲透率分布范圍為0.028～10.76 mD，儲層巖石物理性質(zhì)較差。

巖心壓汞實驗資料進行儲層分類之后，挑選對儲層類別劃分敏感的測井曲線利用Fisher判別法對全井段儲層類別進行識別，巖樣類別回判成功率很高，說明了該分類方案在該地區(qū)可行，效果良好。

4 產(chǎn)能分級與識別

在進行儲層類別劃分之后，將儲層分類和產(chǎn)能分級相結(jié)合。將測試層中存在壓汞實驗樣品的巖心挑選出來，分析其毛管壓力曲線形態(tài)特征。

存在壓汞曲線的測試層共12層，所有測試層中存在的壓汞曲線共22條。22條曲線中，巖心落在一、二和三類儲層中的情況如圖3所示。將儲層物性參數(shù)與儲層產(chǎn)能一一對應(yīng)，作交會圖分析，其中每個測試層對應(yīng)一塊壓汞樣品，若存在多塊樣品，則將物性參數(shù)做平均處理。分析發(fā)現(xiàn)，巖心孔隙度、滲透率、半徑均值、相對分選系數(shù)、排驅(qū)壓力對儲層米采油指數(shù)最為敏感，如圖4所示。

圖3 測試層對應(yīng)的毛管壓力曲線

圖4 米采油指數(shù)與物性參數(shù)交會

從交會圖中可看出，產(chǎn)能高的測試層對應(yīng)的孔滲高，半徑均值大，排驅(qū)壓力和相對分選系數(shù)小。因此高產(chǎn)層對應(yīng)巖石物理性質(zhì)好的儲層。因此通過儲層類別的劃分和產(chǎn)能級別劃分相結(jié)合，將米采油指數(shù)大于12 m3/(d·MPa·m)的定為一級產(chǎn)能，2～12 m3/(d·MPa·m)之間的定為二級產(chǎn)能，小于2 m3/(d·MPa·m)的則為三級產(chǎn)能，如圖4中紅色虛線所示，從上到下分別為米采油指數(shù)等于12和2 m3/(d·MPa·m)。

從圖4可看出，雖然米采油指數(shù)與單參數(shù)之間有一定的相關(guān)關(guān)系，但單一參數(shù)并不能將三種級別的產(chǎn)能劃分開來。因此將儲層宏觀物性參數(shù)與微觀物性參數(shù)相結(jié)合，建立綜合評價指數(shù)Z，來對儲層產(chǎn)能類別進行劃分，如圖5所示，且綜合評價指數(shù)Z表達式如下：

(1)

式(1)中,Φ為孔隙度，單位%；K為滲透率，單位mD；S為相對分選系數(shù)，無量綱；Dm為半徑均值，單位μm；Pd為排驅(qū)壓力，單位MPa。

通過建立米采油指數(shù)與綜合評價指數(shù)Z的交會圖分析發(fā)現(xiàn)，該參數(shù)在大于3.8的時候?qū)?yīng)一級產(chǎn)能，1.65～3.8之間對應(yīng)二級產(chǎn)能，在小于1.65的時候?qū)?yīng)于三級產(chǎn)能，因此該參數(shù)可對儲層產(chǎn)能的級別進行劃分。

若要對全井段儲層產(chǎn)能級別進行識別，則需要利用測井曲線來評價。分析發(fā)現(xiàn)綜合評價指數(shù)Z與儲層品質(zhì)因子RQI有較好的相關(guān)關(guān)系，如圖6所示。而RQI又由儲層孔隙度和滲透率計算所得，因此可在全井段計算出孔隙度和滲透率之后，即可對儲層產(chǎn)能的級別進行識別。

以惠州凹陷H井為例，該井測試層的深度為2 346.5～2 351.5 m，測試米采油指數(shù)為69.46 m3/(d·MPa·m)，屬于一級產(chǎn)能，評價結(jié)果如圖7所示。

圖5 米采油指數(shù)與綜合評價指數(shù)交會

圖6 綜合評價指數(shù)Z與儲層品質(zhì)因子RQI交會

圖7 H井產(chǎn)能測井分級評價

從圖7可以看出，對該測試層的產(chǎn)能級別評價結(jié)果為一級產(chǎn)能儲層，與實際相符。根據(jù)該產(chǎn)能級別劃分方法對研究區(qū)所有測試層產(chǎn)能進行評價，成功率達到了90%以上，因此該方法在該地區(qū)的產(chǎn)能級別評價上應(yīng)用良好，為該區(qū)儲層產(chǎn)能定量預(yù)測提供了指導(dǎo)和依據(jù)。

5 結(jié)論

1)基于毛管壓力曲線形態(tài)特征可將研究區(qū)儲層類別劃分為3類，且提取巖心壓汞實驗參數(shù)分析與儲層產(chǎn)能的對應(yīng)關(guān)系發(fā)現(xiàn)儲層類別與產(chǎn)能級別相對應(yīng)，一類儲層對應(yīng)一級產(chǎn)能，以此類推，因此根據(jù)儲層類別定義產(chǎn)能級別的分界線為12和2 m3/(d·MPa·m)。

2)單一參數(shù)不能很好的對儲層產(chǎn)能級別進行劃分，因此結(jié)合5種敏感物性參數(shù)提出綜合評價指數(shù)Z，該參數(shù)集中了對產(chǎn)能級別劃分的優(yōu)勢，可將儲層3種級別的產(chǎn)能準確地劃分開來，然后利用儲層品質(zhì)因子建立綜合評價指數(shù)的計算模型，可對全井段儲層產(chǎn)能級別進行劃分。該方法對研究區(qū)所有測試層級別預(yù)測準確率較高，達到了90%以上，適合推廣使用。