致密砂巖儲層覆壓物性參數(shù)測井解釋方法研究
——以鄂爾多斯盆地南部延長組長8致密儲層為例

白 遠(yuǎn)，景 成，云彥舒，田 豐，康勝松，謝旭強(qiáng).

(1.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安 710065；3.延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西延安 716000)

鄂爾多斯盆地南部富縣地區(qū)長8致密砂巖油藏平均埋深1 220 m；儲層常壓巖心平均孔隙度為7.9%、平均滲透率為0.33 mD，為典型的致密砂巖油藏；沉積體系屬淺水三角洲前緣沉積，儲層在平面和縱向上相變快，物性差。

該區(qū)儲層巖石受到巨大的上覆平均地層壓力(23 MPa)和油藏內(nèi)壓的共同作用，儲層巖石物性隨著其埋藏深度的增加而發(fā)生變化。油田投入開發(fā)之后，儲層內(nèi)部壓力場不斷變化，地層凈上覆壓力也會隨之變化，儲層巖石發(fā)生彈塑性變形，改變了巖石孔隙結(jié)構(gòu)及骨架結(jié)構(gòu)特征，因此地面條件下測定的常壓孔隙度與滲透率無法準(zhǔn)確表征儲層在地層中的真實物性。因其具有較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性與非均質(zhì)性，對該類儲層物性參數(shù)準(zhǔn)確可靠的解釋與評價已成為致密砂巖油氣藏儲量精準(zhǔn)計算與產(chǎn)能準(zhǔn)確評價的重要前提[1-5]。目前，針對致密砂巖儲層孔隙度與滲透率兩大關(guān)鍵物性參數(shù)的測井解釋新技術(shù)與方法有很多，國內(nèi)外主要集中在通過巖石物理相分類、儲層分類、核磁共振等方法對儲層進(jìn)行相對均質(zhì)化處理，依據(jù)分類解釋方法建立其參數(shù)解釋模型[6-10]，但研究大多基于常壓巖心物性分析，未考慮致密砂巖儲層孔隙度與滲透率參數(shù)受覆壓影響大這一重要問題，從而不能準(zhǔn)確有效表征致密砂巖儲層物性參數(shù)[11-13]。本文通過建立巖心覆壓物性與常壓物性關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，對大量的常壓物性資料進(jìn)行處理，利用測井中的聲波時差曲線建立了覆壓孔隙度測井解釋模型，根據(jù)孔、滲關(guān)系，同樣對覆壓滲透率解釋模型進(jìn)行了研究，最終為致密砂巖儲層物性參數(shù)測井解釋模型的建立提供了新的思路和方法。

1 覆壓物性特征研究

對研究區(qū)FZ183、FZ184、FZ206等3口探井長8致密砂巖儲層10個巖心樣品在不同覆壓條件下的孔隙度和滲透率進(jìn)行了測定(實驗方法參照SY/T 6385—1999《覆壓下巖石孔隙度和滲透率測定方法》)，并制作出其孔隙度、滲透率隨覆壓的變化曲線(圖1)。從圖1可以看出，隨著覆壓的增加，孔隙度與滲透率均呈總體減小的趨勢，且在低覆壓段減小較為明顯。圖1a中各條曲線大致平緩，表明覆壓對孔隙度的影響相對較小，但針對致密砂巖儲層來講，其也是不容忽略的。圖1b中滲透率隨著覆壓的不斷增大先大幅度減小而后緩慢減小，表明滲透率隨覆壓的變化整體表現(xiàn)為指數(shù)遞減關(guān)系。這是由于在上覆地層壓力作用下，喉道顯著縮小，給流體運(yùn)移造成較大阻力，因此滲透率的壓力敏感性明顯高于孔隙度。

圖1 研究區(qū)長8致密砂巖儲層覆壓孔隙度、覆壓滲透率與覆壓關(guān)系曲線Fig.1 Curves of relationship between overpressure porosity and overpressure and between overpressure permeability and overpressure of Chang-8 tight sandstone reservoir

2 巖心覆壓物性與常壓物性關(guān)系研究

由于致密砂巖儲層巖心覆壓物性實驗成本高、花費時間長等[18]，且研究區(qū)巖心覆壓物性實驗數(shù)據(jù)有限，不能滿足其物性參數(shù)解釋模型的有效建立；因此，需建立巖心覆壓物性與常壓物性之間的關(guān)系，充分利用巖心常壓物性大數(shù)據(jù)建立計算覆壓孔隙度的數(shù)學(xué)模型。

2.1 巖心覆壓孔隙度與常壓孔隙度關(guān)系研究

研究區(qū)長8地層平均覆壓為23 MPa，利用上述10個致密砂巖儲層巖心樣品覆壓與常壓孔隙度實驗結(jié)果，選取覆壓值為23 MPa時對應(yīng)的覆壓孔隙度樣品值，建立巖心覆壓孔隙度與常壓孔隙度之間的關(guān)系(圖2a)，從圖2a可以看出，致密砂巖儲層常壓孔隙度與覆壓孔隙度的關(guān)系具有明顯的分段性(在常壓孔隙度為7.5%時)，兩段均表現(xiàn)為線性關(guān)系。通過分段線性擬合，可得致密砂巖儲層覆壓孔隙度與常壓孔隙度的數(shù)學(xué)模型：

圖2 研究區(qū)長8致密砂巖儲層覆壓孔隙度與常壓孔隙度的關(guān)系(23 MPa)Fig.2 Relationship between overpressure porosity and atmospheric pressure porosity of Chang-8 tight sandstone reservoir (23 MPa)

(1)

式中 Ф——常壓孔隙度，%；

Фp——覆壓孔隙度，%。

從圖2a及式(1)可以看出，致密砂巖儲層巖心常壓孔隙度與覆壓孔隙度分段線性擬合較好，其擬合度R2分別為0.980 8和0.985 8，所建數(shù)學(xué)模型可準(zhǔn)確計算覆壓孔隙度。同時，建立了致密砂巖儲層常壓孔隙度降低率關(guān)系(圖2b)，可知常壓孔隙度小于與大于7.5%時，覆壓23 MPa下孔隙度分別是常壓孔隙度的80%與91.8%，可見覆壓對致密砂巖儲層孔隙度的影響是不容忽略的。

2.2 巖心覆壓滲透率與常壓滲透率關(guān)系研究

與2.1相類似，建立23 MPa下巖心覆壓滲透率與常壓滲透率之間的關(guān)系(圖3a)。從圖3a可以看出，致密砂巖儲層常壓滲透率與覆壓滲透率表現(xiàn)為較好的線性關(guān)系。通過線性擬合，可得致密砂巖儲層覆壓滲透率與常壓滲透率的數(shù)學(xué)模型：

K=1.556Kp+0.092 3R2=0.857 3

(2)

式中K——常壓滲透率，mD；

Kp——覆壓滲透率，mD。

從圖3a及式(2)可以看出，致密砂巖儲層巖心常壓滲透率與覆壓滲透率線性擬合較好，其擬合度R2為0.857 3，所建數(shù)學(xué)模型可準(zhǔn)確計算覆壓滲透率。同時，建立了致密砂巖儲層常壓滲透率降低率關(guān)系(圖3b)，可知覆壓23 MPa下的滲透率僅為常壓滲透率的37.3%，可見覆壓對致密砂巖儲層滲透率的影響亦是不可忽略的。

3 覆壓物性測井解釋模型研究

基于上述致密砂巖儲層巖心覆壓物性與常壓物性數(shù)學(xué)模型，采用大量巖心常壓物性資料可計算獲取符合巖心刻度測井要求的巖心覆壓物性數(shù)據(jù)點，在巖心歸位的基礎(chǔ)上利用孔隙度測井系列中的聲波時差測井響應(yīng)參數(shù)，建立覆壓孔隙度參數(shù)與聲波時差的對應(yīng)關(guān)系(覆壓孔隙度測井解釋模型)，再由覆壓孔滲關(guān)系建立覆壓滲透率的測井解釋模型。

圖3 研究區(qū)長8致密砂巖儲層覆壓滲透率與常壓滲透率的關(guān)系Fig.3 Relationship between overpressure permeability and atmospheric pressure permeability of Chang-8 tight sandstone reservoir (23 MPa)

3.1 覆壓孔隙度測井解釋模型研究

利用研究區(qū)33口井49個長8致密砂巖儲層層點的巖心常壓孔隙度值，采用式(1)計算其對應(yīng)的覆壓孔隙度值，基于巖心歸位將所計算得到的覆壓孔隙度值與其所對應(yīng)的聲波時差測井響應(yīng)參數(shù)進(jìn)行線性擬合，其擬合效果較好(擬合度為0.929 5)，如圖4a所示。因此，可得致密砂巖儲層孔隙度的測井解釋模型如下：

(3)

式中 Фp——層點覆壓孔隙度，%；

Δt——層點聲波時差測井值，μs/m。

圖4 研究區(qū)長8致密砂巖儲層孔隙度測井解釋模型及模型檢驗Fig.4 Porosity logging interpretation model and model test of Chang-8 tight sandstone reservoir

通過對研究區(qū)長8致密砂巖儲層巖心覆壓孔隙度與上述測井解釋模型計算的孔隙度進(jìn)行對比檢驗(圖4b)，兩者之間的平均絕對誤差僅為0.7%，表明了所建致密砂巖儲層覆壓孔隙度測井解釋模型的準(zhǔn)確性與可靠性。

3.2 覆壓滲透率測井解釋模型研究

除了孔隙度，滲透率是評價致密砂巖儲層物性的另一個重要參數(shù)，它與后期的開發(fā)緊密相關(guān)[14]。影響滲透率的地質(zhì)因素較多，包括巖石學(xué)特征、沉積體系、構(gòu)造特征等，目前常規(guī)的測井技術(shù)受測量分辨率的限制，一般很難確切地反映和描述滲透率。對于致密砂巖儲層，由于其強(qiáng)烈的非均質(zhì)性與應(yīng)力敏感性，其測井解釋滲透率難度更大[15-21]。利用儲層孔滲關(guān)系進(jìn)行儲層滲透率的解釋是一種有效方法。與3.1相類似，采用式(2)巖心覆壓滲透率與常壓滲透率數(shù)學(xué)模型計算其對應(yīng)的覆壓滲透率，進(jìn)而建立覆壓滲透率與覆壓孔隙度之間的關(guān)系，如圖5a所示，其整體表現(xiàn)為擬合效果較好的指數(shù)關(guān)系。因此，建立致密砂巖儲層覆壓孔隙度的覆壓滲透率解釋模型如下：

(4)

式中Kp——層點覆壓滲透率，mD；

Фp——層點測井解釋覆壓孔隙度，%。

圖5 研究區(qū)長8致密砂巖儲層覆壓滲透率測井解釋模型及模型檢驗Fig.5 Permeability logging interpretation model and model test of Chang-8 tight sandstone reservoir

在該區(qū)域?qū)﹂L8儲層巖心覆壓滲透率和上述模型解釋的滲透率進(jìn)行對比檢驗(圖5b)，兩者之間的平均相對誤差為19.1%，符合石油行業(yè)儲層分析的要求(<20%)，表明了所建致密砂巖儲層覆壓滲透率解釋模型的準(zhǔn)確性與可靠性。

4 覆壓物性測井解釋礦場實踐

運(yùn)用文章建立的致密砂巖儲層覆壓孔、滲測井解釋模型，對研究區(qū)FX84和FX87井長8儲層試油段進(jìn)行測井解釋。根據(jù)油水層的物性、含油性和電性特征以及試油、試采成果為基礎(chǔ)建立了覆壓孔、滲物性和含油性的解釋結(jié)論評價標(biāo)準(zhǔn)(表1)，評價了8個層段(表2)。FX84井覆壓解釋主要為油水層，試油結(jié)果為5.1 t/10.7 m3；FX87井覆壓解釋主要為含油水層，試油結(jié)果為0.3 t/4.8 m3。參考《勘探試油工作規(guī)范》(SY/T 6293—1997)，覆壓解釋成果符合規(guī)范中試油不同產(chǎn)層的定性，有力證明了此次覆壓物性測井解釋方法的有效性和可靠性。

表1 JJC井區(qū)解釋結(jié)論下限標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Interpretation conclusion lower limit standard in JJC well area

表2 FX84和FX87覆壓物性解釋Table 2 FX84 and FX87 overburden physical property table

5 結(jié)論

(1)覆壓因素使致密砂巖儲層物性有不同程度減低，孔隙度降低了11.3%，滲透率降低更明顯，達(dá)到62.6%。

(2)基于49個巖心常壓樣本點來計算其覆壓物性樣本點，建立了致密砂巖儲層巖心覆壓物性與常壓物性關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)測井解釋模型所需充足樣本提供了重要來源。

(3)在巖心歸位的基礎(chǔ)上，利用致密砂巖儲層聲波時差測井響應(yīng)參數(shù)，建立了其覆壓孔隙度測井解釋模型，并基于覆壓孔滲關(guān)系建立了致密砂巖儲層覆壓滲透率的解釋模型，擬合度分別為0.929 5和0.828 3，擬合效果較好；覆壓孔隙度和滲透率模型的絕對誤差和相對誤差分別為0.7%和19.1%，模型驗證準(zhǔn)確可靠。

(4)通過覆壓物性測井解釋實際應(yīng)用，其能較準(zhǔn)確地對砂體進(jìn)行解釋結(jié)論的分類，能有效應(yīng)用在實際測井解釋工作中，提高解釋精度。