基于Winland R35巖石物理分類的碳酸鹽巖儲(chǔ)層滲透率評(píng)價(jià)方法

趙 冰, 黃雨陽(yáng), 張占松, 張超謨

(1.中國(guó)石化 江漢油田分公司 荊州采油廠，湖北 荊州 434020;2.長(zhǎng)江大學(xué) 非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢 430100)

0 引言

滲透率是儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的重要參數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算滲透率是儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)中的關(guān)鍵。相對(duì)于碎屑巖儲(chǔ)層，碳酸鹽巖儲(chǔ)層沉積時(shí)代久遠(yuǎn)，具有較長(zhǎng)的成巖作用時(shí)期以及比較廣泛的成巖類型，使得儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重，各向異性大。因此準(zhǔn)確評(píng)價(jià)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的滲透率具有一定的難度[1-4]。儲(chǔ)層巖石物理分類是在儲(chǔ)層具有強(qiáng)烈非均質(zhì)性的條件下，以巖石物理特征為依據(jù)，將儲(chǔ)層劃分為若干相對(duì)均質(zhì)的過(guò)程，一般借助于巖石物性資料實(shí)現(xiàn)，如孔隙度、滲透率以及毛管壓力曲線參數(shù)等[5-7]，在這種相對(duì)均質(zhì)的儲(chǔ)層中評(píng)價(jià)儲(chǔ)層參數(shù)即變得較為容易且更為準(zhǔn)確。

目前國(guó)內(nèi)、外常用的巖石物理分類方法主要有Winland R35、Flow Zone Indicator(FZI)、Rock Quality Index(RQI)、Discrete Rock Type和Leverett J函數(shù)法等[8-12]，其中Winland R35和FZI/RQI方法在碳酸鹽巖油藏中最為常用。FZI/RQI方法是根據(jù)巖心的孔隙度和滲透率得到流動(dòng)單元指數(shù)，依據(jù)流動(dòng)單元指數(shù)的大小，對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分類[13]，該方法在只有巖心物性分析數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)用較多。Winland R35方法是依據(jù)壓汞實(shí)驗(yàn)中進(jìn)汞飽和度達(dá)到35%時(shí)，對(duì)應(yīng)的喉道半徑R35的大小進(jìn)行儲(chǔ)層巖石物理分類[14]。Winland[15-16]研究發(fā)現(xiàn)在以孔隙類型為主的巖石中，R35反映該類巖石的最大連通孔喉半徑，與巖石的孔隙度和滲透率密切相關(guān)，因此可根據(jù)R35大小對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分類，并在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中進(jìn)行了廣泛應(yīng)用。由于本研究區(qū)塊不僅只有巖心的物性分析數(shù)據(jù)，還有壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為了同時(shí)利用兩種資料綜合分析，達(dá)到更準(zhǔn)確的分類效果，這里選取Winland R35儲(chǔ)層巖石物理分類的方法，對(duì)該地區(qū)M組儲(chǔ)層滲透率進(jìn)行分類評(píng)價(jià)。

1 滲透率分類建模

中東地區(qū)H油田M組為典型的孔隙型碳酸鹽巖儲(chǔ)層，裂縫不發(fā)育，但其孔隙受溶蝕作用、膠結(jié)作用等的影響，儲(chǔ)層成巖后期改造嚴(yán)重，使得孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率不單單受孔隙度大小影響，還與儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。Winland R35方法直接通過(guò)巖石孔喉結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)儲(chǔ)層類型進(jìn)行劃分，無(wú)需考慮地層中巖石的沉積過(guò)程[17]，可以較為快速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層的分類。

1.1 Winland R35方法

Winland R35評(píng)價(jià)方法是利用孔喉半徑 R35劃分巖石物理類別。由于巖心壓汞實(shí)驗(yàn)資料有限，Winland[18]提出利用孔喉半徑與孔隙度和滲透率的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式求取R35，即：

lg(R35)=0.732+0.588lgk-0.864lgΦ

(1)

其中：R35為壓汞實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)汞飽和度為35%時(shí)對(duì)應(yīng)的孔喉半徑，μm；k為滲透率，mD；Φ為孔隙度，%。

同一類儲(chǔ)層巖心的巖石類型相似，其R35值也相近，Martin等依據(jù)R35值的大小分布將儲(chǔ)層分為四種類型[19]：①巖石物理單元內(nèi)R35的值大于10 μm，巨孔喉儲(chǔ)層；②巖石物理單元內(nèi)R35的值介于2 μm 到10 μm之間，大孔喉儲(chǔ)層；③巖石物理單元內(nèi)R35的值介于0.5 μm 到2 μm之間，中孔喉儲(chǔ)層；④巖石物理單元內(nèi)R35的值小于0.5 μm，微孔喉儲(chǔ)層。

1.2 儲(chǔ)層類型劃分

將Winland R35分類方案，應(yīng)用到研究區(qū)6口井1294塊巖心物性分析樣品中，結(jié)果如圖1所示，圖1中黑色虛線為分類界限。整體上看，研究區(qū)M組巖心樣品的孔喉分布幾乎均在10 μm以下，僅有少量的樣品孔喉半徑大于10 μm?？诐B關(guān)系復(fù)雜，巖心滲透率值跨越了六個(gè)數(shù)量級(jí)，且在同一孔隙度值下對(duì)應(yīng)的滲透率分布三到四個(gè)數(shù)量級(jí)，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，由此可見(jiàn)，利用單一孔滲關(guān)系計(jì)算全井段儲(chǔ)層滲透率存在很大困難。在每一類中任意挑選6塊巖心實(shí)驗(yàn)樣品，其位置分布、毛管壓力曲線、孔喉半徑分布如圖2所示。

圖1 M組各類巖心樣品孔滲分布及孔滲回歸曲線

圖2 Winland R35巖石物理分類

從圖2可以看出，第二類和第三類所挑選的巖心實(shí)驗(yàn)樣品，大都靠近于類別分界線的中部，與第一類和第四類的巖心樣品分布距離較大。另外，每一類巖心樣品都均勻分布在各自類別范圍內(nèi)，因此所選取的巖心樣品在一定程度上可代表四類巖石物理的特征。分析挑選出的四類巖心樣品的毛管壓力曲線，以及孔喉半徑分布曲線反映的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，發(fā)現(xiàn)第一類巖心樣品的毛管壓力曲線處于最下方，平臺(tái)段較長(zhǎng)且最為平緩，排驅(qū)壓力最低，大孔喉所占比例最高，反映出該類儲(chǔ)層巖樣喉道半徑大，孔喉連通性好，滲流能力高；第二類巖心樣品毛管壓力曲線較第一類陡峭，排驅(qū)壓力增大，大孔喉所占比例減小，且第三類和第四類更為如此。整體來(lái)看，四類巖心在孔喉分布上有明顯的差異，從第一類到第四類，孔喉半徑不斷減小，滲流能力逐漸降低，儲(chǔ)層品質(zhì)逐漸變差，進(jìn)一步說(shuō)明不同類的巖石宏觀物性特征以及微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征差異較大，且分類之后同一類巖石的特征相似，體現(xiàn)了研究區(qū)碳酸鹽巖受成巖作用影響非均質(zhì)強(qiáng)的特征，同時(shí)證明了該分類的合理性。

1.3 滲透率分類建模

利用Winland R35巖石物理分類方法,將研究區(qū)6口井1294塊巖心劃分為四種儲(chǔ)層類型，其中每一類巖心樣品的孔滲分布范圍及其平均值如表1所示，由表1可看出，巖心樣品的孔隙度值和滲透率值從第一類到第四類依次減小，每一類巖心的物性大小區(qū)別較為明顯。對(duì)每類儲(chǔ)層的建立相應(yīng)的孔滲回歸模型(圖1)，由圖1可以看出，分類之后每類孔隙度和滲透率的相關(guān)性較好，各類的滲透率計(jì)算模型見(jiàn)表1。

表1 M組各類巖心樣品孔滲分布范圍及滲透率模型

2 常規(guī)測(cè)井評(píng)價(jià)R35

對(duì)儲(chǔ)層劃分類型后，使巖石物理性質(zhì)相似的巖心點(diǎn)聚集在一起，且每一類建立一個(gè)滲透率評(píng)價(jià)模型，為了將上述模型應(yīng)用到全井段需要利用測(cè)井資料來(lái)獲取連續(xù)的R35。根據(jù)式(1)，R35由孔隙度和滲透率計(jì)算得到，與儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)存在一定關(guān)系。目前來(lái)說(shuō)，核磁共振測(cè)井是連續(xù)反映儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征的唯一方法，但核磁測(cè)井成本較高，且研究區(qū)也沒(méi)有核磁測(cè)井資料，考慮到毛管壓力曲線可以綜合反映儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，故本次研究借助壓汞實(shí)驗(yàn)，以研究區(qū)74塊壓汞樣品得到的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)Swanson為橋梁，建立了R35的評(píng)價(jià)模型。

2.1 基于毛管壓力的R35計(jì)算方法

毛管壓力曲線在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下近似為一條雙曲線，毛管壓力曲線對(duì)應(yīng)的拐點(diǎn)即為該雙曲線的頂點(diǎn)。Swanson[20]發(fā)現(xiàn),在壓汞實(shí)驗(yàn)的初期，連通較好的孔隙空間被非潤(rùn)濕相流體占據(jù)。隨著汞不斷注入，在經(jīng)過(guò)拐點(diǎn)之后，非潤(rùn)濕相流體開(kāi)始慢慢進(jìn)入巖石中更小的孔隙空間，且流動(dòng)能力大幅減弱。該點(diǎn)表示此時(shí)進(jìn)入巖樣中的汞充滿了巖樣中一系列連續(xù)，且相互連通良好的孔隙空間，可以用來(lái)表征孔隙結(jié)構(gòu)特征。當(dāng)把毛管壓力曲線圖的縱坐標(biāo)替換成SHg/Pc時(shí)，此時(shí)該拐點(diǎn)位于曲線的最高處，稱該點(diǎn)對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)的值即SHg/Pc為Swanson參數(shù)。

由于Swanson參數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，故孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)R35的影響，就可以通過(guò)R35與Swanson參數(shù)之間的關(guān)系式表達(dá)出來(lái)。圖3為研究區(qū)6口井74塊巖心壓汞實(shí)驗(yàn)所得Swanson參數(shù)值與R35關(guān)系示意圖，兩者回歸模型式(2)相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.88。

圖3 Winland R35與Swanson關(guān)系

R35=1.8007×Swanson0.9653

(2)

2.2 利用常規(guī)測(cè)井資料計(jì)算Swanson參數(shù)

Swanson參數(shù)是從壓汞實(shí)驗(yàn)資料中得到的，但進(jìn)行壓汞實(shí)驗(yàn)費(fèi)用較昂貴且壓汞資料不連續(xù)。為了得到全井段的Swanson參數(shù)，必須借助測(cè)井曲線，建立合理的Swanson參數(shù)測(cè)井解釋模型。

H油田M組碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖性主要是由礁灰?guī)r、生物灰?guī)r組成的塊狀灰?guī)r，中間存在致密灰?guī)r。儲(chǔ)層主要發(fā)育臺(tái)緣灘和臺(tái)內(nèi)灘兩類顆粒灘儲(chǔ)集層，其形成和分布主要受海平面升降以及溶蝕作用控制。薄片鑒定結(jié)果表明，M組儲(chǔ)集層孔隙類型多樣，原生孔隙和次生孔隙并存，儲(chǔ)集層孔隙類型的發(fā)育好壞影響著該儲(chǔ)層Swanson參數(shù)的大?。涣硪环矫?，碳酸鹽巖骨架密度值與孔隙流體的密度差距較大，因此孔隙的大小影響著密度測(cè)井曲線值。此外，溶蝕孔洞的發(fā)育對(duì)聲波時(shí)差值的大小也有較大影響。因此Swanson參數(shù)與密度測(cè)井值DEN和聲波測(cè)井值DT之間存在著一定的關(guān)系。

圖4為74塊巖心壓汞實(shí)驗(yàn)樣品的密度測(cè)井值DEN和聲波測(cè)井值DT與Swanson參數(shù)的關(guān)系示意圖，相關(guān)系數(shù)分別為0.84和0.76，Swanson參數(shù)與兩者的擬合相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.85，關(guān)系式如式(3)。

圖4 Swanson與DEN、DT關(guān)系

Swanson=e0.48×ln(DT)-10.78×DEN+23.44

(3)

式中: Swanson為Swanson參數(shù)；DT為聲波測(cè)井值，μs/ft;DEN為密度測(cè)井值，g/cm3。

3 應(yīng)用效果

綜上所述，為了評(píng)價(jià)研究區(qū)滲透率，我們首先將建立的Swanson參數(shù)評(píng)價(jià)模型運(yùn)用到全井段中，再依據(jù)Swanson參數(shù)值求出連續(xù)的R35值，進(jìn)而對(duì)全井段儲(chǔ)層類別進(jìn)行劃分，最后利用分類的孔滲評(píng)價(jià)模型對(duì)儲(chǔ)層滲透率進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)效果如圖5所示。

圖5 基于Winland R35分類儲(chǔ)層滲透率預(yù)測(cè)效果

圖5中，第1道為深度道；第2道中BIT為鉆頭直徑，CAL為井徑曲線，從該道中看出該段儲(chǔ)層并不存在擴(kuò)徑或者縮徑；第3道～第5道依次為巖性曲線道、孔隙度曲線道和電阻率曲線道；第6道中R35為通過(guò)常規(guī)測(cè)井資料計(jì)算的全井段R35參數(shù)值，CR35為巖心計(jì)算的R35值；第7道中CLASS為分類曲線，該曲線數(shù)值對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層的類別；第8道中POR為孔隙度曲線，CPOR為巖心實(shí)測(cè)孔隙度值；第9道和第10道中CPERM為巖心滲透率測(cè)量值，PERM為不分類預(yù)測(cè)儲(chǔ)層滲透率曲線，PERM_R35為采用Winland R35分類預(yù)測(cè)儲(chǔ)層滲透率曲線。從圖5可以看出，通過(guò)常規(guī)測(cè)井得到的R35與巖心孔滲計(jì)算的R35較為吻合，該段儲(chǔ)層被劃分為了第三類和第四類儲(chǔ)層(第6道)，與分類之前整體建立的單一孔滲回歸模型相比(第7道)，分類之后計(jì)算的滲透率與巖心實(shí)測(cè)滲透率較為接近(第8道)，模型誤差對(duì)比分析如圖6所示。從圖6可看出，分類預(yù)測(cè)滲透率值比不分類預(yù)測(cè)值更集中于45°線附近，更加直觀地說(shuō)明分類之后預(yù)測(cè)效果有了明顯提高。

圖6 模型誤差對(duì)比圖

應(yīng)用結(jié)果表明，在利用常規(guī)測(cè)井資料對(duì)全井段儲(chǔ)層進(jìn)行分類后，巖心類別判斷符合率也較高，74塊巖心中有62塊與巖心分類結(jié)果一致，成功率達(dá)到了89%，且能夠利用常規(guī)測(cè)井資料評(píng)價(jià)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，當(dāng)沒(méi)有核磁資料時(shí)，該方法優(yōu)勢(shì)更為明顯。另外，利用該方法計(jì)算的滲透率評(píng)價(jià)結(jié)果與巖心實(shí)測(cè)滲透率吻合度更高，說(shuō)明基于Winland R35巖石物理分類的滲透率測(cè)井評(píng)價(jià)方法在研究區(qū)應(yīng)用較好，且該方法可以解決非均質(zhì)性較強(qiáng)的碳酸鹽巖儲(chǔ)層滲透率評(píng)價(jià)問(wèn)題。

4 結(jié)論

1)中東地區(qū)H油田M組碳酸鹽巖儲(chǔ)層非均質(zhì)強(qiáng)，孔滲關(guān)系復(fù)雜，可根據(jù)Winland R35巖石物理分類方法，把研究區(qū)儲(chǔ)層劃分為4種儲(chǔ)層類型，建立每一類儲(chǔ)層的孔滲回歸模型來(lái)評(píng)價(jià)滲透率。

2)由巖心實(shí)驗(yàn)與常規(guī)測(cè)井資料表明，密度、聲波測(cè)井與Swanson參數(shù)、Swanson參數(shù)與Winland R35的相關(guān)性良好。提出了一種依據(jù)壓汞實(shí)驗(yàn)資料和常規(guī)測(cè)井資料的儲(chǔ)層巖石物理分類評(píng)價(jià)方法，達(dá)到對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層類別準(zhǔn)確劃分的目的，同時(shí)彌補(bǔ)了在沒(méi)有核磁資料時(shí)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的缺陷。

3)基于Winland R35對(duì)儲(chǔ)層巖石物理分類評(píng)價(jià)滲透率，提高了孔滲模型的精度，新模型在預(yù)測(cè)滲透率上效果更好，進(jìn)一步說(shuō)明該方法的準(zhǔn)確性與實(shí)用性，值得推廣使用。