粒度分析在復(fù)雜巖性儲層滲透率建模中的應(yīng)用

謝曉慶,吳 偉,程 亮,趙 莉,隋秀英,劉春雷

(中國石油集團測井有限公司 地質(zhì)研究院，陜西 西安 710000)

1 引 言

滲透率表示巖石滲流能力的大小，是決定儲層是否有效的關(guān)鍵因素之一，也是測井儲層評價的重要參數(shù)[1-3]。為獲取碎屑巖儲層連續(xù)井段的滲透率數(shù)據(jù)，常規(guī)方法是依據(jù)取心分析孔隙度和滲透率的指數(shù)關(guān)系進行建模反算。實際資料應(yīng)用顯示，莫索灣北部侏羅系八道灣組碎屑巖儲層具有巖屑塑性成分含量大、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、次生孔隙發(fā)育等特征，分析孔隙度與滲透率相關(guān)性差?？紤]到沉積物粒度是碎屑巖顆粒最基本的結(jié)構(gòu)特征，決定了儲層的物性及類型，并且與孔隙結(jié)構(gòu)及巖石成分無關(guān)，諸多學(xué)者針對復(fù)雜碎屑巖儲層開展了粒度以及基于粒度的滲透率建模方法研究。李亞鋒等[4]根據(jù)巖心實驗數(shù)據(jù)建立了粒度與孔隙度、滲透率的交會圖版，指明了粒度對儲層物性的控制作用。王利華等[5]利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測了儲層粒度與指定測井項的敏感關(guān)系。萬琳等[6]研究了粒度對儲集空間和滲流能力的影響，并給出了造成不同粒徑碎屑巖物性差異的主控因素。趙軍等[7]建立了不同粒度下的復(fù)雜碎屑巖儲層的滲透率模型，精細描述了粒度對滲透率非均質(zhì)性的影響。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，分析了密度、中子、自然伽馬、聲波測井項與粒度的響應(yīng)關(guān)系，確定了研究區(qū)粒度敏感的測井參數(shù)；并在巖心分析粒度的刻度下，形成了基于敏感測井項的粒度計算方法；最后根據(jù)粒度和滲透率的實驗數(shù)據(jù)，建立了適用于研究區(qū)的以粒度為核心的滲透率模型。取心分析標定結(jié)果顯示，模型應(yīng)用效果較好，精度滿足生產(chǎn)需求。

2 儲層基本特征

研究區(qū)位于油田某凸起上，屬于坳陷中次一級的坳中凸，毗鄰生烴區(qū)，油氣源充足，區(qū)域構(gòu)造位置非常有利。根據(jù)巖石薄片和取心資料以及礦物組分分析結(jié)果，該區(qū)侏羅系八道灣組儲層的儲集空間主要為粒間孔、粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔，伴有大量的高嶺石晶間溶孔，為基質(zhì)—溶蝕孔型孔隙類型。巖石類型主要以長石巖屑砂巖為主，含少量巖屑砂巖。隨著巖屑，尤其是塑性巖屑、長石含量的增加，巖石顆粒分選、磨圓變差，強烈的壓實作用使顆粒呈線狀、凹凸接觸，孔隙與喉道被基質(zhì)充填，儲層的物性變差，如圖1所示。

SQ1井，粒內(nèi)溶孔，中粗粒長石巖屑砂巖，壓實作用較強，局部碎屑顆粒呈凹凸狀接觸; M21井，顆粒溶孔，中-細粒長石巖屑砂巖，粒間溶孔有壓實變形，呈線接觸; M1井，粒間溶孔，中砂粒巖屑砂巖，呈點線接觸，部分石英具壓溶現(xiàn)象，充填高嶺石膠結(jié)物。

圖1 不同類型儲層的鑄體薄片特征Fig.1 Characteristics of cast thin sections in different types of reservoirs

巖心統(tǒng)計資料顯示，目的層巖心孔隙度分布在3 %～11.1 %之間，平均為8.1 %；滲透率分布在(0.005～48.500)×10-3μm2之間，平均為0.178×10-3μm2，總體表現(xiàn)為低孔隙度、特低滲透率儲層特征。為建立儲層縱向滲透率模型，開展了巖心孔滲的交會分析。圖2為巖心分析孔滲交會圖，圖中發(fā)現(xiàn)取心分析孔隙度和滲透率相關(guān)性較弱，R的平方僅為0.419 2，傳統(tǒng)滲透率建模方法誤差大。

3 粒度測井計算

3.1 研究區(qū)粒度特征

粒度中值為碎屑沉積物粒度粗細的特征參數(shù)，它是指顆粒累計百分含量為50 %的累積曲線處所對應(yīng)的粒度數(shù)值。目前砂巖粒度中值求取方法主要有巖心機械破碎篩析法和砂巖薄片圖像分析法[8]。本文所用的粒度中值實驗方法為篩析法，即用不同直徑的篩子將砂礫過篩，分出不同巖石顆粒粒級，求取百分數(shù)，得出實驗粒度中值參數(shù)，經(jīng)過換算得出巖石分析粒度。

對研究區(qū)目的層3口取心井8塊巖樣共31個樣本點進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)分析粒度主要分布在0.15～0.3 mm之間，最小值0.090 mm，最大值0.358 mm，平均為0.196 mm，總體粒度分布范圍窄，粒度數(shù)值較小，如圖3所示。

3.2 粒度模型的建立

巖石粒度與沉積環(huán)境有關(guān)，常規(guī)測井資料的聲波(AC)、密度(DEN)、補償中子(CNL)、自然伽馬(GR)曲線能夠直接反映泥質(zhì)含量、孔隙、地層壓實情況，在一定程度上也可以反映巖石顆粒大小[5,9]。對上述4條曲線分別進行與粒度的相關(guān)性分析，結(jié)果如圖4所示。從圖4中看出，分析粒度與聲波、密度、補償中子、自然伽馬均具有一定的相關(guān)性，經(jīng)計算，其相關(guān)系數(shù)分別為0.015 9、0.425、0.626 5和0.787 1?？梢姡匀毁ゑR和補償中子與粒度相關(guān)性最好。這是因為一般情況下，自然伽馬代表泥質(zhì)含量，伽馬值越高，泥質(zhì)含量越大，反映巖石粒度越小。而補償中子反映巖石中束縛水含量，粒度越小，束縛水含量越高，補償中子越大。因此，自然伽馬和補償中子是研究區(qū)粒度的敏感測井項。

上述分析可知，粒度的敏感測井項為GR和CNL。因此，這2個參數(shù)為粒度模型的測井計算參數(shù)。采用二元回歸方法，定量分析粒度和測井參數(shù)的相關(guān)性，建立粒度的雙參數(shù)模型如下：

Φ=0.761-0.006GR-0.934CNL

(1)

式(1)中，Φ為計算粒度，mm；GR為伽馬測井值，API；CNL為中子測井值。

圖5為雙參數(shù)模型計算的粒度與實驗分析粒度對比圖。由圖5可知，計算粒度與分析粒度相關(guān)系數(shù)高達90 %以上，這說明基于自然伽馬和補償中子的粒度模型適用于本區(qū)儲層粒度計算。

4 滲透率模型建立

前文鑄體薄片分析結(jié)果表明，砂巖顆粒與塑性巖性有關(guān)。一方面塑性巖屑以假雜基的形式充填在粒間孔隙之間，縮小了孔隙體積；另一方面變形后的塑性巖屑更易貼緊孔隙喉道，使其連通性變差，這是研究區(qū)孔滲關(guān)系不明顯的重要原因。粒度是沉積巖和沉積物巖性的主要評價指標，直接影響儲層物性，例如骨架性質(zhì)、孔隙性、滲透性等，且與孔隙結(jié)構(gòu)及巖石成分無關(guān)[10-15]。因此，針對次生孔隙發(fā)育、塑性巖屑含量高的碎屑巖儲層，粒度分析是提高儲層參數(shù)計算精度的重要方法[16-20]。

圖6 基于粒度的滲透率計算模型Fig.6 Permeability calculation model based on granularity

對巖心歸位后，剔除因微裂縫和孔隙填充造成的高滲低孔以及低滲高孔異常實驗數(shù)據(jù)。計算儲層粒度曲線，提取分析滲透率對應(yīng)的粒度值，建立基于粒度的滲透率模型，如圖6和式(2)所示。

K=0.011 5e14.784Φ

(2)

式中，K為滲透率，×10-3μm2。

5 應(yīng)用效果

圖7為研究區(qū)SQ-1井粒度及滲透率計算效果圖，第8道為本文計算粒度與實驗分析粒度，第9道為傳統(tǒng)方法計算滲透率與實驗分析滲透率，第10道為本文基于粒度的計算滲透率與巖心分析滲透率。

從圖7中看出，取心段巖心分析滲透率和粒度計算滲透率吻合較好，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出，傳統(tǒng)方法計算滲透率與實驗分析滲透率相關(guān)系數(shù)為0.57，基于粒度的計算滲透率與巖心分析滲透率相關(guān)系數(shù)為0.79，后者計算精度提高了22 %，滿足測井儲層評價需求。

圖7 SQ-1井模型處理結(jié)果與巖心資料對比Fig.7 Comparison of model processing results and core data in well SQ-1

6 結(jié) 論

1)莫索灣北部侏羅系八道灣組儲層粒度的測井敏感項為自然伽馬和補償中子，基于敏感項建立的雙參數(shù)粒度模型相關(guān)性達90 %以上，實現(xiàn)了粒度剖面精細計算。

2)研究區(qū)儲層滲透率受粒度控制，粒度大小直接影響滲透率好壞。建立的粒度滲透率模型相關(guān)性較傳統(tǒng)方法提高了22 %，實現(xiàn)了滲透率縱向上連續(xù)表征。