基于超低滲透砂巖儲層試油產能預測分析方法

龐玉東 宋子齊 何羽飛 田 新 張景皓 付春苗

（1.西安石油大學，陜西西安 710065；2.中國石油集團測井有限公司油氣評價中心，陜西西安 710077；3.吐哈油田公司勘探開發研究院，新疆哈密 839009）

基于超低滲透砂巖儲層試油產能預測分析方法

龐玉東1宋子齊1何羽飛2田 新1張景皓1付春苗3

（1.西安石油大學，陜西西安 710065；2.中國石油集團測井有限公司油氣評價中心，陜西西安 710077；3.吐哈油田公司勘探開發研究院，新疆哈密 839009）

針對HQ地區滑塌濁積扇儲層受多期沉積、成巖及構造等因素影響，形成了該區廣為發育相對高孔低滲、中孔低滲和低孔低滲并存復雜孔隙結構超低滲透儲層流動層帶，影響儲層滲流和產能因素很多。利用超低滲透儲層質量及其滲流結構的孔滲關系，提出儲層合理產能參數、儲層質量指標、流動層帶指標、儲能參數、油層有效厚度、滲透率、單滲砂層能量厚度、含油飽和度及其泥質含量綜合評價儲層試油產能。依據灰色理論油氣試油產能預測分析方法及評價準則，利用不同角度計算的試油產能評價參數及其分類參數指標準確率、分辨率權衡提取超低滲透儲層質量、滲流及產能信息，對該區44口井51個試油層段進行了試油產能預測檢驗，38口井45個試油產能評價預測結果與試油產能結果相吻合，試油產能預測符合率達到88.2%。克服了滲流機理不符合達西產能預測方法和流動層帶局部參數不能準確表征復雜滲流特征造成產能評價失誤，提升了超低滲透儲層試油產能預測的定量評價能力，為該類特低—超低滲透儲層產能預測提供出有效的信息和分析方法。

超低滲透儲層；產能預測；儲層質量、滲流及產能信息；滲流機理；有效信息及分析方法

油氣試油產能預測是對儲層產油能力進行綜合性評價的技術， 一般說來，產能是油氣儲層動態特征的一個綜合指標，它是油氣儲層生產潛力和各種影響因素之間互相制約過程中達到的某種動態平衡，利用測井儲層評價手段所獲取的儲層參數，主要反映的是儲層的靜態特征，而對其動態特征極少直接反映。利用測井資料進行儲層產能預測研究工作的主要目的，就是力圖做到這種“靜態”到“動態”的轉變。本文從產能分析理論公式出發，針對HQ地區三角洲前緣較陡斜坡帶湖底沉積物滑移形成的滑塌濁積扇砂體，在其滑移水動力作用下形成砂巖巖性較細，泥巖組分及夾層增多，儲層滲透率一般低于0.5×10-3μm2，形成廣為發育相對高孔低滲、中孔低滲和低孔低滲并存的復雜孔隙結構超低滲透儲層流動層帶，影響儲層滲流和產能的因素很多，儲層滲流機理不符合達西產能預測方程。因此，提出超低滲透儲層試油產能評價參數、劃分等級和評價標準，利用灰色多元加權評價處理方法，從不同角度不同程度提取超低滲透有效儲層質量、滲流特征及產能信息，提升超低滲透儲層產能預測的定量評價能力，為該類特低—超低滲透儲層產能預測與評價提供有效的信息及分析方法［1-6］。

1 油氣儲層產能預測分析方程

在油氣田開采過程中油井穩定日產量與生產壓差符合平面徑向流達西產量公式［5-7］

式中，Q為油井日產量，m3；C為單位換算系數（0.542 87）；k為原油有效滲透率，mD；kro為原油相對滲透率；H為油層有效厚度，m；Δp為油井生產壓差，MPa；μo為地層原油黏度，mPa·s；βo為原油體積系數；re為油井供油半徑，m；rω為油井半徑，m；S為表皮因數。

通常，把單位壓差下采油指數定義為儲層產能

由式（2）可以看出，油氣儲層產能主要與儲層性質、原油性質以及供油半徑等因素有關，在礦場實際生產中，受油田開發井網限制，不同的油井供給半徑不會有太大差異，因此在同一油田，令

則

通過相對滲透率與含水飽和度函數關系分析，則有［6-7］

在一個油區深度變化不大的同一層系地層中，地層水電阻率Rω和a、b、m、n及其e、f基本為一定值，令

儲層油氣產能（每米采油指數）的數學方程可表示為

油氣產能主要受控于儲層有效滲透性、儲集性及其電性曲線響應特征。

一般對于中高孔滲儲層，在其礦場實際生產中，受特定開采區塊內開發井網和作業方式的限制，外部環境條件和油氣性能等都是相對固定不變的，油水滲流基本符合達西產能預測分析方程，即利用油層孔隙度、滲透率及其電性（測井）響應基本能夠預測油氣產能［6-8］。

2 超低滲透儲層孔隙結構、滲流特征及其流動層帶指標

該區超低滲透長6湖底滑塌濁積扇儲層產生于三角洲前緣較陡斜坡帶，其北部三角洲前緣砂體在自身重力作用下向下部泥巖壓實沉陷，水下河道在低水位期和高水位晚期間歇發生洪水泛濫，河流所攜帶的大量碎屑物在三角洲前緣快速堆積，形成具有固定前緣斜坡并超覆在河道間歇期分布泥巖之上的進積體。當沉積物厚度和坡度增大到穩定休止角極限時，沉積物沿泥質表面順坡滑移發生重力滑塌和流動，對其下伏沉積物截切、沖刷形成下切侵蝕通道，形成貫穿三角洲前緣斜坡及其更遠深水區的湖底滑塌濁積扇分支水道砂體［9-11］。

該區上述滑移水動力作用下形成滑塌濁積扇儲層巖性較細，泥巖組分及夾層增多，儲集砂體的微觀孔隙類型多樣，結構復雜，儲層中存在多種孔隙喉道類型，細小及無效喉道占喉道數量大部分到絕大部分，反映出孔喉分選系數、變異系數、均質系數變化范圍大，排驅壓力、飽和度中值壓力高，中值孔喉半徑及最大孔喉半徑低，導致儲層微觀孔隙結構和滲流結構差，儲層滲透率大多低于0.5×10–3um2，孔滲關系極為復雜［11-13］。因此，在該類孔隙類型、孔隙結構造成滲流機理特別復雜的超低滲透儲層產能預測中，油水滲流機理不符合上述達西產能預測方程，即利用油層孔隙度、滲透率及電性參數不能準確預測油氣產能。為此，引入巖石物理相流動單元精細地表征砂體內部影響滲流屏障和流體流動特征，利用滑塌濁積扇超低滲透儲層儲集空間、滲流機理和流動單元的概念，對油氣儲層采用儲層質量指標（RQI）和流動層帶指標（FZI）表征［12-14］。針對儲層巖石物理相流動單元往往受儲層礦物成分和滲流結構控制，可以根據儲層孔喉結構特征劃分流動特征為不同流動單元。在其超低滲透儲層儲集空間中，利用儲層質量及滲流結構最重要的孔滲關系，可以把儲層孔隙、礦物地質特征與孔隙結構特征結合起來評價儲層質量和油氣產能。

利用平均水力流動半徑概念推導出儲集空間孔滲關系

由此定義出儲層質量指標（RQI）和流動層帶指標（FZI）

標準化孔隙度指標

式中，Fs為孔隙形狀系數，圓柱體時Fs=2；τ為孔隙介質迂曲度；Sgv為單位顆粒體積的表面積，μm–1。

上述儲層質量指標和流動層帶指標中的孔滲關系反映出微觀孔隙結構中有效喉道數量及分布，它們把儲層孔隙結構與礦物地質特征結合起來，有效地反映油氣儲層質量、滲流特征，成為該區超低滲儲層試油產能預測重要指標［13-15］。

3 超低滲透儲層試油產能預測評價參數

影響超低滲透儲層滲流和試油產能的因素很多，利用上述單一或局部參數值不能準確表征超低滲儲層產能，例如相對高孔高滲與低孔低滲計算儲層質量指標及其流動層帶指標都相差不大。因此，針對該區滑塌濁積扇超低滲儲層儲集空間及其孔滲關系，著重分析目的層段廣為發育的相對高孔低滲、中孔低滲和低孔低滲復雜孔隙結構儲層質量及滲流結構，提出超低滲儲層合理產能參數、儲層質量指標、流動層帶指標、儲能參數、油層有效厚度、滲透率、單滲砂層能量厚度、含油飽和度及其泥質含量等多種參數評價預測特低滲、超低滲儲層質量及其試油產能［15-17］。

根據該區超低滲透儲層儲集空間、滲流機理及其復雜孔隙結構流動層帶概念，合理產能參數是把每口井油層有效厚度與滲透率組合起來，以它們乘積反映有效儲層產能大小及分布；儲層質量指標式（8）是把每口井油層滲透率與孔隙度組合起來，以它們的比值反映有效儲層質量及產能；流動層帶指標式（9）則把每口井油層質量指標與孔隙度組合起來，從而反映出微觀孔喉結構有效喉道及宏觀產能分布；儲能參數把每口井儲量計算取值段內油層有效厚度、含油飽和度和有效孔隙度組合起來，以它們的乘積反映有效儲層中純油厚度及產能；油層有效厚度及滲透率分別反映達到工業油氣流標準的油氣層與滲流特征；單滲砂層能量厚度代表層段濁積分支水道骨架砂體有利微相帶沉積能量；含油飽和度與泥質含量反映超低滲儲層含油氣及巖性狀況。顯然上述參數從不同角度反映出滑塌濁積扇超低滲透儲層質量、滲流特征及產能，它們組合起來可以分類表征和提取超低滲透儲層產能信息［15-18］。

4 超低滲儲層試油產能預測評價指標

利用該區滑塌濁積扇超低滲儲層代表性取心井巖心分析、試油和測井二次解釋成果計算上述9類評價參數，利用灰色理論儲層試油產能預測的分類原則及方法，分析統計試油產能與試采產能關系，通過試采工業油流產能統計試油產能平均數據列，把該區儲層試油產能劃分為A、B、C的高產能、較高產能和低產能3種類型（A、B類產能達到工業油流標準）（表 1）。

表1 HQ地區超低滲透儲層試油產能預測劃分等級

通過研究表1中每類產能評價參數的界面數值，分別統計長6超低滲儲層各類試油產能評價參數特征值，采用統計平均數據列為試油產能評價劃分指標

式中，X0i為儲層試油產能評價標準數據列；n為儲層試油產能評價參數，n=9；i為1，…，m；m為儲層試油產能劃分等級數，m=3。

根據該區長6目的層段計算的9類評價參數值及其試油等級落實程度，對各類參數指標進行匹配、統計和調整，利用參數指標準確率與分辨率組合分析各項參數特征賦予不同權系數（表2）。

表2 HQ地區超低滲儲層油氣試油產能綜合評價預測指標體系

合理產能參數值有效反映超低滲儲層試油產能大小，分類標準具有明顯最高準確率及分辨率，賦予最大權值；儲層質量指標和流動層帶指標體現出滑塌濁積扇超低滲透儲層質量及滲流特征，分類標準也具明顯高準確率及分辨率，分別賦予高權值；儲能參數反映超低滲透有效儲層中純油層厚度及產能，分類標準具明顯很高準確率及分辨率，賦予足夠大權值；單滲砂層能量厚度、油層有效厚度、滲透率分別反映骨架砂體沉積能量和工業油流及滲流特征，依據相對較高準確率與分辨率，分別賦予較高權值；含油飽和度及泥質含量分類標準也依相應準確度和分辨率賦予適當權值。從而，依據油田區塊地質特征、生產狀況與試油產能分析方法及準則，建立起該區超低滲透油層試油產能綜合評價預測指標體系［19-21］（表 2）。

表2中參數指標集中反映超低滲透儲層滲流質量和生產能力，其中A、B類試油產能達到工業油流標準，其產能統計綜合評價預測指標從不同角度以不同程度提取出超低滲透有效儲層質量、滲流特征及產能信息。從而，利用它們的匹配組合建立的指標體系有效地克服了超低滲儲層滲流機理不符合達西產能預測方法的失誤。

5 超低滲透儲層試油產能預測綜合評價方法

利用上述超低滲透儲層試油產能分析方法、評價參數、劃分級別和預測評價指標體系，采用灰色理論超低滲透儲層試油產能預測綜合評價方法，進行被評價數據的綜合分析處理。采用矩陣分析、標準化、標準指標絕對差的極值加權組合放大技術，計算灰色多元加權系數

其中

式中，P（ik）為數據Xo與Xi在k點（參數）的灰色多元加權系數；minmin為標準指標兩級最小差；maxmaxikΔi(k)ikΔi(k)為標準指標兩級最大差；Δ（ik）為第k點Xo與Xi的標準指標絕對差；Y（ok）為第k點（參數）的權值；A為灰色分辨系數。

從而可以得出灰色加權系數序列

由于系數較多，信息過于分散，不便于優選，采用綜合歸一技術，將各點（參數）系數集中為一個值，其表達式為

利用矩陣做數據列處理后，采用最大隸屬原則

作為灰色綜合評價預測結論，并根據數據列（行矩陣）的數據值，確定評價結論精度及可靠性［18-20］。從而利用灰色理論有效集成和提取油氣儲層質量、滲流及產能的多種信息，實現對該區長6超低滲儲層試油產能的綜合評價和定量分析［19-21］。

6 應用實例

基于上述超低滲透儲層試油產能綜合評價指標體系，利用灰色多元加權綜合評價方法，對該區44口井51個試油層段進行了試油產能預測檢驗，38口井45個試油產能層段評價預測結果與試油產能結果相吻合，試油產能預測符合率達88.2%。

由山134井長6儲層試油產能預測綜合評價處理成果圖可知，該井長6儲層2 041～2 047 m井段，測井解釋油層有效厚度6 m，滲透率0.6 mD，孔隙度12%，含油飽和度58%，計算合理產能參數3.6 mD·m，儲層質量指標0.07，流動層帶指標0.59，儲能參數0.42 m，單滲砂能量厚度6 m，泥質含量19.3%,利用上述試油產能綜合評價指標體系的灰色多元加權評價處理為A類高產能油層，該層段試油日產油26.6 t/d，評價出超低滲透油層試油產能預測結果與試油產能結果相吻合。

7 結論

（1）一般中、高孔滲儲層在礦場實際生產中，油水滲流基本符合達西產能預測分析方程，即利用油層孔隙度、滲透率及其電性（測井）響應基本能夠預測油氣產能，但在特低滲—超低滲孔隙類型、孔隙結構造成滲流機理特別復雜儲層產能預測中，影響儲層滲流和產能因素更多且極為復雜，為此，引入滑塌濁積扇超低滲透儲層質量、滲流機理、孔滲關系及流動單元概念，把儲層孔隙、礦物地質特征與孔隙結構特征結合起來評價超低滲透儲層流動層帶及其試油產能。

（2）針對該區滑塌濁積扇廣為發育的高孔低滲、中孔低滲和低孔低滲特別復雜孔隙結構流動層帶特征，單一或局部流動層帶參數值不能準確表征特低滲—超低滲儲層產能，提出儲層合理產能參數、儲層質量指標、流動層帶指標、儲能參數、油層有效厚度、滲透率、單滲砂層能量厚度、含油飽和度及其泥質含量綜合評價儲層試油產能，它們從不同角度以不同程度反映滑塌濁積扇特低滲—超低滲儲層質量、滲流特征及產能，有效地克服了滲流機理不符合達西產能預測方法造成的產能評價失誤。

（3）利用該區滑塌濁積扇超低滲儲層代表性取心井巖心分析、試油和測井二次解釋成果計算上述9類評價參數，依據油田區塊地質特征、生產狀況與灰色理論試油產能分析方法及評價準則，建立起該區超低滲油層試油產能綜合評價指標體系。通過該區滑塌濁積扇超低滲儲層形成特征，利用不同角度提出試油產能評價參數及其參數指標準確率、分辨率權衡提取油氣儲層質量、滲流及產能的多種信息，對該區44口井51個試油層段進行了試油產能預測檢驗，38口井45個試油產能評價預測結果與試油結果相吻合，試油產能預測符合率達到了88.2%。

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Study on the testing productivity prediction method in ultra-low permeability sandstone reservoir

PANG Yudong1, SONG Ziqi1, HE Yufei2, TIAN Xin1, ZHANG Jinghao1, FU Chunmiao3
（1. College of Petroleum Engineering,Xi’an Shiyou University,Xi’an710065,China;2. CNPC Logging CO.LTD. Oil and Gas Evaluation Center,Xi’an710077,China;3. Exploration and Development Research Institute of Tuha Oilfield Company,Hami839009,China）

The layers of slump turbidite fans in HQ area are influenced by various period sedimentation, diagenesis and tectonic, which result in complex pore structure including high porosity low permeability, medium porosity low permeability and low porosity low permeability formation, and ultra-low permeability flow unit. There are lots of factors affecting reservoir seepage and production capacity. The testing oil capacity was comprehensively estimated from the aspects of reasonable productivity parameters, quality indexes, flow unit indexes, storage parameters, effective thickness of layers, permeability, energy thickness of single permeable sand layer, oil saturation and shale content based on the relationship of porosity and permeability in ultra-low permeability reservoir quality and seepage structure. The reservoir quality, seepage and capacity date were weighted and selected according to the grey theory of oil and gas test analysis method and evaluation criteria for oil production prediction, and it also considers the accuracy and resolution of productivity evaluation parameters and classification parameter. There are 44 well among 51 oil-testing intervals in HQ area carried out production prediction and 38 well with 45 evaluation and prediction results coincide with the actual oil testing production results. The prediction coincidence rate reached up to 88.2%. This method effectively overcomes the mistakes resulting from seepage mechanism opposing Darcy capacity equation and local parameters not fitting with complex seepage characteristics. Meanwhile, it promotes the quantitative evaluation ability furthest for ultra-low permeability reservoir productivity prediction, providing effective information and analysis method for extra-low and ultra-low reservoirs production prediction.

ultra-low permeability reservoir; productivity prediction; reservoir quality seepage and productivity data; seepage mechanism; effective information and analytical method

龐玉東，宋子齊，何羽飛，等. 基于超低滲透砂巖儲層試油產能預測分析方法［J］. 石油鉆采工藝，2013，35（5）：74-78.

TE32

：A

1000–7393（2013） 04–0074–05

中國石油天然氣股份有限公司科學研究與技術開發項目“致密氣藏測井采集處理與評價技術研究”（編號：2010E-2304）；國家自然科學基金項目“變形介質復雜儲層應力敏感性的巖石流變學機理及動態模型”（編號：51104119）。

龐玉東，1990年生。2011年畢業于西安石油大學石油工程專業，現從事油氣儲層、測井解釋等方面研究工作。通訊作者：宋子齊，教授，享受國務院特殊津貼專家，長期從事油氣儲層研究、測井解釋及剩余油氣評價教學和科研工作。E-mail：songziqi0827@126.com。

2013-04-10）

〔編輯 景 暖〕