A地區低孔低滲儲層物性下限確定方法研究

葛紅旗

(油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學)，湖北 武漢 430100)

吳沁軒，金科年

(中國石油集團西部鉆探工程有限公司測井公司，新疆 克拉瑪依 834000)

高楚橋

(長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 武漢 430100)

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A地區低孔低滲儲層物性下限確定方法研究

葛紅旗

(油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學)，湖北 武漢 430100)

吳沁軒，金科年

(中國石油集團西部鉆探工程有限公司測井公司，新疆 克拉瑪依 834000)

高楚橋

(長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 武漢 430100)

A地區砂巖儲層具有典型的低孔、低滲特征。分析了該地區儲層巖性、物性特征，并統計了A地區巖心孔隙度、滲透率的分布情況，確定了低孔、低滲儲層的物性分布范圍。采用孔滲關系法、經驗統計法、最大曲率半徑法、最小流動孔喉半徑法等4種方法確定了A地區的物性下限；綜合分析不同方法的結果并結合實際情況，確定孔隙度下限為7.31%，滲透率下限為0.29mD，并利用試油資料驗證了該儲層物性下限的合理性。綜合多種方法確定的物性下限能較好地應用于低孔、低滲地區測井資料解釋處理中，為油氣藏的儲量計算提供可靠依據。

低孔、低滲儲層；孔隙度下限；滲透率下限

近年來，在低孔、低滲砂巖儲層勘探中取得了許多突破性進展[1]。儲層物性下限的確定是關系到油氣勘探、開發決策的關鍵問題。低孔、低滲砂巖儲層具有典型的低孔隙度、低滲透率特征，若沒有確定有效儲層的物性下限，可能會導致試氣段多次出現干層，或者在確定的干層、差巖性儲層內發現有一定經濟價值的氣藏，給勘探開發工作帶來較大影響[2]。因此，精確確定物性下限顯得尤為重要。

有效儲層是指在現有的經濟技術條件下，具有一定價值產液量的儲層，前提是含有可動流體。有效儲層的物性下限一般用可以儲集和滲濾流體的最小孔隙度和最小滲透率來度量的[3]。目前，確定孔隙度、滲透率下限的常用方法主要有孔滲關系法、經驗統計法、最大曲率半徑法和最小流動孔喉半徑法等。嚴格來說，一種方法確定的物性下限只能從一個方面反映儲層的特征，具有片面性，不能代表儲層真正的物性下限。為了得到合理的下限，通常需要綜合對比各種方法的結果，避免每種方法的不足，并結合實際情況，最終確定物性下限。

1　儲層巖性、物性特征

1.1巖性特征

圖1　A地區孔隙度分布直方圖

圖2　A地區滲透率分布直方圖

A地區儲層巖石填隙物以泥質為主，偶見方解石、白云石、硅質膠結。泥質呈薄膜狀、纖維狀，大部分已絹云母化，其中部分分布不均，局部地方呈塊狀或條帶狀富集。方解石呈粉晶-連晶狀，部分含鐵，具白云質環邊。白云石呈粉晶-不規則狀，大部分含鐵，局部分布。硅質圍繞顆粒分布，少見鋯石、石榴石、白鈦礦等。膠結類型主要為接觸-壓嵌型，部分為薄膜-壓嵌型、孔隙-接觸型，個別為孔隙-連晶型膠結。顆粒間主要為點-線接觸，其次為凹凸-線接觸，個別為點或線接觸。磨圓度主要為次棱-次圓，少量次棱或次圓。風化程度主要為中-淺風化。分選主要為好、好-中、中-好，少量為差。致密程度高。

研究區儲層巖性以中砂巖、細砂巖、粉砂巖、不等粒砂巖為主，其次為粗砂巖、極細砂巖和細粉砂巖，少見礫巖；同時隨著深度變大，巖性粒度遞變規律明顯(由粗到細)。中砂巖成分以石英為主，長石及暗色礦物次之，偶見礫石，礫石粒徑一般為2～3mm，最大可達5mm。細砂巖成分以石英為主，少量長石及暗色礦物，以細粒為主，部分為粉粒，見少量碳屑，次棱-次圓，分選好，泥質膠結。粉砂巖成分主要為石英，次為長石，以粉粒為主，分選較好，泥質膠結且致密。巖性較粗的儲層，孔滲性較好，相反則較差。研究區儲層巖性整體較細，綜合認為研究區主要為低孔、低滲砂巖儲層。

1.2物性特征

利用A地區8口井的取心物性資料，制作了該區的孔隙度、滲透率分布直方圖(圖1、2)。由圖可知，A地區孔隙度主要分布在6%～14%，滲透率主要分布在0.1～40mD，研究區基本屬于低孔、低滲儲層，隨著深度增加，儲層致密程度增大，儲層物性越差。

2　物性下限的確定

圖3　A地區巖心孔隙度-滲透率交會圖

圖4　A地區孔隙度頻率分布直方圖

圖5　A地區飽和度中值壓力-巖心孔隙度交會圖

根據A地區物性分析結果， 3個主要的研究層段(B3層、B4層、B5層)孔隙度差別不大，但滲透率相差較大。故滲透率下限需要結合不同層段孔滲模型關系，確定各層段滲透率下限，再求算術平均值作為滲透率下限。目前，確定孔隙度、滲透率下限的常用方法主要有孔滲關系法、經驗統計法、最大曲率半徑法和最小流動孔喉半徑法等4種方法。

2.1孔滲關系法

利用常規物性分析數據(3679塊)繪制孔隙度-滲透率交會圖(圖3)，分析發現，曲線明顯呈3段：第1段滲透率隨孔隙度快速增加而變化不大，該段主要為無滲透能力的孔隙；第2段隨著孔隙度增加，滲透率明顯增大，該段是有一定滲透能力的有效孔隙；第3段孔隙度變化較少，滲透率急劇增大，表明巖石滲流性很強，達到了一個相對穩定的狀態。以第1段與第2段的轉折點作為無效儲層與有效儲層的孔隙度界限，即A地區的孔隙度下限為 7%。結合各層段孔滲關系得到滲透率下限為：B3層0.35mD，B4層0.20mD，B5層0.17mD，平均0.24mD。

2.2經驗統計法

經驗統計法是指當累計丟失能力為5%時，對應的孔隙度作為孔隙度下限。利用孔隙度與滲透率的關系，計算出各層段對應的滲透率下限。

對A地區8口井3679塊巖心樣品的物性分析結果進行了統計，繪制了該區孔隙度頻率分布直方圖(圖4)。由圖4可以看出，當累計丟失能力為5%時，所對應的孔隙度為6.44%。結合各層段孔滲關系得到滲透率下限為：B3層0.24mD，B4層0.16mD，B5層0.14mD，平均0.18mD。

2.3最大曲率半徑法

圖5為利用毛細管壓力資料繪制的飽和度中值壓力與孔隙度的交會圖(數據來自A地區8口井的壓汞試驗資料)。圖5中曲線的最大曲率半徑處(突變點)對應的孔隙度即為孔隙度下限。對圖5中的擬合曲線方程(y=6257x-3.837)分別求取一階導數和二階導數，即可求解出曲率：

(1)

式中：ρ為曲率，m-1；y′為一階導數；y″為二階導數。

由于曲率半徑為曲率的倒數，所以最小曲率對應的孔隙度即為孔隙度下限。利用式(1)求得曲線最小曲率處對應的巖心孔隙度為8.4%。結合各層段孔滲關系得到滲透率下限為：B3層0.82mD，B4層0.38mD，B5層0.27mD，平均0.49mD。

2.4最小流動孔喉半徑法

巖石微觀孔隙結構和喉道尺寸大小對巖石的宏觀滲流特性有很大影響。巖石喉道的粗細，也就是孔喉半徑的大小，對油氣是否能在一定壓差下從巖石中流出起決定性作用。通常將既能儲集油氣又能使油氣滲流的最小孔隙通道稱為有效儲層的最小流動孔喉。

最小流動孔喉半徑法分為2個步驟：一是利用J函數求取平均毛細管壓力；二是利用Purcell公式求取最小流動孔喉半徑。再根據孔喉半徑與物性之間的關系確定儲層物性下限。

1)J函數求取平均毛細管壓力由于每個樣品只能代表儲層某點的特征，只有性質相同的毛細管壓力曲線(同一孔隙結構)平均(即還原)為一條具有代表性的儲層毛細管壓力曲線，才能正確反映儲層的儲集性能及其微觀非均質情況[4]。為消除孔隙度和滲透率對毛細管壓力的影響，采用J函數求取平均毛細管壓力：

(2)

(3)

圖6　A地區J與Sw的關系

式中：Sw為含水飽和度，%；pc為毛細管壓力，MPa；σ為界面張力，mN/m；θ是潤濕角，(°)；K為滲透率，mD；φ為孔隙度，%；a、b為常數，1。

選用研究區8口井的巖心壓汞資料，得到研究區儲層的J函數曲線(圖6)。根據壓汞數據資料統計，孔隙度均值為8.7%，滲透率均值為8.269mD，σcosθ為固定值14.6946，由此可以得到J。再根據式(3)可以得到不同壓力下的Sw。

2)利用Purcell公式求取最小流動孔喉半徑以等對數孔喉半徑間隔距離為單元，根據注汞壓力與進汞量之間的關系求取每一個單元的滲透率貢獻值，當累積滲透率貢獻值達到99.99%以上時，所對應的孔喉半徑即為最小流動孔喉半徑：

(4)

(5)

∑K=∑ΔK

(6)

式中：ΔKi是區間滲透能力貢獻值，%；pc,i、pc,i+1分別為單元i和i+1對應的毛細管壓力，MPa；ΔK為區間滲透能力，%；ΔS(i～i+1)為區間進汞量，%；∑K為累計滲透率貢獻值，%。∑ΔK為累計區間滲透能力，%。

表1為利用Purcell公式確定的最小流動孔喉半徑數據表，當累積滲透率貢獻值達到99.99%以上時，對應的孔喉半徑為0.1μm，即為最小流體孔喉半徑。

由壓汞試驗數據可以得到孔隙度與孔喉半徑之間的相關關系，根據該關系式可計算出孔隙度下限為7.41%，再由滲透率與孔喉半徑之間的關系式得到滲透率下限為0.25mD。

表1　A地區Purcell公式確定最小流動孔喉半徑數據表

注：r為孔喉半徑；SHg為汞飽和度。

表2　A地區儲層物性下限表

圖7　A地區測井解釋孔隙度與滲透率交會圖

結合A地區的實際情況，根據上述4種方法確定的儲層物性下限的算術平均值，確定研究區有效儲層物性下限為：孔隙度下限7.31%，滲透率下限0.29mD(表2)。

3　方法驗證

利用最優化測井解釋程序的解釋結果，結合三維熒光錄井、測試等資料將有氣水顯示及干層層段的孔隙度與滲透率交會，得到A地區孔隙度與滲透率的交會圖(圖7)。圖7中氣層和水層的資料點主要集中在孔隙度大于7.31%，滲透率大于0.29mD的區域；干層的資料點孔隙度小于7.31%，滲透率小于0.29mD。說明綜合多種方法確定的物性下限能有效區分儲層與非儲層(干層)。

4　結語

通過分析A地區低孔、低滲砂巖儲層的巖性、物性特征，確定儲層物性(孔隙度、滲透率)分布范圍；利用巖心分析、壓汞分析和試油等資料，采用孔滲關系法、經驗統計法、最大曲率半徑法、最小流動孔喉半徑法等4種方法分別求出孔隙度、滲透率下限。根據4種方法所得結果的算術平均值，確定了研究區儲層的孔隙度下限為7.31%，滲透率下限為0.29mD，并得到了試氣資料的證實，為氣藏儲量計算提供了依據。

[1]彭勃，呂國祥.子洲氣田山23段低孔低滲砂巖儲層物性下限確定方法研究[J].油氣地球物理，2008，6(2)：10～13.

[2]李燁，司馬立強，閆建平，等.低孔、低滲致密砂巖儲層物性下限值的確定[J].天然氣工業，2014，34(4)：52～56.

[3]付金華，羅安湘，張妮妮，等.鄂爾多斯盆地長7油層組有效儲層物性下限的確定[J].中國石油勘探，2014，19(6)：82～88.

[4]焦翠華，夏冬冬，王軍，等.特低滲砂巖儲層物性下限確定方法[J].石油與天然氣地質，2009，30(3)：379～383.

[編輯]龔丹

2015-12-08

葛紅旗(1989-)，男，碩士生，現主要從事地球物理測井及測井資料解釋方面的研究與學習工作，715171548@qq.com。

P631.84

A

1673-1409(2016)26-0024-05

[引著格式]葛紅旗，吳沁軒，金科年 等.A地區低孔低滲儲層物性下限確定方法研究[J].長江大學學報(自科版),2016,13(26):24～28.