以喉道為參數的致密砂巖氣儲層評價方法
——以庫車坳陷迪北地區致密砂巖氣為例

林 潼 魏紅興 謝亞妮

(1. 中國石油勘探開發研究院廊坊分院 河北廊坊 065007；2. 中國石油塔里木油田分公司勘探開發研究院 新疆庫爾勒 841000)

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以喉道為參數的致密砂巖氣儲層評價方法
——以庫車坳陷迪北地區致密砂巖氣為例

林 潼 魏紅興 謝亞妮

(1. 中國石油勘探開發研究院廊坊分院 河北廊坊 065007；2. 中國石油塔里木油田分公司勘探開發研究院 新疆庫爾勒 841000)

致密砂巖氣作為一種非常規天然氣在我國呈現出快速發展的趨勢，然而目前致密砂巖氣儲層的評價仍然沿用常規油氣藏儲層評價的方法。事實證明常規油氣藏儲層評價的方法明顯不適用于致密砂巖氣。本文通過對比常規氣藏與致密砂巖氣的發育特點，以庫車坳陷迪北地區致密砂巖氣為研究對象，開展多手段的儲層孔喉微觀分析，認為喉道半徑是控制致密砂巖氣運聚與富集的關鍵因素之一。并通過改進的Windland方程以進汞飽和度35%時所對應的喉道半徑(R35)為主要參數，建立了適合于研究區的致密砂巖氣儲層評價方法。評價結果顯示，R35=0.17 μm是區分庫車坳陷迪北地區致密氣有效儲層與無效儲層的界線；同時依據R35的大小可進一步將有效儲層劃分出Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類儲層。

致密砂巖氣 儲層評價 喉道半徑R35迪北地區

0 引言

致密砂巖氣與常規氣藏在成藏機理、分布規律、氣水關系以及孔喉特征上具有明顯的差異[1-4]。最早對致密砂巖氣的界定以儲層物性為基礎。美國聯邦能源管理委員會將儲層滲透率小于0.1×10-3μm2的氣藏(不包含裂縫)定義為致密砂巖氣。我國于2011年制定了中國致密砂巖氣(tight sandstone gas)的定義：覆壓下基質滲透率小于或等于0.1×10-3μm2的砂巖氣層，單井一般無自然產能或者自然產能低于工業氣流下限，但在一定的經濟技術條件下和工藝改造下可獲得工業天然氣產能[5]。由此可以看出，致密砂巖氣儲層與常規砂巖儲層相比，儲層更致密、滲透率更低，并且需要經過一定的儲層改造才能獲得工業性油氣流。

然而目前國內對致密砂巖氣儲層的評價仍然沿用常規砂巖儲層的評價方法。評價主要依據對物性的劃分，包括孔隙度、滲透率等參數[6-9]。大量的分析數據顯示在常規砂巖儲層中，孔隙度和滲透率之間具有較好的線性關系[10-11]，但是在致密砂巖氣儲層中孔隙度與滲透率相關性較差，并且應用常規的劃分方法存在明顯的問題，例如文龍等[12]在研究川西上三疊統致密砂巖氣儲層時就發現孔滲之間的正相關性不明顯，采用孔、滲參數分類時常相互矛盾，部分砂巖按孔隙度參數可劃分為好儲層，而按滲透率參數應列為非儲層，這說明僅僅以孔滲參數來劃分儲層可能會漏掉產層或者誤選非產層。筆者在研究庫車坳陷迪北地區致密砂巖氣儲層時也發現，以傳統的常規砂巖儲層劃分評價方法(表1)對本區的致密砂巖氣儲層進行分類時，存在著氣層與干層混淆無法分清的現象(圖1)。

正因為常規的孔滲評價方法無法適用于致密砂巖氣儲層，許多學者轉向利用儲層表征的其他參數如壓汞曲線形態特征、排驅壓力、孔隙的喉道特征以及孔隙的儲集空間類型等開展低滲—致密儲層的評價工作[12-16]，魯洪江等[13]根據進汞與退汞曲線的形態組合特征將砂巖儲層劃分為3類，指導了東營凹陷某油田沙二段開發井位的部署；李海燕等[14]利用壓汞曲線特征將蘇里格氣田低滲透儲層劃分為4類，并指出每種類型儲層所對應的微觀孔隙形態；胡明毅等[15]在觀察川西上三疊統須家河組致密砂巖儲集空間類型和毛細管壓力特征基礎上，將須家河組儲層分為4類。這些學者在開展儲層評價時都認識到了致密儲層的滲透率與孔隙度之間的相關性較差，喉道才是影響致密儲層物性的關鍵因素，但是國內的學者并未給出以喉道為參數的儲層評價方法。

國外早在上個世紀80年代就建立了以喉道大小評價低滲透儲層質量的方法，并且在高孔滲儲層、致密砂巖氣儲層、頁巖氣儲層中都取得了很好的效果。Winland曾經利用喉道半徑劃分Spindle油氣田有效與無效儲層的界線[17]；Aguilera[18]利用孔喉半徑判別公式劃分出了不同類型儲層的喉道半徑分布范圍，并有效地指導了儲層流動單位的劃分；Clarkson[19]、Deng[20]在前人研究的基礎上利用喉道分類與油氣產量的關系建立了致密儲層產能評價表，在加拿大的蒙特尼地層與北美致密砂巖評價中取得較好的效果。

近年來隨著非常規油氣勘探的快速發展，國外通過喉道的各種表征參數開展了大量的非常規儲層評價、成藏機理的研究與討論，極大地推動了致密氣勘探以及理論與技術發展[21-26]。事實證明，以喉道為評價參數的致密砂巖儲層評價方法是一種有效且科學的方法。然而國內還未見有利用喉道參數進行儲層評價的相關報道。本文嘗試以喉道半徑為參數，建立庫車坳陷迪北地區致密砂巖氣儲層評價的方法與標準，并以此評價該區致密砂巖氣儲層的質量。

表1 庫車坳陷東部下—中侏羅統儲層基質物性評價標準(據塔里木油田)①

圖1 迪北地區含氣層段與干層段砂巖物性分布圖(分類標準與表1對應)Fig.1 The physical property of gas-bearing interval and dry layer in Dibei area

1 庫車坳陷迪北地區致密砂巖氣特征

1.1 迪北氣藏發育特征

迪北致密砂巖氣藏位于庫車坳陷東部依奇克里克斷裂帶中段、陽霞凹陷北緣，該區以發育線性背斜、斷背斜和斷鼻構造為特征。氣層發育于侏羅系阿合組辮狀河三角洲平原河道砂體中，儲集空間以次生溶蝕孔隙為主，原生孔隙幾乎不發育，其中粒間雜基內泥質微溶孔占總孔隙空間的49%，并且該類孔隙以孤立、分散的形式存在于泥質、黏土礦物之間。氣藏儲層物性普遍較差，孔隙度于4%～10%之間，平均孔隙度6.8%，滲透率分布在0.1～10.0×10-3μm2為致密砂巖儲層。

迪北氣藏具有明顯的異常高壓特征，從構造高部位的Ys4井到斜坡帶下部的Yn5井，地層的壓力系數逐漸增加由1.31增加到1.76。儲層的含氣性特征也發生了明顯的變化，從構造高部位的水層、氣水同層到氣層。整個構造斜坡帶上具有上水下氣的特征(圖2)，并且氣層內砂體的含氣飽和度差異較大。前人對該地區開展過詳細的研究，認為迪北地區為典型的致密砂巖氣特點[27-28]，氣體的成藏動力為生烴壓力和氣體膨脹力，以氣體驅替水向上呈活塞式推進，形成了這種“氣下水上”的氣水分布模式。

1.2 致密氣儲層喉道分布特征與含氣飽和度關系

通過對迪北致密砂巖樣品開展恒速壓汞分析，結果顯示(表2、圖3)儲層喉道大小主要分布在0.6～1.6 μm之間。單位體積砂巖樣品內有效喉道體積大于有效孔隙體積，說明本區致密砂巖中有效喉道體積占據主要部分(占總孔隙體積的50%～70%)，喉道不僅僅是滲流通道，更是主要的儲集空間，這點認識顯著地區別于常規儲層特征。吸附測試顯示致密砂巖儲層中喉道與微孔隙的關系如同細口的水瓶形態[27]，喉道的大小直接控制了微孔的含氣飽和度。

①朱國華，壽建峰，沈安江. 塔里木盆地庫車坳陷克—依構造帶侏羅系儲層控制因素及綜合評價(內部資料).塔里木石油勘探開發指揮部.1992.以yn5井5 009.7 m深度的樣品為例，喉道進汞飽和度為28.29%，孔隙進汞飽和度為29.48%，分析顯示只有當喉道半徑大于0.219 μm時氣體才能通過喉道進入微孔隙中，所以喉道是控制致密儲層含氣飽和度的關鍵。

從該樣品的核磁共振分析圖(圖4)可以清晰地看出，離心力逐漸增大時，飽含水樣品的飽和度逐漸下降。離心力的大小直接對應于喉道的大小，說明了喉道越大該樣品的充注飽和度就越高，對應于迪北氣藏儲層的含氣飽和度就越大。圖4也揭示了該樣品可動流體最小有效喉道半徑為0.06 μm，當砂巖儲層中喉道半徑小于0.06 μm時，流體無法自由流動，需要后期的儲層改造才能產出。該區的測井資料顯示產氣層段儲層含氣飽和度多大于50%，而干層段含氣飽和度多小于35%，說明含氣飽和度是致密氣儲層產能的重要參數，而喉道大小則是直接控制儲層的含氣飽和度和產氣能力。

圖3 迪北致密儲層砂巖喉道大小分布特征(具體參數見表2)Fig.3 Histogram showing the throat radius distribution derived by constant rate mercury penetration method

表2 迪北致密砂巖恒速壓汞分析數據表

圖4 致密儲層砂巖樣品核磁共振譜圖Fig.4 Nuclear magnetic resonance spectra of Dibei tight sandstone

2 致密氣儲層評價方法的建立

雖然“甜點”發育區一直是致密砂巖氣勘探搜尋的重點區域，但是“甜點”區并不意味著就是孔隙度發育區域，致密砂巖氣的“甜點”更多地反映了砂巖儲層的含氣飽和度。較高孔隙度的砂層可能是干層或低含氣飽和度的氣層；而相對孔隙度較低的砂層卻可能是工業油氣流產層。常規的孔滲關系圖(圖1)并不能直接識別出砂巖的含氣性特征，只有通過喉道大小的判別才能反映出儲層的含氣性特征。

2.1 參數的選取

圖5展示了迪北地區兩塊孔隙度相近的砂巖樣品，孔隙度均為5.4%，但是滲透率值差異較大，a樣品滲透率值為0.488×10-3μm2，高壓壓汞分析顯示中值喉道半徑(R50)為0.026 μm；而b樣品滲透率值僅為0.025×10-3μm2，中值喉道半徑(R50)為0.012 6 μm。通過毛管壓力與喉道半徑之間的對應關系分析，a樣品達到40%飽和度時需要突破0.072 5 μm的喉道半徑；相同條件下b樣品達到40%飽和度時卻要突破0.018 μm的喉道半徑?？梢钥闯鱿嗤瑮l件下滲透率和含氣飽和度受控于喉道，雖然滲透率值能夠反映流體在儲層中的滲流能力，并且與儲層的產量有著密切的關系，但是喉道大小對儲層滲流能力的敏感性比滲透率強。Nelson[29]的研究顯示喉道半徑變化一個數量級，相對的滲透率值將改變兩個數量級。因此，對致密砂巖氣儲層評價來說，喉道才是控制儲層物性的關鍵因素。

如何選取合適的喉道參數是困惑研究者的一個難題。前人曾經開展過喉道的幾何平均值、算術平均值、中值以及閾值來代表儲層喉道的整體特征，但是都沒有進行過實例的驗證。從圖5的參數分析顯示兩塊樣品滲透率值相差20倍，R0值相差4.5倍，R50值相差2倍，初始喉道的大小對滲透率值的反映更敏感，但是這種認識并不具有普遍性。Nelson[29]認為儲層中能夠形成連續流體通道時所對應的喉道是可靠的儲層評價參數，該值位于壓汞曲線中汞進入樣品后曲線形成的拐點處，一般選取R35來近似地代表喉道的拐點。前人對選取的R35作為評價參數開展過研究[17]，認為喉道參數R35具有代表性。Winland通過對不同地區不同孔隙度、滲透率樣品的進汞飽和度分析認為R35具有最佳的孔—滲對應關系，并提出了經驗公式：

logR35= 0.732 + 0.588 logKair-0.864 logφcore

(1)R35代表樣品進汞飽和度在35%時所對應的喉道半徑；Kair為空氣滲透率；φcore為巖芯實測孔隙度。

2.2 評價方法的建立

雖然R35方法能夠作為一種有效評價致密儲層的方法，但是公式(1)僅是部分地區樣品數據回歸分析得出的，并不具有普遍適用性。同時，Winland采用的R35=0.5 μm的判別法，將滲透率小于0.48×10-3μm2以及孔隙度小于7.8%的儲層劃歸于無效儲層，這對于迪北致密儲層來說，顯然不合適，容易將產氣層劃分到無效儲層范圍內，因此針對迪北地區需要建立一種符合本區致密砂巖氣儲層評價的經驗公式。本次研究以迪北地區Yn2c井作為標準井，該井在阿合組產氣層段連續取芯30.5 m。對Yn2c井的69個砂巖壓汞數據開展分析，通過公式(1)計算得出的R35值與實測壓汞值存在明顯的偏差，因此需要對公式進行校正：

logR35=a+b×logKair+c×logφcore

(2)利用線性回歸分析法求取參數a、b、c，得出a=-1.370 8；b=0.180 9；c=1.452；R2=0.85。因此公式(2)最終為：

logR35=-1.370 8+ 0.180 9logKair+1.452 logφcore

(3)圖6是巖芯壓汞實測R35值與公式(3)計算得到的R35值，兩者相關性很好。因此公式(3)符合本區的孔隙度、滲透率與R35之間的關系。

圖5 孔隙度相同而喉道半徑不同的樣品壓汞曲線特征圖a.Yn5井，J1a，4 846.7 m，孔隙度：5.4%；滲透率：0.488×10-3 μm2，最大孔喉半徑：1.471 6 μm，中值半徑R50 =0.026 μm；b.Yn4井，J1a，4 476.1 m，孔隙度：5.4%；滲透率：0.025×10-3 μm2，最大孔喉半徑：0.324 2 μm，中值半徑R50 =0.012 6 μmFig.5 The mercury injection characterics of samples which have the same porosity but different throat radius

圖6 壓汞實測與回歸計算R35對應關系Fig.6 The scatter diagram of R35calculated by actual measurement and regression

2.3 致密砂巖氣儲層評價標準

公式(3)的建立實現了以喉道半徑來判別迪北致密砂巖氣儲層的質量，同時又將喉道與孔隙度、滲透率之間聯系起來，使得評價方法操作性與應用性更強。但是，R35選擇何值作為儲層評價的依據，這與氣藏的實際地質條件有關。本次研究以Yn2c產氣層段巖芯的壓汞測試資料為依據，將滲透率值與R35值進行投影(圖7)，可以看出有效氣層R35值最小可達0.03 μm，這個值與Dengetal.[20]劃分的北美致密氣儲層的分布范圍相近，但是該值在本區不具普遍性，通過該值計算得出的孔隙度值為1.14%，明顯不符合迪北地區的實際氣層特征，而圖7中拐點作為有效氣層內最小R35值具有普遍性。因此將R35=0.17 μm作為本區有效儲層的分界線，代入公式(3)得出圖8中R35=0.17 μm曲線。可以看出該曲線將迪北地區無效儲層(紅色)與有效儲層很好地區分開來。通過落入到該曲線上樣品的壓汞資料與核磁共振數據得出R35=0.17 μm時對應的含氣飽和度為35%左右。由此可以得出迪北地區致密砂巖儲層的有效含氣飽和度應大于35%，這與該區實際的氣層特征一致。

依據樣品喉道大小結合本區孔隙特征，將有效儲層進一步劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種類型(表3、圖8)，與傳統的單純利用孔隙度、滲透率值來評價儲層的方法相比，喉道評價法本身已經考慮了氣藏地層壓力(以Yn2c井氣層壓力為評價基礎，并假設其他井壓力特征與Yn2c井一致)對含氣飽和度的影響。因此，該方法對本區致密砂巖氣的評價更加科學，對儲量的預測也更加精確。新的劃分方法不僅能夠區分迪北地區的氣層與干層，并且能夠給出不同類型儲層間的含氣飽和度分布范圍，對判別本區致密砂巖氣儲層的質量、識別含氣性具有很好地效果。

圖7 Yn2c井氣層巖芯滲透率值與R35關系圖Fig.7 Well Yn2c gas core permeability values and R35

表3 迪北地區侏羅系阿合組致密氣儲層評價標準

圖8 迪北致密氣儲層評價分類圖藍色線表示以喉道方法劃分的儲層分類；紅色線表示常規方法劃分的儲層分類。裂縫造成少量干層樣品分布在Ⅰ類儲層區間。Fig.8 Tight gas reservoir classification

3 結論

(1) 庫車坳陷迪北致密氣藏具有儲層致密、物性差，氣層壓力系數隨構造位置呈有規律的變化、上氣下水的特征，顯示出迪北氣藏為典型的致密砂巖氣。

(2) 氣藏儲層喉道值主要分布在0.6～1.6 μm；喉道是致密氣儲層主要的儲集空間，占總有效空間的50%～70%，喉道的大小直接控制了氣藏儲層的含氣飽和度。

(3) 依據喉道參數建立起的評價方法在迪北地區致密氣儲層評價中取得了很好的效果，對氣層和干層的劃分效果要明顯地優于常規方法。評價結果顯示，迪北地區有效含氣儲層的R35喉道半徑為0.17 μm，對應有效含氣飽和度為35%。以R35喉道半徑開展本區致密砂巖氣儲層的評價，可將有效儲層進一步劃分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層，分別對應含氣飽和度>70%、50%～70%、35%～50%。

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Using Throat Parametre to Assess Tight Sandstone Gas Reservoir: A case study of Dibei tight sandstone gas in the east of Kuqa Depression

LIN Tong1WEI HongXing2XIE YaNi2

(1. Research Institute of Petroleum Exploration and Development-Langfang, PetroChina, Langfang, Hebei 065007, China;2. Research Institute of Exploration and Development of Tarim Oil Company of PetroChina, Korla, Xinjiang 841000, China)

Tight sandstone gas as a kind of unconventional natural gas which showed a trend of rapid exploration development in China. In order to assess the tight sandstone gas reservoir, however, we still continue to use conventional sandstone reservoir assessing parameters and method. The fact proved that the conventional method used for the assessment of tight sandstone gas is obvious inadaptability. In this paper, by comparing the characteristics and forming mechanism between conventional gas reservoir and tight sandstone gas, we conclude that the throat radius and the gas pressure are the critical factors of tight sandstone migration and enrichment. Using the improvement Windland equation withR35parameter which is on behalf of the throat radius when mercury saturation arrives 35%, established a preferable assessing methods for tight sandstone gas reservoir in Dibei aera. Assessment results show that theR35=0.17 μm is the boundary of effective reservoir and invalid reservoir;At the same time, on the basis of theR35size, the effective reservoir can be further divided intoⅠ, Ⅱ and Ⅲ class.

tight sandstone gas; reservoir assessment; throat radius;R35; Dibei area

1000-0550(2016)05-0983-08

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.017

2014-11-24；收修改稿日期：2015-03-16

國家重大科技專項項目(2016ZX05007)[Foundation: National Science and Technology Major Project, No.2016ZX05007]

林 潼 男 1980年出生 博士 高級工程師 儲層分析與油氣成藏研究 E-mail:lintong1980@163.com

P618.13

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