儲層動態滲透率的分析與研究

(中法渤海地質服務有限公司，天津 300452) (中聯煤層氣有限責任公司，北京 100016)

油氣井測試是海洋油氣田勘探開發的關鍵環節，是準確評價油氣田的重要依據。鉆桿測試[1](DST)是目前世界上及時準確評價油氣層的普遍技術，可以獲得在流動狀態下的儲層參數和流體性質，從而對測試層的產能及物性作出評價[2]。海上DST測試難度大且成本高，測試作業前的設計直接影響測試資料錄取的質量、現場作業時間的長短及安全。隨著海洋油氣田勘探開發程度的不斷深入和區域的逐漸擴大，復雜油氣藏接踵出現，油氣田儲層物性變化越來越大，對于測試程序提出了更高的要求。測試前的設計和現場測試程序的調整都需要試井動態滲透率參數模擬測試井滲流的特征，是油田勘探開發的重要依據，對于測試成本的降低、為地質和工程決策提供技術支持至關重要。

1 儲層動態滲透率的優化

電纜地層測試器[3,4](wireline formation testers)可以對不同層段的儲層進行逐一測試，抽取地層流體和測量地層壓力[5]，對電纜地層測試器錄取的壓力資料進行解釋和分析具有一定意義，可為測試前試井設計的基礎參數[6～8]提供參考，尤其是估算試井動態滲透率。

根據電纜地層測試原理，建立相應的電纜地層測試滲流數學模型，研究電纜地層測試滲流數學模型的求解方法及參數敏感性。利用電纜地層測試解釋結果與DST解釋結果進行對比研究，找出二者之間的對應關系或規律，建立動態資料約束下的解釋模型，預測試井動態滲透率。

1.1 建立電纜地層測試球形流模型

在均質油藏且測試層較厚的情況下進行電纜地層測試，測試層將出現球形流滲流特征，如圖1所示，物理模型假設：①均質無限大等厚油氣藏[9]，介質均勻分布在地層中；②流體為單相且微可壓縮，忽略重力和毛細管力；③測試前各處的原始地層壓力相同；④測試階段流體以流量q流動，測試井為裸眼井；⑤流體滲流符合線性達西流動；⑥考慮儲集效應和表皮效應影響。

圖1 球形流模型示意圖

電纜地層測試器單探針測試過程中，儲集層的滲流形式主要為球形流。測試層段的頂底界面及井壁都是封閉界面。當探針插入測試層后，地層中的流體從探針的各個方向流向測試器，流動特征如圖1所示。

通過運動方程、狀態方程、質量守恒方程、初始條件和外邊界條件的推導[10～12]，可得到電纜地層測試的數學模型。多孔介質中的液體滲流滿足線性流動，球形不穩定滲流微分方程如下：

(1)

式中：r為徑向距離，m；t為時間，s；p為地層壓力，MPa；Ct為綜合壓縮系數，MPa-1；Kf為地層滲透率，mD；φ為孔隙度，1。

注：分別為量綱一的壓力和壓力導數；CD為量綱一的管線儲集系數； tD為量綱一的時間。 圖2 均質球形流特征曲線圖

圖3 電纜地層測試滲透率與DST測試滲透率關系圖

1.2 試井動態滲透率預測

利用雙對數曲線擬合方法對電纜地層測試的壓力數據進行解釋，獲取電纜地層測試動態滲透率。電纜地層測試滲透率與DST測試滲透率之間可能存在一定的數值關系，從而預測儲層試井動態滲透率。圖3為各井電纜地層測試滲透率與DST測試滲透率的散點圖，解釋過程中選取了相關性較好的數據。數據回歸得到關系式：

KDST=6.84KMDT

(2)

式中：KMDT為電纜地層測試滲透率，mD；KDST為DST測試滲透率，mD。

通過電纜地層測試模型的建立，利用典型曲線擬合法對部分現場資料進行解釋，對電纜地層測試[13]解釋結果與DST解釋結果進行對比研究，預測儲層試井動態滲透率，最終對試井動態滲透率參數進行合理預測和優化，模擬測試井壓力波及范圍和地層滲流特征曲線，從而使測試前的試井設計趨近于合理，給現場施工一定指導，為類似油田試井動態滲透率解釋模型的建立提供思路和方法。

2 儲層動態滲透率的預測

測井滲透率能夠連續描述儲層縱向上的物性變化及非均質性，但通過測井計算的滲透率解釋結果等參數都只能代表井壁向外幾厘米到幾米的平均值，只是井筒附近各小層一定距離的靜態特征，對于橫向上儲層物性的變化情況，測井滲透率無法描述。

測井滲透率代表井筒周圍小范圍內的滲透率變化情況，無論是常規測井還是特殊項目的測井所確定的滲透率都存在一定偏差。測井解釋過程中求取滲透率的方法通常是根據電性資料解釋出孔隙度，再根據實驗室巖心分析的孔隙度[14～16]與滲透率建立巖石物理模型求出滲透率，但常規取心的成功率比較低[17]，巖心分析的儲集層物性偏低，無法還原地層的真實狀態，導致測出的滲透率與地層動態滲透率存在偏差[18]，特別是疏松砂巖油藏代表性較差，同時受微觀孔隙結構復雜且存在微裂縫的影響，在巖心孔滲實驗數據中，相同孔隙度數值的巖心滲透率數值相差較大。

2.1 測井滲透率與試井動態滲透率關系

由于測試井在測試前很難獲得準確的地層動態滲透率數據，所以需要在已有測試資料的基礎上進行測井滲透率和試井動態滲透率的相關性研究。

不同沉積盆地、不同類型油氣田、不同油組儲層，測井滲透率和試井動態滲透率有著不同的分布特征。分析不同儲層的物性參數，對儲層進行了綜合分類，統計滲透率數據，繪制滲透率分布圖，圖4為A油田低滲儲層滲透率分布圖，圖5為B油田中高滲儲層滲透率分布圖。從滲透率分布圖中可以看出，試井動態滲透率和測井滲透率之間差異較大，試井動態滲透率變化范圍較大，測井滲透率相對均勻。

圖4 A油田低滲儲層滲透率分布圖 圖5 B油田中高滲儲層滲透率分布圖

2.2 測井滲透率與試井動態滲透率關系圖版的建立

在儲層分類的基礎上，統計分析測井滲透率與試井動態滲透率的響應關系，建立應用測井滲透率預測試井動態滲透率的模型，綜合多種分析方法，建立儲層動態滲透率預測圖版，用于儲層參數預測。制定具有統計規律的試井動態滲透率與測井滲透率特征值數據表，同時給出對應不同分類的回歸[19]公式，計算并輸出值，對儲層動態滲透率進行預測。

應用A油田低滲儲層特征值數據繪制試井動態滲透率和測井滲透率的關系圖，如圖6所示。試井動態滲透率與測井滲透率之間差異較小。油層測試厚度較大時，儲層縱向上滲透率之間的差異性，可能會對試井動態滲透率和測井滲透率之間的相關性產生較大的影響，排除測試層厚度較大、小層較多的井。從圖6可以看出，試井動態滲透率和測井滲透率采用多項式擬合回歸，相關系數較高，可達0.9938。

應用B油田中高滲儲層特征值數據繪制試井動態滲透率和測井滲透率的關系圖，如圖7所示。從圖7可以看出，試井動態滲透率與測井滲透率之間差異較大，前者變化較大，后者相對較小，試井動態滲透率和測井滲透率采用指數式擬合回歸，相同巖性地層的相關系數較高，可達到0.9859，說明試井動態滲透率與測井滲透率存在較好的相關性。

圖6 A油田低滲儲層滲透率多項式回歸曲線圖 圖7 B油田中高滲儲層滲透率指數式回歸曲線圖

通過分析發現，試井動態滲透率與測井滲透率隨著儲層物性的不同有著明顯的分布特點，按照儲層物性等條件對儲層進行分類，通過多種方法擬合回歸分析，尋找到滲透率之間的響應關系，建立測井滲透率預測試井動態滲透率不同維度模型，可應用測井滲透率預測試井動態有效滲透率，優化測試前設計，確定合理測試工作制度[20,21]，對儲層勘探開發工作提供重要依據。

3 試井動態滲透率的實時監測

應用電纜地層測試和測井方法預測試井動態滲透率有一定參考價值，尤其是現場施工難度大且風險較大時，測試前對試井動態滲透率進行預測，做好測試前設計，給予現場施工一定指導，但無論是電纜地層測試動態方法還是測井滲透率靜態方法預測儲層動態滲透率都存在一定局限性和不確定性[22]：①在未固結的碳酸巖及不穩定頁巖等裸眼地層中應用電纜地層測試有一定難度；②統計電纜地層測試和DST解釋滲透率之間的關系式有時不合理，相關性較差；③電纜地層測試典型曲線特征多數表現為球形流，無后期完整徑向流動階段，求取的近井地帶的滲透率可能不具代表性；④測井資料受施工情況及探測半徑范圍等因素影響，通過解釋求取的測井滲透率與地層動態滲透率關聯性可能較少或沒有關聯。無論是電纜地層測試動態方法還是測井滲透率靜態方法預測的地層動態滲透率可能與地層實際動態滲透率存在較大偏差。

儲層動態滲透率的實時監測，實時優化測試制度，更有利于提高測試方案的準確性和測試資料的應用速度。聲波無線遙測技術以聲波作為信息載體，采用長距離的鉆柱作為傳輸信道，拾取井下儀器信號，通過中繼站傳遞到地面，實現遠距離實時傳輸，測量并記錄井下壓力與溫度，實時分析試井動態滲透率。A井采用聲波無線遙測技術進行測試， 儲層厚度5.1m，儲層溫度136.8℃，儲層壓力35.21MPa，井眼半徑0.0785m，孔隙度0.179，原油體積因數1.16，原油黏度0.9mPa·s，綜合壓縮系數0.0017MPa-1。通過實時的壓力恢復數據分析，實時求取試井動態滲透率及監測試井特征曲線變化。

A井實時雙對數試井曲線和存儲數據雙對數曲線分別見圖8和圖9。礦場應用結果表明，實時試井雙對數曲線形態與出井后存儲數據雙對數曲線形態一致，求取試井動態滲透率的曲線特征階段明顯。根據求取的試井動態滲透率，現場可實時詳細了解不同關井恢復時間對應的壓力波探測距離，就現場施工方案是否滿足地質要求可作出及時判斷，為地質和工程決策提供技術支持。按照現場實時調整的方案進行DST測試，實時修正相關參數，優化工作制度，可確保錄取完整測試數據的前提下減少關井恢復時間，從而降低現場作業成本，大大提高了測試作業時效，保證了測試成功率，具有明顯的經濟效益和應用價值。

4 結論

1)建立了相應的電纜地層測試滲流數學模型，研究了電纜地層測試滲流數學模型的求解方法及參數敏感性，利用電纜地層測試解釋結果與DST解釋結果進行對比研究，找出了二者之間的對應關系或規律，預測試井動態滲透率，模擬測試井壓力波及范圍和地層滲流特征曲線，從而使測試前的設計趨近于合理，給現場施工一定指導，為類似油田試井動態滲透率解釋模型的建立提供思路和方法。

圖8 A井實時雙對數試井曲線 圖9 A井存儲數據雙對數試井曲線

2)在儲層分類的基礎上，統計分析了測井滲透率與試井動態滲透率的響應關系，建立了應用測井滲透率預測試井動態滲透率的模型和圖版，優化測試前試井設計，確定合理測試工作制度，為儲層勘探開發工作提供重要依據。

3)聲波無線遙測技術實時監測試井動態滲透率，實時優化測試制度，更有利于提高調整測試方案的準確性和測試資料的應用速度，為地質和工程決策提供了技術支持。