致密油有效儲(chǔ)層物性下限的確定
——以高尚堡油田G區(qū)塊Es33Ⅴ油組為例

李春霞

(中國(guó)石油冀東油田分公司勘探開發(fā)研究院,河北唐山 063000)

致密油作為一種非常規(guī)油藏,是指儲(chǔ)集于空氣滲透率小于1.0×10-3μm2的致密儲(chǔ)層中的石油[1-3],未經(jīng)過長(zhǎng)距離運(yùn)移,一般自然產(chǎn)能低于經(jīng)濟(jì)油流下限,需通過大規(guī)模改造措施才能形成工業(yè)產(chǎn)能。

高尚堡油田G區(qū)塊Es33Ⅴ油組為近源準(zhǔn)連續(xù)致密砂巖油藏,目前該區(qū)塊為油田滾動(dòng)開發(fā)的重要目標(biāo)之一,儲(chǔ)層物性下限的不確定性直接影響著油田致密油開發(fā)的決策。本文通過對(duì)大量巖心分析測(cè)試資料統(tǒng)計(jì),運(yùn)用多種方法進(jìn)行研究,并利用壓汞和相滲實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及試油投產(chǎn)結(jié)果對(duì)研究成果進(jìn)行驗(yàn)證,綜合確定該區(qū)致密油的有效儲(chǔ)層物性下限。

1 油藏沉積特征

G區(qū)塊位于南堡凹陷陡坡帶,湖盆北西、北東方向?yàn)楦呱姜M谷地貌,其西北方向?yàn)槲髂锨f凸起,西南方向?yàn)榘馗髑f凸起,邊界斷層的活躍和古氣候的變化控制著沉積體系的時(shí)空分布,形成近物源、多物源的古地形條件。

G區(qū)塊具有北東、北西雙物源,Es33Ⅴ油組位于凹陷陡坡帶相對(duì)平緩的斜坡區(qū),沉積期處于淺水環(huán)境,是由兩個(gè)物源的扇垛體混合沉積組成的淺水型多物源扇三角洲沉積,儲(chǔ)層主要是扇三角洲前緣砂體,微相類型有水下分流河道、河口壩、水下分流河道側(cè)緣、分流間灣等。Es33Ⅴ油藏的油層埋深約為3 600～4 400 m,油層分布受儲(chǔ)層物性、異常壓力、烴源巖共同控制,油藏類型為近源準(zhǔn)連續(xù)致密砂巖油藏[4]。

2 油藏儲(chǔ)集性能特征

根據(jù)區(qū)內(nèi)巖心分析資料統(tǒng)計(jì),Es33Ⅴ油組孔隙度為5.2%～23.5%,中值12.8%;滲透率為0.05×10-3～183.89×10-3μm2,中值0.85×10-3μm2(圖1)。根據(jù)DZ/T 0335-2020《致密油儲(chǔ)量估算規(guī)范》中對(duì)致密油的定義,確定G區(qū)塊Es33Ⅴ儲(chǔ)層為致密油藏有效儲(chǔ)層。

圖1 G區(qū)塊Es33Ⅴ油藏巖心分析孔隙度、滲透率統(tǒng)計(jì)直方圖

Es33Ⅴ儲(chǔ)層主要發(fā)育原生孔隙和次生孔隙,原生孔隙主要為殘余粒間孔(圖2a),次生孔隙以粒間溶孔(圖2a、b)為主,粒內(nèi)溶孔為輔,如晶間孔、雜基內(nèi)溶孔(圖2c)等。 喉道主要為片狀、管束狀(圖2d),發(fā)育亞微米-納米級(jí)喉道,孔喉分布不集中、喉道半徑差異大。儲(chǔ)層物性差,非均質(zhì)性強(qiáng)[5-6]。

a.G1井,殘余粒間孔;b.G1井,粒間溶孔;c.G1井,雜基內(nèi)微孔隙;d.G2井,片狀喉道、管束狀喉道、縮頸型喉道

3 有效儲(chǔ)層物性下限確定

基于G區(qū)塊Es33Ⅴ致密砂巖油藏特征,綜合運(yùn)用巖心含油產(chǎn)狀法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、孔滲關(guān)系法、最小流動(dòng)孔喉半徑法、壓汞參數(shù)法等五種方法確定研究區(qū)有效儲(chǔ)層的物性下限值[7-10]。

3.1 巖心含油產(chǎn)狀法

含油產(chǎn)狀法是通過建立含油產(chǎn)狀和物性參數(shù)之間的關(guān)系(圖3)來確定有效儲(chǔ)層物性下限的一種方法[11-12]。應(yīng)用該區(qū)575塊樣品,統(tǒng)計(jì)不同含油產(chǎn)狀的孔隙度、滲透率分布情況,發(fā)現(xiàn)當(dāng)巖心含油樣品在孔隙度小于7.1%、滲透率小于0.12×10-3μm2時(shí)幾乎不含油,所以確定有效儲(chǔ)層物性下限孔隙度為7.1%、滲透率為0.12×10-3μm2是合理的。

3.2 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法

采用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法,繪制全部取心井儲(chǔ)層樣品的滲透率和孔隙度直方圖、累計(jì)頻率曲線,以及累計(jì)滲透能力和孔隙能力丟失曲線[13-14](圖4)。

圖4 G區(qū)塊Es33Ⅴ儲(chǔ)層滲透率、孔隙度丟失能力直方圖

G區(qū)塊Es33Ⅴ儲(chǔ)層屬于低滲透儲(chǔ)層,取該區(qū)塊巖心分析平均滲透率值的5%作為儲(chǔ)層流體流動(dòng)(即生產(chǎn))滲透率的臨界值。從G區(qū)塊Es33Ⅴ儲(chǔ)層滲透率丟失能力圖中可看出,當(dāng)臨界值為0.16×10-3μm2時(shí),累計(jì)滲油能力丟失1%,滲透率樣品丟失13%(圖4a),從本區(qū)滲透率與孔隙度關(guān)系式可計(jì)算出對(duì)應(yīng)于滲透率0.16×10-3μm2的孔隙度為7.7%;從圖4b可知,對(duì)應(yīng)于孔隙度7.7%,累計(jì)儲(chǔ)油能力丟失8%,孔隙度樣品丟失14%,所以可以取孔隙度7.7%、滲透率0.16×10-3μm2作為G區(qū)塊Es33Ⅴ儲(chǔ)層的物性下限值,其儲(chǔ)油和產(chǎn)油能力丟失都比較小,故該下限值是合理的。

3.3 孔滲關(guān)系法

圖5為G區(qū)塊Es33Ⅴ儲(chǔ)層孔隙度與滲透率交會(huì)圖,以孔隙度8%為界限,當(dāng)孔隙度低于8%時(shí)滲透率隨之增加,但變化很小,而孔隙度大于8%時(shí),滲透率隨之增加且呈現(xiàn)明顯增加,因?yàn)榍罢呖紫兑詿o效孔隙為主,后者孔隙則是具有一定滲透能力的有效孔隙[15]。由孔滲關(guān)系式計(jì)算當(dāng)孔隙度為8%時(shí)滲透率為0.22×10-3μm2,因此利用孔滲關(guān)系法可將該儲(chǔ)層孔隙度下限定為8%,滲透率下限定為0.22×10-3μm2。

圖5 G區(qū)塊Es33Ⅴ孔隙度和滲透率交會(huì)圖

3.4 最小流動(dòng)孔喉半徑法

通過對(duì)G區(qū)塊Es33Ⅴ儲(chǔ)層現(xiàn)有的毛管壓力資料進(jìn)行“J”函數(shù)處理,得到具有代表意義的平均毛管壓力曲線(圖6),以平均毛管壓力曲線為基礎(chǔ),采用Purcell公式確定儲(chǔ)層的最小流動(dòng)孔喉半徑。

圖6 G區(qū)塊Es33Ⅴ平均毛管壓力曲線

Purcell公式法是以等對(duì)數(shù)孔隙半徑間隔為單元,計(jì)算每個(gè)單元的滲透能力貢獻(xiàn)值及累計(jì)滲透能力(表1)。取累計(jì)滲透能力為99.99%時(shí)的孔隙半徑為油的最小流動(dòng)孔喉半徑[16-17],確定G區(qū)塊Es33Ⅴ油組的最小流動(dòng)孔喉半徑為0.1 μm。

表1 G區(qū)塊巖石滲透能力計(jì)算表(Purcell公式法)

根據(jù)巖心壓汞分析資料分別建立了巖石滲透率、孔隙度與平均孔隙半徑的相關(guān)關(guān)系。巖石滲透率與平均孔隙半徑具有良好的正相關(guān)關(guān)系,關(guān)系式如下:

lgK=0.773 8+1.620 1lgr(R2=0.857,N=49)

(1)

式中:r為平均孔隙半徑,m;K為巖石滲透率,10-3μm2。

利用式(1)可以確定油的最小流動(dòng)孔隙半徑為0.1 μm,其所對(duì)應(yīng)的巖石滲透率為0.14×10-3μm2,該值即為油層的滲透率下限值。由滲透率與孔隙度關(guān)系式可以確定G區(qū)塊Es33Ⅴ儲(chǔ)層巖石滲透率為0.14×10-3μm2時(shí),對(duì)應(yīng)的孔隙度約為7.2%。

3.5 壓汞參數(shù)法

物性大小與排驅(qū)壓力有直接關(guān)系,可以用來確定有效儲(chǔ)層的物性下限[18]。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室壓汞資料分析的排驅(qū)壓力與巖心孔隙度、滲透率建立關(guān)系(圖7),從圖中可看出,當(dāng)巖心孔隙度為8.5%、滲透率為0.15×10-3μm2時(shí)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn),這種儲(chǔ)滲能力變化的突變點(diǎn)可作為該儲(chǔ)層孔隙度、滲透率的下限[19]。

圖7 G區(qū)塊排驅(qū)壓力與孔隙度、滲透率關(guān)系

上述五種確定有效儲(chǔ)層物性下限的方法各有優(yōu)缺點(diǎn),巖心含油產(chǎn)狀法要求孔隙度、滲透率與錄井描述含油性深度歸位一致;經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法則從儲(chǔ)油能力和滲流能力兩方面來確定儲(chǔ)層物性下限,但是丟失比的確定具有主觀性;孔滲關(guān)系法方法簡(jiǎn)單,容易操作,滲透率與孔隙度常有冪函數(shù)統(tǒng)計(jì)關(guān)系,但是曲線拐點(diǎn)不易確定。這三種方法都是基于大量巖心物性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的靜態(tài)統(tǒng)計(jì)方法,需要開展大量的物性分析測(cè)試才能滿足儲(chǔ)層物性下限確定的精確性。目前G區(qū)塊Es33Ⅴ儲(chǔ)層有575個(gè)孔滲樣品,數(shù)據(jù)點(diǎn)充足,能較好地反映該儲(chǔ)層的孔滲特征,具有一定的代表性。

最小流動(dòng)孔喉半徑法是基于滲流力學(xué)原理的動(dòng)態(tài)計(jì)算方法,從壓力與進(jìn)汞量角度反映了不同孔喉半徑對(duì)滲透率能力的貢獻(xiàn),確定的滲透率下限相對(duì)客觀真實(shí);而壓汞參數(shù)法作為最小孔喉半徑法的一種替代方法,將最小孔喉用排驅(qū)壓力來替代,兩種方法可相互驗(yàn)證和補(bǔ)充。

這些方法都只是從某一方面來反映儲(chǔ)層的特征,分析結(jié)果也會(huì)有差別,為避免下限確定的單一性和局限性,應(yīng)綜合利用這五種方法同時(shí)來確定有效儲(chǔ)層物性下限值。G區(qū)塊Es33Ⅴ致密砂巖儲(chǔ)層孔隙度下限為7.1%～8.5%,滲透率下限為0.12×10-3～0.22×10-3μm2(表2)。可以看出孔隙度和滲透率下限范圍變化不大,可取孔隙度平均值7.7%、滲透率平均值0.16×10-3μm2作為G區(qū)塊Es33Ⅴ致密砂巖有效儲(chǔ)層物性下限。

表2 G區(qū)塊Es33Ⅴ致密油藏砂巖有效儲(chǔ)層物性下限值

4 物性下限準(zhǔn)確性檢驗(yàn)

為了檢驗(yàn)上述致密砂巖儲(chǔ)層下限的合理性,選取G區(qū)塊Es33Ⅴ油組GX井在4 222.02 m深度樣品的相滲資料(圖8a)與壓汞資料(圖8b)相結(jié)合進(jìn)行證實(shí)。

圖8 GX井(4 222.02 m樣品)相滲曲線和壓汞曲線

相滲資料顯示的A點(diǎn)含水飽和度為53.3%,也就是當(dāng)含油飽和度達(dá)到46.7%,是出純油的界限點(diǎn),在該樣品的壓汞曲線上可以查出A點(diǎn)(含水飽和度為53.3%)對(duì)應(yīng)的最大毛管壓力為7.38 MPa,最小流動(dòng)孔喉半徑為0.103 μm,通過孔隙半徑與滲透率建立的關(guān)系式可以求出對(duì)應(yīng)的孔隙度為7.4%,滲透率為0.15×10-3μm2,即當(dāng)物性達(dá)到上述值時(shí),生產(chǎn)是可以出純油的。該實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了G區(qū)塊Es33Ⅴ油組致密砂巖油藏有效儲(chǔ)層物性下限確定為孔隙度7.7%、滲透率0.16×10-3μm2是合理的。

結(jié)合GX井的實(shí)際生產(chǎn)情況也可證實(shí)有效儲(chǔ)層物性下限取值的合理性。該井于2016年10月壓裂投產(chǎn)71、72、73、77號(hào)層,日產(chǎn)油9.66 t,無水。71、72、73、77號(hào)層的孔隙度為7.8%～9.0%,滲透率為0.17×10-3～0.23×10-3μm2,也進(jìn)一步驗(yàn)證了孔隙度7.7%、滲透率0.16×10-3μm2以上基本能達(dá)到生產(chǎn)要求。

5 結(jié)論

1)G地區(qū)Es33Ⅴ油組為近源準(zhǔn)連續(xù)致密砂巖油藏,儲(chǔ)層主要發(fā)育原生孔隙和次生孔隙,原生孔隙主要為殘余粒間孔,次生孔隙以粒間溶孔為主。巖心分析孔隙度中值為12.8%,滲透率中值為0.85×10-3μm2,儲(chǔ)層物性差,非均質(zhì)性強(qiáng)。

2)確定儲(chǔ)層物性下限的方法有很多種,但每種方法都只能從某一方面來反映儲(chǔ)層的特征,分析結(jié)果也會(huì)有差別,為避免有效儲(chǔ)層物性下限確定的單一性和局限性,在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)采取多種方法綜合確定物性下限值。

3)綜合運(yùn)用巖心含油產(chǎn)狀法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、孔滲關(guān)系法、最小流動(dòng)孔喉半徑法、壓汞參數(shù)法等五種方法對(duì)G區(qū)塊Es33Ⅴ油組致密砂巖油藏有效儲(chǔ)層物性下限取值,確定孔隙度下限為7.7%,滲透率下限為0.16×10-3μm2,GX井投產(chǎn)層相滲資料與壓汞資料相結(jié)合進(jìn)一步驗(yàn)證了這一結(jié)果的合理性。物性下限的確定可為致密油有效儲(chǔ)層儲(chǔ)量精確評(píng)估以及后續(xù)合理開采提供更多依據(jù)。

4)隨著油氣勘探開發(fā)不斷深入,經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和石油開采工藝技術(shù)提升,物性下限值也會(huì)逐漸下移,原先的非有效儲(chǔ)層也能夠獲得工業(yè)油氣,重新確定儲(chǔ)層物性下限將是未來長(zhǎng)期研究的一個(gè)工作重點(diǎn)。致密砂巖油藏有效儲(chǔ)層下限的研究可為其他低滲透非常規(guī)儲(chǔ)層提供更多參考和借鑒。