李興麗, 陸云龍, 齊奕

(中海石油(中國)有限公司天津分公司, 天津 300452)

0 引 言

滲透率是儲層物性評價、滲流特性研究和油藏開采的重要參數(shù)[1]。渤海油田獲取滲透率的途徑主要有巖心實驗室測量、試井解釋滲透率、測井解釋滲透率等方法。受海上條件限制,前2種方法成本較高,且不連續(xù),通常采用測井解釋得到連續(xù)的滲透率數(shù)值。目前砂泥巖儲層主要通過常規(guī)測井基于孔隙度滲透率關(guān)系計算儲層滲透率[2],而復(fù)雜巖性儲層孔隙度滲透率關(guān)系復(fù)雜,常規(guī)測井難以準(zhǔn)確計算,通常結(jié)合陣列聲波[3]、核磁共振[4]等測井新技術(shù)進行評價。

地層元素能譜測井(ECS)測量地層元素類型與含量,通過計算得到地層礦物含量,實現(xiàn)地層巖性識別[5]?；诩s翰遜提出的Lambda滲透率模型,充分挖掘ECS測井應(yīng)用潛力,根據(jù)其提供的礦物含量、骨架密度、礦物比表面積等參數(shù)實現(xiàn)滲透率定量計算。對渤海部分井處理發(fā)現(xiàn),該方法在復(fù)雜巖性儲層中計算的滲透率與巖心分析滲透率基本吻合,可為復(fù)雜巖性儲層滲透率評價提供一種有效手段。

1 ECS測井評價滲透率理論模型

1986年Johnson等[6]提出Λ參數(shù),作為連通孔隙大小的動態(tài)電性評價參數(shù),該參數(shù)中的電場動態(tài)變化受顆粒表面積與孔隙體積影響。由于孔隙喉道電場對其貢獻最大,Johnson等認為對于簡單孔隙幾何因子地層,滲透率與Λ和地層因素F有關(guān),

K∝Λ2φm

(1)

式中,K為地層滲透率,mD*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同;φ為孔隙度,%;m為膠結(jié)指數(shù),無量綱。

由于Λ參數(shù)難以測量,對于簡單孔隙幾何因子地層,孔隙表面積與孔隙體積之比與Λ成反比,滲透率可以通過式(2)表示,即Lambda滲透率

KΛ=Z1φm(S/Vp)2≡Z1φmS0ρm1-φφ2

(2)

式中,KΛ為Lambda滲透率,mD;S為孔隙表面積,m2;Vp為孔隙體積,m3;Z1為比例常數(shù),無量綱;ρm為骨架密度,g/cm3;S0為顆粒比表面積,m2/g。

泥質(zhì)礦物對表面積貢獻最大,并且不同的泥質(zhì)礦物其比表面積為唯一的定值[7]。比表面積可以通過不同礦物成分百分比的線性組合表示?？紤]到實際上并不是所有的比表面積都參與到流體流動,此時比表面積可通過式(3)表示

S0=∑MiviS0i

(3)

式中,Mi為礦物含量,%;S0i為礦物的比表面積,m2/g;vi為礦物校正系數(shù),無量綱。

通過式(2)、式(3)可得到Lambda滲透率的表達式

(4)

Herron等[8]通過大量巖心實驗發(fā)現(xiàn),當(dāng)滲透率小于100 mD時,式(4)計算的滲透率與巖心分析滲透率存在一定誤差。滲透率小于100 mD時,通常對式(4)進行校正

式中,KΛ1為滲透率小于100 mD時對應(yīng)的Lambda滲透率,mD。

ECS測井能夠提供準(zhǔn)確的地層礦物成分含量與骨架密度,結(jié)合常規(guī)測井與巖電分析可以得到孔隙度與膠結(jié)指數(shù),通過地區(qū)巖心適當(dāng)刻度即可確定式(4)中的地區(qū)經(jīng)驗系數(shù),實現(xiàn)Lambda滲透率定量計算。

2 Lambda滲透率模型計算方法在渤海油田的應(yīng)用

2.1 實例1

QHD油田儲層巖性復(fù)雜,其中QHD-5井鉆遇到灰質(zhì)砂礫巖、鮞粒白云巖、白云質(zhì)鮞粒砂巖、砂礫巖、凝灰質(zhì)砂巖、砂巖等,其儲集空間以次生溶蝕孔和粒間孔為主,儲層物性差別大,非均質(zhì)性強。圖1(a)為QHD-5井巖心分析孔隙度滲透率關(guān)系,可以看出該井孔隙度滲透率關(guān)系較差。為了提高該油田的孔隙度滲透率關(guān)系,通過鄰井以及鄰近油田巖心孔隙度滲透率數(shù)據(jù)進行整體回歸[見圖1(b)]。數(shù)據(jù)點包含了從低孔隙度滲透率到高孔隙度滲透率的大部分數(shù)據(jù)點,回歸關(guān)系有所提高。但在勘探初期井少情況下,單井孔隙度滲透率關(guān)系難以滿足滲透率的精確計算。

圖1 QHD-5井與鄰井巖心分析孔隙度滲透率關(guān)系圖

通過Lambda滲透率模型、多礦物模型、孔隙度滲透率回歸模型對QHD-5井滲透率進行計算(見圖2)。該井巖性復(fù)雜,包括高嶺石、石英、白云巖、石灰?guī)r等多種礦物,多礦物模型中加入1種特殊礦物模擬復(fù)雜巖性(見第9道巖性剖面)。該井孔隙度計算與巖心分析(見第7道)相吻合,證實孔隙度計算的準(zhǔn)確性。第8道為不同方法計算的滲透率曲線與巖心分析滲透率對比結(jié)果,通過該區(qū)塊不同井巖心孔隙度滲透率數(shù)據(jù)回歸得到回歸滲透率模型。該模型計算滲透率曲線(藍線)嚴重依賴于巖心數(shù)據(jù),巖心數(shù)據(jù)的代表性決定該模型計算滲透率曲線的準(zhǔn)確性。圖2中在巖心孔隙度范圍內(nèi)計算的滲透率數(shù)值基本在孔隙度滲透率關(guān)系模型附近,對于孔隙度較低層段,滲透率計算與其他方法相比差異較大。

多礦物模型理論上通過儀器對地層響應(yīng)特征能夠最為真實地反映地層特性,因此最具代表性,但計算滲透率曲線(黑線)嚴格受到礦物成分影響。如果礦物成分計算準(zhǔn)確,則滲透率相對準(zhǔn)確,否則出現(xiàn)較大偏差。如該井3 345 m以下,由于特殊礦物較難模擬,礦物成分計算誤差較大,滲透率計算與巖心分析相差較多;Lambda滲透率模型通過巖心礦物成分與滲透率刻度,具有一定的代表性,能夠反映礦物成分含量與滲透率之間的定量關(guān)系,具有較為普遍的適用性,因此計算的滲透率曲線(紅線)與巖心分析基本一致,證實該方法的可靠性。該井3 308～3 330 m段(見圖2中第5道綠色填充)實施壓裂作業(yè)并進行測試,壓裂前無產(chǎn)出,壓裂后產(chǎn)油64 m3/d,產(chǎn)氣5 976 m3/d,可見該處儲層滲透性較差,但在熒光顯示較好的2個位置,Lambda滲透率模型計算的滲透率與孔隙度滲透率關(guān)系計算的滲透率基本一致,分析認為此處對油氣貢獻較大。

圖2 QHD-5井滲透率解釋成果對比圖*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

2.2 實例2

BZ油田沙河街組儲層巖性含鈣,巖心分析發(fā)現(xiàn)碳酸鹽巖含量超過3%時,碳酸鹽巖含量或巖心分析孔隙度與滲透率無相關(guān)關(guān)系,此時對于碳酸鹽巖含量較高的儲層利用孔隙度滲透率關(guān)系難以準(zhǔn)確計算滲透率。如圖3所示,該油田A井沙一段滲透率較低,沙二段滲透率較高,而B井沙一段滲透率較高,沙二段滲透率較低,2口井沙一段與沙二段具有不同的孔隙度滲透率關(guān)系。

圖4為A井、B井沙一段與沙二段儲層中子—密度交會圖。由圖4可知A井沙一段含鈣較高,導(dǎo)致滲透率較低,而B井沙二段含鈣較高,導(dǎo)致滲透率較低。因此,在開發(fā)階段,采用沙一段與沙二段孔隙度滲透率關(guān)系的平均值計算滲透率,使得開發(fā)井滲透率計算變得十分復(fù)雜。

通過Lambda滲透率模型對BZ油田某開發(fā)井滲透率進行計算(見圖5)。該井3 109～3 120 m段計算的滲透率(見第6道紅線)比用孔隙度滲透率關(guān)系平均值計算的滲透率(見第6道藍線)高,其余井段基本一致。該井段沙一段為射孔段,通過2種方法分別對該井進行產(chǎn)能計算(見表1)。由表1可見,原方法沙一段產(chǎn)能17 m3/d,明顯比Lambda方法(54 m3/d)低,其配產(chǎn)與實際生產(chǎn)相差34 m3/d,而Lambda法在其他井段滲透率與原方法基本一致,其配產(chǎn)與實際生產(chǎn)相差3 m3/d,從而證實沙一段Lambda法計算滲透率的合理性。

圖3 BZ油田A井、B井沙一段、沙二段孔隙度滲透率關(guān)系對比圖

圖4 BZ油田A井、B井沙一段、沙二段儲層中子—密度交會圖

圖5 BZ油田某開發(fā)井孔隙度滲透率關(guān)系平均值法與Lambda法計算的滲透率比較

計算方法?-K(E3S1)Lambda(E3S1)全井配產(chǎn)(?-K)全井配產(chǎn)(Lambda)實際產(chǎn)能產(chǎn)能/(m3·d-1)1754186223220

3 結(jié) 論

(1) 針對渤海油田復(fù)雜巖性儲層滲透率計算問題開展研究,基于Lambda滲透率模型借助ECS測井技術(shù)提供的礦物成分、骨架密度等參數(shù)實現(xiàn)儲層滲透率的定量計算。

(2) 通過渤海油田部分井應(yīng)用發(fā)現(xiàn),該方法簡單實用,受巖心數(shù)據(jù)影響較小,儲層滲透率可直接通過ECS礦物模型計算,相對多礦物模型具有一定的確定性。

(3) 通過巖心對比與生產(chǎn)動態(tài)證實,對于復(fù)雜巖性儲層Lambda方法能夠得到合理的滲透率值,為復(fù)雜巖性儲層測井評價提供一種有效手段,同時擴展了ECS測井在儲層評價中的應(yīng)用。

參考文獻:

[1] 張詩笛, 馮文光, 楊宇. 常規(guī)測井估算滲透率新方法 [J]. 石油天然氣學(xué)報, 2010, 32(4): 260-264.

[2] 荊萬學(xué). 常規(guī)測井資料計算砂巖儲層滲透率的理論思考 [J]. 測井技術(shù), 2002, 26(1): 46-48.

[3] Tang X M, Cheng C H. Fast Inversion of Formation Permeability from Stoneley Wave Logs Using a Simplified Biot-Rosenbaum Mode [J]. Geophysics, 1996, 61(3): 639-645.

[4] 王光海, 李高明. 用核磁共振測井確定滲透率的原理和方法分析 [J]. 測井技術(shù), 2001, 25(2): 101-104.

[5] 袁祖貴, 成曉寧, 孫娟. 地層元素測井(ECS)——一種全面評價儲層的測井新技術(shù) [J]. 原子能科學(xué)技術(shù), 2004, 38(增刊): 208-213.

[6] Johnson D L, Koplik J, Schwartz L M. New Pore-size Parameter Characterizing Transport in Porous Media [J]. Phys Rev Let, 1986(57): 2564-2567.

[7] Van Olphen H, Fripiat J J. Data Handbook for Clay Minerals and Other Non-metallic Minerals [M]. New York City: Pergamon Press, 1979: 346.

[8] Herron M M, Johnson D L, Schwartz L M. A Robust Permeability Estimator for Siliciclastics [C]∥Herron SPE, 1998: 777-787.