應用流動能力指數評價砂礫巖儲層有效性

劉文輝, 申波, 高勃胤, 趙景

(1.中國地質大學地球物理與空間信息學院, 湖北 武漢 430074; 2.中石化華北石油工程有限公司測井分公司, 河南 新鄉(xiāng) 453700; 3.長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室, 湖北武漢 430010; 4.長江大學地球物理與石油資源學院, 湖北 武漢 430010)

0 引 言

儲層有效性評價研究是測井評價的重點和難點[1-4],也是直接影響儲量計算結果與勘探開發(fā)整體決策的重要因素。儲層有效性評價往往根據試油井段的產能條件,通過化驗資料、常規(guī)測井以及特殊測井資料的對比分析,確定儲層有效性綜合評價指標,進而建立研究區(qū)不同儲層級別的分類標準。本文針對非均質性砂礫巖儲層有效性評價,通過流動孔隙度理論的討論和分析,從不同探測范圍內流動能力差異入手,提出一種應用流動能力指數評價有效性的新方法。

1 流動孔隙度

1.1 理論背景

在測井解釋中,地層電阻率因素定義為完全飽含地層水巖樣的電阻率與地層水電阻率的比值(FR),即

(1)

式中,R0為完全飽含地層水巖樣電阻率,Ω·m;Rw為地層水電阻率,Ω·m;a、m分別為巖性指數和膠結指數;φ為孔隙度。

Maxwell[5]發(fā)現,在連續(xù)的導電介質中,當分散、互相不接觸的非導電介質為完全球體時,地層電阻率因素與孔隙度的關系可以表述為

FR=1+1.5(φ-1-1)

(2)

該方程建立的條件極具理想化,在測井解釋中較少用到。Fricke[6]引入了幾何形狀參數的概念,假設非導電介質為橢球體,以Maxwell方程為基礎,得到地層因素與孔隙度的關系表達式

FR=1+(1+x-1)(φ-1-1)

(3)

式中,x為幾何形狀參數,與橢球體長短軸比值有關。當x=2時,即等同于Maxwell方程,一般情況下,x<2。

圖1 Maxwell導電模型示意圖[7]

當電流遇到非導電橢球體時(見圖1),由于電流方向的突然改變,會在連續(xù)的導電介質空間范圍內的某些區(qū)域形成電流“死角”(見圖1中T處黑色標示區(qū)域代表無電流流動的孔隙空間),即除了非導電橢球體之外的流體空間內仍存在電流無法流動的區(qū)域。

圖2 孔隙介質平面示意圖[8]

圖2為孔隙介質平面示意圖。由圖2可知,即使在巖石完全飽含地層水條件時,由于巖石孔隙結構的復雜性,同樣存在無電流流動區(qū)域(見圖2中T處),實際電流流動通道為C所標示的區(qū)域。因此,根據電流的流動特性,可將總孔隙度分為流動孔隙度和靜止孔隙度2部分,其關系表達式為

φ=φf+φs

(4)

式中,φf為流動孔隙度;φs為靜止孔隙度。

1.2 計算方法

假設巖石骨架不導電,電阻率測井主要反映地層條件下巖石中連通孔隙內自由導電流體的信息。由于多種因素的耦合作用(井眼分流、導電礦物等),即使在無孔隙發(fā)育的致密地層中,電阻率也絕非無窮大。嚴格從電阻率測井值中分離出各種影響因素的電導率貢獻值非常困難,實際應用中,通常巖石骨架的電導率可以采用常數或含水飽和度的函數代替[9]。

這里主要討論一種簡易的考慮巖石骨架導電條件下的流動孔隙度計算方法。首先定義除流動孔隙導電外的各種耦合作用電導率的總貢獻值為背景電導率,用Cbg表示。在原狀地層范圍內,應該滿足以下邊界條件:當流動孔隙度等于0時,測井得到的電導率(Ct)為背景電導率(Cbg);當流動孔隙度等于1時,測量的電導率是孔隙流體電導率(Cf)。根據電導率線性疊加的性質,可得

(5)

式中,Ct、Cf和Cbg分別表示測井電導率、孔隙流體電導率和背景電導率。

根據Maxwell導電模型的分析可知,并不是所有含水孔隙空間內都存在自由流動的電流,即φw≠φf。因此,在油(氣)、水共存條件下,孔隙流體的電導率取決于地層水電導率和電流能夠自由流動的水體空間大小。因為油(氣)不導電,所以有

(6)

式中,Swf為導電水飽和度;Cw為地層水電導率。

通過式(4)、式(5)和式(6)可知,當φf=0時,有φ=φs,即孔隙內無電流流動,測井電導率即為背景電導率;當φf=1時,有φ=φf=1,且φs=0,此時測量的電導率為地層水電導率。

為了區(qū)分連通孔隙空間和總孔隙空間[10],并降低理想條件下計算流動孔隙度的誤差,式(6)改寫為

(7)

式中,α為孔隙空間結構因子。

聯立式(6)和式(7),經化簡、合并可得

(8)

解式(8)關于φf一元二次方程,取其正值即為流動孔隙度值。

2 流動能力指數

鉆井過程中,不可避免地會發(fā)生泥漿侵入滲透性儲層的現象。泥漿濾液電阻率和地層水電阻率之間的差異,勢必造成儲集層電阻率在徑向特征上的變化。在泥餅形成之前,這種滲流作用同時受到多種因素的制約,如孔隙度、滲透率、泥漿柱壓力與地層壓力差值、泥漿性能以及地層被鉆開后經歷的時間等。

流動孔隙度反映原狀地層中導電水占據的孔隙空間。對于沖洗帶地層,也可得到相應的流動孔隙度,其反映沖洗帶地層范圍內能夠導電的泥漿濾液占據的孔隙空間。因此,根據式(8)可得其計算方程為

(9)

式中,Cmf、Cbgf、Cxo分別為泥漿濾液電導率,沖洗帶背景電導率和沖洗帶電導率;φff為沖洗帶流動孔隙度,小數;αf沖洗帶孔隙空間結構因子。

假設泥漿滲濾作用只與儲層物性有關時,則儲層物性越好,沖洗帶內孔隙流體被泥漿濾液沖洗得越徹底,沖洗帶流動孔隙度也就越接近總孔隙度,即φ-φff值越小;沖洗帶流動孔隙度與原狀地層流動孔隙度之間的差值也就越大,即φff-φf值越大。此外,泥漿的滲濾作用與巖性也有著密切的聯系,因而需要引入巖性綜合主成分F以反映泥漿滲流作用對不同巖性地層的差異程度[11]。為了消除綜合主成分正、負值對計算結果的影響,對F值進行歸一化處理,定義流動能力指數來衡量不同巖性儲層泥漿滲流作用的大小,其表達式為

(10)

根據流動能力指數定義式可知,該參數是不同探測深度范圍內的流動孔隙度差異及巖性的綜合響應。由于儲層厚度也是影響儲層有效性評價的重要因素,因此,為了能夠準確地衡量研究區(qū)儲層的產出能力,按照單位厚度日產液量(該日產液量包括日產油、氣和水,其中一方水按一噸產液量折算)的高低將儲層分為3類。Ⅰ類儲層:每米日產液量大于0.8 t;Ⅱ類儲層:每米日產液量介于0.07～0.8 t;Ⅲ類儲層:每米日產液量小于0.07 t。

利用該方法對某地區(qū)19口井50個試油層段進行了實際資料的處理,根據孔隙度—流動能力指數交會圖建立了儲層分類標準(見圖3和表1)。

圖3 研究區(qū)儲層孔隙度—流動能力指數交會圖

儲層分類每米日產液量/t分類標準Ⅰ類儲層>0.8?>11%或IFC>0.8Ⅱ類儲層0.07～0.87.5%≤?≤11%時,IFC≤0.8;?<7.5%時,0.4≤IFC≤0.8Ⅲ類儲層<0.07?<7.5%且IFC<0.4

3 應用實例

利用上述方法對研究區(qū)A井砂礫巖儲層進行了實際資料的處理,同時結合孔隙度譜分析程序得到的不同孔徑的孔隙度分布狀態(tài)展開儲層的有效性評價。

圖4為A井2 268～2 300 m段流動能力指數及孔隙度譜處理效果圖。根據孔隙度譜處理結果可以看出,次生孔隙主要發(fā)育于2 280～2 282 m井段和2 294～2 296 m井段,而試油層段2 266～2 273 m對應的孔隙度譜呈單峰分布特征,分布范圍較窄,并且主峰靠近0孔隙度基線,表明該層段以原生孔隙為主,次生孔隙不發(fā)育;從FMI圖像特征上看,該層段沒有裂縫發(fā)育;另外,流動能力指數計算值小于0.4,試油驗證為干層。從常規(guī)測井曲線響應特征上看,3個層段差異較小,但根據電阻率成像孔隙度譜和流動能力指數的分析能夠較好的評價儲層有效性。

圖5為A井2 770 ～ 2 815 m段流動能力指數及孔隙度譜處理效果圖。從整體上看,流動能力指數計算值明顯大于干層,孔隙度譜分布范圍較寬,且大都表現為雙峰或多峰的分布特征,表明次生孔隙發(fā)育,并且孔隙分布尺度大,說明該層段非均質性較強,試油顯示為高產油層。其中2 782～2 787 m井段流動能力指數平均值大于0.8,同時FMI圖像特征顯示裂縫非常發(fā)育。

圖4 A井2 268～2 300 m段流動能力指數及孔隙度譜處理效果圖*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

圖5 A井2 770～2 815 m段流動能力指數及孔隙度譜處理效果圖

4 結 論

(1) 在流動孔隙度理論分析的基礎上,針對不同探測深度流動能力差異,提出了流動能力指數的概念,并建立了利用流動孔隙度和綜合主成分計算流動能力指數的方法。

(2) 通過實際井資料的處理表明,利用流動能力指數能夠較好的評價砂礫巖儲層的有效性。在此基礎上,根據孔隙度和流動能力指數交會的方法建立了研究區(qū)砂礫巖儲層分類標準。

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