渤中19- 6 氣田變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層基巖滲透率計(jì)算方法

陳 迪

（中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司深圳分公司,廣東 深圳 518000）

渤中19-6 氣田是渤海灣盆地最近發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大的變質(zhì)巖潛山凝析氣藏,探明地質(zhì)儲(chǔ)量超過千億立方米[1],其高效經(jīng)濟(jì)開發(fā)對(duì)保障我國(guó)能源安全有著重要意義。該區(qū)域變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和長(zhǎng)期的風(fēng)化作用,形成了以風(fēng)化淋濾孔(縫)、構(gòu)造裂縫和礦物顆粒晶內(nèi)裂縫為主的大量次生儲(chǔ)集空間[2],使儲(chǔ)層表現(xiàn)出了以裂縫為主要滲流通道、孔隙為主要儲(chǔ)集空間的雙重孔隙介質(zhì)特征。針對(duì)裂縫系統(tǒng)滲透率的確定方法,相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量研究[3-4]；而關(guān)于基質(zhì)系統(tǒng)滲透率的確定方法相關(guān)報(bào)道較少[5-6]。在分析渤中19-6 區(qū)塊儲(chǔ)集空間特征的基礎(chǔ)上,結(jié)合測(cè)井資料與試井資料確定了儲(chǔ)層雙孔孔隙介質(zhì)特征,構(gòu)建了雙重孔隙介質(zhì)油氣藏試井解釋模型并對(duì)某測(cè)試井測(cè)試資料進(jìn)行了解釋,給出了基巖滲透率計(jì)算方法。

1 儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征

渤中19-6 區(qū)塊潛山儲(chǔ)層經(jīng)歷了長(zhǎng)期風(fēng)化作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,形成了以風(fēng)化殼類型和裂縫型儲(chǔ)層為主的油氣藏[7]。儲(chǔ)集空間類型包括微裂縫、溶蝕孔、溶蝕裂縫及少量粒間孔。微裂縫在儲(chǔ)層中不均勻發(fā)育,主要與斷裂帶伴生,平行于斷裂帶；溶蝕孔為次生孔隙,在長(zhǎng)期的風(fēng)化作用下流體隨斷裂- 裂縫進(jìn)入地層內(nèi),溶蝕礦物溶解,形成溶蝕孔；溶蝕縫可以分為兩種,一種是構(gòu)造帶經(jīng)溶蝕形成的,另一種是在風(fēng)化作用下形成的枝狀散發(fā)裂縫；粒間孔主要在構(gòu)造作用下形成,孔隙大小規(guī)模不等。上述四類儲(chǔ)集空間構(gòu)成了研究區(qū)的主要儲(chǔ)集空間,控制著油氣的儲(chǔ)集和運(yùn)移。

2 測(cè)井響應(yīng)特征

渤中19-6 太古界變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層在早期經(jīng)歷漫長(zhǎng)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及后期斷層活動(dòng)下,形成了大量構(gòu)造裂縫和碎裂巖；當(dāng)隨著構(gòu)造抬升,風(fēng)化淋濾運(yùn)動(dòng)和古地貌也開始作用于潛山頂部產(chǎn)生大量風(fēng)化溶蝕縫以及沿裂縫發(fā)育的溶蝕孔,部分的碎裂巖會(huì)有粒間孔隙存在,渤中19-6 潛山儲(chǔ)層形成了以碎裂粒間孔、溶蝕孔及溶蝕縫、構(gòu)造縫組合的雙重孔隙介質(zhì)儲(chǔ)集層。基于常規(guī)測(cè)井與成像測(cè)井資料對(duì)雙重孔隙儲(chǔ)集層的響應(yīng)特征與裂縫型儲(chǔ)集層響應(yīng)特征對(duì)比后來進(jìn)行其識(shí)別和預(yù)測(cè)。

2.1 裂縫型儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征

儲(chǔ)集空間以裂縫為主,裂縫發(fā)育程度發(fā)育且多為多角度裂縫。由于儲(chǔ)層多位于內(nèi)幕裂縫帶,溶蝕作用弱,導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙度較低。常規(guī)測(cè)井資料顯示裂縫發(fā)育處電阻率較低,相對(duì)背景值高,密度值略低,聲波時(shí)差對(duì)高角度裂縫不敏感值略高,周波跳躍不明顯,電成像測(cè)井有多條高角度裂縫分布。

2.2 孔隙-裂縫型儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征

該類儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間主要有裂縫和孔隙。由于儲(chǔ)集層多位于風(fēng)化帶上部或中部存在風(fēng)化溶蝕作用,沿裂縫發(fā)育的暗色礦物、脆性礦物中可見溶蝕孔隙和溶蝕縫發(fā)育,儲(chǔ)層孔隙度較大。常規(guī)測(cè)井曲線上表現(xiàn)為電阻率值略高,密度值較低,聲波時(shí)差高,電成像上有暗色斑狀分布在裂縫周圍,整體偏暗。

3 基質(zhì)滲透率計(jì)算模型

在雙重孔隙介質(zhì)的油氣藏中一般包含高滲透性的裂縫系統(tǒng)和低低滲性的基質(zhì)巖塊系統(tǒng),由于基質(zhì)系統(tǒng)孔隙體積遠(yuǎn)大于裂縫系統(tǒng),是主要的儲(chǔ)集空間,因此基質(zhì)系統(tǒng)的流動(dòng)性直接決定著油氣井中后期產(chǎn)量。假設(shè)儲(chǔ)層內(nèi)流體的流動(dòng)服從達(dá)西定律,流體微可壓縮。流體在裂縫中流動(dòng)時(shí),考慮流體在裂縫中的壓縮性及基質(zhì)向裂縫系統(tǒng)的竄流,根據(jù)質(zhì)量守恒原理,建立了裂縫系統(tǒng)的連續(xù)性方程

式中,pf為裂縫系統(tǒng)壓力,MPa；pm為基質(zhì)系統(tǒng)壓力,MPa；r 為半徑,m；αfm為基質(zhì)的形狀因子,km為基質(zhì)系統(tǒng)滲透率,mD；kf為裂縫系統(tǒng)滲透率,mD；μg為氣體粘度,mPa·s為裂縫系統(tǒng)孔隙度；Ctf為裂縫系統(tǒng)綜合壓縮系數(shù),MPa-1；t 為時(shí)間,h。

在基質(zhì)系統(tǒng)中,不考慮基質(zhì)本身的流動(dòng),僅基質(zhì)向裂縫系統(tǒng)的竄流,根據(jù)質(zhì)量守恒原理,建立了基質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)的連續(xù)性方程

假定氣井定產(chǎn)量生產(chǎn),于是氣藏的內(nèi)邊界條件為

式中,rw為井筒半徑,m；Q 為氣井產(chǎn)量,104m3/d；h 為儲(chǔ)層厚度,m。

假設(shè)氣藏為無限大邊界地層,其邊界條件可以寫為

在氣藏初始條件下,設(shè)氣藏初始?jí)毫閜i,于是其初始條件表達(dá)式為

公式（2）、（3）、（4）、（5）構(gòu)成了氣藏的流動(dòng)模型,為化簡(jiǎn)求解上述流動(dòng)模型,定義如下無因次式

通過上述無因次定義式,可以得到雙重孔隙介質(zhì)儲(chǔ)層無因次流動(dòng)模型：裂縫系統(tǒng)流動(dòng)方程：

基質(zhì)系統(tǒng)流動(dòng)方程：

初始條件

內(nèi)邊界條件

外邊界條件

式（13）至式（16）中,下標(biāo)D 為對(duì)應(yīng)變量的無因次量；mfD為裂縫系統(tǒng)無因次擬壓力；mmD為基質(zhì)系統(tǒng)無因次擬壓力。

根據(jù)雙重孔隙介質(zhì)儲(chǔ)層無因次流動(dòng)模型,采用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)模型進(jìn)行求解,可以得到壓力降落試井或者壓力恢復(fù)試井時(shí)的井底壓力,根據(jù)井底壓力可以得到壓力和壓力導(dǎo)數(shù)雙對(duì)數(shù)圖版。基于實(shí)際測(cè)試得到的井底壓力數(shù)據(jù)得到實(shí)測(cè)壓力和壓力導(dǎo)數(shù)雙對(duì)數(shù)圖版,擬合理論圖版和實(shí)測(cè)圖版,可以求得竄流系數(shù) λfm,基質(zhì)系統(tǒng)滲透率可以表示為

4 實(shí)例應(yīng)用

D 井是渤中19-6 凝析氣田試驗(yàn)區(qū)投產(chǎn)的一口定向井,生產(chǎn)層位為太古界潛山,氣層總厚度235.4 m,其中砂礫巖氣層厚度32 m,強(qiáng)風(fēng)化帶氣層厚度60.4 m,次風(fēng)化帶氣層厚度145.9 m。該井開井生產(chǎn)日產(chǎn)氣8x104m3/d,日產(chǎn)液115 m3/d,日產(chǎn)油115 m3/d,含水0.01%。為了解井筒壓力分布、地層物性及儲(chǔ)層損害等情況,對(duì)該井進(jìn)行了流壓+壓力恢復(fù)+靜壓測(cè)試作業(yè)。測(cè)試作業(yè)結(jié)束后,得到了該井的關(guān)井壓力恢復(fù)測(cè)試曲線、半對(duì)數(shù)曲線、雙對(duì)數(shù)曲線。壓力雙對(duì)數(shù)曲線在關(guān)井后前期的2 h～8 h 顯現(xiàn)了球形流特征,中后期出現(xiàn)了明顯的雙重孔隙介質(zhì)的“下凹”特征,后期出現(xiàn)了明顯的系統(tǒng)徑向流水平直線段。基于曲線擬合可以得到如下認(rèn)識(shí)：（1） 試井解釋地層系數(shù)4.34 md·m,滲透率約0.0247 md,低滲透儲(chǔ)層；（2） 表皮系數(shù)約-1.32,顯示井底沒有污染；（3） 試井特征曲線具有明顯的雙重孔隙介質(zhì)的下凹特征,儲(chǔ)能比為0.34,顯示探測(cè)區(qū)域內(nèi)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力一般；竄流系數(shù)為6.8×10-6,基質(zhì)向裂縫系統(tǒng)的導(dǎo)流能力較好,壓力和壓力導(dǎo)數(shù)雙對(duì)數(shù)曲線,見圖1。

圖1 壓力和壓力導(dǎo)數(shù)雙對(duì)數(shù)曲線圖

在計(jì)算基質(zhì)滲透率過程中,關(guān)鍵是確定地層條件下基質(zhì)巖塊的形狀因子,根據(jù)文獻(xiàn)[5]取基質(zhì)巖塊形狀因子為10,井筒半徑為0.078 m,可以得到基質(zhì)滲透率為

5 結(jié)論

(1) 根據(jù)地層特征,結(jié)合成巖作用、測(cè)井響應(yīng)特征,分析了研究區(qū)儲(chǔ)集空間特征,研究區(qū)儲(chǔ)集空間主要為碎裂粒間孔、溶蝕孔、溶蝕縫與構(gòu)造縫。

(2) 基于雙重孔隙介質(zhì)儲(chǔ)層中流體流動(dòng)模型,構(gòu)建了雙重孔隙介質(zhì)氣藏試井解釋模型,根據(jù)模型求解得到竄流系數(shù)進(jìn)而計(jì)算基質(zhì)滲透率。

(3) 測(cè)試井儲(chǔ)層滲透率約為0.0247 mD,為典型低滲儲(chǔ)層,試井特征曲線具有明顯的雙重孔隙介質(zhì)的下凹特征,儲(chǔ)能比為0.34,顯示探測(cè)區(qū)域內(nèi)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力一般,竄流系數(shù)為6.8×10-6,基質(zhì)系統(tǒng)滲透率為2.76×10-6mD,研究結(jié)果對(duì)渤中19-6 井區(qū)試井設(shè)計(jì)及產(chǎn)能預(yù)測(cè)有一定借鑒意義。