許風(fēng)光,馬國新,陳 明,高偉義

(上海石油天然氣有限公司,上海200041)

平湖油氣田低滲透儲層測井評價研究

許風(fēng)光,馬國新,陳 明,高偉義

(上海石油天然氣有限公司,上海200041)

平湖油氣田P11儲層開發(fā)是平湖油氣田增儲提產(chǎn)的重要目標,也是當前平湖油氣田開發(fā)面臨的難題之一。由于埋藏深,儲層物性條件差,試油自然產(chǎn)能低下,儲層流體性質(zhì)復(fù)雜,氣油比低,凝析油含量高,密度大,儲層溫度高,壓力系數(shù)高,給測井解釋和評價帶來很大困難,對開發(fā)方案的實施提出了挑戰(zhàn)。根據(jù)巖心分析資料,從成巖作用、沉積作用等方面對平湖組放鶴亭P11儲層低滲原因進行了分析;對P11儲層的測井響應(yīng)特征進行了總結(jié),對P11儲層“四性”關(guān)系、孔隙度結(jié)構(gòu)進行剖析,對儲層孔隙度、滲透率、飽和度等參數(shù)進行了研究,得到一套適合P11儲層測井解釋評價的方法,為P11儲層的開發(fā)提供參數(shù)依據(jù)和測井解釋服務(wù)。

成巖作用;測井響應(yīng);孔隙結(jié)構(gòu);儲層參數(shù)

1 放鶴亭平湖組P11儲層低滲原因分析

1.1 膠結(jié)作用

由于沉積物中礦物質(zhì)的沉淀作用,使散砂變成固結(jié)的巖石。從P11層巖心薄片分析來看,巖石的膠結(jié)物主要有石英次生加大、質(zhì)點狀和小鱗片狀黏土、泥晶碳酸鹽、自生石英、結(jié)晶高嶺石、結(jié)晶方解石、少量硅質(zhì)。膠結(jié)物主要表現(xiàn)形式為:①圍繞碎屑顆粒,形成環(huán)邊式膠結(jié),多為泥晶—粉晶白云石圍繞碎屑顆粒形成等厚包殼;②充填粒間孔隙,形成充填式連晶膠結(jié);③充填溶孔。通過統(tǒng)計各類膠結(jié)物的含量,可知膠結(jié)作用可使孔隙度降低2%～8%,是除壓實作用之外另一重要降低孔隙度的成巖作用。由于這些膠結(jié)物的存在,使得孔隙吼道被充填或堵塞,是造成P11儲層低滲的主要原因。

1.2 壓實作用

由于巖石組成的多巖屑、雙模態(tài)或復(fù)模態(tài)的特點,該區(qū)砂礫巖體的抗壓實能力較弱,從PX4井巖心薄片分析來看,巖石顆粒之間多為線、線—凸凹接觸,只有少量的點接觸,因此經(jīng)歷了較強的壓實作用。壓實作用的強度受埋藏深度的控制,在上覆沉積物及水體靜水柱壓力作用下,使沉積物孔隙空間和總體積減少,P11儲層埋藏深,上覆壓力增大,砂巖的孔隙度明顯減少,使巖石顆粒更加緊密排列,其結(jié)果使物性明顯變差,是造成P11儲層低滲的原因之一。

1.3 早期溶蝕作用

溶蝕作用是儲層形成次生孔隙的主要原因。一些致密層由于溶蝕作用,能增加儲層的孔隙度,可以形成低滲透儲層、一般儲層。溶蝕作用需要的是酸性水,可來自:混合黏土礦物轉(zhuǎn)化釋放大量層間水;有機質(zhì)經(jīng)熱轉(zhuǎn)化達到成熟后,生成大量有機酸、二氧化碳和水;長石風(fēng)化形成高嶺石,也可生成大量HCO3-。放鶴亭P11儲層巖石可溶礦物主要有正長石、斜長石、微斜長石、條紋長石,晶體受程度不同的蝕變,次生礦物為絹云母,高嶺土以及巖屑,均有不同程度的蝕變,物性也不同程度的受到溶蝕作用的影響,也是造成P11儲層低滲的原因之一。以黏土礦物、碳酸鹽、自生高嶺石和硅質(zhì)為主,分選性較好。巖心孔隙度在7.9%～15.8%,平均11.42%,多數(shù)小于12%,滲透率較低,為(1～118)×10-3μm2,平均18×10-3μm2,為中低孔中低滲或低滲儲層。

從巖心分析資料對比(表1)可以見兩層的顆粒接觸關(guān)系和膠結(jié)類型也有所不同,雖然P11層粒度中值分布范圍大于P8層,但是P11層的平均孔隙度小于P8層的平均孔隙度,兩層的滲透率相差不大,從接觸關(guān)系和膠結(jié)類型可以看出, P11層受到的壓實作用、成巖作用等的影響使得粒度中值較大的情況下,孔隙被充填而變小,吼道被堵塞而滲透率變差。

表1 PX4井P8、P11層巖心分析對比Tab.1 The comparison of core analysis data in beds P8&P11 of well PX4

2 平湖組P11儲層測井響應(yīng)特征

2.1 平湖組P11儲層“四性”關(guān)系研究

從巖心試驗資料分析,平湖油氣田放鶴亭平湖組P11儲層巖性主要以細砂—中砂巖和中砂巖為主,碎屑主要由0.25～0.5 mm和0.1～0.25 mm的粒級組成,另有少量細砂和粉砂,次棱—次圓狀,顆粒間多為線—凹凸接觸,粒間孔隙不發(fā)育;儲層巖石成分較穩(wěn)定,基本為細粒長石巖屑石英細砂—中砂巖,石英含量62%～78.0%,長石含量10%～26%,噴出巖含量10%左右;膠結(jié)物

受巖性、物性及低礦化度地層水的影響,P11儲層流體性質(zhì)系統(tǒng)復(fù)雜,且隨著泥質(zhì)含量的增加和物性的變差,電阻率明顯降低。深側(cè)向電阻率高于淺側(cè)向電阻率曲線,油氣層的電阻率值均在15Ω·m以上,含油氣飽和度在40%以上;根據(jù)地區(qū)地層水礦化度的分布規(guī)律分析,P11層地層水礦化度甚低,如果是物性好、含有可動水的儲層,電阻率值將在10Ω·m左右,且存在隨儲層物性變差、電阻率增大的現(xiàn)象,對識別物性較差儲層流體和評價飽和度造成很大困難。探井試油結(jié)果顯示,PX4井P11層泵出油花、氣泡,產(chǎn)水10.8 m3, PX5井產(chǎn)油2.95 m3,產(chǎn)氣0.146 5×104m3,產(chǎn)水2.37 m3。由于儲層物性滲流性差,凝析油含量高,地面脫氣原油密度0.81 g/cm3,產(chǎn)能特低。自然伽馬曲線能很好的反映儲層巖性的變化,自然電位曲線對儲層的反應(yīng)不明顯,PX4井P11層隔夾層較多,儲層非均質(zhì)強,有隔夾層的地方,自然伽馬呈尖峰狀,電阻率曲線呈凹陷狀,孔隙度曲線對儲層含氣顯示也不明顯。

2.2 儲層孔隙結(jié)構(gòu)分析

儲層孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通關(guān)系。它是評價儲層的重要標志,是影響儲集空間的重要因素,可以較為真實的揭露儲集巖的儲集面貌。將儲集空間分為孔隙和喉道兩部分是孔隙結(jié)構(gòu)研究的基本前提,從常規(guī)物性可得到孔、滲分布,而通過孔隙結(jié)構(gòu)研究則可得到孔喉大小、形狀、孔喉組合及其連通性。

平湖組P11儲層大部分為中低孔—中低滲儲層,對這類儲層評價,孔隙結(jié)構(gòu)的分析也極為關(guān)鍵。根據(jù)巖心分析數(shù)據(jù)繪制孔隙度與滲透率交會圖,可以看出,不同井不同層滲透率與孔隙度的相關(guān)關(guān)系不同,在相同孔隙度情況下,不同層滲透率也有明顯的不同,從一側(cè)面反映孔隙結(jié)構(gòu)的不同,如圖1所示。

圖1 不同儲層巖心滲透率與孔隙度交會圖Fig.1 The cross plot of permeability and porosity of different cores

根據(jù)平湖四井的壓汞資料分析,平湖油氣田平湖組P11儲層段基本發(fā)育三種類型孔隙結(jié)構(gòu):一類為中孔中滲儲層,在壓汞曲線上表現(xiàn)為低排驅(qū)壓力,中等喉道均值;二類是中孔低滲儲層,在壓汞曲線上表現(xiàn)為低—中等排驅(qū)壓力,低—中等喉道均值;三類為低孔低滲或特低滲儲層,在壓汞曲線上表現(xiàn)為高的排驅(qū)壓力,低喉道均值。

毛管壓力曲線的孔喉直方圖可以對P11儲層孔喉直徑的大小和分布進行直觀評價,如圖2所示:對于φ(孔隙度)<10%,k(滲透率)<1×10-3μm2的低孔特低滲儲層(Ⅲ類),孔隙分布為單峰特征,喉道半徑均小于2.11μm,孔隙基本為小孔隙,中、大孔隙不發(fā)育;具有這類孔隙結(jié)構(gòu)的儲層孔隙中流體基本上為束縛流體,儲層物性差,基本沒有產(chǎn)液能力,為致密層;對于Ⅱ類儲層(10%<φ<15%,1×10-3μm210×10-3μm2),孔隙分布為雙峰特征,一個峰值喉道半徑小于2.9μm,另一峰值喉道半徑在3.5～11μm之間;儲層除了小孔隙外,還發(fā)育有一定數(shù)量的中等孔隙;由于孔徑較大,其滲透性較好,這類儲層由于孔徑分布雙峰之間距離較大,具有自然產(chǎn)能。

此外,我們還可以用分形幾何對P11儲層孔隙結(jié)構(gòu)加以研究。常規(guī)砂巖氣藏孔隙結(jié)構(gòu)為顆粒支撐,孔隙式膠結(jié)并以粒間原生孔為主。粒間寬闊處為孔隙,狹窄處為喉道,后者可視為前者的縮小部分,孔、喉徑比小于2。研究表明儲層巖石孔隙分布具有分形幾何的性質(zhì)[1],并可用2參數(shù)分形幾何公式加以描述[2]:

式中:rmax為最大孔徑;S為孔徑小于r的累積孔隙體積分數(shù);D為分形維數(shù),其值在2～3之間變動,D越大,說明孔徑分布越不均勻;P為毛管力; Pd為最大孔隙對應(yīng)的毛管壓力,即入口毛管壓力。對(1)式兩邊取對數(shù),得:

S和Pd在雙對數(shù)坐標上呈直線關(guān)系,所以用回歸擬合法來計算分形維數(shù)D和最小毛管壓力Pd。

根據(jù)分形理論,在三維歐式空間內(nèi)分形維數(shù)的值在2和3之間,越接近2,說明孔隙表面越光滑,儲層的儲集性能越好;分形維數(shù)值越接近3,說明孔隙表面越不光滑,儲層的儲集性能越差。如果分形維數(shù)的值大于3,則說明該孔隙在該尺寸范圍內(nèi)不具有分形結(jié)構(gòu)。利用毛管壓力曲線分段回歸[3],可以求出P11層三種孔隙類型的分形維數(shù)分別為2.75,2.89,2.99;從分形維數(shù)的大小也可以看出三種類型孔隙儲集性和滲透性的差異,與巖心孔喉直方圖分析結(jié)果一致。

圖2 P11儲層不同類型巖心孔喉直方圖Fig.2 The pore throat histogram of different typesof cores in bed P11

3 測井儲層參數(shù)研究

3.1 儲層孔隙度的計算

多礦物模型方法是采用體積理論模型,最優(yōu)化數(shù)學(xué)計算方法和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計,充分利用現(xiàn)有的測井資料,采用不同的解釋模型和解釋方法,對不同地質(zhì)剖面所測的測井資料進行有效評價,對計算結(jié)果提供自我檢驗的手段[4]。對平湖組P11儲層孔隙度的計算主要采用多礦物模型方法來計算。

多礦物模型方法是將地層中的各種巖石成分和孔隙流體都看成不同的礦物體積。地層中所有礦物體積含量之和為1。地層對于測井儀器的響應(yīng)方程可由體積模型表示。設(shè)有N-1條測井曲線,要計算M個礦物含量(包括孔隙體積),并且N≥M,加上平衡方程可以列出N個方程。這樣就形成了線性超定方程組。例如采用密度(DEN)、自然伽馬(GR)、聲波(AC)、中子(CNL)測井曲線可以得到如下的測井響應(yīng)方程組:

式中:ρi、gri、aci、cnli為礦物的測井響應(yīng)參數(shù); Vi為礦物體積含量。

第M個礦物體積即為孔隙體積Vf。第N個方程是物質(zhì)平衡方程。通過求解上述方程,就可以得到儲層巖石的各種礦物含量的體積和底層的孔隙度。對平湖組P11儲層孔隙度的計算主要采用多礦物模型方法來計算。計算結(jié)果表明,應(yīng)用多礦物模型計算的孔隙度和巖心分析的孔隙度基本一致(圖3)。

3.2 滲透率的計算

從物理的觀點來看,孔隙介質(zhì)的滲透率與介質(zhì)的成分關(guān)系不大,其孔隙系統(tǒng)才是關(guān)鍵因素。但是從地質(zhì)的觀點來看地層中的礦物成分與沉積環(huán)境和物源有關(guān),巖石顆粒的大小、形狀和結(jié)構(gòu)與礦物成分相關(guān)。因此礦物成分及含量的變化就使得地層的孔隙系統(tǒng)的形態(tài)發(fā)生變化,從而對地層滲透率有影響[4]。

圖3 PX4(左)和PX5井(右)P11儲層測井綜合解釋成果Fig.3 The log interpretation of bed P11 in well PX4(left)and PX5(right)

為了方便計算,采用下面的計算公式:

式中:Vi為礦物含量;Bi為常數(shù);Af為解釋井段中最大長石含量的函數(shù);m為地層膠結(jié)指數(shù)。

砂巖地層中長石含量大則巖石成分成熟度低,一般巖石顆粒較大,滲透率也大。對于長石和石英,Bi為正值。黏土含量增加滲透率將減小,其中蒙脫石對滲透率的影響最大,伊利石次之、高嶺土最小。同時其它膠結(jié)物(如鈣質(zhì)膠結(jié))也使砂巖滲透率減小。因此對黏土礦物和其它膠結(jié)物,Bi取負值。根據(jù)巖心分析數(shù)據(jù),放鶴亭P11儲層滲透率計算時選擇的參數(shù)為,Bi黏土=-35;Bi石英=0.1;Bi長石=0.05。

Bi值的選取對上述方法計算滲透率的結(jié)果有很大影響,在沒有巖心分析資料時Bi值很難選取,所以對滲透率的計算有很大的限制。因此有必要尋求一種常規(guī)的簡單的易于操作的計算滲透率的方法。首先對巖心物性分析數(shù)據(jù)進行深度歸位,結(jié)合常規(guī)測井響應(yīng)特征,分析滲透率與測井響應(yīng)特征之間的敏感性,結(jié)果表明滲透率受孔隙度和粒度中值的影響很大。粒度中值沒有試驗分析資料,一般是通過自然伽馬相對值來求取,因此通過線性插值,對巖心分析滲透率與孔隙度和自然伽馬相對值進行多元非線性擬合,來獲得求取滲透率的計算公式如下:

式中:ΔGR表示自然伽馬相對值,可用下式進行計算:

式中:ΔGRmin為純砂巖處自然伽馬測井值, ΔGRmax為純泥巖處自然伽馬測井值。利用該公式對PX4井、PX5井和PX1井P11層的滲透率進行了計算,如圖3所示,計算結(jié)果與巖心分析基本相符。

3.3 飽和度的計算

3.3.1 束縛水飽和度的計算

儲集層產(chǎn)出流體類別和產(chǎn)量的高低,不但與地層孔隙度和含油氣性質(zhì)有關(guān),而且還與地層束縛水飽和度、滲透率和原油的性質(zhì)等有關(guān)。束縛水飽和度與含水飽和度的相互關(guān)系,是決定地層是否無水產(chǎn)油氣的主要因素,是描述地層特征的重要參數(shù),束縛水飽和度的計算一般都由巖心分析結(jié)合測井響應(yīng)特征來計算[5-6]。儲層的粒度中值大小直接影響束縛水飽和度,通常采用自然伽馬曲線確定粒度中值。綜合PX4井各項巖心分析數(shù)據(jù),結(jié)合PX4井P11儲層的測井響應(yīng)特征,對束縛水飽和度與孔隙度和自然伽馬相對值之間進行多元非線性回歸得到的束縛水飽和度的計算公式:

利用上述公式對放鶴亭P11、P12層的束縛水飽和度進行了計算,試油結(jié)果:PX4井,油花、氣泡,產(chǎn)水10.8 m3,如圖3所示,PX4井P11儲層有一定的可動水;PX5井,產(chǎn)油2.95 m3,產(chǎn)氣1 465 m3,產(chǎn)水2.37 m3,如圖3所示,PX5井含油氣飽和度較PX4井要高,可動水量也要少一些,定性分析結(jié)果與試油結(jié)果基本一致,說明該方法對P11儲層的解釋評價正確可靠。

3.3.2 飽和度的計算

根據(jù)低孔滲砂巖巖電實驗,對阿爾奇公式中a、b、m、n等參數(shù)進行了合理的選擇[7-8],分別取a=1,b=1.105,m=1.8,n=1.33;根據(jù)平湖油氣田地層水礦物度分布規(guī)律取Rw(地層水電阻率) =0.16Ω·m[9],使得所求出的含水飽和度符合本地區(qū)的特點。并對本地區(qū)的電性與物性參數(shù)之間的關(guān)系進行研究,制作出平湖油氣田測井解釋評價理論圖版,圖4是PX1井P12層的解釋圖版。

圖4 PX1井P11、P12儲層測井解釋圖版Fig.4 The log interpretation of bed P11 and P12 in well PX1

4 結(jié)論

以巖心分析、巖石物理實驗為基礎(chǔ),從分析研究平湖油氣田P11儲層低孔低滲砂巖儲層測井響應(yīng)特征入手,對低滲透砂巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征進行了分析,重新建立了儲層參數(shù)、測井解釋模型。通過理論分析與實際應(yīng)用,得出如下結(jié)論:

(1)仔細研究巖心薄片資料,分析認為P11儲層低滲的主要原因是膠結(jié)作用、壓實作用和早期溶蝕作用等。

(2)對P11儲層的測井響應(yīng)特征進行了總結(jié),研究了P11儲層“四性”關(guān)系,綜合壓汞資料與分形理論,對該地區(qū)儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征進行了較深入的研究;在認識儲層特征和孔隙結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上,針對該地區(qū)油氣層特點,提出了相應(yīng)的解釋方法。

(3)通過平湖組P11儲層特征及油水分布規(guī)律的研究,針對該地區(qū)低地層水礦化度、復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)、高束縛水飽和度的特點,以巖電實驗為基礎(chǔ),對低孔低滲儲層孔、滲、飽等參數(shù)進行了重新確定,完善了油水層解釋標準,得到一套適合P11儲層測井解釋評價的方法,為P11儲層的開發(fā)提供參數(shù)依據(jù)和測井解釋服務(wù)。

[1]賀承祖,華明琪.儲層孔隙結(jié)構(gòu)的分形幾何描述[J].石油與天然氣地質(zhì),1998,3,19(1):15-22.

[2]石京平,王新江,張慶茹,等.低滲透儲層孔隙結(jié)構(gòu)分析方法探討[C]//中國地球物理學(xué)會第二十三屆年會論文集.山東青島:中國海洋大學(xué)出版社,2007:318.

[3]馬新仿,張士誠,郎兆新.用分段回歸方法計算孔隙結(jié)構(gòu)的分形維數(shù)[J].石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2004,28(6):54-56.

[4]張世剛,金勇,顧列剛.Forward工程技術(shù)手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社,1999.

[5]孫建孟,王永剛.地球物理資料綜合應(yīng)用[M].山東東營:石油大學(xué)出版社,2001.

[6]Sharma M M.Effectsof wettability,pore geometry,and stressoil electrical conduction in fluid-saturatad rock[J].The Log Analyst,1991,32(5):24-27.

[7]范宜仁,鄧少貴,周燦燦.低礦化度條件下的泥質(zhì)砂巖阿爾奇參數(shù)研究[J].測井技術(shù),1997,21(3):200-204.

[8]廖東良,孫建孟,馬建海,等.阿爾奇公式中m、n取值分析[J].新疆石油學(xué)院學(xué)報,2004,16(3):16-19.

[9]許風(fēng)光.利用自然電位測井分析平湖油氣田地層水礦化度.內(nèi)部資料,2008.

Research on log evaluation of low-permeability reservoir in Pinghu Oil and Gas Field

Xu Fengguang,Ma Guoxin,Chen M ing,Gao Weiyi
(Shanghai Petroleum Co.L td.,Shanghai200041)

The development of P11 reservoir is not only an important objective for reserves stimulation,but also oneof the current difficulties faced w ith in the developmentof Pinghu oil and gas field.Due to its deep burial depth,poor reservoir physical properties,low natural deliverability,complex fluid property,high reservoir temperature and p ressure coefficient w hich brought great difficult to log interp retation and evaluation,the implementation of this development plan has been challenged.Based on the core analysis data,the causesof low permeability reservoirs for P11 has been analyzed in term s of diagenesis and sedimentation, the logging response characteristics has been summarized,and the relationship of reservoir pore structure, permeability,saturation and other parameters have been studied w hich helps us to obtain amethodology of log interp retation and evaluation,and p rovide a reliable data and log evaluation for the development of P11 reservoir.

diagenesis;logging response;pore structure;reservoir parameters

book=78,ebook=34

P631.8+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.03.078

1008-2336(2010)03-0078-06

2010-04-02;改回日期:2010-04-20

許風(fēng)光,1981年生,男,2007年6月畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東),獲得地球探測信息與技術(shù)專業(yè)碩士學(xué)位,現(xiàn)主要從事地球物理測井解釋及方法研究工作。E-mail:xufg@shpc.com.cn。