章新文，毛海艷，謝春安，譚靜娟，賴富強

(1.中國石化河南油田分公司，河南 南陽 450000；2.復雜油氣田勘探開發(fā)重慶市重點實驗室，重慶 401331；3.重慶科技學院，重慶 401331)

0 引 言

泌陽凹陷安棚地區(qū)深層地層屬于特低孔、特低滲儲層，儲集空間由多種類型的孔隙組合而成，孔隙結構復雜[1-2]，僅僅依靠孔隙度、飽和度等宏觀參數(shù)來評價致密儲層的有效性存在局限，因此，有必要結合孔隙結構開展儲層綜合評價。通常實驗室采用鑄體薄片、掃描電鏡、核磁共振實驗、高壓壓汞和恒速壓汞等技術手段來進行儲層孔隙結構的表征[3-5]。

近年來，基于壓汞實驗數(shù)據(jù)建立核磁共振孔隙結構評價模型得到推廣。實驗研究表明，核磁共振T2譜與壓汞法均能很好地反映地層的孔隙結構，二者之間存在著很好的相關性[6-7]。因此，中國學者針對核磁共振T2譜轉換為偽毛管壓力曲線開展了大量的研究[8-9]。目前的研究大多是利用核磁資料擬合求解，沒有考慮常規(guī)測井里包含的孔隙結構信息，擬合求解得到的模型一般適用性較差，不同的區(qū)塊需大量的巖心數(shù)據(jù)擬合，同時，擬合模型考慮的信息量往往不夠，擬合過程會漏失了一些因素，得到的模型適用條件不明確[10-12]。因此，從Archie公式出發(fā)，提出將井筒泥漿侵入的過程近似等效為實驗室高壓壓汞過程的假設，綜合利用常規(guī)測井和核磁共振測井聯(lián)合反演，通過公式推導得到核磁共振T2譜轉換為偽毛管壓力曲線的新模型，然后利用巖心分析資料進行驗證，并針對安棚深層致密砂巖儲層新鉆井開展孔隙結構跟蹤評價和試氣驗證分析。

1 安棚深層系致密砂巖儲層孔隙結構特征

安棚深層儲層巖石成分以石英、巖屑和長石為主，孔隙類型以次生粒間溶孔為主，其次為組分內(nèi)溶孔及雜基內(nèi)微孔和裂縫孔隙，孔隙結構較為復雜[1]。根據(jù)A84、A2020井等7口井86個巖心樣品的高壓壓汞實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知：孔隙度主要分布在3.00%～5.00%，平均為4.85%；滲透率平均值為1.32 mD；平均最大孔喉半徑為1.57 μm；平均中值半徑為0.41 μm。

通過分析可知，孔隙度、排驅壓力、最大孔喉半徑均與滲透率整體上呈較好的線性關系(圖1)，其中，最大孔喉半徑與滲透率線性關系最好，孔隙度其次，排驅壓力與滲透率成負相關。

圖1 泌陽凹陷安棚區(qū)塊滲透率單因素分析

2 孔隙結構參數(shù)反演模型研究

前人基于核磁共振實驗與高壓壓汞手段對該區(qū)儲層孔隙結構展開了大量的研究[8]，但在孔喉結構應用于儲層有效性評價方面的研究較少，如何從核磁共振測井T2譜中提取用于現(xiàn)場評價儲層孔喉的大小及分布參數(shù)，并直觀、定量表征孔喉結構，最終有效評價泌陽凹陷安棚區(qū)塊低孔、特低滲透砂巖儲層有效性還未有定論?；跍y井資料，通過公式推導計算最大進汞飽和度，構建進汞飽和度曲線，進行偽毛管壓力曲線實驗標定，最終計算孔隙結構參數(shù)。

2.1 基于測井資料計算最大進汞飽和度方法

測井過程中，由于泥漿柱壓力大于地層壓力，導致泥漿侵入地層，沖洗帶含水飽和度發(fā)生變化的過程，可以近似看成泥漿濾液驅替孔隙空間里自由流體的過程，則被驅替的自由流體飽和度為：

S=Sxo-Sw

(1)

式中：S為被泥漿濾液驅替的自由流體飽和度；Sw為原始地層含水飽和度；Sxo為沖洗帶含水飽和度。

驅替過程中壓力差為：

Δp=pb-pd

(2)

式中：Δp為壓力差，MPa；pb為井筒泥漿流體的壓力，MPa；pd為地層壓力，MPa。

在不同的Δp條件下，S有所不同，同時，S還受到巖石基質孔隙結構特別是孔喉半徑分布的影響，即：

S=f(p，r1，…ri)

(3)

式中：p為壓力，MPa；ri為不同成分巖石基質的孔徑，μm。

劉衛(wèi)[11]的實驗研究表明，隨著p逐漸增大，S的增幅逐漸減小直至接近于0，并最終達到極值Smax，即：

(4)

根據(jù)紹維志[10]、王勇軍[12]等人的研究，最大進汞飽和度SHgmax與巖石孔隙度、孔喉半徑大小呈正相關?？紫抖群涂缀戆霃皆酱蟊砻鲙r石物性越好，具有更好的油氣滲濾通道，則在井筒泥漿條件下，被泥漿濾液驅替的自由流體飽和度也會更大。據(jù)此，可假設SHgmax與S呈正相關關系，但泥頁巖、碎屑巖中泥質的存在對孔喉影響不能忽略，其會降低基質孔喉半徑，增加束縛流體含量，與SHgmax呈負相關關系，即：

(5)

式中：Vsh為泥質含量；SHgmax為最大進汞飽和度。

當Δp達到最大時，p=pmax，此時，SHgmax將主要受泥質含量以及被驅替的自由流體飽和度影響。根據(jù)式(4)、(5)，可建立SHgmax的工程近似計算模型：

(6)

式中：C1、C2、C3為待定系數(shù)，均大于0；pmax為最大壓力，MPa。

將式(1)帶入式(6)中，基于Archie公式計算Sw、Sxo，整理后得到：

(7)

式中：a、b為與巖性有關的Archie參數(shù)；Rmf為沖洗帶泥漿濾液電阻率，Ω·m；Rxo為淺側向測井電阻率，Ω·m；φ為孔隙度；m為巖性膠結指數(shù)；n為飽和指數(shù)；Sw為地層含水飽和度；Rw為地層水電阻率，Ω·m；Rt為深側向測井電阻率，Ω·m。

式中：c、d均為大于0的待定常數(shù)，與巖性及其泥質分布形式有關。

2.2 根據(jù)核磁共振T2譜計算進汞飽和度曲線

對于水潤濕相的巖石，當磁場近似均勻，且?guī)r石孔隙具有較為規(guī)則的幾何形狀時，不考慮擴散弛豫，橫向弛豫時間主要受控于表面弛豫。基于核磁共振測井橫向弛豫時間譜，研究毛管壓力與毛管孔徑之間的關系[12]，得到毛管壓力與橫向弛豫時間的關系式為：

(9)

式中：pc為毛管壓力，MPa；T2為橫向弛豫時間，ms；C′為與汞的弛豫率以及孔隙形狀有關的常數(shù)，MPa·ms。

巖樣進行高壓壓汞實驗時，汞先進入較大的孔隙空間，根據(jù)核磁共振基本理論，T2值越大，表明孔徑越大。橫向弛豫T2時間反向累加譜反映了汞逐漸進入儲層孔隙空間的過程，核磁共振T2積分譜表達了孔隙度與T2時間的映射關系(圖2)，核磁共振測井經(jīng)過T2解譜后得到離散的T2積分譜曲線，則這種映射關系表達為：

φi=f(T2i)

(10)

式中：φi為與第i個T2組分相對應的積分譜孔隙度；T2i為第i個橫向弛豫時間組分。

在高壓壓汞過程中，驅汞壓力不斷克服孔隙的毛管壓力，汞得以持續(xù)進入；當孔隙度為總孔隙度、驅汞壓力克服最小孔徑毛管壓力時，進汞飽和度達到最大，即：

SHgi=SHgmax

(11)

式中：SHgi為進汞飽和度。

結合式(8)—(11)，得到進汞飽和度與驅汞壓力的關系為：

(12)

圖2 T2積分譜與反向累加譜

式(12)中，根據(jù)不同的φi得到了對應的進汞飽和度SHgi，式(10)表達了φi與橫向弛豫時間組分T2i的對應關系，代入式(9)，可得SHgi與其對應的驅汞壓力pi(MPa)之間的對應關系。定義驅汞壓力pi為橫軸，進汞飽和度SHgi為縱軸，即得到當前測井深度的進汞飽和度曲線。

該計算模型具有以下特點：①有明確的假設條件或適應條件，即井筒泥漿侵入的過程近似等效為實驗室高壓壓汞的過程；②不再是簡單的數(shù)學擬合，而是推導出了T2累計積分譜轉換成進汞飽和度曲線理論計算方法，因此，可結合巖石物理實驗進行標定；③充分挖掘了常規(guī)測井與核磁共振測井中所包含的巖石孔隙結構信息。

2.3 偽毛管壓力曲線計算模型標定

選取研究區(qū)AN2050井的8個柱塞巖樣進行高壓壓汞實驗，驅汞壓力為0.01～32.10 MPa，選取其中23個離散的壓力數(shù)據(jù)，分別測定其對應的進汞飽和度。根據(jù)最小二乘法的思想，基于式(12)計算得到的毛管壓力與巖心得到的毛管壓力差異最小時，式(12)中待定系數(shù)c，d以及C′將得到標定，即：

(13)

式中：SHg(p)為計算得到的累計進汞飽和度關于驅汞壓力的函數(shù)；SHgc(p)為高壓壓汞實驗數(shù)據(jù)得到的累計進汞飽和度關于驅汞壓力的函數(shù)。

理論上，基于AN2050井8個柱塞巖樣的實驗數(shù)據(jù)，可以構建8組方程組，每組23個方程，求解式(12)中c、d和式(9)中C′。采用非負約束條件的奇異值分解算法進行求解，確定c為0.12，d為0.58，C′為0.756。

經(jīng)過標定后的偽毛管壓力曲線計算模型可以計算后續(xù)的孔隙結構參數(shù)[12]，基于該模型計算的孔隙結構參數(shù)和巖心測試對比如圖3所示。由圖3可知，基于測井資料計算的偽毛管壓力曲線與巖心實驗得到的毛管壓力曲線(相同量綱正則化后)具有很好的一致性。統(tǒng)計表明，中值壓力、排驅壓力、孔徑加權均值、最大孔喉半徑、中值半徑相對誤差分別為14.8%、12.6%、10.7%、11.8%、13.4%，相關系數(shù)大于0.75。

圖3 AN2050井偽毛壓力曲線及孔隙結構參數(shù)對比

3 核磁孔隙結構評價方法的應用

3.1 識別有效儲層

將孔隙結構參數(shù)反演模型應用于致密砂巖儲層新鉆B441井(圖4)，針對該井H3VI層3 028.0～3 035.1 m井段，現(xiàn)場根據(jù)孔隙度為2.5%～5.9%，判斷該層為差油層。而核磁共振孔隙參數(shù)反演結果顯示，該井段最大孔喉半徑已經(jīng)達到了10.0 μm，且1.0～10.0 μm的孔喉半徑占比較大，指示孔隙結構較好，故提高儲層解釋級別，解釋為油層，并更精準地定位儲層品質較好的井段為3 028.7～3 034.6 m。試油顯示，該儲層日產(chǎn)油為2.12 m3/d，驗證了基于孔隙結構參數(shù)反演解釋的結果。

圖4 B441井基質孔隙結構參數(shù)

3.2 識別差油層

將孔隙結構參數(shù)反演模型應用于研究區(qū)另一口新井FB99井，處理結果見圖5。由圖5可知，3 154.1～3 167.8 m井段(1號儲層)核磁共振測井有效孔隙度為3.1%～6.2%，深側向測井電阻率基本大于80 Ω·m，原測井解釋為油層；3 168.2～3 181.2 m井段(2號儲層)核磁共振測井有效孔隙度為2.3%～5.8%，深側向測井電阻率小于50 Ω·m，原測井解釋為油水層。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，核磁共振孔隙結構參數(shù)中，1號和2號儲層1.0～10.0 μm孔徑孔隙度均低于1.0%，儲層基質孔隙以小孔徑為主，孔隙結構較差，因此，二次解釋結論將1號儲層調(diào)整為差油層。對1號儲層進行射孔試油，儲層改造加砂12.5 m3，最終日產(chǎn)油為0.47 m3/d，產(chǎn)少量水，基于儲層孔隙結構的二次解釋得到了驗證。

4 結 論

(1) 針對泌陽凹陷安棚區(qū)塊深層系致密砂巖儲層，充分挖掘了常規(guī)測井與核磁共振測井中所包含的巖石孔隙結構信息，通過公式推導和巖石物理實驗標定，可建立基于常規(guī)測井與核磁共振測井聯(lián)合反演的孔隙結構參數(shù)評價新模型。

(2) 基于常規(guī)測井和核磁共振測井資料聯(lián)合反演模型，得到的最大孔喉半徑、排驅壓力、飽和度中值半徑和飽和度中值壓力等孔隙結構參數(shù)與巖心實驗分析結果相關性較好。利用核磁共振測井資料并結合常規(guī)測井可以反映儲層孔隙結構特征，為復雜儲層有效性識別以及產(chǎn)能的定性預測提供了有力支撐。該方法具有較好的應用前景。

圖5 FB99井孔隙結構參數(shù)反演模型