崔維平，楊玉卿，劉建新，劉志杰

1中海油田服務股份有限公司；2中海石油（中國）有限公司上海分公司

0 前言

隨著中國海上成熟領(lǐng)域勘探程度的加深，油氣發(fā)現(xiàn)的難度越來越大，而中深層勘探潛力巨大，是石油天然氣增儲上產(chǎn)的重要領(lǐng)域［1-3］。近幾年，中國海油在多個盆地的中深層勘探中獲得了低孔低滲油氣藏的重要發(fā)現(xiàn)［4］，但由于海上油氣田DST（Drill-stem testing,中途測試）資料不充分，造成對儲層產(chǎn)能的評價和認識難度較大［5-6］。因此，針對海上中深層，利用測井資料準確識別預測甜點儲層，尋找有利的油氣富集區(qū)，建立精確的產(chǎn)能預測模型，對降低勘探成本、編制勘探開發(fā)方案、提升勘探開發(fā)效率意義重大［7-9］。

海上中深層低孔低滲儲層的顯著特點是縱向非均質(zhì)性強，通常在埋深、巖性、層位、相帶以及成巖背景相似的條件下，儲層的物性及產(chǎn)能差異很大，這給產(chǎn)能預測帶來很大困難。主要表現(xiàn)是由于孔隙結(jié)構(gòu)差，孔滲關(guān)系復雜，基于常規(guī)的孔滲模型計算的滲透率難以滿足產(chǎn)能精細預測的要求［10-12］。研究表明，采用不同方法建立儲層分類模型，構(gòu)建巖心分析孔隙度與滲透率之間的關(guān)系，是準確求取滲透率較為有效的方法之一［13-16］。而基于FZI（Flow Zone Indicator,流動單元指數(shù)）流動單元方法求取滲透率［17-18］，是當前建立儲層分類模型最有效的方法［19］，且得到了廣泛應用［20-22］。但通過流動單元方法求取滲透率依然存在2個難題：一是海上低孔低滲儲層滲透率差異大，并主要受控于孔喉結(jié)構(gòu)，不同流動單元之間在常規(guī)測井響應方面差異較?。?3］，據(jù)此準確識別并劃分不同流動單元的難度較大；二是通過流動單元法獲得的是靜態(tài)滲透率，直接用于產(chǎn)能預測產(chǎn)生的誤差較大。

針對上述問題，首先利用高分辨率電成像資料，在巖性和沉積層理構(gòu)造準確識別的基礎(chǔ)上，結(jié)合成巖作用，將儲層劃分為若干個微尺度的巖性相單元，有效刻畫出儲層縱向上的非均質(zhì)性特征；在巖性相單元框架約束下，利用儲層品質(zhì)因子和流動單元指數(shù)建立流動單元模型，應用常規(guī)測井資料多元擬合獲取各類流動單元的儲層靜態(tài)滲透率；在此基礎(chǔ)上，基于測井解釋物性結(jié)果和巖心相滲分析資料，建立靜態(tài)滲透率和動態(tài)滲透率轉(zhuǎn)換模型，將動態(tài)滲透率應用到滲流力學穩(wěn)態(tài)流的產(chǎn)能預測方法中，以求獲得滿意效果。本方法在東海盆地西湖凹陷N構(gòu)造古近系中深層低孔低滲氣藏中應用，在數(shù)口井中進行產(chǎn)能精細預測，預測結(jié)果與DST測試結(jié)果相比，符合率達到85%以上，滿足了勘探開發(fā)需求。

1 研究區(qū)概況

西湖凹陷是東海陸架盆地東部坳陷的一部分，是我國東海海域油氣勘探的重點凹陷。位于西湖凹陷的N構(gòu)造含氣層段為古近系花港組，埋深在3 500～4 500 m之間；主要儲層為湖泊—辮狀河三角洲體系的水下分流河道砂體（圖1），砂體厚度較大，一般為幾十米到百米以上，巖性以細砂巖為主，局部發(fā)育含礫砂巖和中砂巖。根據(jù)巖心數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計，N構(gòu)造花港組儲層孔隙度基本小于10%，滲透率變化范圍大，介于（0.01～366）×10-3μm2；孔滲關(guān)系復雜，縱向非均質(zhì)性極強，相近孔隙度的巖心滲透率差別達到兩個數(shù)量級以上，屬于典型的孔隙結(jié)構(gòu)非常復雜、縱向非均質(zhì)性強的低孔低滲儲層；裂縫發(fā)育較少，且均被其他礦物充填，對儲層質(zhì)量影響不大。因此，探討并準確評價這類儲層的滲透率并對儲層的產(chǎn)能做出可靠預測，特別是確定大套厚層儲層中的主要貢獻段，對勘探開發(fā)具有很大現(xiàn)實意義。

圖1 西湖凹陷N構(gòu)造古近系花港組沉積微相圖Fig.1 Sedimentary microfacies of the Paleogene Huagang Formation of N structure in Xihu Sag

2 滲透率建模

2.1 巖性相單元識別與劃分

本文采用Maill提出的巖性相概念［24］，用巖性及其發(fā)育的沉積層理構(gòu)造來表征巖相單元。因為是從電成像測井的角度進行表征，所以巖性及其沉積構(gòu)造均可有效識別出來［25-28］，而且可以建立縱向連續(xù)的序列，為儲層巖性相精細評價奠定良好基礎(chǔ)［29］。

巖性相包含巖性和沉積構(gòu)造等特征，它深刻揭示了儲層成因單元內(nèi)部宏觀非均質(zhì)性及沉積環(huán)境條件的變化。同一沉積環(huán)境，水動力能量條件的變化，主要體現(xiàn)在沉積物粒度、結(jié)構(gòu)與沉積構(gòu)造的變化，即巖性相單元的變化［29-30］。因此，每一個巖性相單元內(nèi)部具有相對均質(zhì)性，即同一巖性相單元具有相對良好的孔滲關(guān)系，不同的巖性相單元其物性相差很大。

鑒于研究區(qū)目的層厚度大、非均質(zhì)性強，先把砂體在縱向上劃分為若干個巖性相單元，把非均質(zhì)砂體轉(zhuǎn)換為若干個相對均質(zhì)的單元。前人的巖性相劃分方案重點強調(diào)儲層的沉積作用［24,30］，但是通過對西湖凹陷N構(gòu)造12口井巖心實驗分析資料、測井資料及錄井資料綜合分析，認為成巖膠結(jié)作用對儲層質(zhì)量的影響不可忽視。因此，充分考慮沉積作用和成巖作用，基于成像測井資料，在巖性和沉積層理構(gòu)造識別的基礎(chǔ)上，把研究區(qū)主要儲層劃分出9類巖性相單元，即鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖、塊狀層理砂礫巖、塊狀層理砂巖、槽狀交錯層理細中砂巖、板狀交錯層理細中砂巖、槽狀交錯層理含礫細砂巖、板狀交錯層理含礫細砂巖、槽狀交錯層理細砂巖、板狀交錯層理細砂巖。主要巖性相類型的成像測井響應特征見圖2。

圖2 西湖凹陷N構(gòu)造花港組主要巖性相類型Fig.2 Main lithofacies types of Huagang Formation of N structure in Xihu Sag

2.2 流動單元劃分

流動單元是從宏觀到微觀的不同級次上的、在垂向及側(cè)向上連續(xù)的、影響流體流動的巖石特征和流體本身滲流特征相似的儲集巖體［31］，不同流動單元之間孔滲值存在差異。對流動單元的劃分，目前主要通過巖心物性分析資料。根據(jù)Amaefule等［32］提出的平均水力單井的流動單元劃分方法，利用孔隙度（φ）及滲透率（K）構(gòu)建儲層品質(zhì)因子（RQI）和標準化孔隙度指數(shù)（φz），進而表征流動單元指數(shù)（FZI）：

上述公式中：RQI為儲層品質(zhì)因子，μm；K為滲透率，μm2；φ為孔隙度，%；φZ為標準化孔隙度指數(shù)，%；FZI為流動單元指數(shù)，μm。FZI是一個綜合判定參數(shù)，其值主要由實驗室測定的孔隙度和滲透率決定。實際上FZI主要取決于巖石孔隙結(jié)構(gòu)，具有相同F(xiàn)ZI的儲層孔喉特征相似［31］，并具有相對一致的孔滲相關(guān)性。

根據(jù)FZI斜率、變化率及拐點等特征，將研究區(qū)花港組儲層劃分為6個流動單元孔隙帶（表1，圖3a）。不同流動單元帶孔滲相關(guān)性差，但同一流動單元帶具有較好的孔滲相關(guān)性（圖3b），由此建立了與之相應的滲透率解釋模型。

圖3 西湖凹陷N構(gòu)造花港組流動單元法滲透率建模效果Fig.3 Effect of permeability modeling based on flow units of Huagang Formation of N structure in Xihu Sag

表1 西湖凹陷N構(gòu)造花港組滲透率模型Table 1 Permeability model of Huagang Formation of N structure in Xihu Sag

2.3 巖性相約束的流動單元自動識別

在巖心實驗分析的基礎(chǔ)上確定流動單元的劃分方案及響應的滲透率模型后，最終需用測井曲線信息建立流動單元識別方法，才能進行全井段滲透率的連續(xù)計算。因此，必須結(jié)合巖心數(shù)據(jù)和測井數(shù)據(jù)，在巖心深度準確歸位的基礎(chǔ)上，進行流動單元的測井識別。

在識別流動單元時，一種方法是應用現(xiàn)代大數(shù)據(jù)分析思路，應用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析軟件，進行聚類分析及模式識別。其中最常用的是Fisher判別的經(jīng)典算法，通過對樣本點流動單元指數(shù)和測井數(shù)據(jù)的載入和分析，可以生成不同流動單元類型樣本基于測井數(shù)據(jù)的判別函數(shù)，進而進行流動單元判別。但是，受到樣本數(shù)量和質(zhì)量的限制，該方法通常誤差較大，在樣本數(shù)量越龐大的地區(qū)應用效果越好［33］。

而最常用的流動單元識別方法還是通過分析與流動單元最相關(guān)的幾個測井敏感參數(shù)，利用常規(guī)測井資料以及巖心刻度方法進行多元擬合計算，建立流動單元指數(shù)計算模型。這種方法操作簡便，適用性廣，同時精度也能達到評價要求。本次研究建立的流動單元識別模型如下式所示：

式中：FZI為流動單元指數(shù)，μm；POR為孔隙度，%；CNL為中子值，%；DEN為密度值，g/cm3；SH為泥質(zhì)含量，%。

從圖3b和表1可以看出，除Ⅰ類流動單元帶具有相對更好的孔滲相關(guān)性外，其他5類流動單元帶的孔滲相關(guān)性依然較差，且部分流動單元帶界限不明晰。究其原因，除了巖心樣品數(shù)據(jù)有限外，還與常規(guī)測井數(shù)據(jù)的縱向分辨率低、儲層本身孔隙結(jié)構(gòu)差而導致其電性差異小有關(guān)。

前已述及，巖性相單元是基于成像測井資料建立的，是沉積與成巖作用的綜合表現(xiàn)，其內(nèi)部具有相對一致的孔滲關(guān)系，不同單元之間則界限明顯。流動單元是基于常規(guī)測井資料來表征的，對于受沉積與成巖作用影響小、物性相對較好的儲層求解效果良好，對于孔滲關(guān)系復雜、孔隙結(jié)構(gòu)差的儲層求解效果不很理想。但巖性相單元與流動單元之間的共同點是其內(nèi)部的物性具有相對一致性，即其含義是相似的。因此，用巖性相約束流動單元，可以大幅度提升滲透率的計算精度。

以N2井為例，通過對研究區(qū)9種巖性相的物性分析（表2）可知：槽狀交錯層理細中砂巖、槽狀交錯層理含礫細砂巖主要為Ⅰ類流動單元；板狀交錯層理細中砂巖、槽狀交錯層理細砂巖主要為Ⅱ類流動單元；板狀交錯層理含礫細砂巖、板狀交錯層理細砂巖主要為Ⅲ類流動單元；塊狀層理砂礫巖為Ⅳ類流動單元；塊狀層理砂巖主要為Ⅴ類流動單元；鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖主要為Ⅵ類流動單元。在巖性相約束下，對流動單元進行了自動識別，如圖4所示。很顯然，約束后的流動單元與巖性相單元完全對應。從流動單元的計算滲透率與巖心滲透率交會圖（圖5）可知，巖性相約束之前兩者的相關(guān)系數(shù)為0.73，約束之后相關(guān)系數(shù)為0.86，后者滲透率計算精度提高了44%。

圖4 西湖凹陷N2井花港組H3砂層組巖性相約束前后流動單元劃分結(jié)果對比Fig.4 Comparison of flow unit division results of H3 sand group in Huagang Formation of Well N2 in Xihu Sag before and after lithofacies constraint

圖5 西湖凹陷N2井花港組計算滲透率與巖心滲透率交會圖Fig.5 Crossplot of calculated permeability and core permeability of Huagang Formation of Well N2 in Xihu Sag

表2 西湖凹陷N2井花港組巖性相類型物性統(tǒng)計Table 2 Physical property statistics of lithofacies types of Huagang Formation of Well N2 in Xihu Sag

通過上述方法計算的滲透率為靜態(tài)滲透率，而油氣藏產(chǎn)能預測或動態(tài)模擬運算工程中要使用動態(tài)滲透率（有效滲透率），只有獲取靜態(tài)滲透率后，才能得到特定滲流條件下的有效滲透率［34］。根據(jù)氣相動態(tài)滲透率定義，氣相有效滲透率是靜態(tài)滲透率（空氣滲透率）與氣水相對滲透率的乘積：

式中：Kg為氣相有效滲透率，K為空氣滲透率，Krg為氣水相對滲透率，單位為10-3μm2。通過氣水相滲實驗可獲得Krg和K值，其中Krg為相滲曲線氣相相對滲透率最大值(端點值)（圖6），進而可以計算出Kg。

圖6 西湖凹陷N2井花港組氣驅(qū)水相滲實驗曲線Fig.6 Phase permeability curve of gas driving water test of Huagang Formation of Well N2 in Xihu Sag

3 產(chǎn)能精細預測

對油氣層的產(chǎn)能進行定性或定量評價一直是油氣勘探與開發(fā)領(lǐng)域的一項基本任務。對儲層產(chǎn)能進行正確評價,不僅可以檢驗油氣勘探的成果,而且可以為油氣田開發(fā)提供最基本的依據(jù)。研究表明，常規(guī)儲層總體具有相對均質(zhì)且較好的滲透性，故產(chǎn)能預測效果往往較好，而對于厚層非均質(zhì)性強的低孔低滲儲層，其產(chǎn)能預測難度較大，尚無統(tǒng)一有效的方法。傳統(tǒng)上采用平均的滲透率值作為輸入?yún)?shù)，預測效果往往差異較大。本文基于巖性相單元約束的儲層分類與滲透率精細求解，把產(chǎn)層段劃分為若干個不同的流動單元，使復雜的、非均值性強的厚層低孔低滲儲層轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€個相對均質(zhì)的層段；然后基于達西定律的穩(wěn)態(tài)流滲流力學理論，分別進行產(chǎn)能預測，具有良好的理論基礎(chǔ)。根據(jù)達西定律，完善井（表皮系數(shù)為零的井）均勻不可壓縮流體的平面徑向穩(wěn)態(tài)滲流的產(chǎn)出方程計算公式為：

式中：qg為產(chǎn)氣量，m3/d；Kg為氣相有效滲透率，10-3μm2；h為儲層厚度，m；Pr為地層壓力，MPa；Pwf為流動壓力，MPa；μg為氣體黏度，Pa·s；z為氣體偏差系數(shù)，無量綱；T為溫度，℃；re為泄流半徑，m；rw為井徑，m；st為表皮系數(shù)，無量綱；Dqg為非達西表皮系數(shù)，無量綱。

基于以上公式，逐層分別進行產(chǎn)能預測，再進行全層段產(chǎn)能疊加，獲得測試全層段砂體的總體產(chǎn)能。

4 預測效果

N1井為西湖凹陷N構(gòu)造的一口重點勘探井，在目的層花港組3 873～3 903 m井段進行了DST測試。N1井的該井段共劃分出4種巖性相單元，分別為槽狀交錯層理細砂巖、板狀交錯層理細砂巖、塊狀層理砂巖及鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖，識別出Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ等4類流動單元，其中塊狀層理砂巖和鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖分別為Ⅴ、Ⅵ類流動單元，屬于無效儲層，無產(chǎn)能貢獻。該井段共劃分出15個巖性相單元和流動單元，通過精細的動態(tài)、靜態(tài)滲透率計算，按生產(chǎn)壓差14.6 MPa、分流動單元進行了產(chǎn)能預測，然后疊加計算獲得該層段總的產(chǎn)能為55.44×104m3（表3）。實際DST測試結(jié)果為日產(chǎn)氣58.59×104m3，與預測結(jié)果高度吻合，達到了高精度產(chǎn)能預測的目的。另外，通過表3可以看出各測試層段的貢獻情況：在15個層段或流動單元中，有7個層段無產(chǎn)出或產(chǎn)出低于1×104m3，有些層段如11號層，厚度僅2.1 m，但產(chǎn)能貢獻達到13×104m3以上。

表3 西湖凹陷N1井花港組產(chǎn)能預測統(tǒng)計表Table 3 Statistics of predicted productivity of Huagang Formation of Well N1 in Xihu Sag

利用上述方法，對西湖凹陷N構(gòu)造中深層低孔低滲氣藏的數(shù)口井進行產(chǎn)能精細預測（表4），預測結(jié)果與實際測試結(jié)果吻合很好，從絕對值看總體符合率達到85.9%,驗證了本方法的可靠性。但是，對于產(chǎn)能很低的特低滲儲層，精確的滲透率求取難度很大，加之存在其他影響因素，預測結(jié)果誤差往往較大。

表4 西湖凹陷N構(gòu)造7口井花港組預測產(chǎn)能與實際產(chǎn)能對比表Table 4 Comparison between predicted productivity and actual productivity of Huagang Formation of 7 wells of N structure in Xihu Sag

5 結(jié)論

（1）中深層低孔低滲儲層厚度大，縱向非均質(zhì)性強，進行產(chǎn)能預測并確定不同層段的實際貢獻值難度很大，目前沒有成熟可用的有效方法。本文提出一種適用于厚層非均質(zhì)性強的低孔低滲儲層產(chǎn)能預測的新方法：首先基于高分辨率的電成像測井資料對儲層進行巖性相單元精細劃分；在此框架約束下，開展基于常規(guī)測井資料的儲層流動單元分類，在相對均質(zhì)、孔滲關(guān)系良好的流動單元模型中，借助巖心巖石物理分析資料，實現(xiàn)動靜態(tài)滲透率轉(zhuǎn)換；最后以流動單元為準，按照達西定律的穩(wěn)態(tài)流滲流力學理論進行產(chǎn)能預測。

（2）本方法應用于東海陸架盆地西湖凹陷古近系中深層低孔低滲氣藏，在數(shù)口井的產(chǎn)能預測中，預測結(jié)果與實際測試結(jié)果的總體符合率達到85.9%，特別是在數(shù)十米厚的測試層段中，比較清楚地確定出主要產(chǎn)能貢獻段，這對于后期的有效勘探開發(fā)具有很大的現(xiàn)實意義。

（3）本方法強調(diào)對儲層縱向進行精細劃分，更加適用于低孔低滲、孔隙結(jié)構(gòu)復雜、非均質(zhì)性強的碎屑巖儲層的滲透率計算和產(chǎn)能預測，應用前景較好。但是，對于特低滲儲層，因受限于測井資料精度問題，儲層參數(shù)和產(chǎn)能預測結(jié)果往往有較大誤差。