柴細元，丁娛嬌

（中國石油渤海鉆探工程有限公司測井分公司，天津 300280）

0 引 言

隨著油氣開采程度越來越高，剩余資源及新增儲量主要分布在巖性地層油氣藏、深層等重點領(lǐng)域，其總體特點是“低、深、難”，即埋藏深，低孔隙度低滲透率、低豐度，油氣預探評價風險大，常規(guī)技術(shù)難以實現(xiàn)效益開發(fā)。為實現(xiàn)該類儲層的效益開發(fā)，均需要對該類儲層進行措施改造。為保障措施改造的針對性和成功率，在措施改造之前必須對儲層進行詳細評估，為制定詳細、完善的后期措施改造方案提供準確的基礎資料。在儲層評估中，產(chǎn)能是首要考慮因素，通過儲層自然產(chǎn)能數(shù)值的大小，首先明確儲層是否具有自然產(chǎn)能，是否需要進行措施改造，是否值得進行措施改造，如果進行措施改造，預計能夠獲得多大的產(chǎn)能。只有在對以上幾個方面進行準確評價的基礎上，才能夠?qū)崿F(xiàn)效益開發(fā)。

根據(jù)達西滲流產(chǎn)量公式可知，油層的產(chǎn)液能力主要受儲層的滲透性影響，滲透率越高，產(chǎn)液能力越強；滲透率越低，產(chǎn)液能力越差。在歧口凹陷低孔隙度低滲透率儲層的產(chǎn)能預測中發(fā)現(xiàn)，根據(jù)儲層滲透性來預測儲層自然產(chǎn)能往往與實際生產(chǎn)情況存在較大出入。在完全相同的測試條件下，有些滲透率較高的儲層，產(chǎn)能非常低，而滲透率非常低的儲層，卻有非常高的產(chǎn)能。為準確獲得儲層自然產(chǎn)能及改造效果評價，本文從達西滲流產(chǎn)量公式出發(fā)，重點分析了歧口凹陷低孔隙度低滲透率儲層產(chǎn)能主控因素。在此基礎上，建立了一套利用孔隙結(jié)構(gòu)與地層壓力相結(jié)合進行儲層自然產(chǎn)能和改造效果評價的方法，并將此方法應用到歧口凹陷勘探實踐中，取得了良好的應用效果。

1 達西滲流產(chǎn)量公式在歧口凹陷的適應性分析

國內(nèi)外許多專家學者在油氣層的產(chǎn)能預測方面做了大量的工作。葛百成等[1]提出了利用儲層孔隙度、滲透率、含油飽和度和有效厚度相結(jié)合的產(chǎn)能預測方法；鄭云川等[2]提出了模糊綜合評判產(chǎn)能預測方法；歐陽健等[3]提出用巖石滲透率和含水飽和度評價油氣層產(chǎn)能指數(shù)；Cheng等[4]則用原狀地層電阻率和沖洗帶電阻率表征儲層流體流動能力，進而評價儲層產(chǎn)能；毛志強等[5]基于大量試油、測井解釋及巖心分析資料，建立了在塔里木盆地利用儲層有效滲透率預測油層產(chǎn)能的數(shù)學模型。在各種產(chǎn)能評價方法中，使用最為廣泛的是達西滲流產(chǎn)量公式。該公式認為，假設油藏開發(fā)形狀為理想的圓柱形，則流體在孔隙介質(zhì)中的流動分析可認為是平面徑向流的分析，根據(jù)達西定律，流量Q可描述為[6]

式中，Q為油井的穩(wěn)定日產(chǎn)量，m3；C為單位換算系數(shù)，取0.54287；Ko為油相相滲透率，×10－3μm2；H為油層有效厚度，m；Δp為油井生產(chǎn)壓差，MPa；μo為地層原油黏度，mPa·s；βo為原油體積系數(shù)，無因次；re為油井供油半徑，m；rw為油井井眼半徑，m；S為表皮系數(shù)，無因次。

一般情況下，將單位壓差下每米采油指數(shù)定義為儲層的產(chǎn)能，則式（1）可轉(zhuǎn)換為

對于同一油田，當儲層原油性質(zhì)、射孔方式以及油井供油半徑、井眼半徑基本一致時，式（2）中C／（βoμolg（re／rw＋S）可以當作是常數(shù)項，令

則式（2）可以轉(zhuǎn)換為

式（4）中油相相滲透率Ko具體計算方法為

式中，Ko，max為束縛水狀態(tài)下的油相相滲透率；Kro為油相相對滲透率，對于油層，無論何種方法得到的Kro數(shù)值均應該為1。同時，通過對歧口凹陷大量巖心數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)束縛水狀態(tài)下油相相滲透率與絕對滲透率之間存在很好的相關(guān)系（見圖1），其相關(guān)式為

式中，K為絕對滲透率，×10－3μm2，也即為巖心分析中的空氣滲透率，測井計算所能夠獲得的滲透率。

圖1 最大油相相滲透率與絕對滲透率關(guān)系圖版

對于油層，將式（6）代入式（4）則可得到簡化后的達西滲流產(chǎn)能描述公式

圖2 絕對滲透率與自然產(chǎn)能關(guān)系圖

通過式（7），對于油層，達西滲流公式的產(chǎn)能主要與儲層的滲透率相關(guān)。為驗證該方法在歧口凹陷的適應性，選取了歧口凹陷某一區(qū)塊同一層系、相同測試作業(yè)方式、試油結(jié)果為油層的儲層，建立儲層自然產(chǎn)能與巖心分析滲透率關(guān)系圖版（見圖2）。圖2中橫坐標為巖心分析空氣滲透率，縱坐標為代表產(chǎn)能的每米產(chǎn)液指數(shù)。由圖2可見，當儲層滲透率大于50×10－3μm2時，儲層自然產(chǎn)能與滲透率有非常好的相關(guān)系，說明在中高孔隙度滲透率儲層，達西滲流產(chǎn)能描述公式可用于歧口凹陷儲層自然產(chǎn)能預測；當儲層滲透率小于50×10－3μm2時，儲層自然產(chǎn)能與滲透率相關(guān)性明顯變差，特別是當儲層滲透率小于1×10－3μm2時，儲層自然產(chǎn)能變化差異高達4個數(shù)量級；說明在歧口凹陷低孔隙度低滲透率儲層，達西滲流產(chǎn)能公式已經(jīng)不能用于進行儲層自然產(chǎn)能預測，必須開發(fā)適合低孔隙度低滲透率儲層產(chǎn)能預測方法。

2 低孔隙度低滲透率儲層產(chǎn)能預測方法

2.1 歧口凹陷低孔隙度低滲透率儲層產(chǎn)能主控因素

當外部生產(chǎn)環(huán)境條件與油氣性質(zhì)基本一致時，油氣儲層自身性質(zhì)對儲層產(chǎn)能高低產(chǎn)生決定性的影響。譚成仟等[7]指出，儲層的產(chǎn)能影響因素除了滲透率以外還與儲層的孔隙度、電阻率等有關(guān)。對于歧口凹陷低孔隙度低滲透率儲層，由于復雜的巖性、孔隙結(jié)構(gòu)的影響，電阻率對含油飽和度和產(chǎn)能的影響變得非常不明顯，而儲層的孔隙度、滲透率均受儲層孔隙結(jié)構(gòu)控制。與此同時，歧口凹陷深層普遍發(fā)育異常高壓儲層，異常高壓對儲層產(chǎn)能具有明顯的改善作用。故本文重點分析孔隙結(jié)構(gòu)和地層孔隙壓力對儲層自然產(chǎn)能的影響。

2.1.1 孔隙結(jié)構(gòu)對儲層自然產(chǎn)能的影響程度分析

圖3 毛細管壓力曲線分類圖

在綜合分析大量巖心與試油試采資料基礎上發(fā)現(xiàn)，在正常儲層壓力系統(tǒng)下，儲層的毛細管壓力曲線形態(tài)能夠較好地反映儲層自然產(chǎn)液能力。不同毛細管壓力曲線形態(tài)，儲層自然產(chǎn)液能力不同?？紫督Y(jié)構(gòu)越好，自然產(chǎn)液能力越高，反之亦然。說明在正常壓力系統(tǒng)下，儲層自然產(chǎn)液能力主要受孔隙結(jié)構(gòu)控制。利用壓汞毛細管壓力曲線形態(tài)可以建立儲層孔隙結(jié)構(gòu)與自然產(chǎn)液能力關(guān)系（見圖3）。①Ⅰ類儲層，每米產(chǎn)液指數(shù)大于10，在毛細管壓力曲線形態(tài)上表現(xiàn)為高進汞飽和度—低排驅(qū)壓力型，曲線位于坐標左下部，總體上表現(xiàn)為低排驅(qū)壓力（小于0.025MPa）、高進汞飽和度（大于90%），具有明顯平臺段與雙拐點，反映儲集層孔隙結(jié)構(gòu)好，巖石粒度粗，分選好，連通性好，孔喉分布均勻，儲集性能好，為高產(chǎn)儲集層。②Ⅱ類儲層，每米產(chǎn)液指數(shù)在1～10之間，在毛細管壓力曲線形態(tài)上表現(xiàn)為中、高進汞飽和度—中、低排驅(qū)壓力型，曲線位于坐標中—下部，總體上表現(xiàn)為中—低排驅(qū)壓力（介于0.025～0.1MPa之間）、中—高進汞飽和度（大于80%），具有較明顯的平臺段與雙拐點，反映儲集層孔隙結(jié)構(gòu)相對較好，巖石粒度較粗，分選性相對較好，連通狀況中等，儲集性能中等，一般為工業(yè)產(chǎn)能儲集層。③Ⅲ類儲層，每米產(chǎn)液指數(shù)在0.1～1之間，在毛細管壓力曲線形態(tài)上表現(xiàn)為中、高進汞飽和度—中、高排驅(qū)壓力型，曲線位于坐標中部，總體上表現(xiàn)為中—高排驅(qū)壓力（介于0.1～0.5MPa之間）、中—高進汞飽和度（大于70%），呈斜坡形，雙拐點不明顯，反映儲集層孔隙結(jié)構(gòu)較差，巖石粒度較細，分選性相對較差，連通性較差，儲集性能較差，一般為工業(yè)產(chǎn)能儲集層。④Ⅳ類儲層，每米產(chǎn)液指數(shù)在0.001～0.1之間，在毛細管壓力曲線形態(tài)上表現(xiàn)為中高進汞飽和度—高排驅(qū)壓力型，曲線位于坐標中—上部，總體上表現(xiàn)為高排驅(qū)壓力（介于0.5～2.0MPa之間）、中高進汞飽和度（大于50%），呈斜坡形，無雙拐點反映儲集層孔隙結(jié)構(gòu)差，巖石粒度細，分選性差，孔喉分布不均勻，連通性差，儲集性能較差，一般為低產(chǎn)能儲集層，壓裂改造后具有工業(yè)產(chǎn)能。⑤Ⅴ類儲層，每米產(chǎn)液指數(shù)小于0.001，在毛細管壓力曲線形態(tài)上表現(xiàn)為低進汞飽和度—高排驅(qū)壓力型，曲線位于坐標右—上部，總體上表現(xiàn)為高排驅(qū)壓力（大于2.0MPa）、低進汞飽和度（小于50%），呈斜坡形或上凸型，反映儲集層孔隙結(jié)構(gòu)極差，巖石粒度細，分選性差，孔喉分布不均勻，連通性差，儲集性能很差，一般無產(chǎn)能。

通過毛細管壓力曲線形態(tài)描述儲層產(chǎn)液能力與孔隙結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，只能進行直觀定性解釋，不能滿足日常生產(chǎn)需求。為有效描述儲層產(chǎn)液能力，在綜合分析儲層物性宏觀表征參數(shù)和16種微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)基礎上，優(yōu)選了有效孔隙度、滲透率、排驅(qū)壓力、孔隙喉道均值、分選系數(shù)、最大進汞飽和度等6個反映儲層產(chǎn)能敏感的表征參數(shù)，通過加權(quán)組合構(gòu)建了一條最佳的表征儲層自然產(chǎn)液能力的孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)

式中，IT為孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)；φe為有效孔隙度；K為滲透率；Sp為分選系數(shù)；Smax為最大進汞飽和度；DM為孔隙喉道均值；pd為排驅(qū)壓力。

分不同壓力梯度建立了孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)與儲層自然產(chǎn)液能力的關(guān)系（見圖4）。由圖4可見，在正常壓力系統(tǒng)情況下（壓力梯度在0.95～1.2之間），每米產(chǎn)液指數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)之間存在非常好的相關(guān)性（圖4中綠色點）；即使不考慮壓力的影響，每米產(chǎn)液指數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)之間的相關(guān)性也明顯優(yōu)于每米產(chǎn)液指數(shù)與滲透率之間的關(guān)系，說明孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)比滲透率能夠更好地描述儲層自然產(chǎn)液能力。

圖4 孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)與自然產(chǎn)能關(guān)系圖版

2.1.2 地層壓力對儲層自然產(chǎn)能的影響程度分析

李軍等[8]研究表明，歧口凹陷中深層異常高壓十分發(fā)育，異常高壓與油氣運移、聚集、油氣分布以及產(chǎn)能有十分密切的關(guān)系。一方面超壓的存在減緩了壓實作用，可以有效保留部分原生孔隙，使儲集層保持較高的孔隙度，對中深層碎屑巖的儲集性能，尤其是滲流能力起到有效維持；由異常高壓引起的微裂縫對致密碎屑巖儲層物性的改善也起到非常重要的作用。另一方面超壓是油氣在低滲透致密儲層中運聚充注的主要動力（動力圈閉），動力圈閉與中－高滲透儲層中的構(gòu)造、地層、巖性等常規(guī)圈閉相比較，除充注動力、滲流方式不同外，在油氣水關(guān)系、圈閉的形態(tài)和分布上也有很大差異；源巖與儲層大范圍疊置或互層，生烴超壓近源充注，以及在孔縫網(wǎng)絡中短距離運移是形成動力圈閉的有利條件，并最終可導致地層中大面積連續(xù)含烴。與此同時，通過生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，高異常壓力區(qū)域，儲層產(chǎn)能通常也較高。

為具體分析異常地層壓力對儲層產(chǎn)能影響程度，建立了壓力系數(shù)與儲層自然產(chǎn)液能力之間的關(guān)系圖版（見圖5）。可見地層壓力與儲層自然產(chǎn)能之間存在一定的相關(guān)性，隨著壓力系數(shù)增加，儲層自然產(chǎn)液能力亦增加，但是儲層產(chǎn)液能力與地層壓力之間的相關(guān)性明顯不如儲層產(chǎn)液能力與孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)之間的相關(guān)性。通過以上分析可知，影響歧口凹陷低孔隙度低滲透率儲層產(chǎn)能的主控因素為孔隙結(jié)構(gòu)和地層壓力，其中孔隙結(jié)構(gòu)為關(guān)鍵控制因素，地層壓力是重要的影響因素。

圖5 壓力系數(shù)與每米產(chǎn)液指數(shù)關(guān)系圖

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)與地層壓力相結(jié)合的產(chǎn)能預測方法

在低孔隙度低滲透率儲層措施改造方案優(yōu)化設計中，工程人員希望能夠同時了解儲層自然產(chǎn)液能力，儲層是否具有改造價值，改造后的效果如何。為達到上述目標，在前文主控因素分析的基礎上，構(gòu)建了一條同時考慮孔隙結(jié)構(gòu)影響和地層壓力影響的產(chǎn)能評價綜合指數(shù)曲線，具體表達式為

式中，ZZ為產(chǎn)能評價綜合指數(shù)；po為地層壓力系數(shù)；x為經(jīng)驗系數(shù)。

為評價儲層自然產(chǎn)液能力，建立了產(chǎn)能評價綜合指數(shù)與每米產(chǎn)液指數(shù)之間的關(guān)系圖版（見圖6）。可見自然產(chǎn)能與產(chǎn)能評價綜合指數(shù)之間的相關(guān)性要明顯優(yōu)于產(chǎn)能與滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)、地層壓力等單因素的相關(guān)性，利用產(chǎn)能評價綜合指數(shù)曲線能夠較好地描述儲層自然產(chǎn)液能力。具體計算公式為

圖6 產(chǎn)能評價綜合指數(shù)與自然產(chǎn)能關(guān)系圖版

為評價儲層是否具有改造價值以及改造后儲層產(chǎn)液能力，建立了措施改造前、后儲層每米產(chǎn)液指數(shù)與產(chǎn)能評價綜合指數(shù)之間的關(guān)系圖版（見圖7）。圖7中綠色點代表措施改造前儲層產(chǎn)能，即為儲層自然產(chǎn)能；藍色點代表措施改造后儲層產(chǎn)能，即儲層措施產(chǎn)能。由圖7中措施前、后每米產(chǎn)液指數(shù)對比可知，當產(chǎn)能評價綜合指數(shù)小于0.28時，儲層基本不具備改造價值；產(chǎn)能評價綜合指數(shù)越大，儲層改造價值越高，由圖7中藍色點可以建立措施改造產(chǎn)能與產(chǎn)能評價綜合指數(shù)曲線之間的關(guān)系。具體描述為

圖7 產(chǎn)能評價綜合指數(shù)與措施產(chǎn)能關(guān)系圖版

2.3 儲層產(chǎn)能分級評價標準的建立

為更直觀有效地給措施改造方案設計提供設計參考依據(jù)，在準確評價儲層流體性質(zhì)基礎之上，結(jié)合前文儲層孔隙結(jié)構(gòu)與產(chǎn)液能力分類，建立了歧口凹陷油層產(chǎn)能分級評價標準（見表1）。

表1 儲層產(chǎn)能分級評價標準

3 應用效果分析

在實際測井資料應用中，該方法中的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)主要由核磁共振測井資料獲取，地層孔隙壓力參數(shù)由聲波、密度等測井資料得到。該方法編制成軟件并投入到歧口凹陷實際生產(chǎn)應用，為歧口凹陷低孔隙度低滲透率儲層勘探開發(fā)起到了非常重要的作用。圖8為歧口凹陷1口重點探井的應用實例，目的層段為沙三段，核磁共振測井獲得的總孔隙度在7%～9%之間（圖8中最后一道），有效孔隙度在3%～5%之間，按歧口凹陷低孔隙度低滲透率儲層有效儲層孔隙度下限標準8%，圖8中所示井段均達不到有效儲層解釋標準。但是從核磁共振測井標準T2譜來看（圖8中第5道），在143、144號層均存在一定的長T2譜分布，反映儲層可能發(fā)育一些微裂縫；從測井計算的地層孔隙壓力來看（圖8中第7道），目的井段地層孔隙壓力在1.36～1.4之間，反映了異常高壓的存在。應用本文方法進行了儲層產(chǎn)能綜合評價，從孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)來看，圖8中所示井段整體儲層物性均非常差，物性相對較好的儲層位于143號層的3977～3978m、144號層的3982～3984m井段，能夠評價為Ⅳ類儲層（見圖8中第8道黑色斷線），其他均達不到有效儲層解釋標準；但是從產(chǎn)能評價綜合指數(shù)來看，143號層最大產(chǎn)能評價綜合指數(shù)為3.4，平均產(chǎn)能評價綜合指數(shù)為1.51，預測措施前每米最大產(chǎn)液指數(shù)約為0.54，平均每米產(chǎn)液指數(shù)為0.1，經(jīng)過措施后改造后每米最大產(chǎn)液指數(shù)能夠達到0.58，平均每米產(chǎn)液指數(shù)為0.18；144號層最大產(chǎn)能評價綜合指數(shù)為1.84，平均產(chǎn)能評價綜合指數(shù)為1.28，預測措施前每米最大產(chǎn)液指數(shù)約為0.07，平均每米產(chǎn)液指數(shù)為0.024，經(jīng)過措施后改造后每米最大產(chǎn)液指數(shù)能夠達到0.27，平均每米產(chǎn)液指數(shù)為0.11；可見143、144號層均可以評價為Ⅳ類儲層，具有一定的措施改造價值。142號層平均產(chǎn)能評價綜合指數(shù)為0.13，預測措施前每米產(chǎn)液指數(shù)約為0.0001，為Ⅴ類儲層，無措施改造價值。對142～144號層試油，測量得到油層壓力梯度為1.38，措施改造前日產(chǎn)油6.4t，折算為每米產(chǎn)液指數(shù)為0.0187；經(jīng)過措施改造后日產(chǎn)油54.9t，折算為每米產(chǎn)液指數(shù)為0.159。試油得到的措施前、后產(chǎn)液指數(shù)與計算的3個層平均產(chǎn)液指數(shù)0.02和0.161基本吻合，說明該方法是有效的。

圖8 ×井產(chǎn)能預測綜合成果圖

4 結(jié) 論

（1）自然產(chǎn)能預測及措施改造效果評價是低孔隙度低滲透率儲層規(guī)模效益開發(fā)中的一個非常重要的環(huán)節(jié)，產(chǎn)能預測的準確性直接制約措施改造效果。

（2）達西滲流產(chǎn)能評價公式主要適應于中高孔隙度滲透率儲層，對于低孔隙度低滲透率儲層，特別是復雜成因的低孔隙度低滲透率儲層，必須明確儲層產(chǎn)能的主控因素，建立基于主控因素的產(chǎn)能評價方法。

（3）對于歧口凹陷低孔隙度低滲透率儲層而言，影響產(chǎn)能的關(guān)鍵影響因素為孔隙結(jié)構(gòu)和地層壓力，據(jù)此建立了一套基于孔隙結(jié)構(gòu)與地層壓力相結(jié)合的儲層產(chǎn)能和壓裂效果預測方法，并在實際應用中取得了良好的效果。

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