賈培鋒，楊正明，肖前華，盛 倩，熊生春

(1.中國石油大學(xué)，山東 青島 266000 ；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065000；3.中國科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所，河北 廊坊 065007；4.重慶科技學(xué)院，重慶 401331)

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致密油藏儲層綜合評價新方法

賈培鋒1，2，楊正明2，肖前華3，4，盛 倩1，熊生春2

(1.中國石油大學(xué)，山東 青島 266000 ；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065000；3.中國科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所，河北 廊坊 065007；4.重慶科技學(xué)院，重慶 401331)

致密油藏開發(fā)需要儲層評價作為指導(dǎo)，但尚無一套評價方法立足于致密油開發(fā)實際。通過對大慶油田和長慶油田典型致密油儲層巖心進(jìn)行實驗研究，運用統(tǒng)計學(xué)方法和數(shù)值模擬方法，優(yōu)選了平均喉道半徑、可動流體百分?jǐn)?shù)、脆性指數(shù)、地層壓力系數(shù)、啟動壓力梯度、原油黏度6個參數(shù)用于致密儲層評價。在低滲透油藏參數(shù)評價界限基礎(chǔ)上，補(bǔ)充了地層壓力系數(shù)和脆性指數(shù)分類界限；提出了致密油儲層綜合分類評價方法，將致密儲層按綜合分類系數(shù)分為4類。應(yīng)用結(jié)果表明，大慶油田龍西區(qū)塊的扶余油層和高臺子油層，長慶油田的長8、長9儲層為Ⅱ—Ⅲ類儲層，有一定開發(fā)潛力。

致密油藏；儲層評價；參數(shù)選?。痪C合分類公式

0 引 言

作為最現(xiàn)實的非常規(guī)石油資源，致密油的資源潛力對于緩解中國能源壓力意義重大。近年來，中國致密油藏的勘探開發(fā)工作初具規(guī)模，逐步積累了一定開發(fā)經(jīng)驗。2012年賈承造、鄒才能等針對致密油藏勘探工作提出了10條評價指標(biāo)；2014年鄒才能著眼于非常規(guī)油氣“有序聚集”理論提出了“六特性”作為地質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)[1-3]。但目前尚無立足于致密油田開發(fā)實際的評價方法，用于指明開發(fā)“甜點”所在。

當(dāng)前油藏評價工作以滲流機(jī)理為出發(fā)點，從單一參數(shù)向多參數(shù)綜合評價發(fā)展。常規(guī)油氣儲層僅采用孔隙度、滲透率評價儲層。一般低滲透油藏將啟動壓力梯度和可動流體納入評價，綜合考慮非線性滲流。然而面對孔喉更為微小，滲透性更差，開發(fā)模式與一般低滲透儲層差別顯著的致密儲層[4-5]，低滲透儲層評價參數(shù)不再全部適合。對大慶油田和長慶油田典型致密儲層巖心進(jìn)行實驗研究，在低滲透儲層評價方法的基礎(chǔ)上，納入新的評價參數(shù)，并重新劃分了評價界限。

1 評價參數(shù)的選取

低滲透油藏評價方法認(rèn)為影響低滲透油田開發(fā)的因素有：孔隙結(jié)構(gòu)特征、滲流及流體性質(zhì)、儲層敏感性特征[4-5]。致密儲層除了這3個因素均異于一般低滲透油藏外，其獨特性還表現(xiàn)在無自然產(chǎn)能或自然產(chǎn)能低于工業(yè)油流下限，通常需要一定經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)措施方可獲得工業(yè)產(chǎn)量[6]。多分支水平井、酸化壓裂、多級壓裂等技術(shù)能明顯改善儲層流動性，提高致密油藏初期產(chǎn)量。由于儲層能量補(bǔ)充困難，即便采取了大規(guī)模儲層改造技術(shù)，彈性驅(qū)仍是致密油藏開發(fā)的主要驅(qū)動方式。鑒于以上特點，提出可動流體百分?jǐn)?shù)、脆性指數(shù)、地層壓力系數(shù)、平均喉道半徑、啟動壓力梯度、原油黏度6個參數(shù)作為評價致密儲層的參數(shù)。

1.1 可動流體百分?jǐn)?shù)

可動流體百分?jǐn)?shù)表征儲層孔隙流體賦存特征。儲層中的流體一部分為自由流體，在一定壓力梯度下可以發(fā)生流動，稱為可動流體。而另一部分流體為束縛流體，存在于孔隙壁面附近或充滿極微小的孔隙，較強(qiáng)的固液界面作用改變其物理化學(xué)性質(zhì)，使之難以流動。對于致密滲透儲層而言，由于孔隙微細(xì)，孔隙壁面比表面積較大，展布在孔隙壁面上的束縛流體含量很大，可動流體百分?jǐn)?shù)對儲層流體滲流性能的影響不容忽視。

對大慶典型致密油儲層巖樣進(jìn)行可動流體百分?jǐn)?shù)的測試工作，并進(jìn)行了水驅(qū)油實驗，結(jié)果表明，當(dāng)滲透率小于10×10-3μm2時，可動流體百分?jǐn)?shù)與滲透率相關(guān)性較差。部分滲透率較低的巖心可動流體百分?jǐn)?shù)反而較高，反之亦然。但總體而言，當(dāng)滲透率小于1×10-3μm2時，平均可動流體百分?jǐn)?shù)小于20%；當(dāng)滲透率為1×10-3～10×10-3μm2時，平均可動流體百分?jǐn)?shù)為30%；當(dāng)滲透率大于10×10-3μm2時，平均可動流體百分?jǐn)?shù)大于40%。總體上，平均可動流體百分?jǐn)?shù)隨著巖心的滲透率的增大而增大?？蓜恿黧w百分?jǐn)?shù)與驅(qū)油效率之間有著很好的相關(guān)性，因此，可動流體百分?jǐn)?shù)能夠反映儲層開發(fā)潛力。

1.2 儲層巖石脆性指數(shù)

分段壓裂水平井廣泛應(yīng)用于致密油田開發(fā)中，其中水平井體積壓裂技術(shù)的應(yīng)用，可使水平井的產(chǎn)量達(dá)到同層位壓裂直井的5～7倍。儲層的可壓裂性與其開發(fā)效果密切相關(guān)，因此，將儲層巖石脆性指數(shù)納入評價體系。巖石的脆性是指巖石在受到的外力達(dá)到某一極限時發(fā)生破裂的性質(zhì)。脆性指數(shù)可以通過巖石力學(xué)方法或巖石礦物學(xué)方法確定。

巖石力學(xué)方法是通過彈性模量和泊松比這2個相互獨立的物理量表示巖石脆性指數(shù)。由于計算脆性指數(shù)需要將該地區(qū)巖石的彈性模量和泊松比進(jìn)行歸一化，因此，巖石力學(xué)方法的計算公式具有明顯的地域適用性。

研究中采用礦物學(xué)方法測取脆性指數(shù)，根據(jù)脆性礦物成分含量高低可判斷脆性強(qiáng)弱。用石英占總礦物(石英、黏土、碳酸鹽巖等礦物)的百分含量來表示脆性指數(shù)[7]。表達(dá)式為：

(1)

式中：B為脆性指數(shù)，%；φ為孔隙度；Vsh為非石英礦物含量，%。

1.3 地層壓力系數(shù)

儲層壓力反應(yīng)其彈性開發(fā)能量，致密油藏的儲層物性普遍較差，較高的儲層壓力有助于提高彈性產(chǎn)量。一般說來，一定超壓的儲層有助于烴類在微小的孔喉中運移。在不考慮溶解氣驅(qū)的情況下，通過致密油儲層數(shù)值模擬開發(fā)實驗，討論了地層壓力系數(shù)對彈性開發(fā)的影響，實驗結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，相同的油藏條件下，壓力系數(shù)與彈性開發(fā)最終采出程度以及初期產(chǎn)量均成正相關(guān)關(guān)系，即較高的地層壓力系數(shù)可以獲得更高的初期產(chǎn)量和采出程度。而通過產(chǎn)能公式，同樣可得到地層壓力與產(chǎn)量的關(guān)系。

圖1 不同壓力系數(shù)下致密儲層的產(chǎn)量與采出程度關(guān)系

1.4 其他參數(shù)

用以描述微觀孔喉結(jié)構(gòu)的參數(shù)有喉道半徑、孔喉比、相對分選系數(shù)、微觀均質(zhì)系數(shù)等。其中喉道半徑?jīng)Q定著儲層流體的滲流能力，是表征儲層巖心孔隙結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。喉道半徑越大，相應(yīng)的滲流阻力越小，儲層流體的開發(fā)潛力越大。最大喉道半徑反映流體通過喉道的半徑上限，主流喉道半徑反映有效孔喉半徑的下限。平均喉道半徑是實驗巖心喉道半徑分布的均方根，能夠表征致密儲層孔喉結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。該研究采用的參數(shù)為平均喉道半徑。

在低滲透油藏中，流體黏度對油藏的開發(fā)影響較大。而在致密油藏極為細(xì)微的孔隙裂縫中，這種影響將更加明顯。原油黏度除了表征儲層中流體物性外，還是影響油藏流體滲流和壓力傳播的重要因素之一。另外，由于致密儲層孔道極其微細(xì)，流體在滲流過程中受到固液界面作用的影響很大，存在啟動壓力梯度。因此，選取了原油黏度和啟動壓力梯度作為評價參數(shù)。

2 致密儲層綜合評價方法

2.1 單因素分類界限的確定

該評價方法旨在為油田開發(fā)工作提出建議，優(yōu)選開發(fā)區(qū)塊。針對作為致密儲層綜合評價指標(biāo)的6個參數(shù)，需要確定各單因素分類界限，進(jìn)而基于單因素儲層評價分類界限，提出綜合分類方法。通過研究現(xiàn)有致密油區(qū)塊的儲層脆性指數(shù)和壓力系數(shù)，結(jié)合低滲透油藏單因素評價界限，給出了脆性指數(shù)和地層壓力系數(shù)的分類界限。

巖石的脆性指數(shù)反映儲層巖石的可壓裂性，Rickman提出巖石脆性指數(shù)與壓裂裂縫形態(tài)存在對應(yīng)關(guān)系，不同脆性的儲層在壓裂措施下形成的裂縫系統(tǒng)不同[8]：脆性指數(shù)在20%以下，只能形成單條裂縫；脆性指數(shù)在20%～40%時，裂縫系統(tǒng)由單縫向多縫過渡；脆性指數(shù)在40%～60%時，將形成多縫系統(tǒng)；脆性指數(shù)在60%以上的儲層則易形成縫網(wǎng)。致密油藏開發(fā)中，通過壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)有助于油井產(chǎn)能提高，而水平井的體積壓裂也更適用于脆性較強(qiáng)的儲層。因此根據(jù)脆性指數(shù)將儲層分為4類：脆性指數(shù)大于60%為Ⅰ類儲層，能夠產(chǎn)生相互連通的縫網(wǎng)系統(tǒng)；脆性指數(shù)40%～60%為Ⅱ類儲層，能夠產(chǎn)生多條不同走向的裂縫；脆性指數(shù)20%～40%為Ⅲ類儲層，可形成單縫或多縫的混合裂縫系統(tǒng)；脆性指數(shù)小于20%為Ⅳ類儲層，僅能產(chǎn)生單條裂縫。

石油地質(zhì)學(xué)中將地層孔隙中流體所受壓力高于靜水壓力稱為異常高壓或超壓，反之稱為異常低壓或負(fù)壓。通過對國內(nèi)外致密油藏地質(zhì)資料調(diào)研可知，除中國的鄂爾多斯盆地外，大部分盆地的致密儲層為異常高壓[3]。因此根據(jù)地層壓力系數(shù)將儲層分為4類：地層壓力系數(shù)大于1.5的儲層為Ⅰ類儲層，該類儲層為異常高壓，彈性能量充分；地層壓力系數(shù)1.5～1.2的儲層為Ⅱ類儲層，該類儲層為一般高壓地層，彈性能量較高；地層壓力系數(shù)1.2～0.9的儲層為Ⅲ類儲層，該類儲層為正常壓力地層，有一定的彈性能量；地層壓力系數(shù)小于0.9的儲層為Ⅳ類儲層，該類儲層為異常低壓，彈性能量不足。最終得到用于評價致密油藏的六參數(shù)分類界限，見表1。

表1 致密油藏儲層評價方法

2.2 多元綜合分類方法

油田開發(fā)效果受多種因素共同控制。而各個參數(shù)共同評價結(jié)果無法量化，對儲層品質(zhì)的描述較模糊。研究表明：平均喉道半徑、可動流體百分?jǐn)?shù)、巖石脆性指數(shù)、儲層壓力系數(shù)與區(qū)塊的開發(fā)效果成正相關(guān)關(guān)系，即平均喉道半徑越大、可動流體百分?jǐn)?shù)越高、儲層巖石脆性越強(qiáng)、地層壓力系數(shù)越高，開發(fā)效果越好；啟動壓力梯度、原油黏度與區(qū)塊的開發(fā)效果成負(fù)相關(guān)關(guān)系，即啟動壓力梯度越高、原油黏度越高，區(qū)塊開發(fā)效果越差。因此，提出 “多元綜合評價系數(shù)”作為評價致密油儲層品質(zhì)的指標(biāo)，在單因素分析的基礎(chǔ)上，對各參數(shù)進(jìn)行歸一化處理得到綜合評價系數(shù)Feci，其表達(dá)式為：

(2)

式中：So為可動流體百分?jǐn)?shù)，%；rm為平均喉道半徑，μm；P為地層壓力系數(shù)；λ為啟動壓力梯度，MPa·m-1；μ為原油黏度，mPa·s；Sostad，rmstad，Bstad，Pstad，λstad，μstad分別為以上6個參數(shù)第Ⅳ類參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)下限。

通過選取分類系數(shù)中第Ⅳ類參數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行歸一化，將單因素分析的界限值代入公式(2)求得綜合分類評價的界限值，得到致密油儲層綜合評價分類標(biāo)準(zhǔn)(表2)。Ⅰ類儲層是可以采用常規(guī)開發(fā)手段取得較好采出程度的致密儲層；Ⅱ類儲層是需要一定儲層改造手段才能夠取得較好開發(fā)效果的致密儲層；Ⅲ類儲層是指尚需技術(shù)攻關(guān)，在一定經(jīng)濟(jì)條件下采取大規(guī)模儲層改造技術(shù)后可以開發(fā)的儲層；Ⅳ類儲層代表目前技術(shù)難以動用的儲層。

表2 致密油儲層評價分類標(biāo)準(zhǔn)

3 實例應(yīng)用

對大慶油田扶余、高臺子油層和長慶油田長8、長9儲層的4個區(qū)塊共計97塊巖心進(jìn)行油層物理實驗，運用該方法對大慶油田、長慶油田的典型致密油區(qū)塊進(jìn)行評價，結(jié)果如表3所示。由表3可知，大慶油田的扶余和高臺子油層在相似的滲透率級別下，齊家—龍西地區(qū)的儲層擁有更高的評價系數(shù)，屬于Ⅱ類儲層。而州602-4、齊平2區(qū)塊的儲層受制于孔喉半徑微小，儲層評價為Ⅲ類。另外，扶余儲層原油黏度較高，開發(fā)效果將受到影響。對比長慶油田紅河地區(qū)、吳倉堡地區(qū)長8、長9儲層發(fā)現(xiàn)，得益于較低的啟動壓力梯度，整體儲層性質(zhì)較差的2個區(qū)塊仍為Ⅱ類儲層，具有一定的開發(fā)潛力。綜合分析大慶油田、長慶油田的典型致密油區(qū)塊各影響因素，認(rèn)為大慶油田影響儲層品質(zhì)的主要因素為平均喉道半徑，長慶油田具有較小啟動壓力梯度的區(qū)塊可以作為開發(fā)工作的重點。

表3 各區(qū)塊綜合評價結(jié)果

4 結(jié) 論

(1) 在選取的致密油藏評價參數(shù)中，可動流體百分?jǐn)?shù)表征著儲層開發(fā)的潛力；原油黏度對滲流影響明顯；脆性指數(shù)反映了致密儲層改造的潛力；平均喉道半徑直觀地反映了儲層微觀孔喉特征；啟動壓力梯度體現(xiàn)了儲層流體在致密儲層中非線性滲流的特點；儲層壓力系數(shù)反映了彈性開發(fā)能量的大小。

(2) 提出了多參數(shù)綜合評價方法，對致密儲層進(jìn)行了分類劃分。認(rèn)為Ⅰ—Ⅲ類致密儲層具有開發(fā)意義，Ⅳ類儲層在現(xiàn)有技術(shù)下難以動用。通過在大慶油田的典型致密油儲層應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)采用相同的開發(fā)工藝條件下，評價為Ⅱ類儲層的龍西油區(qū)單井產(chǎn)量高于Ⅲ類儲層為主的齊平油區(qū)。

[1] 鄒才能，朱如凱，吳松濤，等.常規(guī)與非常規(guī)油氣聚集類型、特征、機(jī)理及展望[J]石油學(xué)報，2012，33(2)：17-21.

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編輯 劉兆芝

20150315；改回日期：20150511

國家油氣重大專項“特低滲透油藏有效開發(fā)技術(shù)項目”(2011ZX05013-066)

賈培鋒(1989-)，男，2012年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)石油工程專業(yè)，現(xiàn)為該校石油與天然氣工程專業(yè)在讀碩士研究生，從事致密油藏開發(fā)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.009

TE122.2

A

1006-6535(2015)04-0033-04