張 巖 陳昱林

（中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041）

0 引言

新場氣田位于四川盆地川西坳陷新場構造帶，上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組二段（以下簡稱蓬二段）氣藏埋深800～1 200 m，以三角洲平原環(huán)境沉積為主，縱向上分為5個沉積期，發(fā)育多條分流河道。受成巖作用的控制，有效砂體僅出現(xiàn)在分流河道和沙壩中，規(guī)模小、厚度薄，多呈孤立分散狀分布于致密砂巖和泥巖中，橫向有一定的連片性，屬于構造背景下的巖性氣藏。氣藏開采階段比較完整，經(jīng)歷了滾動建產(chǎn)、調整穩(wěn)產(chǎn)、遞減、低壓低產(chǎn)4個階段，目前已經(jīng)全面進入增壓開采階段，具有低滲透、近致密封閉彈性氣驅氣藏的開采特征。針對有效砂體以條帶狀河道型為主的特點，在“滾動建產(chǎn)、局部加密、井間和層間接替相結合”的原則指導下，沿著河道走向，按照440～500 m的井距部署開發(fā)井。氣井產(chǎn)能差異較大且總體比預期的偏低，縱向上高產(chǎn)井集中在Jp22氣層，平面上高產(chǎn)井分布在Jp22、Jp24氣層的中部以及Jp23氣層的東部。儲層的非均質性直接控制著含氣性和產(chǎn)能的空間分布，決定開采規(guī)律和效果。非均質性體現(xiàn)在儲層的各個方面，但最終都會反映到儲層滲透率的變化上。因此，有必要對儲層物性，尤其是滲透率特征開展新一輪的研究，揭示儲層物性與氣藏開發(fā)效果、開發(fā)規(guī)律的內在聯(lián)系，以期為后續(xù)井網(wǎng)加密調整提供依據(jù)。

1 研究方法優(yōu)選

在分析油氣藏儲層特征時，習慣性地用地面常規(guī)巖心物性的平均值來表征評價，這樣做的優(yōu)點是簡單明了，但是由于少數(shù)大孔隙、高滲樣品的干擾，往往會拉升致密儲層物性量級[1-3]，從而得出優(yōu)質儲層的錯誤結論，不能全面、客觀、正確地掌握其特征。由此筆者認為，直觀明確地表征儲層巖石孔隙度、滲透率及其之間的關系仍然是以分布直方圖和頻率曲線為主，巖心物性的平均值只能作參考。通常巖心物性分析資料是在地面常規(guī)條件下測得的?？紫抖?、滲透率即為環(huán)壓2.5 MPa、室溫條件下的測定值，并沒有模擬地層條件，而地層實際物性值是在上覆巖石壓力大于等于25 MPa作用下所展現(xiàn)出的地質屬性，兩者之間的差別達到數(shù)量級的程度[4-6]，為此，本研究對地層條件下的儲層原始物性特征展開分析。

筆者繼承前人的認識，只在平面非均質性和層內非均質性方面做必要的補充分析。通常描述儲層滲透率非均質性主要采用滲透率級差、突進系數(shù)、變異系數(shù)，其中滲透率變異系數(shù)（VK）的計算公式為：

式中，VK為滲透率變異系數(shù)；Ki為某樣品的滲透率值（i＝1、2、3……n），mD；-K為所有樣品滲透率的平均值，mD；n為樣品個數(shù)。

VK變化范圍介于0～∞，為評估層內非均質程度較可靠的參數(shù)。VK小于0.5為均質，VK介于0.5～0.7為較均質，VK大于0.7為強非均質。但是這一統(tǒng)計學理論公式存在局限性，即對VK大于0.7的非均質性無法準確地表征其非均質性強度。VK可能大于1、大于2、大于10、大于100等，非均質嚴重程度沒有上限。比如甲氣藏VK值為2和乙氣藏VK值為2，是否它們的非均質強度一樣，值得商榷，缺乏一個橫向對比的標準值。

筆者采用迪卡斯塔—派斯經(jīng)驗公式重新計算并描述了儲層滲透率的非均質性，使其更準確地表征儲層非均質特征[7]。將巖心分析得到的滲透率值按從大到小排序，分別計算各滲透率（Ki）項數(shù)占總項數(shù)的百分數(shù)，之后將數(shù)值繪制在雙對數(shù)坐標紙上，可得到一條近似直線段，從直線上讀取對應數(shù)值，按以下公式計算出VK：

式中，K50為累計頻率等于50%對應的滲透率值，又稱為概率平均滲透率，mD；K84.1為累計頻率等于84.1%對應的滲透率值，mD。

公式（2）計算的VK變化范圍為0～1，其中，VK為0代表完全均質；VK大于0且小于等于0.5為相對均質；VK大于0.5且小于等于0.7為非均質；VK大于0.7且小于等于1.0為強非均質。該方法較式（1）更明確直觀，便于層間橫向比較，根據(jù)以上選定的評價儲層物性的方法和參數(shù)開展分析。

2 儲層物性基本特征

對475塊樣品進行大平均統(tǒng)計，最大孔隙度值為17.34%，最小值為1.20%，平均值為10.22%。由于巖石孔隙度受上覆巖石壓力作用變化的影響幅度很小，因此本研究對孔隙度的應力敏感性不展開分析。根據(jù)各層地面巖心分析滲透率統(tǒng)計（表1）可知，按照算術平均統(tǒng)計值，氣藏最大滲透率值為8.620 mD，最小滲透率值為0.012 mD，平均值為0.840 mD。按照川西地區(qū)氣藏分類標準判定為近常規(guī)—低滲氣藏[8-9]，這一認識跟前人的看法一致。

表1 各層地面巖心分析滲透率統(tǒng)計表

根據(jù)巖石常規(guī)物性實驗數(shù)據(jù)繪制的孔隙度、滲透率關系圖（圖1）可知，在有效儲層下限（巖心孔隙度不小于7%，地面滲透率不小于0.2 mD）之上所有的數(shù)據(jù)點均屬于有效儲層，對油氣生產(chǎn)有貢獻，滲透率均大于0.2 mD，屬于低滲儲層范疇。從圖1可以認識到以下信息：①孔隙度、滲透率關系成近30°度線正相關分布，說明為典型的孔隙型儲層，孔隙度與滲透率總體呈線性相關；②在30°度線上方，有部分低孔、高滲的散點，說明存在微裂縫，其尺寸為幾個微米級大小，與巖石中大喉道的尺寸相當；③30°度線穩(wěn)定上升，說明隨著孔隙的增加，喉道尺寸明顯加大，孔喉匹位數(shù)、喉道連通率都明顯增加[10-12]。

圖1 巖心孔隙度、地面滲透率關系圖

現(xiàn)代研究對低滲致密儲層的判斷標準提出了新的建議，即在開發(fā)評價時必須將巖心分析滲透率還原到地層溫度壓力條件下的真實情況。覆壓校正后的巖心滲透率（無裂縫）小于0.1 mD的樣品累計頻率超過50%，且小于0.1μm喉道控制孔隙的比例超過50%。排除大面積低滲條件下存在少量的相對高滲樣品和微裂縫樣品的干擾，避免出現(xiàn)儲層判斷結果失真的情況，為客觀評價儲層滲透率，筆者采用此建議，即剔除可視微裂縫樣品，將其恢復到上覆巖石壓力條件下的地層值。

3 覆壓基質滲透率分布特征

根據(jù)巖樣在上覆巖石壓力條件下的滲透率實驗數(shù)據(jù)所做的關系圖（圖2）可知，在氣藏平均上覆巖石壓力為23 MPa下測定巖石滲透率較地面常規(guī)條件下的滲透率降低13.07%～97.45%，平均降低58.02%?？紤]上覆巖石壓力作用后滲透率的數(shù)值降低了一半多[13-15]。

圖2 地面滲透率與地層滲透率折算關系曲線圖

圖3 覆壓基質滲透率頻率分布直方圖

根據(jù)覆壓基質滲透率分布直方圖（圖3）可知，滲透率分布范圍較廣，沒有突出的峰值，地層滲透率大于1 mD的樣品達15%，對整個滲透率量級的認識存在明顯干擾，使人們不能正確認識其滲透率特征。即使把地面滲透率折算到地下，若仍采用算術平均法進行統(tǒng)計，各層平均滲透率為0.36 mD，仍然為低滲儲層[16-17]。地面巖樣滲透率小于0.1 mD的樣品只有21%，而考慮上覆巖石壓力作用后，滲透率小于0.1 mD的樣品高達54.95%。按照新的致密氣藏判別標準進行判斷，儲層物性分類整體上應該由低滲變更為致密。究其原因，影響滲透率應力敏感性的因素主要有兩個：一方面是內因，即巖石礦物組成、特別是黏土礦物和塑性礦物的含量、孔隙結構、裂縫等；另一方面是外因，即上覆巖石壓力和地層壓力的大小及變化。巖石礦物組成的影響主要依據(jù)巖石中黏土礦物總含量的大小，若黏土含量、云母、軟巖屑含量越高，應力敏感性就越強。該類礦物組分易發(fā)生塑性形變和破碎，縮減孔喉空間?？紫督Y構的影響主要是孔隙喉道的大小和類型，如低滲致密巖石中小喉道占比較高，在有效上覆巖石壓力作用下，孔喉縮小，滲透率應力敏感性極強，特別是片狀喉道、彎片狀喉道、縮頸喉道發(fā)育的地層，滲透率受有效應力作用時，下降率較大。裂縫和微裂縫受有效應力作用時發(fā)生閉合，造成其滲透率急劇下降，裂縫對應力作用最敏感。研究區(qū)儲層微觀孔喉尺寸細小，部分儲層片狀喉道、彎片狀喉道、縮頸喉道較發(fā)育，存在一定數(shù)量的鏡下微裂縫，因此從微觀孔喉結構特征來看，具備較強應力敏感的自然條件。同時黏土礦物含量高達10.2%，以云母、長石、泥質巖屑為主，其產(chǎn)狀多以黏土橋方式充填于粒間孔喉中，易破碎造成孔喉的堵塞，從而降低滲透率，因此具有強應力敏感的巖石學因素。

考慮有效上覆巖石壓力作用后，滲透率值平均減小一半多，且滲透率初值越低，下降幅度越大，最大可能相差一個數(shù)量級，這是射孔生產(chǎn)前的滲透率原始狀態(tài)。若考慮氣井投產(chǎn)，生產(chǎn)壓差可達10～20 MPa，在井底附近地層滲透率損失高達50%～85%，形成一個特低滲透率帶，從而嚴重地影響氣井產(chǎn)能和控制范圍。

根據(jù)各小層地層基質滲透率累計頻率對比（圖4）可知，各層滲透率存在明顯的差異，反映出儲層微觀非均質性較強的特征。Jp25層地層滲透率不超過0.1 mD的樣品占92.28%，為典型的致密儲層。Jp23、Jp22層地層滲透率小于0.1 mD的樣品分別為68%和67%，也達到致密儲層的標準。只有Jp24層地層滲透率小于0.1 mD的樣品僅為38%，為低滲儲層，Jp24層地層滲透率分布區(qū)間最寬，非均質性極強，而地層滲透率大于等于1 mD的高滲透率樣品多數(shù)發(fā)育于該層。Jp22、Jp23層地層滲透率分布區(qū)間也較寬，但地層滲透率大于等于1 mD的高滲透率樣品很少，對拉升整個氣藏滲透率量級作用不大。Jp25層地層滲透率分布范圍相對集中，但數(shù)值偏小。

圖4 各小層地層基質滲透率累計頻率對比圖

滲透率測定條件從地面到地下不僅是數(shù)量的變化，而且是儲層類別界定上質的轉變。對應于此，有效儲層下限值也應調整[18]，即孔隙度不低于7%，地層滲透率不低于0.018 mD，因此本研究使用的樣品64.21%為有效儲層，這個比例較高。雖然該氣藏有效厚度薄、含氣性不高，但開發(fā)生產(chǎn)效果比較好，其原因之一就是有效儲層比較發(fā)育，具備獲得較好開發(fā)效果的內在地質基礎。

4 覆壓基質滲透率非均質研究

滲透率平面非均質性和層內非均質性能較好地表征物性特征，致密砂巖氣藏開發(fā)均需要增產(chǎn)工藝來提高儲層滲流能力，同時壓裂改造進一步加劇了滲透率的非均質性。

4.1 平面非均質性

根據(jù)各個小層平面非均質性統(tǒng)計（表2）可知，滲透率級差介于142～1 410，氣藏達到6 170；滲透率突進系數(shù)介于7.6～32.0，氣藏達到17.1，這表明各個小層平面上存在不同方向和區(qū)域的滲透率強非均質性。筆者采用了迪卡斯塔—派斯經(jīng)驗公式計算滲透率變異系數(shù)，除JP22層的滲透率變異系數(shù)為0.63外，其余層的變異系數(shù)均大于0.7，具有強非均質性，氣藏變異系數(shù)達到0.76。具有如此強的非均質性，這是過去對滲透率非均質性評價中沒有認識到的。

4.2 層內非均質性

根據(jù)滲透率層內非均質性統(tǒng)計（表3）可知，與平面相比，層內滲透率變異系數(shù)均小于或等于0.71，非均質性相對較弱。C井滲透率變異系數(shù)為0.49，甚至達到了均質或相對均質的程度。氣井各層內縱向泄氣能力相近，不會出現(xiàn)嚴重的干擾情況。

表2 地層滲透率平面非均質性統(tǒng)計表

表3 地層滲透率層內非均質性統(tǒng)計表

4.3 壓裂改造對滲透率非均質性的影響

根據(jù)壓裂前后試井解釋有效滲透率及非均質性參數(shù)對比（表4）可知，儲層壓裂后裂縫大大增加了其滲透性，因而其滲透率數(shù)值和變異系數(shù)等都發(fā)生了較大變化，滲透率由射孔時的相對均質轉變?yōu)閺姺蔷|性。這將對氣井產(chǎn)能的大小和分布特征產(chǎn)生根本性影響，因此，若射孔時儲層是相對均質的，壓裂后其均質性就要重新評價。

表4 壓裂前后試井解釋有效滲透率及非均質性參數(shù)對比表

5 裂縫滲透率分布特征

氣藏斷裂不發(fā)育，在巖性變化劇烈的層段發(fā)育一定程度的水平層理縫，且分布非均質性強（圖5）。這種裂縫對儲層孔隙度的影響很小，但對滲透率的影響是明顯的。同為地面滲透率，均沒有上覆巖石壓力的作用，顯裂縫樣品和在鏡下才能看到的微裂縫樣品差異較大，前者滲透率大于1 mD的樣品比例達39%，后者僅為14%，前者地面最大滲透率可達221 mD，后者僅為8.62 mD。無論是樣品的比例還是對滲流的貢獻值均表明微裂縫對改善巖石基質滲透性、轉化其非均質強度起著重要作用?？偟膩碚f，不管是顯裂縫還是微裂縫其作用都不可忽視。

圖5 微裂縫巖心滲透率分布圖

6 結論

1）根據(jù)覆壓基質滲透率累計頻率特征分析表明，研究區(qū)總體上屬于致密儲層類別，各層滲透率存在著明顯的差異。

2）儲層宏觀非均質性、微觀非均質性，特別是平面非均質性均較強，巖石基質滲透率分布范圍較廣，是造成微觀非均質性的主要原因。

3）氣藏存在部分水平層理縫，無論其規(guī)模大小，均對改善巖石基質滲流能力有重要貢獻，對轉化非均質性也起著重要作用。

4）研究區(qū)氣藏無論是宏觀非均質性還是平面上的微觀非均質性均較強，尤其是在微觀層面上將影響氣井產(chǎn)能分布、氣井泄氣方向、井網(wǎng)布局等，因此在氣藏開發(fā)時不能整體建產(chǎn)開發(fā)，應采用滾動評價、逐步認識、分區(qū)、分階段投入開發(fā)。