葉 超 劉宏義 李傳浩 高 偉 李慶峰 潘乃豪

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司隴東天然氣項(xiàng)目部，甘肅 慶城 745100）

0 引言

隴東地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，構(gòu)造位置位于陜北斜坡及天環(huán)坳陷西南結(jié)合部。研究區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層單一，下二疊統(tǒng)山西組1 段（以下簡(jiǎn)稱山1段）為主要的含氣層，沉積環(huán)境屬于河流—三角洲相，儲(chǔ)層為典型的低孔低滲儲(chǔ)層，屬于致密巖性氣藏［1-5］。儲(chǔ)層平均埋藏深度為4 200～4 300 m，平均地層壓力為39.5 MPa，地層溫度為120～140 ℃。儲(chǔ)層“四性”特征，即巖性特征、物性特征、電性特征及含氣性特征對(duì)于建立區(qū)域性儲(chǔ)層評(píng)價(jià)分類標(biāo)準(zhǔn)、確定氣井改造層段及改造參數(shù)、預(yù)測(cè)氣井產(chǎn)能、確定儲(chǔ)量計(jì)算參數(shù)有重要參考［6-12］。研究區(qū)天然氣自2019 年正式開發(fā)，前期以區(qū)域勘探和儲(chǔ)層評(píng)價(jià)為主。由于開發(fā)時(shí)間短，前期針對(duì)山1段儲(chǔ)層物性及含氣性關(guān)系的相關(guān)研究主要是借鑒蘇里格氣田的相關(guān)開發(fā)技術(shù)參數(shù)［13-14］。隨著開發(fā)規(guī)模擴(kuò)大，儲(chǔ)層靜態(tài)顯示與氣井產(chǎn)能不匹配、有效厚度下限與試氣結(jié)果不相符的情況常有發(fā)生。因此，明確儲(chǔ)層“四性”特征及其相互關(guān)系，對(duì)于提高有效砂體識(shí)別率和優(yōu)化儲(chǔ)層改造參數(shù)具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

1 儲(chǔ)層“四性”特征

儲(chǔ)層物性與巖性密切相關(guān)，不同巖性的儲(chǔ)層物性特征不同，一般情況下砂巖類儲(chǔ)層的石英含量越高，物性越好。巖屑組分及含量影響儲(chǔ)層的電性特征，而含氣飽和度則與儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間、巖石類型相互關(guān)聯(lián)。儲(chǔ)層“四性”特征之間聯(lián)系緊密，又互相影響，“四性”關(guān)系綜合反映了儲(chǔ)層的特征。

1.1 巖性特征

根據(jù)178塊巖心樣品觀察分析及薄片鑒定結(jié)果表明，山1段砂巖粒度整體上以中—細(xì)粒為主，巖石顆粒分選中等，磨圓度較差，為次棱角狀，接觸方式主要為點(diǎn)接觸和線狀接觸。巖石類型以石英砂巖和巖屑石英砂巖為主，石英平均含量為84.5%，巖屑平均含量為15.3%。巖屑成分以變質(zhì)巖為主，火成巖含量次之，沉積巖含量最少。變質(zhì)巖巖屑主要為石英巖、片巖、片麻巖及千枚巖等，火成巖巖屑主要為噴發(fā)巖、隱晶巖及花崗巖，沉積巖巖屑多為粉砂巖及泥巖。填隙物組分以水云母、硅質(zhì)、高嶺石為主，方解石、鐵方解石和鐵白云石次之，綠泥石含量最少；雜基以高嶺石、水云母和凝灰質(zhì)為主，含量在10.9%～20.1%。整體上山1段巖性呈現(xiàn)為結(jié)構(gòu)成熟度及成分成熟度低的特點(diǎn)。

1.2 物性特征

巖心物性分析結(jié)果顯示，山1段砂巖孔隙度分布范圍在0.7%～13.4%，平均為5.9%；滲透率分布區(qū)間介于0.002～8.970 mD，平均為0.390 mD。孔隙類型主要為溶孔，其次為粒間孔和晶間孔。

1.3 電性特征

儲(chǔ)層電性特征主要是分析電阻率、密度、補(bǔ)償中子、自然伽馬、聲波時(shí)差等參數(shù)特征，巖性及含氣性不同是造成儲(chǔ)層電性特征差異較大的主要因素?；跍y(cè)井解釋，山1段砂巖解釋結(jié)果主要有氣層、含氣層、干層。自然伽馬值分布區(qū)間介于24.1～129.3 API，平均值為69.9 API；電阻率分布區(qū)間廣，在15～244 Ω·m，平均為101 Ω·m；聲波時(shí)差低到中等，分布在163～263 μs／m；密度介于2.26～2.78 g／cm3；補(bǔ)償中子分布區(qū)間較大，介于3.65～20.48 P·U。通過測(cè)井響應(yīng)特征識(shí)別儲(chǔ)層，以電阻率曲線及聲波時(shí)差曲線響應(yīng)特征最為明顯，補(bǔ)償中子響應(yīng)特征最差。表現(xiàn)在自然伽馬曲線上，含氣性越好、自然伽馬值越低，含氣性越差、自然伽馬值越高，但伽馬值變化較小。因此，山1段儲(chǔ)層劃分以電阻率曲線和聲波時(shí)差曲線為主，自然伽馬則一般作為儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層的劃分依據(jù)。

1.4 含氣性特征

含氣飽和度的高與低是反映儲(chǔ)層含氣性好與差最直觀的特征參數(shù)，具體表現(xiàn)為氣層、含氣層、干層的含氣飽和度依次降低。氣層的含氣飽和度介于39.2%～75.5%，平均值為58.5%；含氣層的含氣飽和度介于26.7%～64.5%，平均值為42.1%；干層的含氣飽和度一般小于46%，平均值為13.6%。砂巖巖性越純，物性越好，單井儲(chǔ)層的含氣飽和度越高。近井地帶儲(chǔ)層易受鉆井液成分及性能的影響，個(gè)別情況下會(huì)造成含氣飽和度值失真的現(xiàn)象。因此以含氣飽和度作為重要依據(jù)劃分儲(chǔ)層時(shí)，必須要同時(shí)結(jié)合儲(chǔ)層物性及電性特征共同確定儲(chǔ)層類別。

2 儲(chǔ)層“四性”關(guān)系

山1段儲(chǔ)層主要以石英砂巖、巖屑石英砂巖為主，膠結(jié)物主要為硅質(zhì)膠結(jié)和鈣質(zhì)膠結(jié)。巖性不同，儲(chǔ)層物性則有所差異。石英含量越高，物性越好；膠結(jié)物含量越高，物性越差。隨巖石粒度由粗到細(xì)，發(fā)育孔隙類型依次為復(fù)合型孔隙、粒間孔—溶孔型孔隙、溶孔—微孔型孔隙，孔隙度逐漸變小，滲透率逐漸變差。巖性是儲(chǔ)層電性特征的主要影響因素，在測(cè)井曲線響應(yīng)特征上，自然伽馬曲線特征與其他參數(shù)曲線特征具有良好的相關(guān)性。大段純砂巖自然電位負(fù)異常特征明顯，自然伽馬值較低，一般小于50 API。隨著雜基含量增大，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)變差，含水飽和度增加，電阻率降低，聲波時(shí)差增大，自然伽馬值升高。隨著石英和硅質(zhì)膠結(jié)物含量增加，聲波時(shí)差降低，電阻率增大。以研究區(qū)103 口井的測(cè)井資料為基礎(chǔ)分析山1段含氣飽和度分別與滲透率、孔隙度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)，物性控制著儲(chǔ)層含氣性，隨著滲透率、孔隙度變大，含氣飽和度逐漸增大。

3 物性計(jì)算模型

研究?jī)?chǔ)層物性下限參數(shù)主要是確定孔隙度、滲透率與含氣飽和度的大小，目前這3個(gè)參數(shù)主要依靠測(cè)井曲線獲得。利用巖心孔隙度、滲透率分別與測(cè)井孔隙度、滲透率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立孔隙度及滲透率計(jì)算模型，以確定測(cè)井參數(shù)結(jié)果的可靠性與精確性。

3.1 孔隙度計(jì)算模型

研究孔隙度與測(cè)井參數(shù)之間的相關(guān)性，分別建立孔隙度與測(cè)井參數(shù)的關(guān)系式，結(jié)果顯示孔隙度與聲波時(shí)差、測(cè)井密度相關(guān)性最高。利用山1段16口井84 個(gè)層點(diǎn)測(cè)井參數(shù)進(jìn)行巖心孔隙度與聲波時(shí)差擬合（圖1），建立巖心孔隙度的計(jì)算公式：

式中，φf為巖心孔隙度，%；Δt 為聲波時(shí)差，μs／m；ρb 為測(cè)井密度，g／cm3；R2為相關(guān)系數(shù)。

圖1 巖心孔隙度與聲波時(shí)差交會(huì)圖

用測(cè)井孔隙度與式（1）計(jì)算得到的巖心孔隙度對(duì)比可知（圖2），兩者的絕對(duì)誤差為0.29%，相對(duì)誤差為6.10%，誤差較小，計(jì)算精度達(dá)到要求。

圖2 測(cè)井孔隙度與巖心孔隙度交會(huì)圖

3.2 滲透率計(jì)算模型

影響滲透率的因素較多，巖石顆粒的結(jié)構(gòu)成熟度、礦物成分、巖石孔隙結(jié)構(gòu)和類型均會(huì)對(duì)滲透率大小產(chǎn)生影響。通常情況下根據(jù)巖心孔隙度與滲透率二者的關(guān)系（圖3），線性回歸得到巖心滲透率計(jì)算公式：

式中，kf為巖心滲透率，mD。

根據(jù)滲透率與測(cè)井參數(shù)的相關(guān)性，采用巖心孔隙度、自然伽馬和含氣飽和度多元回歸分析方法得到滲透率計(jì)算模型：

式中，k 為滲透率，mD；GR 為自然伽馬，API；Sg為含氣飽和度。

運(yùn)用多元回歸分析方法建立的滲透率計(jì)算模型中各參數(shù)之間的相關(guān)性更高。根據(jù)測(cè)井滲透率與巖心滲透率交會(huì)圖可以看出（圖4），交會(huì)圖資料點(diǎn)在對(duì)角線兩邊均勻分布，精度較高，可用于儲(chǔ)層測(cè)井參數(shù)計(jì)算。

圖4 測(cè)井滲透率與巖心滲透率交會(huì)圖

3.3 含氣飽和度計(jì)算模型

1）壓汞曲線法

利用壓汞曲線法確定含水飽和度，主要是要確定最小流動(dòng)孔喉半徑，再根據(jù)二者關(guān)系進(jìn)一步確定含氣飽和度。試驗(yàn)過程將汞注入巖心，驅(qū)替原始孔隙中的介質(zhì)，把孔隙度由大到小對(duì)應(yīng)的滲透率貢獻(xiàn)值求和，一般當(dāng)壓汞曲線上滲透率累計(jì)貢獻(xiàn)值達(dá)到99%時(shí)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的喉道即有效孔隙下限，小于有效孔隙下限的孔隙則是無效孔隙，這一部分孔隙體積占樣品巖心總孔隙體積的百分比即是束縛水飽和度。根據(jù)51 塊巖樣壓汞資料數(shù)據(jù)計(jì)算得到的喉道半徑下限對(duì)應(yīng)的含水飽和度與對(duì)應(yīng)的巖心孔隙度進(jìn)行擬合（圖5a），得到二者之間的計(jì)算公式為：

式中，Swi為束縛水飽和度。

2）密閉取心法

通過巖心密閉取心實(shí)驗(yàn)分析含水飽和度與巖心孔隙度的關(guān)系，得到二者關(guān)系式，計(jì)算得到含水飽和度，進(jìn)而確定含氣飽和度。以Q13-63、L36 兩口井50 塊巖樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，做含水飽和度與巖心孔隙度的交會(huì)圖，二者相關(guān)性高（圖5b）。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)密閉取心飽和度資料進(jìn)行了脫氣、揮發(fā)等損失校正，得到的含水飽和度較真實(shí)地反應(yīng)了原始地層孔隙流體分布特征，數(shù)據(jù)精度高。通過該實(shí)驗(yàn)法得到的含水飽和度與巖心孔隙度計(jì)算公式為：

3）核磁共振實(shí)驗(yàn)法

核磁共振實(shí)驗(yàn)作為一種較新的確定含水飽和度的方法在近幾年應(yīng)用較為廣泛。其原理主要是通過核磁共振測(cè)試可動(dòng)流體T2 馳豫時(shí)間譜，確定樣品的束縛水飽和度，進(jìn)而得到可動(dòng)流體飽和度。根據(jù)13塊山1段巖樣核磁共振測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算得到儲(chǔ)層束縛水飽和度，做巖心孔隙度與束縛水飽和度交會(huì)關(guān)系圖（圖5c），可以發(fā)現(xiàn)二者呈一定的負(fù)相關(guān)性，隨著孔隙度的增大，含水飽和度逐漸降低。通過該實(shí)驗(yàn)法得到的含水飽和度與巖心孔隙度關(guān)系式為：

含氣飽和度計(jì)算方法較多，不同方法的計(jì)算結(jié)果各有差異，利用上述3種方法計(jì)算結(jié)果的平均值做為研究區(qū)儲(chǔ)層的含氣飽和度，降低了單一方法計(jì)算結(jié)果的偏差，提高了取值的精度。

圖5 不同計(jì)算模型下含水飽和度與巖心孔隙度關(guān)系圖

4 有效厚度下限研究

有效厚度下限主要依據(jù)獲得工業(yè)氣流的儲(chǔ)層段參數(shù)確定［15］。不同于計(jì)算地質(zhì)儲(chǔ)量時(shí)的儲(chǔ)層參數(shù)，氣井獲得工業(yè)氣流與鉆井工藝、儲(chǔ)層改造工藝有很大關(guān)系。因此以目前儲(chǔ)層改造技術(shù)為依據(jù)，以測(cè)井資料為基礎(chǔ)，以獲得工業(yè)氣流的儲(chǔ)層參數(shù)最小值作為儲(chǔ)層有效厚度的下限標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 巖性下限

研究區(qū)山1段巖石類型主要為泥巖和砂巖，產(chǎn)氣層巖性主要為砂巖，泥巖不產(chǎn)氣。通過薄片鑒定和粒度分析，結(jié)合試氣結(jié)果對(duì)產(chǎn)氣層段砂巖統(tǒng)計(jì)分析，含氣層、氣層砂巖粒度以細(xì)砂巖、中砂巖為主，而粉砂巖、泥質(zhì)砂巖不含氣，因此確定隴東地區(qū)山1段產(chǎn)氣層巖性下限為細(xì)砂巖。

4.2 有效厚度下限

研究區(qū)平均儲(chǔ)層厚度與蘇里格氣田、靖邊氣田相比較小，平均單砂體儲(chǔ)層厚度為5.2 m，根據(jù)測(cè)井分辨率并結(jié)合儲(chǔ)層厚度實(shí)際情況，夾層厚度扣除標(biāo)準(zhǔn)取值0.2 m。山1段儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層物性差異較小，此次研究根據(jù)單井試氣結(jié)果及測(cè)井資料確定儲(chǔ)層電性下限，為提高下限參數(shù)取值的精確度，要求單層單試。對(duì)49口井67段山1試氣層深側(cè)向電阻率（Rt）與聲波時(shí)差（Δt）、測(cè)井密度（ρb）與泥質(zhì)含量（Vsh）、測(cè)井孔隙度（φ）和含水飽和度（Sw）進(jìn)行擬合分析，同時(shí)結(jié)合67個(gè)山1儲(chǔ)層段的試氣結(jié)果，分別確定出有效儲(chǔ)層的電性和物性下限參數(shù)（圖6、圖7、圖8、表1）。

圖6 聲波時(shí)差—深側(cè)向電阻率交會(huì)圖

圖7 測(cè)井密度—泥質(zhì)含量交會(huì)圖

圖8 測(cè)井孔隙度—含水飽和度交會(huì)圖

表1 山1段儲(chǔ)層電性下限值表

根據(jù)確定的儲(chǔ)層下限值，以獲得工業(yè)氣流為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)63 個(gè)試氣層段的預(yù)測(cè)結(jié)果與試氣結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，預(yù)測(cè)21 個(gè)點(diǎn)可獲工業(yè)氣流，而試氣結(jié)果中的3個(gè)點(diǎn)未獲工業(yè)氣流；預(yù)測(cè)42 個(gè)點(diǎn)不能獲工業(yè)氣流，而試氣結(jié)果中的1 個(gè)點(diǎn)獲工業(yè)氣流。共計(jì)63 個(gè)點(diǎn)中僅有4個(gè)點(diǎn)與預(yù)測(cè)結(jié)果不相符，符合率達(dá)93.6%。

5 結(jié)論

1）研究區(qū)山1段儲(chǔ)層巖石類型為石英砂巖和巖屑石英砂巖，在儲(chǔ)層“四性”關(guān)系中，巖性特征是基礎(chǔ)，控制了儲(chǔ)層的電性特征、孔隙類型和孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響儲(chǔ)層的物性，而物性直接決定著儲(chǔ)層含氣性特征。對(duì)建立的儲(chǔ)層物性解釋模型，通過巖心分析參數(shù)和測(cè)井參數(shù)相互驗(yàn)證，解釋精度高，滿足氣田開發(fā)需求。

2）儲(chǔ)層的有效厚度下限是氣田開發(fā)全過程中某個(gè)開發(fā)階段的特定值，反映了氣田在該開發(fā)階段的工藝水平，在氣田的不同開發(fā)階段，有效厚度下限值不同。根據(jù)有效下限參數(shù)確定的目的層段預(yù)測(cè)試氣結(jié)果，與實(shí)際試氣結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，符合率高，有效下限參數(shù)取值合理。有效厚度下限值對(duì)于儲(chǔ)層改造層段的確定、壓裂參數(shù)的優(yōu)化提供了重要的理論依據(jù)。