周麗艷，羅少成，林偉川，單沙沙，周妍，馬麗

（1.中國石油集團測井有限公司地質(zhì)研究院，陜西 西安 710077；2.中國石油天然氣有限公司測井重點實驗室，陜西 西安 710077）

0 引 言

隨著油田勘探開發(fā)的深入，致密砂巖儲層已成為非常規(guī)油氣勘探的熱點。但此類儲層孔隙度、滲透率低，非均質(zhì)性強，具有復雜的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，導致儲層品質(zhì)差異、油氣采出差異大，嚴重影響勘探效益。儲集巖的孔隙結(jié)構(gòu)直接影響儲層的滲流與儲集能力，對儲層的宏觀物性、電性、產(chǎn)液類型及油氣產(chǎn)能均有影響，因此，研究致密砂巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)并對儲層進行合理的分類評價至關(guān)重要[1-2]。彭陽地區(qū)長8致密砂巖儲層非均質(zhì)性強、孔隙結(jié)構(gòu)復雜，單井產(chǎn)油量變化大，油水層電性特征不明顯，油水分異程度低，故開展該地區(qū)孔隙結(jié)構(gòu)評價、明確儲層類型，以提高油氣水流體識別效率。

高壓壓汞實驗能有效表征儲層的孔隙結(jié)構(gòu)，通過毛細管壓力曲線可提取大量的孔隙結(jié)構(gòu)信息。在利用壓汞和核磁共振表征巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征方面，前人做了大量的理論研究工作。本文在此基礎(chǔ)上，結(jié)合巖心實驗數(shù)據(jù)與核磁共振測井數(shù)據(jù)，采用地質(zhì)混合經(jīng)驗分布用矩法確定的壓汞特征參數(shù)，構(gòu)建了研究區(qū)孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)，并結(jié)合儲層品質(zhì)因子進行儲層分類[3-4]。利用核磁共振測井T2幾何均值（T2gm）實現(xiàn)壓汞特征參數(shù)的連續(xù)計算，最終確定儲層類型。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

彭陽地區(qū)處于鄂爾多斯盆地西南緣，地處寧夏、甘肅交界處，地形十分復雜，起伏高差大，構(gòu)造單元橫跨西緣斷褶帶南段和天環(huán)坳陷西斜坡[5]。長8油藏屬三角洲平原沉積環(huán)境，沉積砂體沿南西-北東方向連片分布，砂體發(fā)育穩(wěn)定，砂體厚度大。結(jié)合研究區(qū)沉積、砂體特征，將長8儲層細分為長、長和長82這3個小層，其中長砂體局部發(fā)育，長砂體分布穩(wěn)定，主力層位為長儲層。

根據(jù)薄片資料分析，長8儲層巖石類型以長石砂巖和巖屑長石砂巖為主，砂巖顆粒組分以長石、石英為主；巖屑含量主要為火成巖、變質(zhì)砂巖和少量沉積巖，粒度細，以中粒砂巖和細砂巖為主；巖石顆粒以次棱為主，磨圓度差，分選中等偏好；膠結(jié)類型以孔隙型、薄膜型、孔隙-薄膜型為主。根據(jù)巖石物性分析樣品統(tǒng)計，孔隙度主要分布在8%～25%，平均值為15.51%；滲透率分布在0.10 ～100.00 mD** 非法定計量單位，1 mD=9.87×10-4 μm2，下同，平均值為5.07 mD。該儲層為低孔隙度、低滲透率致密砂巖儲層，儲層非均質(zhì)性強，滲透率級差大。

2 孔隙結(jié)構(gòu)定量評價

2.1 基于壓汞表征微觀孔隙結(jié)構(gòu)的儲層分類

2.1.1 孔隙結(jié)構(gòu)類型

彭陽地區(qū)長8儲層孔隙類型以粒間孔為主，長石溶孔、粒間溶孔次之，孔徑主要分布在20 ～60 μm。通過對彭陽地區(qū)長8儲層56塊巖樣進行高壓壓汞實驗，分析其毛細管壓力曲線的形態(tài)及用于表征孔喉大小、分選、連通性等參數(shù)。

壓汞參數(shù)的計算方法通常分為2種：①認為孔隙喉道大小的頻率分布是對稱的，通過正態(tài)概率曲線用圖解法求取特征值；②認為儲層的孔喉分布是在成巖及構(gòu)造應力作用過程中多種成因作用后的結(jié)合，通過地質(zhì)混合經(jīng)驗分布用矩法求取特征值。通過調(diào)研相關(guān)資料，認為砂巖和碳酸鹽巖儲層的孔喉分布并不屬于正態(tài)分布；同時，用圖解法確定的特征參數(shù)只具有一定的對比性。在統(tǒng)計學上使用地質(zhì)混合經(jīng)驗分布的數(shù)字特征表征儲層的孔喉分布，包括了所有百分位數(shù)的特征，與實際情況相符[3]。因此，對56塊巖樣采用地質(zhì)混合經(jīng)驗分布用矩法求取壓汞參數(shù)特征值。通過壓汞特征參數(shù)將儲層劃分為Ⅰ類中孔細喉型、Ⅱ類小孔細喉型、Ⅲ類小孔微喉型這3大類（見圖1、表1），長8儲層類型以中孔細喉型和小孔細喉型為主。

表1 長8 孔隙結(jié)構(gòu)分類標準

圖1 彭陽長8儲層毛細管壓力曲線

2.1.2 Ⅰ類儲層

Ⅰ類儲層為中孔細喉型儲層。壓汞曲線起始段較短，中間平直段位置較低，曲線尾部相對偏左；排驅(qū)壓力值低，平均值為0.19 MPa；中值半徑范圍為0.100 ～0.360 μm，平均值為0.236 μm；喉道分選系數(shù)大，平均值為1.31；最大進汞飽和度為89.49%；孔喉半徑主要分布于0.400 ～10.000 μm，孔喉半徑值較大，峰值在粗孔喉處；滲透率貢獻半徑的峰位與粗孔喉的峰位對應較好，說明滲透率主要受粗孔喉影響[6]。Ⅰ類儲層物性相對較好，孔隙度平均值為19.94%，滲透率平均值為16.43 mD，屬于高孔隙度、低滲透率儲層；儲層孔喉分布比較集中，孔喉半徑大，分選好。Ⅰ類儲層在研究區(qū)油層比例大，占含油層位的60%，日產(chǎn)油量為1.6 ～21.2 t，為自然產(chǎn)能儲層（見表1）。

2.1.3 Ⅱ類儲層

Ⅱ類儲層為小孔細喉型儲層。壓汞曲線的起始段較短，平直段長度中等，位置較低，曲線尾部處在中間偏右位置；排驅(qū)壓力值較低，平均值為0.52 MPa；中值半徑平均值為0.169 μm；分選系數(shù)較小，平均值為0.39；最大進汞飽和度為88.68%；孔喉半徑相對較大，主要分布在0.016 ～2.500 μm，峰值與粗孔喉對應較好，呈單峰分布；滲透率貢獻半徑峰位與孔喉半徑峰位對應較好，峰值處在偏粗孔喉，呈雙峰分布。Ⅱ類儲層物性中等，平均孔隙度為16.43%，平均滲透率為1.79 mD，屬于低孔隙度、低滲透率儲層；儲層孔喉半徑中等，分選中等，孔喉分布集中程度中等，連通性中等偏差。Ⅱ類儲層日產(chǎn)油量為油花～4.5 t，需壓裂改造。

2.1.4 Ⅲ類儲層

Ⅲ類儲層為小孔微喉型儲層。壓汞曲線的起始段明顯較長，平直段明顯較短，位置較偏上，曲線尾部明顯偏右；排驅(qū)壓力值高，平均值為1.44 MPa；中值半徑平均值為0.050 μm；最大進汞飽和度為86.49%；孔喉半徑小，主要分布在0.002 ～0.630 μm，峰值在細孔喉處，呈單峰或雙峰分布，分選差；滲透率貢獻半徑峰位與粗孔喉半徑峰位對應好，峰值呈偏細孔喉，單峰分布。Ⅲ類儲層物性較差，平均孔隙度為11.34%，平均滲透率為0.30 mD，屬于低孔隙度、特低滲透率儲層；儲層孔喉分布集中程度較差，孔喉半徑較小，分選差，連通性較差。Ⅲ類儲層無產(chǎn)能層，通常為干層、低產(chǎn)液層。

2.2 基于核磁共振區(qū)間孔隙分量的儲層分類

高壓壓汞實驗能較好地表征儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)，但是不能應用于實際生產(chǎn)。徐風等[7]提出利用壓汞實驗求得孔喉分布標定核磁共振譜孔隙分量的方法，萬金彬等[8]提出基于巖心核磁共振T2譜評價孔隙結(jié)構(gòu)類型的方法。巖樣飽含水時，其核磁共振T2譜的每一個分量與孔隙度的大小成正比，定義S1、S2、S3分別為微孔喉分布區(qū)間面積的小尺寸孔隙分量、細孔喉分布區(qū)間面積的中尺寸孔隙分量、較細及粗孔喉分布區(qū)間面積的大尺寸孔隙分量。S2、S3越大，巖石的孔隙結(jié)構(gòu)越好。通過壓汞實驗進行標定，研究區(qū)長8儲層孔喉半徑以1、5 μm為標準刻度核磁共振T2譜，求得S1、S2、S3之間弛豫時間界限為10、100 ms，即T2譜小于10 ms時為S1，T2譜在10 ～100 ms時為S2，T2譜大于100 ms時為S3。

基于孔隙結(jié)構(gòu)及核磁共振三孔隙度組分特征，對30塊核磁共振實驗巖樣T2譜進行分類（見表2、圖 2），可以分為3類。Ⅰ類以單峰分布為主，主峰陡、分布范圍窄，核磁共振總孔隙度大于17%；Ⅱ類以單峰分布為主，主峰形態(tài)平緩、分布范圍寬，核磁共振總孔隙度為12%～18%；Ⅲ類以單峰分布為主，少數(shù)雙峰且第2峰值遠小于第1峰值，核磁共振總孔隙度小于12%。

圖2 不同類型儲層T2譜分布圖

表2 三孔隙度組分分類標準

2.3 基于壓汞特征與核磁共振T2譜的儲層分類一致性分析

根據(jù)壓汞特征和巖心核磁共振T2譜對儲層進行劃分并確定儲層類別，與對應的鑄體薄片對比，發(fā)現(xiàn)這2種儲層劃分標準的一致性較好。如圖3所示，從巖樣對應的薄片上可明顯看出：Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類儲層孔隙結(jié)構(gòu)逐漸變差，儲層類型由好逐漸變差。Ⅰ類儲層樣品壓汞和核磁共振T2譜曲線表現(xiàn)為單峰粗孔喉型特征，儲層物性相對較好，薄片孔隙類型以粒間孔為主；Ⅱ類儲層樣品壓汞和核磁共振T2譜曲線呈雙峰偏細孔喉型特征，儲層物性中等，薄片孔隙類型以溶孔、粒間孔為主；Ⅲ類儲層樣品壓汞和核磁共振T2譜曲線呈單峰細孔喉型特征，儲層物性較差，薄片孔隙類型以溶孔為主。

圖3 彭陽地區(qū)長8不同類型儲層壓汞、鑄體薄片及核磁共振T2譜響應特征描述

3 孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的定量表征

3.1 基于核磁共振T2幾何均值的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)定量表征

基于核磁共振T2譜分布與壓汞曲線得到的孔喉半徑分布都能反映儲層的孔隙結(jié)構(gòu)，其研究結(jié)果具有一致性[9-12]?？捎珊舜殴舱馮2譜驗證或替代壓汞法得到巖石孔隙結(jié)構(gòu)，這為只有核磁共振測井曲線、缺乏巖心孔隙結(jié)構(gòu)分析資料的地層孔隙結(jié)構(gòu)評價提供途徑。通過毛細管壓力曲線得到的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與巖心核磁共振的T2幾何均值（T2gm）進行擬合，得到研究區(qū)排驅(qū)壓力、飽和度中值壓力、孔喉半徑均值、分選系數(shù)等壓汞參數(shù)的定量計算模型，其模型相關(guān)性達0.9以上（見圖4）。

圖4 T2幾何均值與壓汞特征參數(shù)關(guān)系圖

3.2 排驅(qū)壓力與T2幾何均值的關(guān)系

排驅(qū)壓力（pd）對應巖樣最大連通孔喉的毛細管壓力，通?？紫抖雀?、滲透性好的樣品，其排驅(qū)壓力值低。排驅(qū)壓力不僅反映巖石的孔隙結(jié)構(gòu)特征，也反映巖石的滲透性和儲集性。從圖 4 （a）可見，排驅(qū)壓力與T2gm呈負指數(shù)關(guān)系，即隨T2gm增大排驅(qū)壓力減小。

3.3 飽和度中值壓力與T2幾何均值的關(guān)系

飽和度中值壓力（p50）是指非潤濕相的飽和度為50%時對應的毛細管壓力，反映孔隙中存在油、水兩相時油的產(chǎn)能。排驅(qū)壓力越高的樣品，其飽和度中值壓力也越高。p50值反映巖樣的孔隙度、滲透率及與之相應的油水流動能力，飽和度中值壓力值越大，說明巖石越致密，產(chǎn)油能力越弱；飽和度中值壓力值越小，說明巖石對油的滲流能力越好，具有較高的生產(chǎn)能力。從圖 4 （b）可見，飽和度中值壓力與T2gm呈負冪函數(shù)關(guān)系，即隨著T2gm增大飽和度中值壓力減小。

3.4 孔喉半徑均值與T2幾何均值的關(guān)系

孔喉半徑均值（X）是表征巖石孔隙平均孔喉的參數(shù)。數(shù)值越大，說明巖石孔隙結(jié)構(gòu)越好，反之則越差。從圖 4（ c）可見，X與T2gm呈正指數(shù)關(guān)系，即隨著T2gm增大，孔喉半徑均值也相應增大。

3.5 分選系數(shù)與T2幾何均值的關(guān)系

分選系數(shù)（σ）為表示沉積物粒度分選程度的參數(shù)，反映孔隙喉道分布的集中程度。分選系數(shù)在孔隙中的應用是表征孔喉的分選程度，其值越小，孔隙分布越均勻，反之則越差。從圖 4 （d）可見，隨T2gm增大，分選系數(shù)呈遞增趨勢，表明大孔喉占比增加。

4 基于孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)的儲層分類標準

核磁共振測井能很好地反映儲集巖的孔隙結(jié)構(gòu)，利用核磁共振測井資料可以得到孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)較多，飽和度中值壓力、排驅(qū)壓力反映孔喉滲流能力，孔喉半徑均值表征巖石孔喉大小，分選系數(shù)表征巖石孔喉分選特性。通過各參數(shù)與儲層質(zhì)量分析發(fā)現(xiàn)，儲層品質(zhì)因子RQI[見式（1）]、孔喉半徑均值、分選系數(shù)與儲層品質(zhì)成正比關(guān)系，即儲層品質(zhì)越好其值越大；排驅(qū)壓力、飽和度中值壓力與儲層品質(zhì)成反比關(guān)系，即儲層品質(zhì)越好其數(shù)值越小。因此，孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)可作為儲層分類的依據(jù)。儲層孔隙結(jié)構(gòu)主要反映儲層的滲透性，要實現(xiàn)儲層品質(zhì)的準確評價，還需考慮孔隙空間的大小。綜合以上敏感參數(shù)，構(gòu)建儲層有效性的孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)δ[見式（2）]作為儲層分類的依據(jù)。

式中，K為儲層滲透率，mD；?為儲層有效孔隙度，%，反映儲層孔隙性；σ為分選系數(shù)，無量綱；X為孔喉半徑均值，μm；pd為排驅(qū)壓力，MPa；σ×X/pd反映儲層滲透性。

基于研究區(qū)儲層有效性孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)，結(jié)合儲層品質(zhì)因子，建立了儲層分類圖版及分類標準[13-15]（見圖5和表3）。

圖5 孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)與儲層品質(zhì)因子的儲層分類圖版

表3 孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)與儲層品質(zhì)因子的儲層分類標準

5 應用實例

圖6為M井核磁共振測井儲層分類處理成果圖。其中第9道為核磁共振標準T2譜，第10道為孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)，第11道為儲層品質(zhì)因子，第13道為儲層類型，充填紅色表示Ⅰ類儲層、充填藍色表示Ⅱ類儲層。從第7道、第8道看出，儲層在2 391.0 ～2 396.6 m和2 397.8 ～2 411.0 m井段，孔隙度、滲透率值較高，孔隙度平均值為18.97%，滲透率平均值為18.74 mD。根據(jù)研究區(qū)建立的模型計算得到飽和度中值壓力、排驅(qū)壓力、孔喉半徑均值和分選系數(shù)，其值與巖心分析值相對誤差小于5%，可見計算結(jié)果真實可用。從第10道和第11道可看出，計算的孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)和儲層品質(zhì)因子與巖心分析結(jié)果吻合較好。根據(jù)孔隙度和滲透率特征，壓汞特征參數(shù)和建立的綜合參數(shù)確定的儲層分類標準，判定2 391.0 ～2 396.6 m，2 397.8 ～2 411.0 m井段為Ⅰ類儲層。該井在2 392.0 ～2 394.0 m試油，日產(chǎn)油8.61 t，無水產(chǎn)出；在2 398.0 ～2 402.0 m試油，日產(chǎn)油25.2 t，獲高產(chǎn)油流，無水產(chǎn)出。這2層試油結(jié)論均為油層，試油段均為Ⅰ類儲層，儲層類型判斷結(jié)論與試油獲高產(chǎn)層結(jié)論吻合。由此可見，通過構(gòu)建的孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)，可實現(xiàn)連續(xù)定量化的儲層孔隙結(jié)構(gòu)評價，有效提高致密儲集層的識別。

圖6 核磁共振測井儲層分類成果圖

6 結(jié) 論

（1）研究區(qū)長8儲層基于高壓壓汞毛細管壓力曲線形態(tài)及核磁共振區(qū)間孔隙分量儲層劃分標準的一致性較好。將儲層劃分為3類，Ⅰ類為中孔細喉型儲層，Ⅱ類為小孔細喉型儲層，Ⅲ類為小孔微喉型儲層。

（2）核磁共振測井可實現(xiàn)孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)的連續(xù)計算，基于孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)的儲層精細評價認為，研究區(qū)Ⅰ類儲層為自然高產(chǎn)區(qū)，Ⅱ類儲層為需壓裂改造層，Ⅲ類儲層為干層、低產(chǎn)層。

（3）基于孔隙結(jié)構(gòu)綜合評價指數(shù)的儲層精細評價為流體識別提供了基礎(chǔ)，該方法可以很好地指導優(yōu)選試油層段，快速判別儲集層類型。隨著勘探開發(fā)的擴大，該方法能更好地指導致密儲層的開發(fā)。