代金友，林立新，王 洋，王祚琛，于占軒

（1.中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；2.中國石油大學（北京），北京 102249）

儲層物性下限是儲層能夠儲集和滲濾流體的最小孔隙度和最小滲透率界限，通常用孔隙度或滲透率的某個確定值來表述［1］。傳統意義上的儲層物性下限是儲量評價中識別儲層、確定有效厚度的重要參數，也是油田勘探開發(fā)中選取射孔試油層段的重要依據［2］。

考慮到油藏地層由儲層和非儲層構成，其中，儲層由含油儲層和非含油儲層構成，而含油儲層又由有效儲層和非有效儲層構成。從識別儲層的角度來看，儲層物性下限應包括儲層、含油儲層和有效儲層物性下限等3 方面內涵。另外，生產過程中儲層動用差異較大，好儲層中流體參與滲流而動用［3-6］，另一部分差儲層中流體未動用或基本未動用［7-9］。從流體滲流角度來看，儲層應分為動用儲層和非動用儲層，儲層物性下限亦應包括動用儲層物性下限。

目前，人們更多地關注有效儲層物性下限研究［10-15］，而對其他3 種儲層物性下限研究相對較少。為此，筆者基于儲層滲流理論，綜合考慮驅動壓力作用下的不同尺度孔隙滲流響應特征和最小流動孔徑的差異，對上述四種儲層物性下限的涵義和確定方法進行理論探討與實例分析，以期為儲層物性下限的深入研究提供借鑒。

1 四種儲層物性下限的內涵

1.1 儲層物性下限

儲層是能夠儲存和滲濾流體的巖層，主要包括油層、含水油層、油水同層、含油水層、水層等。非儲層是不能滲濾流體的巖層，主要為干層和泥巖?？梢?，二者的根本區(qū)別在于是否具備滲濾流體的能力。

由于多孔介質儲集空間由尺度大小不一、幾何形態(tài)各異的孔喉網絡相互交織構成，不同尺度孔隙滲濾流體的能力差異很大。為此，根據孔徑大小和滲濾流體能力差異［16-18］，將孔隙分為超毛細管孔隙、毛細管孔隙和微毛細管孔隙等三類（表1）。超毛細管孔隙是指孔徑大于0.5 mm 的毫米級孔隙，其中液體在重力作用下可自由流動；毛細管孔隙是指孔徑為0.2～500 μm 的微米級孔隙，其中液體質點受毛管力以及周圍固體界面分子力作用而不能自由流動，只有在驅動壓力作用下才能流動；微毛細管孔隙是指孔徑小于0.2 μm 的納米級孔隙，其中液體質點受毛管力以及周圍固體界面分子力作用很大，在通常驅動壓力作用下液體不能流動而呈吸附態(tài)。這說明油藏流體滲流主要發(fā)生在超毛細管孔隙和毛細管孔隙中，而微毛細管孔隙不具有理論上的流動性。故連通的超毛細管孔隙和毛細管孔隙為有效連通孔隙，而微毛細管孔隙則為無效孔隙。因此，含有有效連通孔隙的巖層為儲層，而僅含微毛細管孔隙的巖層為非儲層，即毛細管孔隙和微毛細管孔隙之間的孔徑界限（理論最小流動孔徑）對應儲層物性下限。

1.2 含油儲層物性下限

含油儲層是被油氣侵入的儲層，主要包括油層、含水油層、油水同層、含油水層等。非含油儲層是未被油氣侵入的儲層，主要為水層。二者的根本區(qū)別在于是否存在油氣侵入。

成藏過程中，在充注壓差作用下，油氣首先進入儲層中阻力較小的大尺度孔隙，待其飽和后再依次逐步進入相對較小的孔隙，這一過程一直持續(xù)到與充注壓差相匹配的有效連通孔隙空間全部充滿油氣為止。由于油氣充注過程主要發(fā)生在有效連通孔隙中，被油氣充滿的有效連通孔隙部分為充注孔隙，反之為不可充注孔隙。因此，充注孔隙和不可充注孔隙之間的孔徑界限（充注最小流動孔徑）對應含油儲層物性下限。

1.3 動用儲層物性下限

動用儲層是生產過程中流體能夠參與滲流的那部分儲層，反之為非動用儲層。二者的根本區(qū)別在于儲層流體是否參與滲流。

生產過程中，在生產壓差作用下，儲層中阻力較小的大尺度孔隙中流體優(yōu)先動用，然后相對較小的孔隙中流體再依次動用，這一過程一直持續(xù)到與驅動壓力相匹配的有效連通孔隙內流體全部動用為止。由于水驅油過程主要發(fā)生在有效連通孔隙中，動用的有效連通孔隙部分稱為流動孔隙，反之為不可流動孔隙。因此，流動孔隙和不可流動孔隙之間的孔徑界限（生產最小流動孔徑）對應動用儲層物性下限。

1.4 有效儲層物性下限

有效儲層是經過充分改造且達到工業(yè)油流標準的含油儲層，主要包括油層、含水油層、油水同層等。非有效儲層是不能達到工業(yè)油流標準的含油儲層，如含油水層。二者的根本區(qū)別在于試油條件下是否能夠達到工業(yè)油流標準。也就是說，即使含有油氣但不能達到工業(yè)油流標準的含油儲層也不是有效儲層。因此，有效儲層物性下限不能根據流動孔隙和不可流動孔隙之間的孔徑界限（試油滲流的最小流動孔徑）來區(qū)分，而要根據試油工業(yè)油流標準來確定。由于剔除了一些未達到工業(yè)油流標準的含油儲層，因此其下限值較之含油儲層更高、物性更好。

上述分析表明：①儲層物性下限是判別儲層和非儲層的界限，孔隙度和滲透率低；含油儲層物性下限是劃分含油儲層和非含油儲層的界限，孔隙度和滲透率較高；動用儲層物性下限是識別動用儲層和非動用儲層的界限，孔隙度和滲透率較高；有效儲層物性下限是確定有效儲層和非有效儲層的界限，孔隙度和滲透率高。②儲層、含油儲層、動用儲層物性下限分別與理論滲流、充注滲流和生產滲流的最小流動孔徑相對應；有效儲層物性下限與試油滲流的最小流動孔徑相關性小，而主要受工業(yè)油流標準限定。

2 四種儲層物性下限的確定方法

2.1 儲層、含油儲層、動用儲層物性下限確定

驅動壓力克服滲流阻力是油藏流體滲流的根本原因。驅動壓力可用充注壓差或生產壓差來衡量，而滲流阻力則主要是毛管力和黏滯力。考慮到多孔介質中流體滲流較緩，可近似認為驅動壓力與滲流阻力之間具有準靜態(tài)平衡關系，從而可根據驅動壓力來確定最小流動孔徑。由于儲層物性下限與最小流動孔徑具有對應關系，在最小流動孔徑確定的基礎上，可采用最小流動孔徑法確定儲層物性下限。

從表1 可以看出，儲層最小流動孔徑的確定需要找到毛細管孔隙和微毛細管孔隙的分界點；含油儲層最小流動孔徑的確定需要找到充注孔隙和不可充注孔隙的分界點；動用儲層最小流動孔徑的確定需要找到流動孔隙和不可流動孔隙的分界點。因此，最小流動孔徑確定的前提是弄清儲層不同尺度孔徑與驅動壓力之間的對應關系。為此，筆者選用能直觀定量表征儲層孔隙結構以及孔喉半徑與驅動壓力之間關系的壓汞曲線來確定最小流動孔徑。

如圖1 所示：①當壓汞曲線達到最大進汞飽和度后，繼續(xù)增加壓力進汞飽和度保持不變，最大進汞飽和度保持不變的初始點可視為毛細管孔隙與微毛細管孔隙的分界點，亦即儲層最小流動孔徑（A點）。因此，儲層最小流動孔徑相當于壓汞曲線上的最大進汞飽和度處的孔喉半徑。②考慮到壓汞過程是非濕相流體驅替濕相流體的過程，相當于油排水的成藏充注過程。若把汞飽和度看作含油飽和度，驅替壓力看作成藏充注壓差，則壓汞曲線反映了儲層原始含油飽和度與成藏充注壓差之間的對應關系。因此，壓汞曲線上儲層原始含油飽和度所對應的孔喉半徑即為含油儲層最小流動孔徑。以圖1為例，該儲層原始含油飽和度為78%，則圖中C 點對應的孔喉半徑即為含油儲層最小流動孔徑。③動用儲層最小流動孔徑可根據生產壓差確定。以圖1 為例，若該儲層生產壓差為1 MPa，則圖中B點對應的孔喉半徑即為動用儲層最小流動孔徑。

圖1 最小流動孔徑示意Fig. 1 Schematic diagram of minimum flow pore diameter

在最小流動孔徑確定的基礎上，依據統計分析的原理，繪制孔喉中值半徑與孔隙度和滲透率的相關曲線，根據最小流動孔徑即可求出相應的孔隙度和滲透率的下限值。

2.2 有效儲層物性下限確定

目前，有效儲層物性下限主要根據巖心物性分析、試油和生產測試資料來確定［19］。由于受儲層地質條件（如巖石性質、流體性質、儲層孔隙結構、地層壓力和溫度、埋藏深度等）、試油條件（試油要素組合及驅動壓力等）和其他人為因素（工藝技術水平和工業(yè)產能標準等）等眾多因素影響，有效儲層物性下限確定尚無確切的物理定量方法，也難以建立相應的物理或數學模型。為此提出了很多經驗方法，如孔隙度-滲透率交會圖法、經驗統計法、鉆井液侵入法、束縛水飽和度法、最小流動孔喉半徑法、壓汞參數法、滲透率應力敏感法、含油產狀法、測試法、分布函數曲線法、試油法等，但每種方法均有其利弊，實踐中有效儲層物性下限往往需要多種方法相互驗證綜合確定［20］。

3 應用實例

X 油田構造隸屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西南部，地處甘肅省華池、慶陽境內，面積為2 600 km2，已鉆各類井300余口。油田主產層為上三疊統延長組長63油組，屬于深湖-半深湖相重力流沉積，地層平均厚度為47 m，砂地比為0.52。該區(qū)地表屬黃土塬地貌，地形起伏不平，地面海拔約為1 150～1 650 m，相對高差為500 m 左右。長6 段頂面構造比較簡單，總體為一平緩的西傾單斜，傾角不足1°。巖心物性資料分析表明，長63儲層孔隙度為4%～15%，平均為9.1%；滲透率為0.01～0.8 mD，平均為0.152 mD，屬于低孔低滲透儲層。

3.1 壓汞實驗及壓汞曲線特征

在巖心觀察和樣品采集的基礎上，選取5 塊巖樣進行壓汞實驗，由巖樣特征（表2）可以看出，巖樣孔隙度為6.86%～13.51%，平均為9.97%；滲透率為0.035～0.203 mD，平均為0.137 mD；能夠反映長63儲層低孔低滲透的物性特點。

表2 X油田長63儲層巖樣特征Table2 Characteristics of samples from Chang 63 reservoir in X Oilfield

根據壓汞實驗數據，繪制壓汞曲線（圖2）并統計巖樣壓汞參數特征（表3）?？梢钥闯?，5塊巖樣的排驅壓力為0.78～2.85 MPa，平均為1.82 MPa；中值壓力為2.61～14.31 MPa，平均為8.51 MPa；最大孔喉半徑為0.258～0.943 μm，平均為0.524 μm；中值孔喉半徑為0.051～0.282 μm，平均為0.135 μm；最大進汞飽和度為83.94%～92.13%，平均為87.58%；退汞效率為26.83%～32.60%，平均為30.36%。整體上，長63儲層排驅壓力、中值壓力較高，中值孔喉半徑較小、儲層喉道細小，最大進汞飽和度高，退汞效率低。

表3 X油田長63儲層巖樣壓汞參數特征Table3 Characteristics of mercury injection parameters of samples from Chang 63 reservoir in X Oilfield

圖2 X油田長63儲層壓汞曲線Fig. 2 Mercury injection curves of Chang 63 reservoir in X Oilfield

3.2 最小流動孔徑確定

為了確定X 油田長63儲層最小流動孔徑，根據5 塊壓汞測試樣品求取儲層平均壓汞曲線（圖3）。從圖3可以看出：當進汞壓力達到49.5 MPa時，最大進汞飽和度為88.3%，此后隨著壓力增加，進汞飽和度始終保持不變。因此，圖3 中A 點對應儲層最小流動孔徑（0.015 μm）。根據測井解釋成果統計樣品的原始含油飽和度（表3）可以看出，5塊巖樣原始含油飽和度為44.3%～74.4%，平均為56.1%。因此，圖3 中C 點對應含油儲層最小流動孔徑（0.085 μm）。生產資料統計表明，X 油田投產井的生產壓差平均為3 MPa。通過換算，3 MPa生產壓差相當于實驗測試壓力44.1 MPa。因此，圖3 中B 點對應動用儲層最小流動孔徑（0.017 μm），這說明儲層生產中孔徑處于15～17 nm 的毛細管孔隙中的流體不參與滲流。

圖3 X油田長63儲層平均壓汞曲線及孔喉分布Fig. 3 Average mercury injection curve and pore throat distribution of Chang63 reservoir in X Oilfield

3.3 儲層物性下限確定

在X 油田長63儲層最小流動孔徑確定的基礎上，依據統計分析的原理，繪制中值孔喉半徑與孔隙度和滲透率的交會圖（圖4，圖5），根據最小流動孔徑求出相應的孔隙度和滲透率下限值。根據最小流動孔徑確定結果，按照圖4 和圖5 中的回歸公式計算確定X油田長63儲層物性下限。

圖4 X油田長63儲層中值孔喉半徑與孔隙度交會圖Fig. 4 Intersection of median pore throat radius and porosity of Chang 63 reservoir in X Oilfield

圖5 X油田長63儲層中值孔喉半徑與滲透率交會圖Fig. 5 Intersection of median pore throat radius and permeability of Chang 63 reservoir in X Oilfield

X 油田長63儲層最小流動孔徑為0.015 μm，儲層物性下限中孔隙度為7.24%，滲透率為0.072 mD；含油儲層最小流動孔徑為0.085 μm，含油儲層物性下限中孔隙度為8.83%，滲透率為0.109 mD；動用儲層最小流動孔徑為0.017 μm，動用儲層物性下限中孔隙度為7.28%，滲透率為0.073 mD；現場確定的有效儲層物性下限中孔隙度為10%，滲透率為0.15 mD。對比可知，該區(qū)4 種儲層物性下限中，儲層物性下限最低，含油儲層物性下限較高，有效儲層物性下限最高。由于動用儲層物性下限低于含油儲層物性下限，地層產水。

4 結論

從儲層識別角度出發(fā)，儲層物性下限包括儲層、含油儲層、動用儲層和有效儲層物性下限等4種類型。其中，儲層物性下限是判別儲層和非儲層的界限，孔隙度和滲透率低；含油儲層物性下限是劃分含油儲層和非含油儲層的界限，孔隙度和滲透率較高；動用儲層物性下限是識別動用儲層和非動用儲層的界限，孔隙度和滲透率較高；有效儲層物性下限是確定有效儲層和非有效儲層的界限，孔隙度和滲透率高。

儲層、含油儲層、動用儲層物性下限分別與理論滲流、充注滲流和生產滲流的最小流動孔徑相對應，可以采用最小流動孔徑法確定。而有效儲層物性下限與試油滲流的最小流動孔徑相關性小，主要受工業(yè)油流標準限定，需要根據巖心物性分析、試油和生產測試資料采用多種方法相互驗證綜合確定。

由單一的有效儲層物性下限研究，逐步轉向儲層、含油儲層、動用儲層和有效儲層等4種物性下限綜合研究，是儲層物性下限深入研究的重要方向，對評估源外油藏表外儲量規(guī)模、落實儲量動用程度等具有實際意義，對油田控水穩(wěn)油和后期開發(fā)調整具有指導意義。