低滲透儲層產(chǎn)能預測的測井優(yōu)化建模

1、vol. 33 no. 3 jun. 2011編輯部網(wǎng)址：http：/文章編號：1674 5086（2011）03 0115 06中圖分類號：te122.2doi： 10. 3863/j. issn. 1674 5086. 2011. 03. 019文獻標識碼：a*低滲透儲層產(chǎn)能預測的測井優(yōu)化建模劉曉虹1 ，林暢松1 ，劉 俊2 ，楊 洪3 ，劉春慧41. 中國地質(zhì)大學（北京）能源學院，北京 海淀 100083； 2. 北京世恒達科技有限公司，北京 海淀 100083；3. 中國石油集團鉆井工程技術研究院鉆井液研究所，北京 海淀 100083；4. 振華石油控股有限公司，北京 西城 10003

2、1摘 要：從影響低滲透砂巖儲層的原因入手，依據(jù)巖芯和試油資料，充分考慮巖石粒度、分選性、孔喉半徑大小、孔隙結(jié)構的復雜程度、碎屑物含量以及巖石的親水特性等對產(chǎn)能的影響，將簡單的砂泥巖儲層模型細化為粉砂細砂中 砂泥巖模型，在儲層精細解釋的基礎上，提出產(chǎn)油概率的概念，利用疊加的方法編制相應的軟件對單井單層的油產(chǎn) 能指示累計和水產(chǎn)能指示累計進行計算，最終計算出油水產(chǎn)能比及產(chǎn)油概率，建立油水兩相流的產(chǎn)能預測模型、解釋 模版及解釋標準。正確評價儲層產(chǎn)能有助于落實油氣勘探成果和科學地指導油氣田合理開發(fā)，從而使測井技術真正 成為地質(zhì)家和油藏工程師的眼睛。關鍵詞：低滲透；產(chǎn)能預測；測井；優(yōu)化；模型網(wǎng)絡出版地址：

3、http：/劉曉虹，林暢松，劉 俊，等低滲透儲層產(chǎn)能預測的測井優(yōu)化建模j西南石油大學學報：自然科學版，2011，33（3）：115120低滲透儲層的產(chǎn)能預測問題一直是困惑測井工作者的一項難題，到目前為止，從測井角度預測儲 層一直缺少必要的研究手段，方法較為單一，研究 結(jié)果與實際結(jié)果差距較大1 6 。本文將密切結(jié)合生孔喉半徑與滲透率往往呈線性函數(shù)關系，在一般情況下，絕對滲透率與孔喉半徑呈良好的線性關 系，但低滲透儲層往往是滲透率隨孔喉半徑的減小 而急劇下降，呈非線性關系，即孔隙結(jié)構對滲流過 程產(chǎn)生了影響，低滲透儲層孔隙度與滲透率之間一 般也不具備正相關線性關系7 10 。產(chǎn)實際，充分應用現(xiàn)有測井

4、、地質(zhì)、試油、測試成果和實驗分析資料以及成熟的解釋技術，開展低滲透 儲層成因和解釋方法以及產(chǎn)能預測的研究工作，優(yōu) 化低滲透儲層產(chǎn)能預測的測井解釋模型，進一步推 廣測井精細解釋新技術。2 影響低滲透儲層產(chǎn)能的主要參數(shù)1 低滲透儲層的孔隙結(jié)構和滲流特征產(chǎn)能是各種影響因素的綜合反映，影響低滲透儲層孔隙結(jié)構的宏觀參數(shù)主要有：孔隙度、滲透率、低滲透儲層的孔隙可分為粒間孔、溶蝕孔、微孔、晶間孔和裂隙孔等 5 類，其中，溶蝕孔和微孔隙 是低滲儲層中廣泛存在的主要孔隙類型。由于微孔 隙是由傲積的泥狀雜基收縮和粘土的重結(jié)晶作用后 形成的孔隙，個體細小，直徑小于 4 m，滲流能力 差，并呈星點狀，網(wǎng)絡狀分布于儲層

5、之中，是低滲和 特低滲儲層的特征孔隙。束縛水飽和度、孔喉半徑等，除此之外，影響低滲透儲層儲集性能的因素主要有兩個方面：一是孔隙結(jié)構參數(shù)；二是巖石組構參數(shù)。在現(xiàn)場實際生產(chǎn)中，受特定的開采區(qū)塊內(nèi)開發(fā)井網(wǎng)和作業(yè)方式的限制，外部環(huán)境條件和油氣性能等都是相對固定不變的，此時，油氣儲層的自身性質(zhì)將對儲層的產(chǎn)能高低產(chǎn)生決定性的影響。* 收稿日期：20101104網(wǎng)絡出版時間：20110620基金項目：國家“973”項目（2006cb202302）；國家自然科學基金項目（40372056）。作者簡介：劉曉虹（1972），女（漢族），四川中江人，高級工程師，博士研究生，主要從事測井技術研究與應用。2.1 孔隙結(jié)

6、構參數(shù)2.1.1 孔喉半徑 孔喉半徑（rca）的表達式為 8k a(1)rca = me式中k 絕對滲透率，md； e 有效孔隙度，%； m、a儲層巖電參數(shù)，無因次。rca 值越大表示儲層孔喉越發(fā)育，儲層具有大的 孔隙和喉道。2.1.2 孔隙結(jié)構系數(shù) 孔隙結(jié)構系數(shù)（stru）能很好反映儲層孔隙的大小及其曲折程度，其表達式為：圖 2 滲透率隨比面變化圖fig. 2 permeability varies with specific surface2.2 巖石組構參數(shù)巖石組分對儲層儲集性能的影響明顯，儲層物 性差、沉積物礦物成熟度低是我國陸相低滲透儲層 的一大特點，主要表現(xiàn)在碎屑成分中長石和巖屑含

7、 量普遍較高，多為長石砂巖與巖屑砂巖，與海相儲 層中富含石英的特征完全不同。砂巖的成分成熟度 低，各組分含量變化大、結(jié)構成熟度低是導致砂巖 孔隙結(jié)構復雜、滲透率低的主要因素之一。2.2.1 砂巖含量 巖石顆粒粗細是影響儲層儲集特性的關鍵參數(shù) 之 一，特 別 是 對 于 低 滲 透 儲 層 更 應 將 其 巖 石 顆粒粗細進行區(qū)分，為此，根據(jù)砂巖儲層粒級分類標 準 即 細 砂 巖 粒 級 在 0.100.25 mm，粉 砂 巖 粒 級 在0.010.10 mm，利用研究區(qū)域內(nèi) 5 口井 71 個資料點的巖芯粒度分析資料和巖芯刻度后的測井響應計算 得到的粒度中值進行回歸（圖 3），得到巖石中細砂

8、含量及粉砂含量的計算公式。 8k(2)s tru =e孔隙結(jié)構系數(shù)越高，孔隙度的越大，曲折程度越?。▓D 1）。圖 1 孔隙度隨孔隙結(jié)構系數(shù)變化圖fig. 1 porosity varies with pore configuration coefficient2.1.3 比面比面（sds）是反映儲層產(chǎn)出能力的參數(shù)，其表達 式為： e(3)s ds = e 2k比面值越大，表示儲層孔隙結(jié)構越復雜，值越低，其滲流性越好，產(chǎn)出能力越強。由圖 2 可見，滲 透率隨著比面的增大而減小，當滲透率小于 1 md， 比面的大小對滲透率的變化影響減小。圖 3 細砂及粉砂百分含量的計算圖版fig. 3 calcu

9、lation plate for percentage composition of fine sandstone and siltstone第 3 期劉曉虹，等：低滲透儲層產(chǎn)能預測的測井優(yōu)化建模117（1）細砂含量xsha = a1 xmd a2（2）粉砂含量fsha = a3 xmd + a4巖石的孔隙度和滲透率與巖石顆粒的分選性關系都非常密切，當分選性較差時，較粗顆粒之間的 粒間孔隙往往被較小的顆粒所充填，這樣就會使巖 石的孔隙變小、孔喉變細，巖石的孔隙度和滲透率 也就相應的降低，一旦巖石的分選性變好，其孔滲 也相應變好，尤其是滲透率的增大明顯。因此，將 分選系數(shù)也作為評價低滲透儲層產(chǎn)能

10、的關鍵參數(shù)之 一，利用研究區(qū)域內(nèi)關鍵井的粒度分析資料與其相 關的測井響應值建立了分選系數(shù)的多元回歸公式：(4)(5)式中，xmd 粒度中值，無因次；a1 ，a2 ，a3 ，a4 地區(qū)經(jīng)驗參數(shù)，無因次。2.2.2 伊蒙混層粘土含量 沉積成熟度低，成巖成熟度高是低滲透砂巖的共性，由于儲集成熟度低，使其礦物組成和粒度組 成十分混雜，泥質(zhì)含量高；成巖成熟度高，又使其膠 結(jié)緊密，次生礦物劇增，從而使得砂巖的孔喉變小， 非均質(zhì)程度增高，水敏、酸敏及速敏現(xiàn)象嚴重。低滲透儲層中常見的自生礦物有蒙脫石、伊/蒙混 層、高 嶺 石、綠 泥 石、伊 利 石、方 解 石 等。 這 些 自 生 礦 物 與 外 來 液 體

11、（如 鉆 井 液、完 井 液、注 入 水 等）發(fā)生反應，即可造成油層損害。蒙脫石和含蒙 脫 石 較 高 的 伊/蒙 混 層 粘 土 遇 淡 水 發(fā) 生 膨 脹，尤 其 是鈉蒙脫石與水結(jié)合可增大 610 倍，從而堵塞孔 隙和喉道。蒙脫石含量越高，對油層造成的損害越 嚴重，造成儲層滲透率的快速下降，使原有的孔隙 結(jié)構發(fā)生改變，從而造成儲層產(chǎn)能下降。因此，利 用研究區(qū)塊內(nèi) 20 個資料點的 x 衍射資料中所提供 的伊蒙混層粘土含量和與之有關的測井響應參數(shù) 進行多元回歸建立了伊蒙混層粘土含量的計算公 式，利用產(chǎn)能預測成果圖直觀地顯示出儲層中伊蒙 混層粘土含量，為低滲透儲層的產(chǎn)能預測提供定性 的解釋參數(shù)

12、11 14 。(7)s let = a1 xmd + a2 ac a3 cnl + a43 優(yōu)化低滲透儲層產(chǎn)能預測解釋模型3.1 低滲儲層孔隙結(jié)構和巖性剖面精細解釋模型首先以粒級分類按巖性粗細反演了粉砂含量和 細砂含量，利用 x 衍射資料反演了粘土中伊蒙混層 的含量，將簡單的砂泥巖儲層模型細化為粉砂細 砂中砂伊蒙混層泥巖模型；其次，以儲層精細評價為基礎，利用上面定義的孔隙結(jié)構分析參數(shù)：孔喉半徑、比面、孔隙結(jié)構系數(shù)、分選系數(shù)等參數(shù)確定新的孔隙度、滲透率和飽和度計算模型15 18 。3.2 油水兩相測井產(chǎn)能評價模型3.2.1 測井產(chǎn)能評價指數(shù) 當原油粘度和原油的體積系數(shù)一定并且供油半徑穩(wěn)定后，地層

13、產(chǎn)油能力的大小主要取決于地層的 油相有效滲透率。同時，油層可動油孔隙度反映了 儲油空間的大小及流動體積，油層的電阻率反映了 儲層的含油性，二者與油層產(chǎn)能有一定的關系。因 此，從測井的角度出發(fā)，引入一個測井產(chǎn)能評價指 數(shù)用于定性地評價低滲透儲層的產(chǎn)能，從而實現(xiàn)對 油水兩相流體產(chǎn)能的定性分析。對于油層定義為ios = a1 ac + a2 cnl a3 den +a4 igr + a5 xmd + a6(6)式中，ios伊蒙混層粘土含量，%；ac聲波時差，s/m；cnl 補償中子，%；den補償密度，g/cm3 ； igr自 然 伽 馬 相 對 值，無 因 次；xmd 粒 度 中 值， 無 因 次

14、；a1 ，a2 ，a3 ，a4 ，a5 ，a6 地 區(qū) 經(jīng) 驗 參 數(shù)，無 因次。2.2.3 分選系數(shù)分選系數(shù)是用來表示碎屑沉積物顆粒大小均勻 性的參數(shù)，根據(jù)特拉斯克的主張，分選系數(shù)定義為 累計曲線上累計百分含量 25% 和 75% 相對應粒徑 的比值，一般均大于 1，越接近于 1，表示累計曲線 越陡，說明碎屑顆粒分選程度越好；反之，則分選程 度越差。k ro t(8)lpeo = ce o to對于水層則定義為kw rt(9)lpew = ce w tw式中，ko 油相有效滲透率，md；kw 水相有效滲透率，md；rt 地層的深電阻率，m；e 地層有 效孔隙度，%；o 油的黏度，mpas；w

15、 水的黏 度，mpas；cto 原油的壓縮系數(shù)，mpa-1 ；ctw 水 的壓縮系數(shù)，mpa-1 。3.2.2 累計產(chǎn)能評價指數(shù)儲層非均質(zhì)性是低滲透油藏的重要特點，主要 表現(xiàn)為儲層巖性、物性和含油性的非均質(zhì)性，在單 層內(nèi)往往存在著厚度較小的不連續(xù)夾層，該類不連 續(xù)夾層的類型一般按巖性劃分，主要指泥質(zhì)、細粉 砂質(zhì)巖類。此外石油運移過程中產(chǎn)生的瀝青或重質(zhì)油充 填條帶和成巖過程中產(chǎn)生的各種層內(nèi)薄夾層也是 導致儲層非均質(zhì)性的主要因素之一，如各種膠結(jié)條 帶（硅質(zhì)、鈣質(zhì)、高嶺土膠結(jié)等），因此在對低滲透儲 層產(chǎn)能的評價過程中，綜合考慮單層產(chǎn)能有效厚度 的因素，提出采用累計產(chǎn)能評價指數(shù)的方法來評價 單層產(chǎn)能。

16、5 應用效果利用上述低滲透儲層產(chǎn)能預測解釋模型對研究區(qū)塊內(nèi)十口重點探井進行了全井段的精細處理，見 到了明顯效果。5.1 實例一a 井 11 號 層（圖 4），測 井 曲 線 反 映 深 感 應 電 阻 率 為 13 m，聲 波 時 差 為 284 s/m，體 積 密 度2.28 g/m3 ，補 償 中 子 為 21.7%，自 然 伽 馬 上 部 為5060 api，下 部 為 5056 api，利 用 產(chǎn) 能 預 測 解 釋模型處理得到的伊蒙混層粘土含量為 4.86%，粉 砂含量為 57.17%，細砂含量 8.75%，有效孔隙度為19.8%，滲透率 5.24 md，與巖芯分析資料分析比對后表明

17、其具有良好的一致性，孔喉半徑為 0.63 m，depbopto = peo()depa l10孔隙結(jié)構系數(shù)為 1.67，孔隙比面為 14，分選系數(shù)為1.63，該層厚度大，巖性均勻，主要以粉砂為主，孔 隙結(jié)構、分選性均良好，雖然平均的測井產(chǎn)能評價 指 數(shù) 并 不 高，但 由 于 其 厚 度 較 大 處 理 得 到 單 層 油 產(chǎn)能指示累計較高為 12.76，單層水產(chǎn)能指示累計 為 1.27，含油飽和度 45.2%，計算得到的產(chǎn)油概率為depboptw = pew()11depa l式中，opto 單層油產(chǎn)能指示累計，無因次； optw 單層水產(chǎn)能指示累計，無因次； depa 單層起始深度，m；d

18、epb 單層結(jié)束深度，m。3.2.3 產(chǎn)油概率 綜 合 影 響 低 滲 透 儲 層 產(chǎn) 能 的 上 述 因 素，對于 一 個 儲 層 的 原 油 產(chǎn) 出 能 力 給 定 一 個 產(chǎn) 油 概 率來 描 述，它 的 定 義 為 單 層 產(chǎn) 油 幾 率 占 所 有 產(chǎn) 液 幾率的百分比。90.95%，應用 wz 構造帶產(chǎn)能預測解釋圖版分析，該層的點子落于油層區(qū)，分析認為該層應該具有一定的自然產(chǎn)能，綜合各項產(chǎn)能預測參數(shù)及低滲透儲 層產(chǎn)能預測解釋圖版解釋為油層。試油結(jié)果：日產(chǎn)333油 4.09 m ，氣 61.6 m ，水 0.29 m （乳化水），試油結(jié)論為油層。5.2 實例二b 井 23-25 號層

19、（圖 5），測井曲線反映深感應電阻率為 7.88.9 m，聲波時差為 285295 s/m，4 建立低滲透儲層產(chǎn)能預測解釋圖版和解釋標準體 積 密 度 2.162.26 g/m3 ，補 償 中 子 為 21%23%，利用產(chǎn)能預測解釋模型處理得到的有效孔隙度為18.7%20.8%，含 油 飽 和 度 28.2%30.6%，滲 透 率9.619.2 md，孔喉半徑為 0.750.98 m，孔隙結(jié)構 系數(shù)為 2.022.71，孔隙比面為 15.318.5，分選系數(shù) 為 1.51，伊蒙混層粘土含量為 5.07%，粉砂含量為32.09%，細砂含量 37.68%，單層油產(chǎn)能指示累計為2.33.9，單層水產(chǎn)

20、能指示累計為 0.280.89，計算得 到的產(chǎn)油概率為 62.6%65.3%，試油結(jié)果，壓前日 產(chǎn)油：2.61 m3 ；壓后日產(chǎn)油：4.69 m3 。試油結(jié)論為低 產(chǎn)油層。從實測測井資料來看，經(jīng)過巖芯數(shù)據(jù)標定的測井處理成果基本上反映了儲層孔隙結(jié)構、孔隙度及利 用 測 井 產(chǎn) 能 評 價 軟 件（lpei）研 究 區(qū) 塊 內(nèi) 幾十口井進行了產(chǎn)能評價精細處理。制作了單層油產(chǎn) 能指示累計、油水比和產(chǎn)油概率分別與表征低滲透 儲層巖性的參數(shù)（粉砂含量、細砂含量、伊蒙混層粘 土含量、泥質(zhì)含量）、表征低滲透儲層孔隙結(jié)構的參 數(shù)（粒度中值、孔喉半徑、孔隙結(jié)構系數(shù)、比面）、表 征低滲透儲層物性及含油性的參數(shù)（孔

21、隙度、滲透 率、含油飽和度、束縛水飽和度）等的解釋圖版，最 終根據(jù)試油結(jié)果建立了 wz 構造帶油層產(chǎn)能預測解 釋圖版和解釋標準。第 3 期劉曉虹，等：低滲透儲層產(chǎn)能預測的測井優(yōu)化建模119示 2325 號層這一井段蒙脫石的含量占到了 48%，滲透性。通過將 b 井與區(qū)域內(nèi)獲得工業(yè)油流井進行對比，分別作這 5 口井關于聲波時差、補償密度、孔 喉半徑、孔隙結(jié)構系數(shù)、比面、伊蒙混層粘土含量、 粉砂含量、細砂含量等儲層參數(shù)的直方圖，分析認 為 b 井在孔隙結(jié)構發(fā)育程度及孔喉半徑的大小方面 都要好于 a 井，就滲透率而言，巖芯分析的水平滲 透率 1.4561.20 md，在本次研究區(qū)域內(nèi)也屬于滲 透性較

22、好的儲層，值得一提的是 b 井計算得到的伊 蒙混層粘土含量遠遠超過其他井，x 衍射資料也顯由于使用的是淡水泥漿，蒙脫石和伊蒙混層粘土的吸水性和膨潤特性，使儲層發(fā)生了水敏反映，對儲 層造成嚴重的損害，從而堵塞孔隙和喉道，造成儲層滲透率的快速下降，使原有的孔隙結(jié)構發(fā)生改變，從而造成儲層產(chǎn)能下降。因而利用測井資料估算儲層的伊蒙混層粘土含量是非常有意義的，泥漿工程 師可以根據(jù)情況在鄰井施工時，選用不同的泥漿添 加劑，而將泥漿對儲層的污染降到最低。圖 4 a 井 11 號層產(chǎn)能預測成果圖fig. 4 results of production forecast of layer 11 in well a

23、圖 5 b 井 2325 號層產(chǎn)能預測成果圖fig. 5 results of production forecast of layer 23-25 in well b6 結(jié)語需結(jié)合油藏工程等多種學科進行進一步的研究。參考文獻對于低孔、低滲透儲層，從定性的角度解釋已經(jīng)較為成熟，定量解釋方法由于涉及到的動態(tài)參數(shù) 較多，同時儲層的產(chǎn)能與油藏開發(fā)時所采用的手段 具有密切關系，對于此類產(chǎn)層的產(chǎn)能定量預測，還1潭 成 仟，吳 向 紅，宋 子 齊. 利 用 測 井 資 料 預 測 克 拉 瑪依油田八區(qū)克上組油層產(chǎn)能j. 石油地球物理勘探，2001，36（3）：285290.2ductivity of lo

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30、）jun. 2011that the optimized water flooding timing is before dissolved gas form the connectivity face. utilizing the numericalsimulation technology under the condition of making full use of natural energy, when the reservoir pressure decreases to 3.4 mpa, the water flooding timing is the best, and t

31、he optimized production rate is 2.2%. the results of the pilot test show that the good water injection timing can maintain the reservoir energy, increase liquid production and improve development performance.key words：high pour-point oil reservoir; water flooding timing; long core experiment; numeri

32、cal simulation; highpressure differential between static and saturation pressurean optimization well logging interpretation model of productionforecast in low-permeability sandstone reservoirliu xiao-hong1 , lin chang-song1 , liu jun2 , yang hong3 , liu chun-hui4（1. school of enerny resourse, china

33、university of geosciences（beijing）, haidian, beijing 100083, china; 2. beijing s. h. d. science and technology co. ltd., haidian, beijing 100083, china; 3. cnpc drilling research institute, haidian, beijing 100083, china;4. zhenhua oil company ltd. xicheng, beijing 100031, china）journal of southwest

34、 petroleum university, vol. 33, no. 3, 115 120, 2011（1674 5086, in chinese）abstract：based on the data of core and testing oil, we analyze the causes of low-permeability sandstone reservoir with full consideration to the impact of the grain size, sorting, pore-throat radius, complex pore structure, c

35、ontent of debris and hydrophilic of rock on productivity. the simple sand-shale reservoir model has been subdivided into the silt-sand, fine-sand, sand-medium, sand-shale model. the concept of oil production probability is proposed on the basis of the elaborate reservoir interpretation. the oil-wate

36、r two-phase fluids rate forecast model, interpretation template and criterion are eventually established according to calculating oil and water production on single well by using the corresponding software which is programmed on superposition method. correct evaluation on reservoir capacity can help to scientifically guide the exploration and development of oil field. so the logging technology becomes the eye of the geologists and