致密砂巖油藏有效厚度的確定方法——以蘇北盆地阜寧組和戴一段為例

司馬立強(qiáng)，吳思儀，袁 龍，溫新房，閆建平，耿 斌

（1.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川成都610500；2.中國(guó)石化江蘇油田分公司勘探局地質(zhì)測(cè)井處，江蘇揚(yáng)州225002；3.中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營(yíng)257015）

近年來，致密砂巖油藏開發(fā)已經(jīng)引起工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的重視［1］。雖然致密砂巖油藏儲(chǔ)層物性較致密氣藏好，但其開采難度大，目前尚未形成統(tǒng)一界定標(biāo)準(zhǔn)［2］。筆者結(jié)合蘇北盆地復(fù)雜小斷塊油田自身特點(diǎn)，把低滲透或特低滲透、深層、薄層低豐度、自然產(chǎn)能低、產(chǎn)能遞減快、常規(guī)開采方式無法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)的油藏統(tǒng)稱為致密砂巖油藏，其孔隙度小于12%，滲透率為0.000 1×10-3～1×10-3μm2［3］。蘇北盆地阜寧組和戴一段致密砂巖油藏儲(chǔ)層主要為淺水三角洲和正常河流為主的三角洲沉積，巖性以長(zhǎng)石巖屑石英細(xì)—極細(xì)砂巖、云質(zhì)巖屑石英粉砂巖為主，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低，截至2011年底，江蘇油田致密砂巖油藏的探明、控制和預(yù)測(cè)儲(chǔ)量共為8 178×104t。為合理有效地開發(fā)致密砂巖油藏，首先要確定其有效厚度，但與常規(guī)油藏孔滲相關(guān)性及物性特征不同，致密砂巖油藏儲(chǔ)層在確定有效厚度的時(shí)候，小誤差可能得到錯(cuò)誤的結(jié)論［4-5］，準(zhǔn)確率相對(duì)較低，因此對(duì)儲(chǔ)層有效厚度確定方法的研究及其應(yīng)用等方面的工作是十分重要的。

1 有效厚度確定方法

儲(chǔ)層有效厚度確定的下限標(biāo)準(zhǔn)是巖性、物性、含油性和電性等四性標(biāo)準(zhǔn)。確定方法分2步：①運(yùn)用巖性和含油性分析確定儲(chǔ)層物性下限；②選擇相關(guān)性好的測(cè)井參數(shù)繪制圖版，確定有效厚度，得到儲(chǔ)層電性下限［6-7］。

1.1 儲(chǔ)層物性下限的確定

1.1.1 核磁共振法

利用核磁共振原理來測(cè)定地層中自由流體的含量、底層孔隙度、滲透率和含油飽和度以及劃分儲(chǔ)層，應(yīng)用可動(dòng)流體飽和度法和核磁測(cè)試法（巖心孔隙度—滲透率交會(huì)圖）來綜合確定其儲(chǔ)層物性下限［8-9］。

可動(dòng)流體飽和度法 核磁共振法普遍應(yīng)用于儲(chǔ)層流體可動(dòng)規(guī)律研究中，核磁孔隙度能真實(shí)地表征巖石實(shí)際孔隙度［10］。中外研究表明，在致密砂巖儲(chǔ)層中，可動(dòng)流體飽和度是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層基質(zhì)物性優(yōu)劣和確定物性下限的重要指標(biāo)之一［9］。根據(jù)金湖凹陷致密砂巖儲(chǔ)層60個(gè)核磁共振樣品分析結(jié)果可知，可動(dòng)流體飽和度為0.22%～41.62%，平均為18.46%，可動(dòng)流體飽和度如果低于10%則基本沒有開發(fā)價(jià)值［11］，結(jié)合研究區(qū)樣品核磁孔隙度、滲透率與可動(dòng)流體飽和度的關(guān)系，孔隙度為4.4%和滲透率為0.05×10-3μm2可作為研究區(qū)有效厚度儲(chǔ)層物性下限值（圖1）。

圖1 蘇北盆地儲(chǔ)層核磁孔隙度、滲透率與可動(dòng)流體飽和度關(guān)系

核磁測(cè)試法 核磁測(cè)試法就是編繪產(chǎn)層和干層的巖心孔隙度—滲透率交會(huì)圖版，并在圖版中標(biāo)繪產(chǎn)層與干層的孔隙度和滲透率分界線，分界線即為有效儲(chǔ)層的物性下限。利用核磁共振、物性及試油等資料，建立孔隙度和滲透率與儲(chǔ)層的產(chǎn)油能力圖版（圖2），可以看出孔隙度下限為4.5%，滲透率下限為0.02×10-3μm2。

圖2 蘇北盆地儲(chǔ)層孔隙度和滲透率與儲(chǔ)層的產(chǎn)油能力關(guān)系

1.1.2 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法

經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法需要繪制取心井儲(chǔ)層內(nèi)分析樣品的滲透率以及孔隙度的直方圖（圖3）。其中孔隙度累積能力反映的是儲(chǔ)層的儲(chǔ)油能力，是孔隙度與樣品厚度的乘積；滲透率累積能力反映的是儲(chǔ)層的滲透能力（即產(chǎn)油能力），是滲透率與樣品厚度的乘積。下限值一般控制累積頻率為10%。

從圖3可以看出，孔隙度為4%時(shí)孔隙度累積頻率曲線斜率明顯增大，累積孔隙度能力丟失為1.17%，孔隙度樣品丟失為4.3%，若每塊巖樣取樣密度相同，儲(chǔ)層厚度丟失為4.3%；滲透率為0.08×10-3μm2時(shí)，滲透率累積頻率曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，累積滲透率能力丟失為0.04%，滲透率樣品丟失為12.08%，如果每塊巖樣取樣密度相同，儲(chǔ)層的厚度丟失為12.08%。因此，當(dāng)有效儲(chǔ)層孔隙度下限為4%，滲透率為0.08×10-3μm2時(shí)，丟失的儲(chǔ)油能力和產(chǎn)油能力都很小，可以忽略不計(jì)。

圖3 蘇北盆地取心井儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率分布

1.1.3 最小流動(dòng)孔喉半徑法

最小流動(dòng)孔喉半徑的確定 巖石的宏觀物性特征反映其微觀孔隙結(jié)構(gòu)及喉道大小。當(dāng)生產(chǎn)壓差一定時(shí)，喉道的粗細(xì)決定著原油能否從巖石中流出［12］。巖石的微觀孔隙特征可通過恒速壓汞實(shí)驗(yàn)來確定，并結(jié)合J函數(shù)法和經(jīng)驗(yàn)束縛水膜法得到儲(chǔ)層的平均最小流動(dòng)孔喉半徑，根據(jù)孔喉半徑與滲透率模型，可求取儲(chǔ)層的物性下限［13］。

J函數(shù)法是通過對(duì)壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析而確定巖石孔喉特征［14］。實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的巖心樣品毛細(xì)管壓力曲線只代表儲(chǔ)層中的某個(gè)點(diǎn)，只有將所有毛細(xì)管壓力曲線進(jìn)行綜合平均才能得到整個(gè)儲(chǔ)層的毛細(xì)管壓力曲線。為了正確表示儲(chǔ)層的毛細(xì)管壓力特征，消除孔隙度和滲透率對(duì)毛細(xì)管壓力的影響，Leverett提出了無量綱毛細(xì)管壓力J函數(shù)法［13］，用J函數(shù)法對(duì)方4-1和方4-3等9口井85塊巖心壓汞資料進(jìn)行處理，得到儲(chǔ)層平均毛細(xì)管壓力曲線，再利用Wall法和Purcell法計(jì)算最小流動(dòng)孔喉半徑。

當(dāng)累積滲透能力為99%（或大于99%）時(shí)，所對(duì)應(yīng)的孔喉半徑即為最小流動(dòng)孔喉半徑［13］。利用Wall法計(jì)算研究區(qū)85塊巖心壓汞數(shù)據(jù)得知，當(dāng)累積滲透能力為99.99%時(shí)所對(duì)應(yīng)的孔喉半徑為0.061 μm；Purcell法［13］計(jì)算得到當(dāng)累積滲透能力為99.99%時(shí)所對(duì)應(yīng)的孔喉半徑為0.097 μm。

根據(jù)中外的研究成果［13］，0.1 μm厚度相當(dāng)于水濕性碎屑巖表面附著的水膜厚度，油藏形成過程中油氣驅(qū)替水需要克服非常高的毛細(xì)管壓力。當(dāng)儲(chǔ)層的孔喉半徑小于0.1 μm時(shí)，油氣難以進(jìn)入其中形成有效的儲(chǔ)層，則該值即為儲(chǔ)層的孔喉半徑下限。

物性下限的確定 根據(jù)Wall法、Purcell法以及經(jīng)驗(yàn)束縛水膜法求取的最小孔喉半徑，得到其平均值為0.086 μm。通過壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到孔喉半徑與滲透率關(guān)系，孔喉半徑為0.086 μm所對(duì)應(yīng)的滲透率為0.05×10-3μm2，將其作為滲透率下限，再根據(jù)孔隙度—滲透率的關(guān)系確定孔隙度下限為5.5%。

1.1.4 其他方法

孔隙度—滲透率交會(huì)法 根據(jù)研究區(qū)致密砂巖油藏阜寧組和戴一組的巖心分析結(jié)果繪制孔隙度—滲透率交會(huì)圖（圖4a）。從圖4a中可見，趨勢(shì)線變化有3個(gè)階段：①無效孔隙，孔隙度增大迅速而滲透率增加較??；②有一定滲流能力的有效孔隙，隨著孔隙度的增大滲透率明顯變大；③巖石的滲流能力較強(qiáng)并處于穩(wěn)定階段，其滲透率增大迅速而孔隙度增加較小［15-16］。滲透層與非滲透層的物性界限即為①和②階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。當(dāng)儲(chǔ)層孔隙度下限為4.5%時(shí)，所對(duì)應(yīng)的滲透率下限為0.03×10-3μm2。

圖4 蘇北盆地儲(chǔ)層孔隙度—滲透率交會(huì)法和含油產(chǎn)狀法確定的孔隙度和滲透率下限值

含油產(chǎn)狀法 對(duì)研究區(qū)258塊巖心樣品的物性和含油性分析可知，油斑及油斑以上含油級(jí)別的儲(chǔ)層物性與油斑以下的有明顯界線，該界線即為孔隙度和滲透率的下限值，分別為5%和0.04×10-3μm2（圖4b）。

根據(jù)核磁共振法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法和最小流動(dòng)孔喉半徑法等5種方法建立相應(yīng)的關(guān)系圖，確定的孔隙度下限為4%～5.5%，滲透率下限為0.02×10-3～0.08×10-3μm2。在此基礎(chǔ)上綜合確定研究區(qū)致密砂巖油藏儲(chǔ)層的物性下限：孔隙度為4.65%，滲透率為0.045×10-3μm2。

1.2 儲(chǔ)層電性下限的確定

1.2.1 測(cè)井曲線標(biāo)準(zhǔn)化

測(cè)井曲線標(biāo)準(zhǔn)化是進(jìn)行有效性分析與儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要環(huán)節(jié)。測(cè)井曲線可間接反映地下介質(zhì)的巖性信息，實(shí)際工作中受泥漿、井徑和儀器等測(cè)量因素的影響，在確定儲(chǔ)層電性下限值之前，須對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理［17-18］。為確保測(cè)井曲線在平面上的可比性，采用阜寧組一段砂巖層為校正標(biāo)準(zhǔn)層，對(duì)研究區(qū)16口井的測(cè)井曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

1.2.2 電性標(biāo)準(zhǔn)

巖性與電性關(guān)系 研究區(qū)巖性包括細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰質(zhì)粉砂巖，其中細(xì)砂巖和粉砂巖是主要儲(chǔ)層。粉砂巖自然電位表現(xiàn)為較明顯的負(fù)異常，具有低自然伽馬（小于80 API）和較低聲波時(shí)差（小于80 μs/ft）特征，因含油而電阻率值較高。

物性與電性關(guān)系 研究區(qū)巖心孔隙度和聲波時(shí)差具有較好的相關(guān)性，隨著聲波時(shí)差增大，巖心孔隙度也相應(yīng)增大。儲(chǔ)層聲波時(shí)差形態(tài)總體呈平臺(tái)狀，孔隙度以大于4.5%為主，滲透率為0.1×10-3～1×10-3μm2，聲波時(shí)差普遍大于66 μs/ft。

根據(jù)研究區(qū)試油、測(cè)井和取心等資料，分別繪制儲(chǔ)層聲波時(shí)差（Δt）與地層電阻率（Rt）交會(huì)圖版和自然伽馬（GR）與聲波時(shí)差交會(huì)圖版（圖5），地層電阻率能較好地反映含油性，單井剖面上，滲透性砂巖取心為油斑的電阻率比油跡的高；油跡砂巖的電阻率比無油氣顯示的砂巖略高。利用研究區(qū)地層電阻率、自然伽馬與聲波時(shí)差的交會(huì)圖版能夠較好地判斷油、水、干層。由此，確定油層電性的下限為：Δt≥66 μs/ft；Rt≥（-1.04Δt+87.6）；GR≤（1.27Δt-23.82）。

圖5 蘇北盆地儲(chǔ)層聲波時(shí)差與地層電阻率和自然伽馬的交會(huì)圖版

2 實(shí)際應(yīng)用

選取5口取心井進(jìn)行見油巖心長(zhǎng)度和測(cè)井解釋有效厚度的對(duì)比，來檢測(cè)儲(chǔ)層有效厚度確定方法的準(zhǔn)確性［7，19］（表 1）。采用儲(chǔ)層物性下限值和儲(chǔ)層電性下限值讀取儲(chǔ)層測(cè)井有效厚度，見油巖心長(zhǎng)度的讀取則需按照如下劃分原則：①含油級(jí)別為油浸、油斑；②粉砂巖以上級(jí)別巖心；③單砂層厚度為0.4 m以上；④取心收獲率為95%以上。5口井中每個(gè)層段的收獲率基本為100%，巖心長(zhǎng)度為5.01～8.80 m，見油顯示總心長(zhǎng)為0.79～4.27 m，儲(chǔ)層測(cè)井有效厚度為0.65～4.4 m，絕對(duì)誤差為-0.83～0.67 m，平均值為0.36；巖心總長(zhǎng)度為70.62 m，其中見油顯示總長(zhǎng)度為25.74 m，儲(chǔ)層測(cè)井有效厚度為25.49 m，絕對(duì)誤差為-0.15 m，層劃準(zhǔn)率為100%［7，10-12］。確定的有效厚度解釋標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際應(yīng)用效果較好，具有較強(qiáng)可行性。

表1 蘇北盆地5口取心井見油巖心統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3 結(jié)束語

致密砂巖油藏儲(chǔ)層相對(duì)于致密砂巖氣藏，雖然物性較好，但相對(duì)于常規(guī)油藏其低孔低滲透的特征，在確定有效厚度的時(shí)候，小誤差卻可能導(dǎo)致結(jié)論的錯(cuò)誤，為經(jīng)濟(jì)有效的開發(fā)必須對(duì)致密砂巖油藏有效厚度下限進(jìn)行研究。結(jié)合儲(chǔ)層四性關(guān)系分析，在核磁共振、試油、壓汞、測(cè)井曲線等資料的基礎(chǔ)上，對(duì)蘇北盆地阜寧組和戴一段致密砂巖油藏運(yùn)用核磁共振法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、最小孔喉流動(dòng)半徑法等5種方法確定儲(chǔ)層物性下限，孔隙度為4.65%，滲透率為0.045×10-3μm2；儲(chǔ)層電性下限為：Δt≥66 μs/ft，Rt≥（-1.04Δt+87.6），GR≤（1.27Δt-23.82）。確定的儲(chǔ)層物性下限方法綜合全面，見油巖心長(zhǎng)度和測(cè)井解釋有效厚度的對(duì)比發(fā)現(xiàn)絕對(duì)誤差為-0.15 m，層劃準(zhǔn)率為100%，此標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際資料吻合較好，能較準(zhǔn)確地反映儲(chǔ)層有效厚度的真實(shí)情況。

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