低滲碳酸鹽巖油藏儲層綜合評價方法

楊正明*，蔣帥，張亞蒲，朱光亞，郭和坤

低滲碳酸鹽巖油藏儲層綜合評價方法

楊正明1，2*，蔣帥1，2，張亞蒲1，2，朱光亞3，郭和坤1，2

1.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊065007
2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京石景山100049
3.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京海淀100083

低滲碳酸鹽巖油藏是中國石油在海外開發(fā)的重要油藏類型，該油藏儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與低滲砂巖油藏有明顯的差異，急需進行低滲碳酸鹽巖油藏儲層評價方面的研究工作。在550塊低滲碳酸鹽巖巖芯測試的基礎(chǔ)上，提出了用主流喉道半徑、啟動壓力梯度、可動流體百分數(shù)和原油黏度4個參數(shù)作為低滲碳酸鹽巖油藏儲層評價參數(shù)。研究表明：不同滲透率的低滲碳酸鹽巖巖芯，其喉道半徑分布差異顯著，全直徑巖樣的氣測滲透率和可動流體百分數(shù)有較好的半對數(shù)關(guān)系；且在相同滲透率條件下，低滲碳酸鹽巖巖芯中大部分的喉道半徑要比低滲砂巖巖芯小，而可動流體百分數(shù)要大于低滲砂巖油藏的可動流體百分數(shù)，這與低滲碳酸鹽巖儲層特點相一致。在此基礎(chǔ)上，提出了低滲碳酸鹽巖油藏四元分綜合分類系數(shù)，建立了低滲碳酸鹽巖油藏儲層綜合評價方法。并將該方法成功地應(yīng)用于中國石油海外一典型低滲碳酸鹽巖油藏10個小層的儲層綜合評價。

低滲碳酸鹽巖油藏；儲層評價；喉道；可動流體；啟動壓力梯度

引言

近年來，中國石油在海外收購或者參與開采的油藏大多數(shù)屬于低品位油藏，而這些低品位油藏中，低滲碳酸鹽巖油藏占有相當?shù)谋壤?。如：中國石油的A油田是海外獲得開采的“超巨型”低滲碳酸鹽巖油田，該油田含油面積為239 km2，油田的可采儲量為41×108bb（l1 bbl=159 L）。該類型油田大多數(shù)處于開發(fā)初期，需要對儲層進行綜合評價。目前大多數(shù)儲層評價文獻［1-14］集中在低滲/致密砂巖油藏、低滲含水砂巖氣藏、火山巖氣藏和中高滲透碳酸鹽巖油藏，很少涉及低滲碳酸鹽巖油藏。

本文以中國石油一典型低滲碳酸鹽巖油藏為例，利用恒速壓汞、核磁共振和低滲透物理模擬實驗系統(tǒng)等手段，系統(tǒng)地研究了低滲碳酸鹽巖油藏巖芯的微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征、流體的可動用性和滲流規(guī)律，提出低滲碳酸鹽巖油藏儲層評價參數(shù)，建立低滲碳酸鹽巖油藏儲層綜合評價方法，為該類油藏的開發(fā)提供技術(shù)支持。

1 低滲碳酸鹽巖儲層評價參數(shù)

1.1 主流喉道半徑

在喉道半徑對滲透率的累積貢獻曲線上，對滲透率累積貢獻達到80%時所對應(yīng)的喉道半徑稱為主流喉道半徑，它是低滲儲層巖芯用來表征微觀孔隙結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)之一［15］。本文利用恒速壓汞技術(shù)對34塊低滲碳酸鹽巖巖芯進行孔喉測試分析，測試結(jié)果見圖1～圖3。

圖1 不同滲透率巖樣喉道半徑的分布曲線Fig.1 The distribution curve of throat radius in different permeability cores

從圖1可以看出：（1）巖芯喉道半徑的分布決定低滲碳酸鹽巖巖芯滲透率的大小。巖芯滲透率越大，其喉道半徑分布范圍越寬，整體峰值變低，但其較大喉道所占比例升高；巖芯滲透率越小，其喉道半徑分布范圍越窄，其小喉道所占比例越高，峰值越大。（2）當滲透率小于1 mD時，巖芯喉道半徑分布在1μm以下；當滲透率在1～10 mD時，巖芯喉道半徑分布在3μm以下；當滲透率大于10 mD時，巖芯喉道半徑分布已大大拓寬，小于1μm的喉道所占比例較低。

圖2 碳酸鹽巖巖芯和砂巖巖芯的喉道半徑分布對比Fig.2 The comparison of the throat radius distribution curves between the carbonate cores and the sandstone cores

從圖2可以看出：在相同滲透率條件下，與砂巖巖芯的喉道半徑分布相比，碳酸鹽巖巖芯中大部分喉道半徑要偏小，但也有一部分喉道半徑比砂巖喉道半徑要大。

從圖3可以看出：（1）不論是碳酸鹽巖巖芯，還是砂巖巖芯，其主流喉道半徑與滲透率有較好的相關(guān)關(guān)系。（2）在相同滲透率條件下，碳酸鹽巖儲層主流喉道半徑總體上比砂巖小。

1.2 可動流體百分數(shù)

可動流體百分數(shù)是評價低滲儲層開發(fā)潛力的重要物性參數(shù)，它比滲透率更能準確反映低滲透儲集層開發(fā)潛力的大?。?5］。低滲碳酸鹽巖儲層具有微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔縫洞比較發(fā)育的特點，但小巖芯中如果有縫洞發(fā)育，則巖芯易破碎，在低滲碳酸鹽巖小巖芯中很難獲取縫洞信息，因此，本文利用核磁共振和X-CT掃描設(shè)備對同一層位12塊全直徑低滲碳酸鹽巖樣品進行了實驗樣品測試，實驗測試結(jié)果如圖4～圖7和表1。

圖3 碳酸鹽巖巖芯和砂巖巖芯的主流喉道半徑對比Fig.3 The comparison of the main throat radius between the carbonate cores and the sandstone cores

圖412 塊全直徑巖樣氣測滲透率和可動流體百分數(shù)的關(guān)系Fig.4 The relationship between the gas permeability and the movable fluid percentage for 12 full diameter core

圖5 滲透率為0.23 mD的全直徑巖芯T2譜的分布和對應(yīng)的X-CT掃描圖片F(xiàn)ig.5 The distribution of NMR T2spectrum for the full diameter core with permeability of 0.23 mD and corresponding X-CT scanning picture

圖6 滲透率為1.05 mD的全直徑巖芯T2譜的分布和對應(yīng)的X-CT掃描圖片F(xiàn)ig.6 The distribution of NMR T2spectrum for the full diameter core with permeability of 1.05 mD and corresponding X-CT scanning picture

圖7 滲透率為83.00 mD的全直徑巖芯T2譜的分布和對應(yīng)的X-CT掃描圖片F(xiàn)ig.7 The distribution of NMR T2spectrum for the full diameter core with permeability of 83.00 mD and corresponding the X-CT scanning picture

表1 全直徑巖樣不同滲透率區(qū)間的核磁共振T2圖譜分布特征Tab.1 The distribution characteristics of NMR T2spectrum for the full diameter core with different permeability

從圖4～圖7和表1中可以看出：（1）全直徑巖樣的氣測滲透率和可動流體百分數(shù)有較好的半對數(shù)關(guān)系，可動流體百分數(shù)隨氣測滲透率的增大而增大。（2）當滲透率小于1 mD時，核磁共振T2圖譜的弛豫時間主要分布在小于100 ms，若有大于100 ms的弛豫時間多為小裂隙存在，可動流體百分數(shù)也都小于48%，在CT掃描的圖像上表現(xiàn)為巖芯中縫洞基本不發(fā)育；當滲透率在1～10 mD時，核磁共振T2圖譜的弛豫時間主要分布在1～1 000 ms，可動流體百分數(shù)在48%～75%，在CT掃描的圖像上表現(xiàn)為巖芯中發(fā)育一些裂縫；當滲透率大于10mD時，核磁共振T2圖譜的弛豫時間主要在1～10 000 ms，大于1 000 ms的弛豫時間多表現(xiàn)為縫洞的存在，可動流體百分數(shù)大于75%，在CT掃描的圖像上表現(xiàn)為巖芯縫洞比較發(fā)育。因此，可動流體百分數(shù)的大小不但能體現(xiàn)低滲碳酸鹽巖儲層的開發(fā)潛力，還能夠體現(xiàn)低滲碳酸鹽巖縫洞發(fā)育的程度。

圖8為低滲碳酸鹽巖油藏不同層位不同滲透率條件下所測試可動流體百分數(shù)的數(shù)值與不同油區(qū)典型低滲砂巖油藏不同層位不同滲透率條件下所測試可動流體百分數(shù)數(shù)值的對比。

從圖中可以看出：（1）低滲碳酸鹽巖油藏不同層位測試的可動流體百分數(shù)與滲透率的關(guān)系，與低滲砂巖油藏一樣，沒有很好的相關(guān)性，但總體上隨滲透率的增加而增加。（2）在相同滲透率條件下，低滲碳酸鹽巖油藏的可動流體百分數(shù)總體上要大于低滲砂巖油藏的可動流體百分數(shù)。

圖8 低滲碳酸鹽巖油藏和低滲砂巖油藏不同滲透率下可動流體百分數(shù)的對比Fig.8 The comparison of the movable fluid percentage between the low permeability carbonate reservoir and the low permeability sandstone reservoir in different permeability cores

1.3 擬啟動壓力梯度

由于低滲碳酸鹽巖儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，喉道細小，流體在滲流過程中受到的固液界面作用強，呈現(xiàn)出非線性滲流特征［16］。非線性滲流曲線中1個最重要參數(shù)為擬啟動壓力梯度，它是儲層中平均喉道半徑所對應(yīng)的毛管啟動壓力梯度，表征了低滲儲層開發(fā)的難易程度。

圖9為低滲碳酸鹽巖巖芯測試的啟動壓力梯度（水測）與滲透率的關(guān)系?？梢钥闯觯寒攷r芯滲透率在1 mD以下時，啟動壓力梯度隨巖芯滲透率的減小而急劇增大，啟動壓力梯度大于0.09 MPa/m，此時啟動壓力梯度對儲層開發(fā)難易程度影響很大，儲層開發(fā)難度較大。當巖芯滲透率在1～10 mD時，由于儲層發(fā)育有一定裂縫，且?guī)r芯中喉道半徑變大，此時巖芯中的啟動壓力梯度隨滲透率的增大而急劇降低，啟動壓力梯度基本在0.09 MPa/m以下，此時啟動壓力梯度對儲層的開發(fā)難易程度有一定影響。當滲透率大于10 mD時，由于儲層巖芯中喉道半徑變大，且縫洞比較發(fā)育，此時巖芯中的啟動壓力梯度較小，在0.01 MPa/m左右，基本可以忽略，此時啟動壓力梯度對儲層的開發(fā)難易程度沒有影響。

圖9 低滲碳酸鹽儲層啟動壓力梯度與滲透率的關(guān)系Fig.9 The relationship between the threshold gradient and the permeability of the low permeability carbonate reservoir

1.4 原油黏度

低滲碳酸鹽巖油藏的礦場實際和實驗研究表明：原油黏度不僅是表征流體物性的一個特性參數(shù)，還是影響低滲碳酸鹽巖油藏流體啟動壓力和滲流方式的重要因素。因此在低滲碳酸鹽巖油藏儲層評價分類時，必須考慮原油黏度的影響［16］。

以中國石油典型低滲碳酸鹽巖A油藏為例，該油藏分為5層，5層的原油黏度分別為0.82，1.30，0.88，1.84和3.20 mPa·s。不同層位的原油黏度影響低滲碳酸鹽巖油藏的開發(fā)效果。

2 低滲碳酸鹽巖油藏儲層綜合分類方法

2.1 低滲碳酸鹽巖油藏儲層評價參數(shù)的單因素分級

界限

與低滲砂巖油藏相比，低滲碳酸鹽巖油藏的黏土含量小于1%，黏土含量對低滲碳酸鹽巖油藏的開發(fā)影響較小。故在低滲碳酸鹽巖油藏儲層評價體系中不考慮黏土礦物的影響。與低滲砂巖油藏的分級原理相同，在大量巖芯數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，確定低滲碳酸鹽巖油藏儲層評價參數(shù)的分級界限如表2所示。

表2 低滲透碳酸鹽巖儲層評價參數(shù)的單因素分級界限Tab.2 The single factor classification boundary of the low permeability carbonate reservoir

I類儲層表示用常規(guī)開發(fā)技術(shù)是容易動用的；II類儲層表示用常規(guī)開發(fā)技術(shù)較難動用，但可以通過技術(shù)攻關(guān)解決；III類儲層是指用常規(guī)開發(fā)技術(shù)不能動用，需要用大型體積壓裂改造等技術(shù)才能動用。

2.2 低滲碳酸鹽巖油藏儲層綜合評價方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法或者模糊綜合評價方法在現(xiàn)場應(yīng)用時［16-18］，由于難以確定各儲層評價參數(shù)的權(quán)重，因而應(yīng)用較少。根據(jù)上面的研究結(jié)果可以看出：低滲碳酸鹽巖油藏中的可動流體百分數(shù)或者主流喉道半徑越大，其開發(fā)效果越好，反之越差；低滲碳酸鹽巖油藏中的原油黏度或者擬啟動壓力梯度越高，其開發(fā)效果越差，反之越好。因此，可動流體百分數(shù)和主流喉道半徑與低滲碳酸鹽巖油藏的開發(fā)效果呈正相關(guān)關(guān)系，原油黏度和擬啟動壓力梯度與低滲碳酸鹽巖油藏的開發(fā)效果呈負相關(guān)關(guān)系。

據(jù)此，構(gòu)建了低滲碳酸鹽巖油藏四元綜合評價系數(shù)。即

通過大量數(shù)據(jù)分析得到：低滲碳酸鹽巖油藏I類為綜合分類系數(shù)（Feci）大于3.5；低滲碳酸鹽巖油藏II類為綜合分類系數(shù)在1.5～3.5；低滲碳酸鹽巖油藏III類為綜合分類系數(shù)（Feci）小于1.5。綜合分類系數(shù)越高，儲層越好，越容易開發(fā)；其值越小，表明該儲層越難動用。

利用該方法對中石油海外一典型低滲碳酸鹽巖油藏10個小層進行儲層綜合評價，每個小層測試的儲層評價參數(shù)的平均值和綜合評價系數(shù)見表3。

從表中可以看出：（1）對于同一儲層，用單一評價參數(shù)很難評價。如儲層A，用原油黏度這個參數(shù)評價，該儲層屬于I類；用可動流體百分數(shù)這個參數(shù)評價，該儲層屬于II類；用主流喉道半徑或者擬啟動壓力梯度評價，該儲層屬于III類。（2）通過綜合評價系數(shù)可以得到：儲層C、D和F屬于III類；儲層A、B、E、G和I屬于II類；儲層H和J屬于I類。該分類與目前幾個儲層的開發(fā)效果相一致。

表3 一典型低滲碳酸鹽巖油藏10個小層進行儲層綜合評價結(jié)果Tab.3 The comprehensive evaluation result of 10 layers of a typical low permeability carbonate reservoir

3 結(jié)論

（1）根據(jù)低滲碳酸鹽巖儲層特點，提出了4個儲層評價參數(shù)，即用主流喉道半徑來表征低滲碳酸鹽巖儲層巖芯微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征；用可動流體百分數(shù)來表征孔隙流體賦存特征和縫洞發(fā)育的程度；用擬啟動壓力梯度表征了低滲儲層開發(fā)的難易程度；用原油黏度表征儲層中流體的物性和動用條件。

（2）巖芯喉道半徑的分布決定低滲碳酸鹽巖巖芯滲透率的大小。巖芯滲透率越大，其喉道半徑分布范圍越寬，整體峰值變低，但較大喉道所占比例升高；巖芯滲透率越小，其喉道半徑分布范圍越窄，小喉道所占比例越高，峰值越大。全直徑巖樣的氣測滲透率和可動流體百分數(shù)有較好的半對數(shù)關(guān)系，可動流體百分數(shù)隨氣測滲透率的增大而增大。

（3）在相同滲透率條件下，低滲碳酸鹽巖巖芯與低滲砂巖巖芯相比，其巖芯中大部分的喉道半徑要偏小，只有少部分喉道半徑要比砂巖喉道半徑要大，其主流喉道半徑總體上要??；低滲碳酸鹽巖油藏的可動流體百分數(shù)總體上要大于低滲砂巖油藏的可動流體百分數(shù)。

（4）提出了低滲碳酸鹽巖油藏四元分綜合分類系數(shù)，建立了低滲碳酸鹽巖油藏儲層綜合評價方法。并將該方法成功地應(yīng)用于中石油海外一典型低滲碳酸鹽巖油藏10個小層的儲層綜合評價。

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郭和坤，1968年生，男，漢族，江蘇如皋人，高級工程師，主要從事油氣層物理實驗研究。E-mail：nmrghk69@petrochina.com.cn

編輯：張云云

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

Comprehensive Evaluation Method for the Low Permeability Carbonate Reservoir

YANG Zhengming1，2*，JIANG Shuai1，2，ZHANG Yapu1，2，ZHU Guangya3，GUO Hekun1，2
1.Langfang Branch，PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development，Langfang，Hebei 065007，China
2.University of Chinese Academy of Sciences，Shijingshan，Beijing 100049，China
3.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development，Haidian，Beijing 100083，China

The low permeability carbonate reservoir is an important oil reservoir type developed overseas by PetroChina.Due to the complex structures of microscopic pore-throat and apparent differences with low permeability sandstone reservoir，it is necessary to research on the evaluation method of the low permeability carbonate reservoirs.Based on the test of 550 low permeability carbonate cores，the mainstream throat radius，the movable fluid percentage，the threshold gradient and the crude oil viscosity are determined to be the four paramenters to evaluate the low permeability carbonate reservoir.The research shows that the throat radius changes largely at the low permeability carbonate cores with different permeability and the full diameter cores′gas permeability has a semi-logarithmic relationship with the percentage of movable fluid.Besides，under the condition ofsamepermeability，mostthroatradiusoflowpermeabilitycarbonatecoresissmallerthanthatoflowpermeabilitysandstone，whilethemovablefluidpercentageofcarbonateislargerthanthatofsandstonewhichisinagreementwiththereservoirproperty. Based on the results，four-factor classification of low permeability carbonate reservoir is put forward and the comprehensive evaluationmethodishenceintroduced，whichissuccessfullyappliedtotheevaluationofthelayersinatypicallowpermeability carbonate reservoir overseas.

low permeability carbonate oil reservoir；reservoir evaluation；throat；movable fluid；threshold gradient

楊正明，1969年生，男，漢族，江蘇鹽城人，高級工程師，博士，主要從事低滲/致密油藏儲層評價、非線性數(shù)值模擬及滲流理論方面的研究。E-mail：yzhm69@petrochina.com.cn

蔣帥，1990年生，男，漢族，山東東營人，碩士研究生，主要從事低滲透油氣儲層評價研究。E-mail：chianshuai@qq.com

張亞蒲，1981年生，女，漢族，河北保定人，工程師，碩士，主要從事油氣藏儲層評價研究。E-mail：zhangyapu69@petrochina.com.cn

朱光亞，1975年生，男，漢族，高級工程師，博士，主要從事海外碳酸鹽巖油氣田開發(fā)研究。E-mail：cn_zgy@163.com

10.11885/j.issn.1674-5086.2014.08.10.02

1674-5086（2016）01-0068-08

TE311

A

http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20160104.1710.018.html

楊正明，蔣帥，張亞蒲，等．低滲碳酸鹽巖油藏儲層綜合評價方法［J］．西南石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，38（1）：68-75．

YANG Zhengming，JIANG Shuai，ZHANG Yapu，et al．Comprehensive Evaluation Method for the Low Permeability Carbonate Reservoir［J］．Journal of Southwest Petroleum University（Science&Technology Edition），2016，38（1）：68-75．*

2014-08-10網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-01-04

楊正明，E-mail：yzhm69@petrochina.com.cn

國家科技重大專項（2011ZX05013-006）；中國石油重點科技攻關(guān)項目（2014B-1203）。