基于孔徑分布和T2譜的低孔滲儲層滲透率確定方法

李志愿, 崔云江, 關葉欽, 王　淼

(中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300459)

低孔滲儲層的滲透率主要受到巖石孔隙結構的影響。核磁共振測井作為目前唯一能夠表征儲層孔隙結構的測井方法,在滲透率評價方面具有明顯優(yōu)勢。但是通常用于計算滲透率的Coates模型和SDR模型主要依據的是巖石中連通孔隙的宏觀總體積率,沒有充分考慮T2譜的分布情況[1-2]。李潮流[3]、周尚文[4]、邵維志[5]、鄭建東[6]、徐風等[7]分別提出了基于核磁共振T2譜分布的滲透率計算方法。筆者通過孔徑分布曲線與T2譜曲線之間的對比,準確確定出對滲透率起主要影響作用的孔徑分布區(qū)間和滲透率貢獻因子,并提出一種滲透率計算方法。

1　低孔滲儲層滲透率與孔徑分布關系

圖1為渤海某油田9塊巖樣的壓汞實驗資料孔徑分布。巖樣的孔隙度均分布在15.0%～18.0%,孔徑分布卻存在明顯的差別。Ⅰ區(qū)巖樣的孔徑分布峰值主要集中在較小孔徑處,Ⅲ區(qū)巖樣的孔徑分布峰值主要集中在較大孔徑處,Ⅱ區(qū)則介于兩者之間。表1為以上3個區(qū)域巖樣相關參數的平均值對比。3個區(qū)域的孔隙度平均值相差不大,平均孔隙半徑的平均值差別較大。通過該油田巖心分析的滲透率與孔隙度和平均孔隙半徑關系(圖2)可見該油田的滲透率與孔隙度的相關性較差,與平均孔隙半徑卻具有非常好的相關性,并且化驗分析資料顯示該油田巖心的巖性均為細砂巖,泥質較少,膠結程度并不明顯。

在巖性、膠結等條件相近的情況下,低孔滲儲層的滲透率不僅受到巖石孔隙度的影響,更取決于巖石的孔徑分布情況。

圖1　渤海某油田巖心孔徑分布Fig.1　Distribution of well core pore size of one oilfield in Bohai

類別孔隙度φ/%平均孔隙半徑 r/μm滲透率k/10-3 μm2 Ⅰ區(qū)15.80.70.9 Ⅱ區(qū)16.21.37.6 Ⅲ區(qū)16.96.0174.3

圖2　渤海某油田滲透率與孔隙度和平均孔隙半徑關系Fig.2　Relation between permeability and porosity and mean value of pore radius of one oilfield in Bohai

2　基于孔徑分布和T2譜的滲透率計算方法

基于壓汞孔徑分布與核磁共振測井T2譜均可以表征儲層巖石的孔徑分布信息[8-10],本文中以渤海xx35-2油田低孔滲儲層為例,以孔徑分布為切入點,建立研究區(qū)的低孔滲儲層滲透率計算方法。

2.1　影響滲透率的孔徑分布區(qū)間的確定

為了能夠有效地表征儲層的孔徑分布特征,首先計算該油田的平均孔徑分布曲線。利用實驗室壓汞資料J函數(圖3(a))擬合得到含水飽和度關于lgJ的多項式回歸公式(圖3(b))。

圖3　渤海xx35-2油田平均孔徑分布計算Fig.3　Calculation of average pore size distribution of xx35-2 Oilfield in Bohai

根據J函數的計算公式[11]:

Sw=h(J) .

(1)

其中

依據該公式即可確定研究區(qū)不同孔徑的平均孔徑分布頻率,進而得到平均孔徑分布圖(圖3(c))。

依據區(qū)間滲透率貢獻值公式計算各孔徑分布區(qū)間對巖石滲透性的平均貢獻[12]:

表2　渤海xx35-2油田孔徑分布數據

2.2　孔徑分布區(qū)間刻度核磁T2譜區(qū)間

利用該油田巖心核磁共振實驗獲得的飽和累積T2譜分布曲線擬合平均飽和累積T2譜分布曲線,進而得到該油田的平均T2譜分布曲線及與橫軸的包絡面積S。假設平均孔徑分布曲線每個區(qū)間對應的孔徑分布頻率為Xi,所要刻度的T2譜區(qū)間與橫軸的包絡面積為Si。采用分段等面積刻度[13],從平均T2譜分布曲線的右邊界開始,按照T2時間由大到小的順序,依次增大計算包絡面積的范圍,當S1占總包絡面積S的比例與X1接近或相等時,就將該T2時間范圍確定為與4.00 μm孔徑分布區(qū)間對應的T2譜區(qū)間。其余孔徑分布區(qū)間對應的T2譜區(qū)間按該方法依次進行。最終使得每個T2譜區(qū)間的包絡面積比例接近或等于上述5個孔徑分布區(qū)間的頻率時,即得到最佳的T2譜區(qū)間劃分范圍。相較于采用常規(guī)截止值,本文中采用T2譜區(qū)間更加精細地刻畫了T2譜的分布形態(tài),從而能夠更好地表征T2譜分布與儲層滲透率之間的關系。

如圖4所示,將刻度得到的T2譜區(qū)間與孔徑分布區(qū)間重疊,可見核磁共振T2譜區(qū)間與孔徑分布區(qū)間存在很好的一致性,且在未參與滲透率計算的小孔徑區(qū)域二者吻合也較好,說明劃分的T2譜區(qū)間較為理想,滿足實際資料處理的精度要求。

利用得到的T2譜區(qū)間對該油田每塊巖樣的T2譜進行重新刻度,分別計算各巖樣的T2譜區(qū)間對應的孔隙分量占總孔隙分量的百分比。圖5為各T2譜區(qū)間孔隙分量比例與滲透率關系。由圖5可見,各T2譜區(qū)間的孔隙分量比例與滲透率的關系存在明顯的差異,表明其對滲透率的貢獻也不盡相同[14]。

圖4　核磁共振T2譜區(qū)間與壓汞孔徑分布區(qū)間對應圖Fig.4　Reciprocal diagrams of NMR T2 spectrum interval and mercury penetration pore distribution interval

圖5　各T2譜區(qū)間孔隙分量比例與滲透率關系Fig.5　Relations between pore component ratio of T2 spectrum intervals and permeability

2.3　各T2譜區(qū)間對滲透率的貢獻

滲透率貢獻值表示孔徑分布區(qū)間的孔隙對滲透率的貢獻占所有孔隙對滲透率貢獻的百分比,能夠準確地確定不同孔徑分布區(qū)間對滲透率的貢獻,但是由于該參數是對應孔徑分布頻率下總的貢獻值,因此利用表2中的平均滲透率貢獻值與平均孔徑分布頻率得到單位孔徑頻率的平均滲透率貢獻值,并進行歸一化,從而得到表3所示的各T2譜區(qū)間每單位孔隙度分量的孔徑對滲透率的貢獻因子。

表3　孔徑分布區(qū)間與T2譜區(qū)間參數Table 3　Parameters of pore size distribution intervals and T2 spectrum intervals

2.4　基于孔徑分布的滲透率計算方法

依據如下公式計算得到該油田低孔滲儲層的滲透率指數:

式中,I為滲透率指數;Pi為第i個T2譜區(qū)間的孔隙分量比例;fi為第i個T2譜區(qū)間的貢獻因子。

采用該油田27塊巖樣的滲透率指數與巖心滲透率建立關系,得到如下滲透率計算模型(圖6):

k=0.024I2.206.

圖6　低孔滲儲層滲透率與滲透率指數關系Fig.6　Relations between permeability and permeability index in low porosity and permeability reservoirs

2.5　含烴校正

考慮到含烴儲層中油氣對核磁共振T2譜分布的影響,在含烴儲層中引入含油飽和度作為滲透率貢獻指數的校正系數[15],從而消除儲層含烴對滲透率計算的影響。

所采用的計算公式為

I′=10-λSo/100I.

式中,I′為含烴校正后的滲透率貢獻指數;So為含油飽和度;λ為校正因子。

3　應用效果分析

在實際測井資料處理過程中,該方法的運算速度能夠滿足實際生產的需求。圖7為該油田低孔滲儲層采用新建立的基于孔徑分布和T2譜的模型計算的滲透率和采用Coates模型計算的滲透率與巖心分析滲透率的對比。

從圖7中可見,采用新建立模型計算的滲透率與巖心分析滲透率一致性更高,在低孔滲儲層滲透率的評價中取得了較好的應用效果。同時,實際應用中發(fā)現該方法在對高孔滲儲層的滲透率進行評價時也有非常好的效果。

圖7　渤海某井基于孔徑分布和T2譜的滲透率計算方法成果Fig.7　Result for permeability calculation method based on pore distribution and T2 spectrum of one well in Bohai

4　結束語

通過對巖心滲透率的分析,證實了在巖性等條件相同的情況下,低孔滲儲層的滲透率主要受孔徑分布的影響,并且確定出對滲透率起主要影響作用的孔徑分布區(qū)間。利用分段等面積刻度,將對滲透率起主要影響的孔徑分布區(qū)間轉化為T2譜區(qū)間,為利用孔徑分布和T2譜計算滲透率奠定基礎。引入滲透率貢獻值參量確定出不同T2譜區(qū)間每單位孔隙度分量對滲透率的貢獻因子,通過構建滲透率指數建立模型。本文中采用的方法避免了以往基于孔徑分布的滲透率計算方法在劃分T2譜區(qū)間時的盲目性,以及根據經驗確定不同區(qū)間貢獻值的不可靠性。建立的基于孔徑分布和T2譜的滲透率模型對于低孔滲儲層滲透率的評價有很好的指導作用。同時,該方法在應用時還需注意,如果研究區(qū)毛管壓力資料的J函數具有明顯的分類現象,則需要對樣品進行分類后分別建立模型,以提高計算精度。