渤海砂巖油田巖石壓縮系數經驗公式研究

楊東東 戴衛華 張迎春 羅憲波 權 勃 邱 婷 耿 娜

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發研究院)

渤海砂巖油田巖石壓縮系數經驗公式研究

楊東東 戴衛華 張迎春 羅憲波 權 勃 邱 婷 耿 娜

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發研究院)

渤海11個砂巖油田實測資料統計結果表明,巖石壓縮系數對原始地層壓力與孔隙度均有較強的敏感性,巖石壓縮系數與原始地層壓力呈冪函數關系,與孔隙度呈指數關系。利用多元線性回歸方法,建立了適合渤海砂巖油田的巖石壓縮系數經驗公式,利用BH-12油田實際測試數據進行驗證,本文建立的經驗公式的計算誤差遠小于 Hall方法及Newmen方法的計算誤差,說明了新建公式的可靠性。

渤海砂巖油田 巖石壓縮系數 經驗公式 地層壓力 孔隙度

巖石壓縮系數是油藏工程研究中的一個重要參數,對計算油藏儲量和評價彈性能量對油藏采收率的貢獻具有重要意義。目前常用的計算巖石壓縮系數的Hall方法和Newmen方法僅考慮了巖石壓縮系數隨巖石孔隙度的變化,計算結果都是隨著孔隙度變大巖石壓縮系數變小[1-4],這與渤海砂巖油田目前實測的巖石壓縮系數與孔隙度的變化規律差別很大。因此,研究渤海砂巖油田的巖石壓縮系數經驗公式對于區域油氣田開發有著重要意義。筆者從影響巖石壓縮系數變化的主要因素入手,研究了巖石壓縮系數隨地層壓力與孔隙度的變化規律,并在此基礎上提出了渤海砂巖油田巖石壓縮系數的經驗公式。實例應用表明,本文方法相對誤差較小,具有較好的推廣價值。

1 渤海砂巖油田巖石壓縮系數變化規律研究

1.1 巖石壓縮系數隨孔隙度的變化

圖1為渤海11個砂巖油田巖石壓縮系數與巖心孔隙度關系圖,對圖中數據點回歸后看出,巖石壓縮系數與孔隙度呈較好的指數關系;圖2為渤海某砂巖油田巖石壓縮系數與巖心覆壓孔隙度關系圖,對圖中數據點回歸后看出,巖石壓縮系數與覆壓孔隙度也呈較好的指數關系。兩圖趨勢線的擬合效果均較好。

從圖1、2可以看出,巖石壓縮系數與巖心孔隙度和巖心覆壓孔隙度均呈較好的正相關性,并且孔隙度越大巖石壓縮系數增加的幅度越大。

1.2 巖石壓縮系數隨壓力的變化

在室內實驗測試巖石壓縮系數的過程中發現,巖石壓縮系數不僅與孔隙度有關,而且與有效上覆巖石壓力有關。本文在研究巖石壓縮系數與原始地層壓力的關系時,假設地層是一個與外界無壓力傳播的封閉系統,即原始壓力恒定;另外,忽略地層流體對巖石造成的壓力。這樣,原始地層壓力即約等于上覆巖層壓力。

對渤海11個砂巖油田巖石壓縮系數與原始地層壓力數據點回歸后看出(圖3),巖石壓縮系數與原始地層壓力呈較好的冪函數關系;對渤海某砂巖油田巖石壓縮系數與巖心有效覆壓數據點回歸后看出(圖4),巖石壓縮系數與有效覆壓也呈較好的冪函數關系。兩圖趨勢線的擬合效果均較好。

由圖3、4可以看出,巖石壓縮系數與壓力呈明顯的負相關性。隨著壓力的增大巖石壓縮系數呈明顯的減小趨勢,并且先是快速下降,之后緩慢下降并最終趨于一個定值。

2 渤海砂巖油田巖石壓縮系數經驗公式的確定

前人在研究壓縮系數的經驗公式時,常僅用孔隙度來回歸計算。比如 Hall方法計算公式[5]

又比如Newmen方法計算公式[6]

式(1)、式(2)均是通過室內實驗數據回歸得到的。從式(1)、(2)可以明顯看出,巖石壓縮系數與孔隙度呈負相關性,隨著孔隙度的增大,巖石壓縮系數變小,但該規律與表1中渤海11個砂巖油田的實測巖石壓縮系數與孔隙度的關系完全相反。從表1可以看出,利用 Hall方法和Newmen方法計算的渤海各油田巖石壓縮系數相對誤差較大,有的甚至高達98%。另外,從表1中BH-4與BH-5油田的實測數據來看,當孔隙度相當時,實測的巖石壓縮系數隨著壓力的增加而有較大幅度的減小,筆者認為這是上覆巖層壓力的增加使巖石發生彈性形變和塑性形變所致。基于此,本次經驗公式研究中將引入壓力與孔隙度一起進行線性回歸。

表1 渤海11個砂巖油田巖石壓縮系數實測值與H all公式、Newmen公式計算值的比較

在明確了巖石壓縮系數與壓力、孔隙度之間的關系后可以知道,壓力與巖石壓縮系數呈很好的負相關性,符合冪函數關系,在雙對數坐標里呈很好的線性關系。孔隙度與巖石壓縮系數呈很好的正相關性,符合指數函數關系,在半對數坐標里呈很好的線性關系。在此基礎上,通過線性多元回歸方法建立數學模型,用以計算在壓力及孔隙度雙重影響下的巖石壓縮系數,利用該方法回歸的渤海砂巖油田巖石壓縮系數的經驗公式如下:式(3)中:Cf為巖石壓縮系數,10-4/MPa;p為原始地層壓力,MPa;φ為孔隙度,%。

經驗公式(3)的用途除了計算任意地層壓力及孔隙度下的巖石壓縮系數外,還可以用來驗證油田測試的孔隙度的準確性。渤海各油田一般測壓資料準確度較高且測試較準,當我們知道某油田的巖石壓縮系數時,就可反算該油田的孔隙度,以互相驗證。

3 實例應用

利用渤海BH-12油田新測試的實際巖石壓縮系數、孔隙度及原始地層壓力等值對新回歸的計算公式進行了驗證,并將本文方法計算結果與常用的Hall方法及Newmen方法計算結果進行了誤差對比分析(表2)。

表2 BH-12油田巖石壓縮系數計算結果及其與實測值的相對誤差

從BH-12油田的數據可以明顯看出,Hall方法和Newmen方法計算值與實測值誤差達38.31%～40.21%,而本文回歸的公式相比 Hall和Newmen方法有著較好的計算精度,相對誤差僅為6.11%,計算結果符合渤海砂巖油田巖石壓縮系數隨孔隙度及地層壓力的變化規律,說明本文建立的經驗公式具有較好的實用性。

4 結論

(1)渤海砂巖油田巖石壓縮系數與原始地層壓力呈冪函數關系,隨著壓力增大,巖石壓縮系數減小,在雙對數坐標下具有較好的線性負相關性;巖石壓縮系數與孔隙度呈較好的指數關系,隨著孔隙度增大,巖石壓縮系數也增大,在半對數坐標下存在較好的線性正相關性。

(2)實例應用表明,引入壓力和孔隙度兩個因素回歸的經驗公式比 Hall方法和Newmen方法的計算精度要高,在渤海砂巖油田具有較好的實用性。

[1] 李傳亮,王雙才,周涌沂.巖石壓縮系數對油藏動態儲量計算結果的影響[J].大慶石油地質與開發,2004,23(6):31-32,38.

[2] 張英魁,劉斌,古武,等.利用多元回歸方法確定巖石壓縮系數[J].油氣井測試,2001,10(1,2):7-9.

[3] 王新海,宋巖,李玉嬌,等.巖石壓縮系數變化規律研究[J].江漢石油學院學報,2007,29(1):42-44.

[4] 李傳亮.巖石壓縮系數與孔隙度的關系[J].中國海上油氣(地質),2003,17(5):355-358.

(編輯:楊 濱)

Abstract:An statistical analysis of observed data in 11sandstone oilfields,Bohai sea,has indicated that the rock compressibility is sensitive to both initial formation pressure and porosity,having a power function with initial reservoir pressure and an exponential function with porosity respectively. The method of multiple linear regression is used to establish an empirical formula of rock compressibility for the sandstone oilfields in Bohai sea.By a check applying the testing data from BH-12oilfield,it is found that this empirical formula is much lower in calculation error than Hall’s and Newmen’s methods,indicating the reliabilty of the new formula.

Key words:sandstone oilfields in Bohai sea;rock compressibility;empirical formula;reservoir pressure;porosity

Studying on an empirical formula of rock compressibility for sandstone oilfields in Bohai sea

Yang Dongdong Dai Weihua Zhang Yingchun Luo Xianbo Quan Bo Qiu Ting Geng Na
(Bohai Oilf ield Research Institute of Ex ploration and Development,Tianjin B ranch of CNOOC Ltd.,Tianjin,300452)

2010-05-04 改回日期:2010-06-13

楊東東,女,2008年畢業于中國石油大學(北京)油氣田開發專業,獲碩士學位,主要從事油藏工程及提高石油采收率原理與技術研究.E-mail:yangdd@cnooc.com.cn。