低孔、低滲致密砂巖儲(chǔ)層物性下限值的確定——以川中P地區(qū)須二段氣藏為例

李 燁 司馬立強(qiáng) 閆建平 楊 玲

1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2.中國(guó)石油川慶鉆探工程公司

1 儲(chǔ)層基本特征

四川盆地P地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組二段氣藏位于川中低平構(gòu)造帶內(nèi)，在南高北低單斜背景下，局部發(fā)育小潛高構(gòu)造，斷層不發(fā)育。區(qū)內(nèi)須家河組沉積特征與川中其他地區(qū)類似，為一套砂泥巖互層的陸源碎屑巖系［1－2］。其中須二段屬三角洲前緣亞相沉積，儲(chǔ)層相對(duì)發(fā)育，主要分布在水下分流河道和河口壩沉積微相中。

氣藏儲(chǔ)集巖性以長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑砂巖為主。分選中等—好，磨圓較好，多呈孔隙—接觸式膠結(jié)。碎屑成分以石英為主，含量介于41%～76%，平均為56.73%；長(zhǎng)石含量介于5%～25%，平均為17.97%；巖屑含量介于8%～50%，平均為25.30%，成分包括變質(zhì)巖、沉積巖和巖漿巖；填隙物含量介于4.2%～10.48%，平均為7.53%，成分以黏土質(zhì)雜基和石英、方解石等膠結(jié)物為主。

儲(chǔ)層總體具有低孔隙度、低滲透率—特低孔隙度、特低滲透率的特征，只有個(gè)別井段孔隙發(fā)育相對(duì)較好。孔隙度主要集中在4%～10%，平均為6.45%；滲透率主要集中在0.01～0.5mD，大于0.1mD的樣品僅占總數(shù)的24.11%。巖心、薄片、物性分析和試氣等資料表明殘余粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔是主要的儲(chǔ)集空間，部分井段發(fā)育的裂縫對(duì)儲(chǔ)層滲透性改善作用大。總體而言，P地區(qū)須二段儲(chǔ)層以孔隙型為主。

由于前期勘探中沒有精確確定有效儲(chǔ)層的物性下限，導(dǎo)致試氣段屢屢出現(xiàn)干層，給勘探工作帶來較大影響。為此，筆者針對(duì)P地區(qū)須二段致密砂巖儲(chǔ)層物性下限開展了研究，運(yùn)用多種方法，從多個(gè)方面對(duì)比分析，綜合確定了有效儲(chǔ)層物性下限的取值，為氣藏儲(chǔ)量的精確計(jì)算和后續(xù)開發(fā)生產(chǎn)提供了重要依據(jù)。

2 多種方法綜合確定儲(chǔ)層物性下限值

隨著石油工業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，確定儲(chǔ)層物性下限的方法越來越多樣。但是每種方法都只是從某一個(gè)方面來反映儲(chǔ)層的特征，并且運(yùn)用不同的方法確定的儲(chǔ)層物性下限經(jīng)常有所不同，并不一定都能真實(shí)反映儲(chǔ)層實(shí)際的下限值。這需要研究?jī)?chǔ)層特征，運(yùn)用多種方法進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)證，確保得出的結(jié)論符合實(shí)際情況［3］。

2.1 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法

目前，經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法在國(guó)內(nèi)外均得到了較為廣泛的使用［4－6］，是一種以巖心測(cè)試分析得到的孔隙度和滲透率資料為基礎(chǔ)，按照低孔低滲段累計(jì)儲(chǔ)滲能力丟失不超過總累計(jì)量的5%來劃分物性下限的方法。其中儲(chǔ)氣能力和產(chǎn)氣能力計(jì)算公式為：

式中Qφi為儲(chǔ)氣能力，%；QKi為產(chǎn)氣能力，%；φi為樣品孔隙度；Ki為樣品滲透率，mD；Hi為樣品長(zhǎng)度，m。

應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法劃分P地區(qū)須二段氣藏物性下限效果（圖1、2）。按照儲(chǔ)氣能力丟失5%為界限，確定孔隙度下限值為5.5%，此時(shí)樣品丟失率為16.95%；按產(chǎn)氣能力丟失5%為界限，確定滲透率下限值為0.033mD，此時(shí)樣品丟失率為18.24%。以孔隙度5.5%、滲透率0.033mD作為下限值，其儲(chǔ)氣能力和產(chǎn)氣能力丟失都很小，認(rèn)為該下限值是比較合適的。

圖1 儲(chǔ)層孔隙度分布與孔隙度下限確定圖

圖2 儲(chǔ)層滲透率分布與滲透率下限確定圖

2.2 孔滲關(guān)系法

根據(jù)P地區(qū)須二段儲(chǔ)層巖心分析結(jié)果，做出孔隙度—滲透率交會(huì)圖（圖3）。分析發(fā)現(xiàn)，巖心孔隙度低于6%時(shí)，滲透率隨孔隙度增加而變化很小，此時(shí)孔隙以無(wú)效孔隙為主；巖心孔隙度大于6%時(shí)，滲透率隨孔隙度增加也出現(xiàn)明顯增加，此時(shí)孔隙是具有一定滲透能力的有效孔隙。因此，以6%作為儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層的孔隙度界限值，由孔滲關(guān)系式（式3）計(jì)算得出的滲透率為0.038mD。

圖3 儲(chǔ)層巖心孔隙度—滲透率關(guān)系圖

式中K為滲透率，mD；φ為孔隙度，%。

2.3 最小流動(dòng)孔喉半徑法

巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)及喉道大小在很大程度上影響著巖石的宏觀滲流特性。巖石喉道的粗細(xì)，也就是孔喉半徑的大小，決定了油氣是否能在一定壓差下從巖石中流出。通常將既能儲(chǔ)集油氣又能使油氣滲流的最小孔隙通道稱為有效儲(chǔ)層的最小流動(dòng)孔喉半徑［5，7］。研究表明，通過測(cè)量巖心水膜厚度［7－8］或者運(yùn)用毛細(xì)管壓力資料開展巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)分析［9－11］，都可以確定儲(chǔ)層的最小流動(dòng)孔喉半徑，進(jìn)而根據(jù)孔喉半徑與物性的相互關(guān)系劃分儲(chǔ)層的物性下限。

2.3.1 水膜厚度法

儲(chǔ)層水膜厚度是儲(chǔ)層所含水均勻鋪展于孔隙表面時(shí)的厚度。當(dāng)水膜厚度大于孔喉半徑時(shí)，孔喉所控制的孔隙空間被水所飽和，油氣不能在其中流動(dòng)。因此，該水膜厚度所對(duì)應(yīng)的孔喉半徑就是讓油氣在產(chǎn)層中能夠流動(dòng)的最小流動(dòng)孔喉半徑。P地區(qū)須二段儲(chǔ)層12塊巖心樣品測(cè)定的水膜厚度介于0.073 3～0.076 4 μm，平均為0.074 9μm。

因此當(dāng)孔喉半徑小于或等于0.074 9μm時(shí)，認(rèn)為流體不能在孔隙中流動(dòng)。將平均水膜厚度值帶入中值喉道半徑—孔隙度關(guān)系式（式4），求得P地區(qū)須二段儲(chǔ)層孔隙度下限為6.17%。由孔滲關(guān)系計(jì)算得出相應(yīng)滲透率下限為0.042mD。

式中r為巖心中值喉道半徑，μm。

2.3.2 J函數(shù)法

J函數(shù)法是以壓汞數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，針對(duì)巖石孔喉特征進(jìn)行研究的方法。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室測(cè)定的小尺寸巖樣的毛細(xì)管壓力曲線只能代表氣層中的一個(gè)點(diǎn)，而要得到能夠表征整個(gè)氣層的毛細(xì)管壓力曲線，就必須將獲得的所有毛細(xì)管壓力資料綜合平均。為此，Leverett提出了“J”函數(shù)的概念和計(jì)算公式：

式中J為函數(shù)，無(wú)因次；pc為毛細(xì)管壓力，MPa；σ為界面張力，mN／m；Sw為巖心含水飽和度；Swc為巖心束縛水飽和度；Swn為巖心標(biāo)準(zhǔn)化飽和度。

用J函數(shù)法對(duì)P地區(qū)須二氣藏4口井36塊巖心的壓汞資料進(jìn)行處理，得到J函數(shù)曲線（圖4－a）和儲(chǔ)層平均毛細(xì)管壓力曲線（圖4－b，圖中SAg為進(jìn)汞飽和度），再利用Purcell法和Wall法計(jì)算儲(chǔ)層的最小流動(dòng)孔喉半徑。

Purcell法以等對(duì)數(shù)孔喉半徑間隔為單元，從注汞壓力與進(jìn)汞量之間的關(guān)系求取每個(gè)單元的滲透率貢獻(xiàn)值。當(dāng)孔喉半徑從大到小累計(jì)滲透率貢獻(xiàn)值達(dá)99%時(shí)，對(duì)應(yīng)的孔喉半徑即為儲(chǔ)層的最小流動(dòng)孔喉半徑，計(jì)算公式如下：

圖4 儲(chǔ)層J函數(shù)曲線（a）和平均毛細(xì)管壓力曲線（b）圖

式中ΔSi～i＋1為區(qū)間進(jìn)汞量；i為孔喉半徑間隔單元序號(hào)；ΔKi為區(qū)間滲透率貢獻(xiàn)為累積滲透率貢獻(xiàn)。

Wall法以等孔隙體積增量為基礎(chǔ)，從孔喉半徑和進(jìn)汞量的關(guān)系出發(fā)，求取不同孔喉半徑對(duì)滲透能力的貢獻(xiàn)。同樣將孔喉半徑從大到小累計(jì)滲透率貢獻(xiàn)值達(dá)99%時(shí)對(duì)應(yīng)的孔喉半徑作為儲(chǔ)層最小流動(dòng)孔喉半徑，計(jì)算公式如下：

式中ri為對(duì)應(yīng)的孔喉半徑，μm；i為等量孔隙體積間率貢獻(xiàn)。

應(yīng)用Purcell法計(jì)算的儲(chǔ)層最小流動(dòng)孔喉半徑為0.061 8μm，Wall法計(jì)算結(jié)果為0.045 9μm。將結(jié)果帶入中值喉道半徑—孔隙度關(guān)系式，得到P地區(qū)須二氣藏孔隙度下限分別為5.97%和5.72%，根據(jù)孔滲關(guān)系式，計(jì)算相應(yīng)滲透率下限分別為0.038mD和0.034mD。

2.4 產(chǎn)能模擬法

利用P地區(qū)須二段氣藏砂巖段巖心，在實(shí)驗(yàn)室模擬地層的壓力和溫度，采用從低到高的生產(chǎn)壓差開展?jié)B流模擬實(shí)驗(yàn)。首先獲得單向滲流速度，然后轉(zhuǎn)換成徑向流動(dòng)條件下的單井日產(chǎn)氣量［12］。當(dāng)儲(chǔ)層有效厚度為h時(shí)單井日產(chǎn)氣量為：

式中Q 為單井日產(chǎn)氣量，104m3／d；rw為井眼半徑，m；h為產(chǎn)層有效厚度，m；QR為實(shí)驗(yàn)室?guī)r心流速，m3／s；A為巖心滲流面積，m2。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，氣層有效厚度取15m，生產(chǎn)壓差設(shè)為5MPa，產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。孔隙度越好的氣層，單井日產(chǎn)量越高，兩者之間具有很好的正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)孔隙度大于5.59%時(shí)，單井日產(chǎn)量能夠達(dá)到四川地區(qū)0.5×104m3／d的最低工業(yè)氣流標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)孔滲關(guān)系式，得到相應(yīng)滲透率下限為0.032mD。

2.5 物性試氣法

統(tǒng)計(jì)取心井試氣層段資料點(diǎn)的孔隙度和滲透率數(shù)值，結(jié)合試氣結(jié)論，繪制孔隙度—滲透率交會(huì)圖（圖6）。在資料齊全且可信度高的情況下，這種方法可以高效直觀地劃分出有效儲(chǔ)層的物性下限。將P地區(qū)須二段氣藏試氣段巖心分析孔隙度與滲透率作交會(huì)圖版，并按照試氣結(jié)論標(biāo)在圖版上，可以確定孔隙度下限值為6%，滲透率下限值為0.04mD。

圖5 單井日產(chǎn)氣量與孔隙度關(guān)系圖

圖6 須二段氣藏試氣段孔隙度—滲透率交會(huì)圖

根據(jù)上述不同方法確定的有限儲(chǔ)層物性下限值詳見表1。其中，氣藏有效儲(chǔ)層孔隙度下限范圍在5.5%～6.17%，平均值為5.85%。滲透率下限范圍在0.032～0.042mD，平均值為0.037mD。因此，綜合多種方法，確定P地區(qū)有效儲(chǔ)層的物性下限：孔隙度為5.85%，滲透率為0.037mD。

表1 P地區(qū)須二段儲(chǔ)層物性下限值表

3 結(jié)論

1）目前用來確定儲(chǔ)層物性下限的方法較多，但這些方法都只是從某一方面來反映儲(chǔ)層的特征，各種方法分析的結(jié)果也經(jīng)常不同，單獨(dú)使用某種或兩三種方法就不能準(zhǔn)確可靠地解決物性下限劃分的問題。

2）采用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、孔滲關(guān)系法、最小流動(dòng)孔喉半徑法（水膜厚度法、Purcell法、Wall法）、產(chǎn)能模擬法、物性試氣法等多種方法，綜合確定出川中P地區(qū)須二段低孔低滲儲(chǔ)層的物性下限為：孔隙度下限5.85%，滲透率下限0.037mD。通過多種方法相互驗(yàn)證，避免了因方法單一而在物性下限取值時(shí)可能產(chǎn)生的較大偏差，確定出的儲(chǔ)層物性下限值得到了新近試氣資料的證實(shí)，為氣藏的儲(chǔ)量計(jì)算提供了依據(jù)。

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