有效儲層物性下限方法的研究現狀和發展方向

劉毛利，馮志鵬，蔡永良，粟 鵬，朱征兵

（1.西南石油大學研究生部，成都 610500；2.，中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦，四川 遂寧629000）

有效儲層物性下限方法的研究現狀和發展方向

劉毛利1，馮志鵬2，蔡永良2，粟 鵬2，朱征兵2

（1.西南石油大學研究生部，成都 610500；2.，中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦，四川 遂寧629000）

有效儲層物性下限是評價儲層儲量最有效的方法，目前確定有效儲層物性下限值的主要參數為儲層的孔隙度、滲透率、含水飽和度參數。因儲層物性受多種因素控制，導致不同地區、同一地區的不同時間段其物性下限均不同。目前確定物性下限值的方法包括壓汞實驗法、分布函數曲線法、核磁共振法、含油產狀法等。每種方法均有其利弊，采用綜合評價方法是未來確定有效儲層物性下限的發展方向。

有效儲層；物性下限；方法；發展方向

DO I：10.3969/j.issn.1006-0995.2014.01.003

有效儲層是指在現有工藝條件下能獲得工業油流的儲層。在實際應用中，有效儲層會隨著生產技術的進步和采油技術的提高而變化，之前所判定的無效儲層可能會發現工業油流。Murray（1960）提出工業性儲集巖的臨界油柱高度標準，即生產純油段儲層巖樣有效吼道半徑約為0.5μm；Mannon（1972）等利用巖樣滲透率和毛管壓力的綜合分析提出滲透率下限；王允誠（1986）提出利用相滲透率曲線法確定物性下限；向丹（2005）等人運用實驗分析和模擬資料方法確定儲層物性下限。影響儲層物性下限值因素較多，包括地層溫度、地層壓力、流體性質、工藝技術等。通過對各類方法的分析概括，提出適用于儲層物性下限確定的方法，并提出有效儲層物性發展的方向。

1 影響儲層物性下限的因素

影響有效儲層物性下限的因素很多，通過對前人研究的總結，可知包括地層壓力、地層溫度、儲層性質、流體性質和目前的生產工藝條件。

1）地層壓力分兩種情況：①當地層壓力小于飽和壓力時，隨著地層壓力增大，在同一大小的孔喉半徑下，成藏阻力增大，物性下限值增大。②當地層壓力大于飽和壓力時，隨著地層壓力增大，剩余飽和度壓力隨之增大，導致在同一大小的孔喉半徑下，物性下限值降低。

2）地層溫度。成藏過程中主要克服的是毛管壓力，當溫度不斷增加、巖石潤濕角不變，流體體積增大，界面張力隨之減小，導致毛細管阻力減小，因此有效儲層物性下限值減小。

3）流體性質。對于原油，原油性質越好，代表其粘度、密度越小，因此所需的流動孔隙等要求相對較低，物性下限值也較低，反之則大。

4）儲層性質。巖石中部分自生粘土礦物會堵塞孔喉，造成滲透率下降，成為非儲層，增大儲層物性下限值。儲集空間為原生孔隙的巖石比面大于次生孔隙的巖石比面，導致前者的有效儲層物性下限值大于后者。

2 確定有效儲層物性下限的方法

依據儲層物性下限確定時所取數據的來源，把各種方法歸結為動態法和靜態法。靜態法所用參數為實驗結果和經驗取值；而動態法所用參數來自實際生產過程中，可根據不同時期調整物性下限值。

2.1 靜態法

1）壓汞實驗法。因儲層孔隙結構不同，導致其滲透率不同。即根據中值壓力與滲透率的關系得到滲透率下限值，根據巖心化驗得到的孔滲關系求出對應的孔隙度下限。如圖 1中轉折點即為儲層與非儲層的分界線。本方法需取心資料，因要尋找轉折點，人工干擾較大，且若無取心資料者無法實施，適用于各低~高孔滲儲層。

圖1 滲透率與中值壓力關系圖

圖2 經驗系數法及甩尾法得出物性下限值

2）孔隙度含水飽和度相滲曲線組合法。即根據巖心滲透率、含水飽和度及油氣和水的相對滲透率，找出水的主導層時水的滲透率，轉折點即為滲透率下限值。需巖心化驗資料，因部分拐點不明顯，確定含水飽和度下限值時誤差大，適用于低~高孔滲儲層。

3）孔喉分布法。根據不同孔喉占總孔喉體積百分數，從圖中可以看出，孔喉在某點出現轉折，小于轉折點的孔喉所在儲層油氣較難采出，再根據孔喉半徑與滲透率、孔隙度之間的關系，求出物性下限值。需大量巖心化驗資料，適用于低~高孔滲儲層。

4）分布函數曲線法。運用統計學，繪制出有效儲層和非有效儲層的孔隙度、滲透率分布曲線，兩者的交點即為所求有效儲層物性下限值。有效儲層與非儲層要符合正態分布，否則數據不準確，適合于低~高孔滲儲層。

5）經驗系數法。由美國巖心公司通過統計得出的方法，即以巖心所測的孔隙度、滲透率為基礎，將得出的平均滲透率值乘以5%，若高滲儲層可以乘以小于5%的值，再根據孔滲關系得到孔隙度下限值，如圖2所示。需要實驗分析數據，只適用于滲透性較好的儲層，若是差油層，孔滲相關性要好。

6）甩尾法。以低孔、滲儲層段累計儲滲能力丟失較合理時對應的物性值作為物性下限。美國巖心公司通常將累計儲滲能力丟失界限確定為5%，但在不同油氣田，其所確定的累計儲滲能力丟失界限不同，一般不超過15%，累計儲能丟失不超過10%（圖2）。需大量巖心資料，不同地區累計丟失界限值不同，且適用于孔滲相關性較好的儲層。

圖3 某地區孔隙泥質含量與有效孔隙度

圖4 含油產狀與物性交會示意圖

7）泥質含量法。根據儲集層中泥質含量的多少，確定儲層是否有商業價值（圖3）。因泥質含量臨界點難以確定，影響因素較多，此方法不建議使用。

8）含油產狀法。在我國，很多砂巖油藏都發現儲層物性與含油性有著一致的變化規律，因此可用巖心含油產狀確定有效儲層物性下限（圖4）。需要進行單層試油，不適用天然氣儲層研究，獲取可靠的壓力資料，受原油性質影響較大，適用于低~高孔滲儲層。

9）束縛水飽和度法。束縛水飽和度達到80%時，儲層此時被認為是無效儲層。此方法需在孔隙度與束縛水飽和度相關系數大于70%時，選取束縛水飽和度80%，對應的孔隙度下限值即為下限值（圖5）。因受孔隙結構、孔隙類型等因素影響，下限值不易確定，適合于低~高孔滲儲層。

10）束縛水膜厚度法。大量研究表明，水濕性碎屑巖顆粒表面附著水膜厚度大約為0.1μm，大于0.1 μm為有效儲層。把0.1μm作為界限，通過孔喉半徑與滲透率的關系，求出滲透率下限值。需大量巖心資料，研究區域孔隙結構參數與物性參數有很好的相關性，適合于低~高孔滲儲層。

11）最小流動孔喉半徑法。經大量研究表明，根據毛管壓力資料，可以對巖石微觀孔隙結構分選，確定油氣層最小流動孔喉半徑。一般步驟為首先用 J函數方法處理毛細管壓力曲線，得到平均毛細管壓力曲線，其次通過沃爾法或正態概率法、Purcell法、Hobson法計算最小孔喉半徑，最后根據孔喉半徑與滲透率的關系得到有效儲層物性下限。需取大量巖心化驗資料，準確性較高，適用于低~高孔滲儲層。

圖5 孔隙度與束縛水飽和度關系圖

圖6 常規壓汞與核磁共振關系示意圖

12）核磁共振法。根據核磁共振可得到可動流體飽和度，在低滲油藏中，可動流體飽和度是評價油層物性的重要指標。如圖 6可知，截止值左側為不可動流體，右側為不可動流體，利用和壓汞關系可得孔喉半徑值。此方法需大量的實驗數據，受各種流體因素影響，精確度一般。

13）滲透率敏感法。主要收集地層滲透率與地面滲透率值，并作兩者關系圖，根據孔隙度滲透率關系求出孔隙度下限。此方法需要大量分析化驗資料，因模擬地層條件，獲得的滲透率值有偏差。

圖7 孔隙度與滲透率交會圖

圖8 鉆井液侵入法

14）孔隙度-滲透率交會法。作孔隙度—滲透率交會圖（圖7），圖上一般有三段：第一段孔隙度增加而滲透率增加甚微，說明巖石孔隙主要為無滲透能力的孔隙；第二段滲透率隨孔隙度增加而明顯增加，說明增加的孔隙度是有滲透能力的有效孔隙；第三段孔隙度增加甚微，滲透率急劇增加，說明孔喉半徑增大。第一、二段轉折點為滲透層與非滲透層的孔隙度、滲透率下限值。收集大量巖心分析資料，孔隙度、滲透率相關性較好，該方法難以準確劃定第一、二段及其轉折點，適用于低~高孔滲儲層。

15）產能模擬實驗法。取產層巖心，模擬不同物性條件下產能的變化，以此確定儲層物性下限。因模擬環境難于真實的反映原始條件，得到的結果偏差大。

16）鉆井液侵入法。在含水飽和度與滲透率相關系數較高時，利用水基鉆井液取心測定的含水飽和度確定物性下限。含水飽和度與空氣滲透率關系曲線出現的拐點即為分界線，對應的滲透率為滲透率下限值。僅適用于水基泥漿鉆井，且適用于油層，拐點的確定誤差大。

2.2 動態法

動態法主要包括鉆井液侵入法、測試法、試油（氣）法、測井資料法、產能法、產能模擬實驗法等。在實際生產中，需認真記錄各類試油氣資料、生產資料等，得到有效儲層物性下限。

1）測井資料法。在試油氣資料指導下，得到其對應儲層的聲波時差等，依據測井解釋，得到解釋孔隙度，依據孔滲關系求出滲透率下限。需試油（氣）資料、測井資料，適用于各類低~高孔滲儲層。

2）測試法。也稱試油指數法，以試油資料為基礎，利用每米采油指數與孔隙度、滲透率關系作出圖，每米采油指數降為零時的臨界點為物性下限值。

3）試油（氣）法。試油（氣）層段對應的巖心，通過化驗得到孔隙度、滲透率平均值，如圖9，作出孔滲交會圖，得到水層、含油（氣）層等，確定其下限值。需試油資料，取心井的化驗資料等，適于低~高孔滲儲層物性下限的確定。

4）產能法。通過徑向滲流公式，計算商業性產能條件下的滲透率下限值。

圖9 試油（氣）法確定物性下限

圖10 氣層的產層厚和滲透率下限關系

式中:QAOF為天然氣的無阻流量（m3/s）；μo和μg分別為天然氣、油的地下粘度（mPa·s）；re為供給邊緣半徑（cm）；rc為井筒半徑（cm）；p為油層中部壓力（105Pa）；Z為壓縮因子（無因次量）；Bo為油的體積系數（無因次量）。

通過上述公式，得到對應高度的滲透率下限值（圖10），再根據孔滲關系，得到孔隙度下限值。

3 有效儲層物性下限確定方法發展趨勢

以上均為單一方法確定有效儲層物性下限，部分研究區因為所需資料的限制，僅可選擇可操作的方法，但物性下限值誤差較大。

在單層試油資料不全、測井解釋物性及綜合解釋結果較少的地區，邵長新等提出運用試油法及束縛水飽和度法，可準確地得到有效儲層物性下限。通過驗證，試油法對地層壓力等要求不高，簡單、操作性強。束縛水飽和度法，雖滲透率下限值求取結果較差，但具有好的參考價值。

目前，國外較通用的綜合分析判斷有效儲層物性下限的一般步驟為：①根據試油或生產測試資料，確定油氣（水）層的最小孔隙度及干層的最大孔隙度值，兩者之間的值為干層和滲透層間的過渡帶，可得到油氣層高值、中值和低值；②根據巖心資料，得到孔滲關系，從而得到滲透率的高低值；③分析物性的高值、低值及兩者之間的值，一般中值為物性下限；④與其他相似儲層作對比，確定其是否合理。

國內，由張春等（2010年）等提出的綜合方法，即在收集到生產測井資料、巖心分析、試油（氣）、鉆井資料確定油氣井產層下限。步驟為：①在分析氣井的產層段及其特征后，確定出各井主、次產層；②根據產層的折算氣量，利用氣井產量公式，得到維持最小產氣量的最小滲透率下限。

從上述大家所提出的方法，可看出在求取物性下限時，考慮的因素增多，更多的是驗證各種方法所得的值，更有利的指導油氣田的開發等。

4 結論

1）有效儲層物性下限確定逐漸趨于標準化，綜合化，逐漸從單一方法過渡到綜合方法進行檢驗。

2）各類方法均有其適用范圍，因此，在計算研究區域儲層物性下限時，應依據所擁有的資料、該區地質條件等分析。

3）隨著工藝技術的發展，原先的非有效儲層會轉換成工業油（氣）層。

4）在確定有效儲層物性下限后，應根據實際的生產資料等，對所得值進行驗證，調整物性下限值。

[1] 郝海燕. 特低滲砂巖儲層物性下限確定方法[J]. 遼寧化工, 2012, 41（4）：361～362.

[2] 馬松華，田景春，林小兵. 有效儲層物性下限的確定方法及應用[J]. 內蒙古石油化工，2009, 9: 125～127.

[3] 郭睿. 儲層物性下限值確定方法及其補充[J]. 石油勘探與開發, 2004, 5:140-144.

[4] 張春，蔣裕強，郭紅光, 等. 有效儲層基質物性下限確定方法[J]. 油氣地球物理, 2010, 8(2): 11～16.

[5] 高陽，蔣裕強，繆灝, 等. 河包場地區上三疊統須家河組儲層下限研究[J]. 西部探礦工程, 2008, 12: 95～97.

[6] 戚厚發. 天然氣儲層物性下限及深層氣勘探問題的探討[J]. 天然氣工業, 1989: 26～29.

[7] 周文，莊阿龍，費懷義. 四川盆地川東地區石炭系出產層下限標準的確定方法[J].礦物巖石,1996,19(2):31～36.

[8] 邵長新，王艷忠，操應長 .確定有效儲層物性下限的兩種新方法及應用[J]. 石油天然氣學報, 2008, 30(2): 414～416.

[9] 周文, 王允誠. 川東石炭系有效儲層下限標準的確定[J]. 石油與天然氣地質, 1996, 17(4): 343～346.

[10] 劉成川. 應用產能模擬技術確定儲層基質孔、滲下限[J]. 天然氣工業，2005, 25(10): 27～29.

[11] 段新國，王洪輝，胡永章. 儲層參數下限確定方法[J]. 成都理工大學學報, 2003, 30(2):169～172.

[12] 王秀娟，趙永勝，文武, 等. 低滲透儲層應力敏感性與產能物性下限[J]. 石油與天然氣地質, 2003, 24(2): 162～165.

[13] 高陽，蔣裕強，楊長城, 等. 最小流動孔喉半徑法確定低滲儲層物性下限[J]. 科技導報，2011, 29(04).

[14] 肖海田. 磁共振錄井技術在生產中的應用[J]. 內蒙古石油化工,2009, 15: 107～108.

[15] 戴建全，呂正祥. 川西上三疊統須家河組超致密砂巖儲層評價[J]. 四川地質學報, 2010, 30(4): 450～453.

Present Situation and Developmental Trend of the Research on M ethodology for Determ ination of Physical Properties Cut-off of an Effective Reservoir

LIU Mao-li1FENG Zhi-peng2CAI Yong-liang2SU Peng2ZHU Zheng-bing2
(l-College of Resources and Environment, Southwest Petroleum University , Chengdu 610500; 2-Central Sichuan Oil & Gas Field, Southwest Oil & Gas Field Company, PetroChina, Suining, Sichuan 629000)

Physical properties cut off of effective reservoir is of great importance to assessment of reservoir，s reserves. Its main parameters are porosity, permeability and water saturation which are controlled by many factors. There are many kinds of ways to get the values, such as mercury injection experiment, distribution function curve method, nuclear magnetic resonance method, oil occurrence method and so on. Each method has its advantages and disadvantages. The comprehensive methods should be used in the future.

effective reservoirs; physical properties cut off; influence factor; application conditions

P618.130.2

A

1006-0995（2014）01-0009-05

2013-11-21

劉毛利（1988-），女，安徽淮北人，碩士，研究方向：儲層地質