致密油藏儲層綜合評價新方法

賈培鋒，楊正明，肖前華，盛 倩，熊生春

(1.中國石油大學，山東 青島 266000 ；2.中國石油勘探開發研究院廊坊分院，河北 廊坊 065000；3.中國科學院滲流流體力學研究所，河北 廊坊 065007；4.重慶科技學院，重慶 401331)

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致密油藏儲層綜合評價新方法

賈培鋒1，2，楊正明2，肖前華3，4，盛 倩1，熊生春2

(1.中國石油大學，山東 青島 266000 ；2.中國石油勘探開發研究院廊坊分院，河北 廊坊 065000；3.中國科學院滲流流體力學研究所，河北 廊坊 065007；4.重慶科技學院，重慶 401331)

致密油藏開發需要儲層評價作為指導，但尚無一套評價方法立足于致密油開發實際。通過對大慶油田和長慶油田典型致密油儲層巖心進行實驗研究，運用統計學方法和數值模擬方法，優選了平均喉道半徑、可動流體百分數、脆性指數、地層壓力系數、啟動壓力梯度、原油黏度6個參數用于致密儲層評價。在低滲透油藏參數評價界限基礎上，補充了地層壓力系數和脆性指數分類界限；提出了致密油儲層綜合分類評價方法，將致密儲層按綜合分類系數分為4類。應用結果表明，大慶油田龍西區塊的扶余油層和高臺子油層，長慶油田的長8、長9儲層為Ⅱ—Ⅲ類儲層，有一定開發潛力。

致密油藏；儲層評價；參數選取；綜合分類公式

0 引 言

作為最現實的非常規石油資源，致密油的資源潛力對于緩解中國能源壓力意義重大。近年來，中國致密油藏的勘探開發工作初具規模，逐步積累了一定開發經驗。2012年賈承造、鄒才能等針對致密油藏勘探工作提出了10條評價指標；2014年鄒才能著眼于非常規油氣“有序聚集”理論提出了“六特性”作為地質評價標準[1-3]。但目前尚無立足于致密油田開發實際的評價方法，用于指明開發“甜點”所在。

當前油藏評價工作以滲流機理為出發點，從單一參數向多參數綜合評價發展。常規油氣儲層僅采用孔隙度、滲透率評價儲層。一般低滲透油藏將啟動壓力梯度和可動流體納入評價，綜合考慮非線性滲流。然而面對孔喉更為微小，滲透性更差，開發模式與一般低滲透儲層差別顯著的致密儲層[4-5]，低滲透儲層評價參數不再全部適合。對大慶油田和長慶油田典型致密儲層巖心進行實驗研究，在低滲透儲層評價方法的基礎上，納入新的評價參數，并重新劃分了評價界限。

1 評價參數的選取

低滲透油藏評價方法認為影響低滲透油田開發的因素有：孔隙結構特征、滲流及流體性質、儲層敏感性特征[4-5]。致密儲層除了這3個因素均異于一般低滲透油藏外，其獨特性還表現在無自然產能或自然產能低于工業油流下限，通常需要一定經濟條件和技術措施方可獲得工業產量[6]。多分支水平井、酸化壓裂、多級壓裂等技術能明顯改善儲層流動性，提高致密油藏初期產量。由于儲層能量補充困難，即便采取了大規模儲層改造技術，彈性驅仍是致密油藏開發的主要驅動方式。鑒于以上特點，提出可動流體百分數、脆性指數、地層壓力系數、平均喉道半徑、啟動壓力梯度、原油黏度6個參數作為評價致密儲層的參數。

1.1 可動流體百分數

可動流體百分數表征儲層孔隙流體賦存特征。儲層中的流體一部分為自由流體，在一定壓力梯度下可以發生流動，稱為可動流體。而另一部分流體為束縛流體，存在于孔隙壁面附近或充滿極微小的孔隙，較強的固液界面作用改變其物理化學性質，使之難以流動。對于致密滲透儲層而言，由于孔隙微細，孔隙壁面比表面積較大，展布在孔隙壁面上的束縛流體含量很大，可動流體百分數對儲層流體滲流性能的影響不容忽視。

對大慶典型致密油儲層巖樣進行可動流體百分數的測試工作，并進行了水驅油實驗，結果表明，當滲透率小于10×10-3μm2時，可動流體百分數與滲透率相關性較差。部分滲透率較低的巖心可動流體百分數反而較高，反之亦然。但總體而言，當滲透率小于1×10-3μm2時，平均可動流體百分數小于20%；當滲透率為1×10-3～10×10-3μm2時，平均可動流體百分數為30%；當滲透率大于10×10-3μm2時，平均可動流體百分數大于40%。總體上，平均可動流體百分數隨著巖心的滲透率的增大而增大。可動流體百分數與驅油效率之間有著很好的相關性，因此，可動流體百分數能夠反映儲層開發潛力。

1.2 儲層巖石脆性指數

分段壓裂水平井廣泛應用于致密油田開發中，其中水平井體積壓裂技術的應用，可使水平井的產量達到同層位壓裂直井的5～7倍。儲層的可壓裂性與其開發效果密切相關，因此，將儲層巖石脆性指數納入評價體系。巖石的脆性是指巖石在受到的外力達到某一極限時發生破裂的性質。脆性指數可以通過巖石力學方法或巖石礦物學方法確定。

巖石力學方法是通過彈性模量和泊松比這2個相互獨立的物理量表示巖石脆性指數。由于計算脆性指數需要將該地區巖石的彈性模量和泊松比進行歸一化，因此，巖石力學方法的計算公式具有明顯的地域適用性。

研究中采用礦物學方法測取脆性指數，根據脆性礦物成分含量高低可判斷脆性強弱。用石英占總礦物(石英、黏土、碳酸鹽巖等礦物)的百分含量來表示脆性指數[7]。表達式為：

(1)

式中：B為脆性指數，%；φ為孔隙度；Vsh為非石英礦物含量，%。

1.3 地層壓力系數

儲層壓力反應其彈性開發能量，致密油藏的儲層物性普遍較差，較高的儲層壓力有助于提高彈性產量。一般說來，一定超壓的儲層有助于烴類在微小的孔喉中運移。在不考慮溶解氣驅的情況下，通過致密油儲層數值模擬開發實驗，討論了地層壓力系數對彈性開發的影響，實驗結果如圖1所示。由圖1可以看出，相同的油藏條件下，壓力系數與彈性開發最終采出程度以及初期產量均成正相關關系，即較高的地層壓力系數可以獲得更高的初期產量和采出程度。而通過產能公式，同樣可得到地層壓力與產量的關系。

圖1 不同壓力系數下致密儲層的產量與采出程度關系

1.4 其他參數

用以描述微觀孔喉結構的參數有喉道半徑、孔喉比、相對分選系數、微觀均質系數等。其中喉道半徑決定著儲層流體的滲流能力，是表征儲層巖心孔隙結構的重要參數。喉道半徑越大，相應的滲流阻力越小，儲層流體的開發潛力越大。最大喉道半徑反映流體通過喉道的半徑上限，主流喉道半徑反映有效孔喉半徑的下限。平均喉道半徑是實驗巖心喉道半徑分布的均方根，能夠表征致密儲層孔喉結構的復雜性。該研究采用的參數為平均喉道半徑。

在低滲透油藏中，流體黏度對油藏的開發影響較大。而在致密油藏極為細微的孔隙裂縫中，這種影響將更加明顯。原油黏度除了表征儲層中流體物性外，還是影響油藏流體滲流和壓力傳播的重要因素之一。另外，由于致密儲層孔道極其微細，流體在滲流過程中受到固液界面作用的影響很大，存在啟動壓力梯度。因此，選取了原油黏度和啟動壓力梯度作為評價參數。

2 致密儲層綜合評價方法

2.1 單因素分類界限的確定

該評價方法旨在為油田開發工作提出建議，優選開發區塊。針對作為致密儲層綜合評價指標的6個參數，需要確定各單因素分類界限，進而基于單因素儲層評價分類界限，提出綜合分類方法。通過研究現有致密油區塊的儲層脆性指數和壓力系數，結合低滲透油藏單因素評價界限，給出了脆性指數和地層壓力系數的分類界限。

巖石的脆性指數反映儲層巖石的可壓裂性，Rickman提出巖石脆性指數與壓裂裂縫形態存在對應關系，不同脆性的儲層在壓裂措施下形成的裂縫系統不同[8]：脆性指數在20%以下，只能形成單條裂縫；脆性指數在20%～40%時，裂縫系統由單縫向多縫過渡；脆性指數在40%～60%時，將形成多縫系統；脆性指數在60%以上的儲層則易形成縫網。致密油藏開發中，通過壓裂形成復雜縫網有助于油井產能提高，而水平井的體積壓裂也更適用于脆性較強的儲層。因此根據脆性指數將儲層分為4類：脆性指數大于60%為Ⅰ類儲層，能夠產生相互連通的縫網系統；脆性指數40%～60%為Ⅱ類儲層，能夠產生多條不同走向的裂縫；脆性指數20%～40%為Ⅲ類儲層，可形成單縫或多縫的混合裂縫系統；脆性指數小于20%為Ⅳ類儲層，僅能產生單條裂縫。

石油地質學中將地層孔隙中流體所受壓力高于靜水壓力稱為異常高壓或超壓，反之稱為異常低壓或負壓。通過對國內外致密油藏地質資料調研可知，除中國的鄂爾多斯盆地外，大部分盆地的致密儲層為異常高壓[3]。因此根據地層壓力系數將儲層分為4類：地層壓力系數大于1.5的儲層為Ⅰ類儲層，該類儲層為異常高壓，彈性能量充分；地層壓力系數1.5～1.2的儲層為Ⅱ類儲層，該類儲層為一般高壓地層，彈性能量較高；地層壓力系數1.2～0.9的儲層為Ⅲ類儲層，該類儲層為正常壓力地層，有一定的彈性能量；地層壓力系數小于0.9的儲層為Ⅳ類儲層，該類儲層為異常低壓，彈性能量不足。最終得到用于評價致密油藏的六參數分類界限，見表1。

表1 致密油藏儲層評價方法

2.2 多元綜合分類方法

油田開發效果受多種因素共同控制。而各個參數共同評價結果無法量化，對儲層品質的描述較模糊。研究表明：平均喉道半徑、可動流體百分數、巖石脆性指數、儲層壓力系數與區塊的開發效果成正相關關系，即平均喉道半徑越大、可動流體百分數越高、儲層巖石脆性越強、地層壓力系數越高，開發效果越好；啟動壓力梯度、原油黏度與區塊的開發效果成負相關關系，即啟動壓力梯度越高、原油黏度越高，區塊開發效果越差。因此，提出 “多元綜合評價系數”作為評價致密油儲層品質的指標，在單因素分析的基礎上，對各參數進行歸一化處理得到綜合評價系數Feci，其表達式為：

(2)

式中：So為可動流體百分數，%；rm為平均喉道半徑，μm；P為地層壓力系數；λ為啟動壓力梯度，MPa·m-1；μ為原油黏度，mPa·s；Sostad，rmstad，Bstad，Pstad，λstad，μstad分別為以上6個參數第Ⅳ類參數標準下限。

通過選取分類系數中第Ⅳ類參數作為標準值進行歸一化，將單因素分析的界限值代入公式(2)求得綜合分類評價的界限值，得到致密油儲層綜合評價分類標準(表2)。Ⅰ類儲層是可以采用常規開發手段取得較好采出程度的致密儲層；Ⅱ類儲層是需要一定儲層改造手段才能夠取得較好開發效果的致密儲層；Ⅲ類儲層是指尚需技術攻關，在一定經濟條件下采取大規模儲層改造技術后可以開發的儲層；Ⅳ類儲層代表目前技術難以動用的儲層。

表2 致密油儲層評價分類標準

3 實例應用

對大慶油田扶余、高臺子油層和長慶油田長8、長9儲層的4個區塊共計97塊巖心進行油層物理實驗，運用該方法對大慶油田、長慶油田的典型致密油區塊進行評價，結果如表3所示。由表3可知，大慶油田的扶余和高臺子油層在相似的滲透率級別下，齊家—龍西地區的儲層擁有更高的評價系數，屬于Ⅱ類儲層。而州602-4、齊平2區塊的儲層受制于孔喉半徑微小，儲層評價為Ⅲ類。另外，扶余儲層原油黏度較高，開發效果將受到影響。對比長慶油田紅河地區、吳倉堡地區長8、長9儲層發現，得益于較低的啟動壓力梯度，整體儲層性質較差的2個區塊仍為Ⅱ類儲層，具有一定的開發潛力。綜合分析大慶油田、長慶油田的典型致密油區塊各影響因素，認為大慶油田影響儲層品質的主要因素為平均喉道半徑，長慶油田具有較小啟動壓力梯度的區塊可以作為開發工作的重點。

表3 各區塊綜合評價結果

4 結 論

(1) 在選取的致密油藏評價參數中，可動流體百分數表征著儲層開發的潛力；原油黏度對滲流影響明顯；脆性指數反映了致密儲層改造的潛力；平均喉道半徑直觀地反映了儲層微觀孔喉特征；啟動壓力梯度體現了儲層流體在致密儲層中非線性滲流的特點；儲層壓力系數反映了彈性開發能量的大小。

(2) 提出了多參數綜合評價方法，對致密儲層進行了分類劃分。認為Ⅰ—Ⅲ類致密儲層具有開發意義，Ⅳ類儲層在現有技術下難以動用。通過在大慶油田的典型致密油儲層應用，發現采用相同的開發工藝條件下，評價為Ⅱ類儲層的龍西油區單井產量高于Ⅲ類儲層為主的齊平油區。

[1] 鄒才能，朱如凱，吳松濤，等.常規與非常規油氣聚集類型、特征、機理及展望[J]石油學報，2012，33(2)：17-21.

[2] 賈承造，鄒才能，李建忠，等，中國致密油評價標準、主要類型、基本特征及資源前景[J].石油學報，2012，33(3)：34-40.

[3] 鄒才能，楊智，張國勝，等.常規-非常規油氣“有序聚集”理論認識及實踐意義 [J].石油勘探與開發，2014，41(1)：14-25.

[4] 楊正明，張英芝，郝明強，等.低滲透油田儲層綜合評價方法[J].石油學報， 2006，27(2)：64-67.

[5] 張大權，鄒妞妞，姜楊，等.準噶爾盆地北三臺凸起蘆草溝組低滲儲層評價[J].特種油氣藏，2015，22(1)：46-51.

[6] 國家能源局.SY/T6943-2013中華人民共和國石油天然氣行業標準——致密油地質評價方法[S].北京：石油工業出版社，2014：1-3.

[7] 夏宏泉，楊雙定，等. 巖石脆性實驗及壓裂縫高度與寬度測井預測[J].西南石油大學學報：自然科學版，2013，35(4)：81-88.

[8] Rickman R，Mullen M，Petre E，et al. A practical use of shale petrophysics for stimulation design optimization： all shale plays are not clones of the Barnett Shale[C]. SPE 115258，2008.

編輯 劉兆芝

20150315；改回日期：20150511

國家油氣重大專項“特低滲透油藏有效開發技術項目”(2011ZX05013-066)

賈培鋒(1989-)，男，2012年畢業于中國石油大學(華東)石油工程專業，現為該校石油與天然氣工程專業在讀碩士研究生，從事致密油藏開發研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.009

TE122.2

A

1006-6535(2015)04-0033-04