流體體積模量在渤海油田流體識別中的應用

陳紅兵，崔云江，劉 歡，陸云龍，王 淼

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

隨著渤海油田勘探開發逐漸深入，測井疑難層越來越多，復雜巖性和復雜流體關系給測井解釋帶來了很大困難，導致以常規電阻率、孔隙度為主的測井系列遇到挑戰[1]，難以準確評價儲層流體，易造成儲層氣、油、水層在測井解釋上的誤判，為此，需要尋找其他方法識別儲層流體性質。以往的研究表明，不同流體體積模量具有一定的差別，當地層所含流體性質不同時，陣列聲波所測量的縱波、橫波時差及幅度會有所不同[2]。

Gaussmann方程可將巖石模量、骨架模量、流體模量聯系在一起，因此，可以通過Gaussmann方程計算出流體模量來識別流體[3]。

1 流體體積模量

流體體積模量是流體體積壓縮系數的倒數，從表1可以看出，氣、油、水的體積模量是不同的，因此，通過流體體積模量可以很容易將氣識別出來，油和水的體積模量差別較小。但是研究表明，當地層中的油含有一定量的溶解氣時[4]，隨著含氣量的增加，油的體積模量會越來越小，油的體積壓縮系數會越來越大，油和水的體積模量差異也越明顯。對渤海油田97個原油高壓物性數據的統計顯示（圖1），隨著氣油比的增加，原油體積模量逐漸變小，則體積壓縮系數逐漸增大。原油體積模量與氣油比之間存在如下關系式：

式中：Koil為原油體積模量，Pa；Rog為氣油比。

表1 不同流體聲學參數

圖1 原油體積模量與氣油比關系

2 骨架模量和干巖石模量求取

骨架體積模量的求取有多種方法（如V-R-H模量平均模型）[5-6]，都有不同的適用范圍。本文以Gaussmann方程[7-8]為基礎，通過水層反算，建立地層的干巖石模量和骨架模量模型。

Gaussmann方程（2）描述了巖石模量、骨架模量、流體模量、孔隙度之間的關系，干巖石模量與骨架模量之間的關系式可用（3）式描述，巖石體積模量與縱波速度、橫波速度之間的關系可用（4）式描述。

式中：β為Biot系數[9]，取值為0～1，通常認為它是孔隙度的函數，用Biot、PRIDE等公式求取；Ks01為巖石體積模量，Pa；Kdry為干巖石體積模量，Pa；Kma為骨架體積模量，Pa；φ為孔隙度，%；Kfl為巖石孔隙流體體積模量，Pa；2為巖石密度，g/cm3；Vp為縱波速度，m/s；Vs為橫波速度，m/s。

對于水層來說，水的體積模量是知道的，約為2.2 GPa；φ為孔隙度，可以通過測井解釋獲得；巖石體積模量Ks01可通過（4） 式導出；因此，通過（5）式可以求得水層的骨架體積模量Kma。

骨架體積模量Kma與礦物組分、各組分體積模量、礦物組分的分布形式等密切相關。本文所研究的地層為砂泥巖地層，骨架體積模量的大小主要由泥質含量大小決定；對水層段求取Kma后，利用水層段Kma與泥質含量進行回歸，得到目標層段Kma的回歸公式（圖2），再用（3）式求得Kdry。

圖2 巖石骨架模量與泥質含量關系

3 流體體積模量求取及方法驗證

通過對陣列聲波測井數據處理獲得縱波、橫波時差，利用（4）式計算得到巖石體積模量。由（2）式可知，若令，則流體體積模量可寫成。因此，可用上述方法計算出流體體積模量，從而判別儲層流體性質。用BX2X81井來驗證此方法的可行性。該井鉆遇氣層、油層、水層（圖3），從中子、密度測井上能看到氣層具有明顯的“鏡像特征（中子小、密度低）”，油層和氣層電阻率高，通過常規測井能明顯區分儲層流體性質。以Gaussmann方程為基礎，用本文提出的方法計算出流體體積模量，可以看到氣的體積模量最小，油的體積模量小于1 GPa，水的體積模量大于2 GPa，因此，通過流體模量識別儲層流體性質的方法是可行的。

4 實例應用

4.1 低阻油層識別

利用常規測井識別流體主要是依靠電阻率和孔隙度測井系列，而對于低阻油層，卻難以有效識別。當具有較高的氣油比和較高的孔隙度時，可以通過求取儲層流體體積模量來判別儲層流體性質。從KL5井常規測井資料來看（圖4），在2 126～2 137 m層段和2 150～2 154 m層段的電阻率均較低，且兩層段儲層物性差別不大，常規測井判別流體性質較困難。計算儲層流體體積模量后，可以看到水層流體模量為2～3 GPa，油層的流體模量小于1 GPa，與上部儲層對比分析，下部儲層具有含油氣特征，DST測試證實2 126～2 137 m層為水層，2 150～2154 m層為油層，油層氣油比為106，利用（1）式計算得到原油體積模量為0.56 GPa。

4.2 凝析氣層識別

Q油田是一個帶油環的凝析氣田，從圖5可以看到利用中子-密度識別油層和凝析氣層存在較大的不確定性。通過陣列聲波測井獲得的縱橫波時差資料，再利用上述方法計算出儲層的流體模量，幫助識別儲層的流體性質。圖5顯示，隨著深度的增加，流體模量逐漸增大。從流體模量曲線可以看到凝析氣層的模量很小，油層的模量為0～1 GPa，水層的模量為2 GPa左右。利用流體模量確定的氣油界面、油水界面得到了測壓資料的證實。

5 結論

（1）本文統計了渤海油田原油高壓物性數據，獲得了原油體積模量與氣油比的定量關系。隨著地層原油所含溶解氣的增加，原油的體積模量將逐漸變小，利用體積模量識別流體性質就成為可能。

（2）以Gaussmann方程為基礎，利用水層反算獲得骨架模量求取模型，為巖石骨架模量的求取提供了一種新的思路。

（3）實際應用效果表明，利用流體體積模量識別儲層流體性質是可行的，為低阻油層、凝析氣層等的識別提供了一種新的方法。

圖3 流體體積模量識別儲層流體性質驗證

圖4 流體體積模量在低阻油層識別中的應用效果

圖5 利用流體模量識別凝析氣層中的應用效果