基于水氣比計算的低對比度儲層流體性質識別

趙 軍，韓 東，何勝林，湯 翟，張 濤

（1.西南石油大學地球科學與技術學院，成都 610500；2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司研究院，廣東湛江 524057）

0 引言

低對比度油氣層是指油氣層電阻率減小或水層電阻率增大，導致油氣層與水層的電阻率對比度降低，在測井上難以識別的油氣層［1-2］。在低對比度儲層流體識別方面，學者們已做了大量的研究，主要可分為3 類：第一類是基于儲層微觀特性的研究，利用巖石物理實驗數據，從低對比度成因出發，分析儲層變化對電阻率、含水飽和度等的影響［3-4］。第二類是基于敏感參數識別，通過對流體變化的敏感性，提取敏感參數，綜合識別流體性質［5-7］。第三類是基于測井資料，采用測井及其衍生數據，進一步弱化儲層的非均質性對低對比度的影響，厘清流體劃分界限［8-11］。雖然通過現有的方法在一定程度上能夠提高低對比度流體識別的準確率，但在研究思路上主要還是依托測井資料圍繞儲層電性特征展開，而在低對比度儲層中，其電性特征往往難以準確的反映，且存在較高的區域經驗性，對不同的研究區應用效果差異較大，難以大范圍推廣。

針對珠江口盆地文昌A 凹陷低對比度儲層，為了有效避免上述問題，從宏觀角度出發，以相滲資料、毛細管壓力等實驗數據為基礎，通過不同含水飽和度下的相滲模型及分流率方程，建立氣藏水氣比計算模型WGR和含水飽和度Sw的識別圖版，再用生產測試數據劃分流體性質的識別標準，以期達到有效地確定儲層流體性質的目的。

1 地質概況

文昌A 凹陷位于珠江口盆地西部的珠三坳陷內，其南北分別與神狐隆起和陽江低凸起相接，西鄰瓊海凸起、瓊海凹陷以及文昌B，C 凹陷（圖1）。在珠三南斷裂和六號斷裂帶的控制下，凹陷內發育一個構造隆升帶及2 個沉降中心［12］。根據前人的研究，文昌A 凹陷主要存在2 套儲層，分別為晚漸新世的珠海組以及早中新世的珠江組，其中珠海組為本次研究的目的層；存在2 期油氣充注，第一期石油注入珠海組三段儲層，第二期注入珠海組一段儲層，大量天然氣注入更晚。研究區氣田群為南海西部首個整體開發的低滲、特低滲凝析氣田群，其中含有大量低對比度儲層，識別難度較大。

圖1 珠江口盆地西部文昌A 凹陷地理位置圖Fig.1 Geographical location of Wenchang A sag in western Pearl River Mouth Basin

2 方法原理

在氣田的開發生產中，儲層產出流體的性質可根據生產動態資料來反映，井口流體的產出狀況決定了井下產層的流體性質。如果井口只有氣或水產出，則井下產層為氣層或水層；如果井口產出為氣水同出，則井下地層為氣水同層。因此，生產過程中的水氣量的大小可以反映地下流體的特征。以此為研究思路出發點，通過實際測試過程中井口產水量與產氣量體積的比值計算出實際水氣比，并由井口流體性質劃分出不同流體性質的水氣比與含水飽和度的綜合范圍，然后通過模型計算得出氣藏整體水氣比WGR和含水飽和度Sw，以該范圍為標準判別研究區氣藏流體性質。

在油氣藏工程中，氣水兩相流體時，水相分流率fw可表示為氣井總產出水量Qw與總流體量Q總之比［13-14］，即

式中：WGR為水氣比，m3/104m3；Bw，Bg分別為地層水體積系數和天然氣體積系數，m3/m3。

在不考慮重力和毛細管力的影響下，由氣水兩相達西公式可將水相分流率表示為［15］

式中：Krg為氣相相對滲透率；Krw為水相相對滲透率；μw，μg分別為水相黏度和氣相黏度，mPa·s。

由式（1）、（2）可得水氣比計算模型

由式（3）可知，在已知Bw，Bg，μw和μg的情況下，通過對Krg和Krw的求取，可得出氣藏縱向水氣比的分布。

3 模型參數的計算

計算氣藏水氣比WGR時，需先對氣相相對滲透率Krg和水相相對滲透率Krw進行求取。根據大量模擬實驗，前人提出了多種氣水兩相相對滲透率模型，本文采用Willghte 經驗公式的冪函數形式作為不同含水飽和度下Krw和Krg模型［16］

式中：Krw(Sgr)為殘余氣飽和度下水相相對滲透率；Sgr，Sw和Swi分別為殘余氣飽和度、含水飽和度和束縛水飽和度，小數；nw為水相相對滲透率曲線常數；Krg(Swi)為束縛水飽和度下氣相相對滲透率；ng為氣相相對滲透率曲線常數。

由式（4），（5）可知，對不同含水飽和度下氣、水兩相相對滲透率模型的求取主要分為3 步：①求取Swi，Sgr和Sw；②求取相對滲透率端點Krw(Sgr)和Krg(Swi)；③求取水相相對滲透率曲線常數nw與氣相相對滲透率曲線常數ng。

3.1 “三飽和度”參數的計算

目前，計算三飽和度參數（Swi，Sgr和Sw）的方法較多，不同的方法計算得出的效果也不盡相同。在對珠江口盆地西部文昌A 凹陷氣藏三飽和度進行求解時，根據研究區的特點，選取符合其特征的方法。

3.1.1 束縛水飽和度Swi

半滲透隔板法和壓汞法為目前測量毛細管壓力曲線應用最普遍的方法［17］，本文的實驗研究中，毛細管壓力的測定采用半滲隔板法。半滲透隔板法與常用的壓汞法、離心法相比，能更準確地描述實際氣藏原始含水飽和度的分布狀態。根據11 塊半滲透隔板實驗測得的毛管壓力曲線資料確定巖樣的束縛水飽和度值（圖2），研究區各巖樣含水飽和度均隨毛細管壓力Pc的增大而降低，當實驗毛細管壓力達到最大值1.4 MPa 時，含水飽和度隨毛細管壓力的變化不再明顯，因此，可以將毛細管壓力為1.4 MPa 時所對應的含水飽和度作為該巖樣的束縛水飽和度。

圖2 文昌A 凹陷珠海組毛細管壓力曲線Fig.2 Capillary pressure curves of Zhuhai Formation in Wenchang A sag

將實驗測得的束縛水飽和度與孔隙度、自然伽馬相對值、中子密度孔隙度差、泥質含量及粒度中值作相關性分析，其相關系數R2分別為0.54，0.45，0.44，0.38 和0.31，將相關性相對較好的孔隙度、自然伽馬相對值和中子密度孔隙度差值與束縛水飽和度作多元回歸分析，建立多元回歸模型

式中：φ為孔隙度，%；ΔGR為自然伽馬相對值，小數；φN，φD分別為中子孔隙度和密度孔隙度，%。

3.1.2 殘余氣飽和度Sgr

本文中氣水相對滲透率實驗采用穩態法，這是目前測定相對滲透率曲線的標準方法。穩態法與非穩態法相比，測定的結果可靠性更強，且測定相對滲透率的飽和度范圍更寬，而非穩態法測取的氣相相對滲透率及殘余氣飽和度存在明顯的偏差。如表1 所列本文研究中采用含水飽和度逐漸增大的滲吸過程，一共測得了14 組氣水相對滲透率實驗數據（表1）。

表1 文昌A 凹陷珠海組儲層相對滲透率實驗統計Table 1 Experimental statistics of relative permeability of Zhuhai Formation in Wenchang A sag

將相滲實驗資料確定的殘余氣飽和度Sgr與綜合物性指數作相關性分析（圖3）。

圖3 文昌A 凹陷珠海組儲層Sgr 與 關系曲線Fig.3 Relationship of Sgrwith of Zhuhai Formation in Wenchang A sag

如圖3 所示，Sgr與滿足半對數直線關系

式中：K為滲透率，mD。

由上式可計算出不同物性條件下殘余氣飽和度Sgr的分布。

3.1.3 含水飽和度Sw

在砂泥巖儲層中，泥質主要以層狀泥質、分散泥質以及結構泥質等形式存在。不同儲層中泥質含量及其分布形式有所不同，其計算含水飽和度所選用的模型也不一樣。通過與研究區塊壓汞資料計算的含水飽和度進行對比，優選出Total shale model 作為含水飽和度的計算模型，該模型由斯倫貝謝公司根據Simandoux［18］在1963 年的實驗研究及現場經驗提出，被認為是高度實用且簡單的模型［19］。表達式如下

式中：Rw，Rt，Rsh分別為地為層水電阻率、地層深電阻率和泥巖段深電阻率平均值，Ω·m；Vsh為泥質含量，小數；a為巖性系數。

由資料調查得知，研究區巖性系數a及地層水電阻率Rw的取值分別為1.047，0.075。

3.2 Krw(Sgr)和Krg(Swi)的求取

基于相滲實驗資料，通過研究區氣水相對滲透率實驗資料可得出Krw(Sgr)和Krg(Swi)。對Krw(Sgr)及Krw(Sgr)的相關性進行分析認為，Krw(Sgr)，Krg(Swi)與滲透率K均存在較好的冪指數關系（圖4）。

圖4 文昌A 凹陷珠海組儲層Krw（Sgr）（a），Krg（Swi）（b）與K 關系曲線圖Fig.4 Relationships of permeability with Krw（Sgr）（a）and Krg（Swi）（b）of Zhuhai Formation in Wenchang A sag

根據實驗數據擬合可知

3.3 nw和ng的確定

利用式（4），（5）分別對上述相滲實驗的14 個樣品作回歸分析，得到各樣品的nw，ng值（表2）。

表2 文昌A 凹陷珠海組儲層常數nw，ngTable 2 Values of reservoir constants nw and ngof Zhuhai Formation in Wenchang A sag

圖5 為文昌A 凹陷珠海組儲層nw，ng與的關系曲線圖。nw，ng數據點分布集中，分別分布于1.91 和1.98 左右，取nw=1.91，ng=1.98。由此，得出求解式（4），（5）所需的所有參數，將式（4），（5）得到的氣相相對滲透率Krg及水相相對滲透率Krw代入式（3），結合研究區原始地層下氣相黏度μg、水相黏度μw；氣相體積系數Bg、水相體積系數Bw即可計算得出研究區氣藏水氣比WGR。

圖5 文昌A 凹陷珠海組儲層nw（a），ng（b）與關系曲線圖Fig.5 Relationships ofwith nw（a）and ng（b）of Zhuhai Formation in Wenchang A sag

4 應用與效果分析

為了將上述模型應用到實際中，首先須要獲取2 個連續的測井常用參數：孔隙度與滲透率。通過巖心分析其孔隙度，并將之與測井曲線進行交會［20］可知，巖心分析孔隙度與聲波時差之間有較好的相關性。因此，利用聲波時差測井曲線可以準確地計算出儲層的孔隙度。本文滲透率的求取采用FZI流動單元分類方法，該方法只需要巖心物性分析數據就可以實現儲層的快速準確分類，是目前較為方便的儲層滲透率求取方法［21］。在得到連續的氣藏孔滲參數后，便可以通過實驗及生產測試數據展開水氣比流體識別的應用。

收集了珠江口盆地文昌A 凹陷的27 組生產測試數據，與氣藏含水飽和度建立了研究區水氣比流體識別圖版（圖6），紅色分界線及其下部區域表示氣層，黃色分界線區域表示氣水同層，藍色分界線及其上部區域表示水層。所有數據點均落在圖版標定區域中，區域以外理論上不會有數據產生。

圖6 文昌A 凹陷珠海組儲層水氣比流體識別標準圖版Fig.6 Standard chart for identification of water-gas ratio fluid of Zhuhai Formation in Wenchang A sag

由該圖版劃分出不同流體識別區域，確定氣層、氣水同層、水層判別標準（表3）。

表3 文昌A 凹陷珠海組儲層流體性質識別標準Table 3 Recognition criteria for fluid properties of Zhuhai Formation in Wenchang A sag

通過資料統計，研究區原始地層下氣相、水相黏度取值分別為μg=0.029 mPa·s，μw=0.200 mPa·s；氣相、水相體積系數取值分別為Bg=0.004 m3/m3，Bw=1.036 m3/m3。利用式（3）計算得到研究區地層的水氣比WGR值，同時結合式（8）計算得到的地層含水飽和度Sw，即可通過圖版及判別標準對地層的流體性質進行識別。

利用上述方法對研究區內14 口井共25 個層段的資料進行了處理，得到了計算的水氣比值，并根據所建立的流體判別標準對上述層段進行了流體性質判別，并與實際的測試生產數據進行了對比，計算水氣比WGR值與實際資料吻合較好（表4），解釋結果準確率達到92%。

表4 文昌A 凹陷珠海組儲層計算WGR 與實際WGR 對比Table 4 Comparison of calculated WGR and actual WGR of Zhuhai Formation in Wenchang A sag

應用文昌A 凹陷珠海組儲層水氣比流體識別標準圖版，對研究區內已投產油井的不同生產層段進行測井解釋，為了避免干層段及泥巖隔層對解釋結果的準確性產生影響，已經對干層段及泥巖隔層的數據進行了剔除，僅保留了生產層段的數據。圖7為文昌A 凹陷WC9-2-1 井珠海組二段儲層水氣比流體識別解釋圖，3 661～3 679 m，3 681～3 699 m井段的錄井資料均顯示油氣較好，氣測錄井全烴（Tg）為0.04%～1.32%，輕烴組分較齊全，電阻率為11.25～47.13 Ω·m，平均值為23.25 Ω·m，生產測試資料顯示：該層段日產油83.8 m3，日產氣2.622萬m3，日產水0 m3，測試結論為氣層，該段屬于正常氣層。通過上文中建立的水氣比計算模型計算得出該層段水氣比均小于2.50，含水飽和度為39.00%～62.00%，依據水氣比流體識別圖版，判別結果為氣層，與測試結論相符。

圖8 為文昌A 凹陷WC9-2-2 井珠海組二段儲層水氣比流體識別解釋圖，3 755～3 775 m井段錄井資料顯示油氣明顯，氣測錄井全烴（Tg）為0.97%～3.59%，輕烴組分齊全，該段電阻率為10.42～26.89 Ω·m，平均值為16.54 Ω·m，生產測試資料顯示：該層段日產油0 m3，日產氣0 m3，日產水1.4 m3，測試結論為水層。通過上文中建立的水氣比計算模型計算得出該層水氣比普遍大于15.00，含水飽和度為73.00%～96.00%，依據水氣比流體識別圖版判別結果為水層，與測試結論相符。

圖8 文昌A 凹陷WC9-2-2 井珠海組二段儲層水氣比流體識別解釋圖Fig.8 Recognition and interpretation of water-gas ratio fluid of the second member of Zhuhai Formation in well WC9-2-2 in Wenchang A sag

5 結論

（1）水氣比流體識別法以實驗及生產數據為基礎，技術思路可靠，同時模型原理簡單，有效地克服了單一利用測井資料識別低對比度氣層誤差加大的缺陷，計算水氣比與地層實際產出吻合，有效提高了流體識別精度，證明該方法能有效判別地層流體性質，地區適用性強。

（2）僅靠含水飽和度判別流體性質誤差較高，需結合水氣比WGR綜合解釋。