致密油有效儲層物性下限的確定
——以高尚堡油田G區塊Es33Ⅴ油組為例

李春霞

(中國石油冀東油田分公司勘探開發研究院,河北唐山 063000)

致密油作為一種非常規油藏,是指儲集于空氣滲透率小于1.0×10-3μm2的致密儲層中的石油[1-3],未經過長距離運移,一般自然產能低于經濟油流下限,需通過大規模改造措施才能形成工業產能。

高尚堡油田G區塊Es33Ⅴ油組為近源準連續致密砂巖油藏,目前該區塊為油田滾動開發的重要目標之一,儲層物性下限的不確定性直接影響著油田致密油開發的決策。本文通過對大量巖心分析測試資料統計,運用多種方法進行研究,并利用壓汞和相滲實驗結果以及試油投產結果對研究成果進行驗證,綜合確定該區致密油的有效儲層物性下限。

1 油藏沉積特征

G區塊位于南堡凹陷陡坡帶,湖盆北西、北東方向為高山狹谷地貌,其西北方向為西南莊凸起,西南方向為柏各莊凸起,邊界斷層的活躍和古氣候的變化控制著沉積體系的時空分布,形成近物源、多物源的古地形條件。

G區塊具有北東、北西雙物源,Es33Ⅴ油組位于凹陷陡坡帶相對平緩的斜坡區,沉積期處于淺水環境,是由兩個物源的扇垛體混合沉積組成的淺水型多物源扇三角洲沉積,儲層主要是扇三角洲前緣砂體,微相類型有水下分流河道、河口壩、水下分流河道側緣、分流間灣等。Es33Ⅴ油藏的油層埋深約為3 600～4 400 m,油層分布受儲層物性、異常壓力、烴源巖共同控制,油藏類型為近源準連續致密砂巖油藏[4]。

2 油藏儲集性能特征

根據區內巖心分析資料統計,Es33Ⅴ油組孔隙度為5.2%～23.5%,中值12.8%;滲透率為0.05×10-3～183.89×10-3μm2,中值0.85×10-3μm2(圖1)。根據DZ/T 0335-2020《致密油儲量估算規范》中對致密油的定義,確定G區塊Es33Ⅴ儲層為致密油藏有效儲層。

圖1 G區塊Es33Ⅴ油藏巖心分析孔隙度、滲透率統計直方圖

Es33Ⅴ儲層主要發育原生孔隙和次生孔隙,原生孔隙主要為殘余粒間孔(圖2a),次生孔隙以粒間溶孔(圖2a、b)為主,粒內溶孔為輔,如晶間孔、雜基內溶孔(圖2c)等。 喉道主要為片狀、管束狀(圖2d),發育亞微米-納米級喉道,孔喉分布不集中、喉道半徑差異大。儲層物性差,非均質性強[5-6]。

a.G1井,殘余粒間孔;b.G1井,粒間溶孔;c.G1井,雜基內微孔隙;d.G2井,片狀喉道、管束狀喉道、縮頸型喉道

3 有效儲層物性下限確定

基于G區塊Es33Ⅴ致密砂巖油藏特征,綜合運用巖心含油產狀法、經驗統計法、孔滲關系法、最小流動孔喉半徑法、壓汞參數法等五種方法確定研究區有效儲層的物性下限值[7-10]。

3.1 巖心含油產狀法

含油產狀法是通過建立含油產狀和物性參數之間的關系(圖3)來確定有效儲層物性下限的一種方法[11-12]。應用該區575塊樣品,統計不同含油產狀的孔隙度、滲透率分布情況,發現當巖心含油樣品在孔隙度小于7.1%、滲透率小于0.12×10-3μm2時幾乎不含油,所以確定有效儲層物性下限孔隙度為7.1%、滲透率為0.12×10-3μm2是合理的。

3.2 經驗統計法

采用經驗統計法,繪制全部取心井儲層樣品的滲透率和孔隙度直方圖、累計頻率曲線,以及累計滲透能力和孔隙能力丟失曲線[13-14](圖4)。

圖4 G區塊Es33Ⅴ儲層滲透率、孔隙度丟失能力直方圖

G區塊Es33Ⅴ儲層屬于低滲透儲層,取該區塊巖心分析平均滲透率值的5%作為儲層流體流動(即生產)滲透率的臨界值。從G區塊Es33Ⅴ儲層滲透率丟失能力圖中可看出,當臨界值為0.16×10-3μm2時,累計滲油能力丟失1%,滲透率樣品丟失13%(圖4a),從本區滲透率與孔隙度關系式可計算出對應于滲透率0.16×10-3μm2的孔隙度為7.7%;從圖4b可知,對應于孔隙度7.7%,累計儲油能力丟失8%,孔隙度樣品丟失14%,所以可以取孔隙度7.7%、滲透率0.16×10-3μm2作為G區塊Es33Ⅴ儲層的物性下限值,其儲油和產油能力丟失都比較小,故該下限值是合理的。

3.3 孔滲關系法

圖5為G區塊Es33Ⅴ儲層孔隙度與滲透率交會圖,以孔隙度8%為界限,當孔隙度低于8%時滲透率隨之增加,但變化很小,而孔隙度大于8%時,滲透率隨之增加且呈現明顯增加,因為前者孔隙以無效孔隙為主,后者孔隙則是具有一定滲透能力的有效孔隙[15]。由孔滲關系式計算當孔隙度為8%時滲透率為0.22×10-3μm2,因此利用孔滲關系法可將該儲層孔隙度下限定為8%,滲透率下限定為0.22×10-3μm2。

圖5 G區塊Es33Ⅴ孔隙度和滲透率交會圖

3.4 最小流動孔喉半徑法

通過對G區塊Es33Ⅴ儲層現有的毛管壓力資料進行“J”函數處理,得到具有代表意義的平均毛管壓力曲線(圖6),以平均毛管壓力曲線為基礎,采用Purcell公式確定儲層的最小流動孔喉半徑。

圖6 G區塊Es33Ⅴ平均毛管壓力曲線

Purcell公式法是以等對數孔隙半徑間隔為單元,計算每個單元的滲透能力貢獻值及累計滲透能力(表1)。取累計滲透能力為99.99%時的孔隙半徑為油的最小流動孔喉半徑[16-17],確定G區塊Es33Ⅴ油組的最小流動孔喉半徑為0.1 μm。

表1 G區塊巖石滲透能力計算表(Purcell公式法)

根據巖心壓汞分析資料分別建立了巖石滲透率、孔隙度與平均孔隙半徑的相關關系。巖石滲透率與平均孔隙半徑具有良好的正相關關系,關系式如下:

lgK=0.773 8+1.620 1lgr(R2=0.857,N=49)

(1)

式中:r為平均孔隙半徑,m;K為巖石滲透率,10-3μm2。

利用式(1)可以確定油的最小流動孔隙半徑為0.1 μm,其所對應的巖石滲透率為0.14×10-3μm2,該值即為油層的滲透率下限值。由滲透率與孔隙度關系式可以確定G區塊Es33Ⅴ儲層巖石滲透率為0.14×10-3μm2時,對應的孔隙度約為7.2%。

3.5 壓汞參數法

物性大小與排驅壓力有直接關系,可以用來確定有效儲層的物性下限[18]。根據實驗室壓汞資料分析的排驅壓力與巖心孔隙度、滲透率建立關系(圖7),從圖中可看出,當巖心孔隙度為8.5%、滲透率為0.15×10-3μm2時出現明顯拐點,這種儲滲能力變化的突變點可作為該儲層孔隙度、滲透率的下限[19]。

圖7 G區塊排驅壓力與孔隙度、滲透率關系

上述五種確定有效儲層物性下限的方法各有優缺點,巖心含油產狀法要求孔隙度、滲透率與錄井描述含油性深度歸位一致;經驗統計法則從儲油能力和滲流能力兩方面來確定儲層物性下限,但是丟失比的確定具有主觀性;孔滲關系法方法簡單,容易操作,滲透率與孔隙度常有冪函數統計關系,但是曲線拐點不易確定。這三種方法都是基于大量巖心物性統計數據基礎的靜態統計方法,需要開展大量的物性分析測試才能滿足儲層物性下限確定的精確性。目前G區塊Es33Ⅴ儲層有575個孔滲樣品,數據點充足,能較好地反映該儲層的孔滲特征,具有一定的代表性。

最小流動孔喉半徑法是基于滲流力學原理的動態計算方法,從壓力與進汞量角度反映了不同孔喉半徑對滲透率能力的貢獻,確定的滲透率下限相對客觀真實;而壓汞參數法作為最小孔喉半徑法的一種替代方法,將最小孔喉用排驅壓力來替代,兩種方法可相互驗證和補充。

這些方法都只是從某一方面來反映儲層的特征,分析結果也會有差別,為避免下限確定的單一性和局限性,應綜合利用這五種方法同時來確定有效儲層物性下限值。G區塊Es33Ⅴ致密砂巖儲層孔隙度下限為7.1%～8.5%,滲透率下限為0.12×10-3～0.22×10-3μm2(表2)。可以看出孔隙度和滲透率下限范圍變化不大,可取孔隙度平均值7.7%、滲透率平均值0.16×10-3μm2作為G區塊Es33Ⅴ致密砂巖有效儲層物性下限。

表2 G區塊Es33Ⅴ致密油藏砂巖有效儲層物性下限值

4 物性下限準確性檢驗

為了檢驗上述致密砂巖儲層下限的合理性,選取G區塊Es33Ⅴ油組GX井在4 222.02 m深度樣品的相滲資料(圖8a)與壓汞資料(圖8b)相結合進行證實。

圖8 GX井(4 222.02 m樣品)相滲曲線和壓汞曲線

相滲資料顯示的A點含水飽和度為53.3%,也就是當含油飽和度達到46.7%,是出純油的界限點,在該樣品的壓汞曲線上可以查出A點(含水飽和度為53.3%)對應的最大毛管壓力為7.38 MPa,最小流動孔喉半徑為0.103 μm,通過孔隙半徑與滲透率建立的關系式可以求出對應的孔隙度為7.4%,滲透率為0.15×10-3μm2,即當物性達到上述值時,生產是可以出純油的。該實驗進一步證實了G區塊Es33Ⅴ油組致密砂巖油藏有效儲層物性下限確定為孔隙度7.7%、滲透率0.16×10-3μm2是合理的。

結合GX井的實際生產情況也可證實有效儲層物性下限取值的合理性。該井于2016年10月壓裂投產71、72、73、77號層,日產油9.66 t,無水。71、72、73、77號層的孔隙度為7.8%～9.0%,滲透率為0.17×10-3～0.23×10-3μm2,也進一步驗證了孔隙度7.7%、滲透率0.16×10-3μm2以上基本能達到生產要求。

5 結論

1)G地區Es33Ⅴ油組為近源準連續致密砂巖油藏,儲層主要發育原生孔隙和次生孔隙,原生孔隙主要為殘余粒間孔,次生孔隙以粒間溶孔為主。巖心分析孔隙度中值為12.8%,滲透率中值為0.85×10-3μm2,儲層物性差,非均質性強。

2)確定儲層物性下限的方法有很多種,但每種方法都只能從某一方面來反映儲層的特征,分析結果也會有差別,為避免有效儲層物性下限確定的單一性和局限性,在實際應用中應采取多種方法綜合確定物性下限值。

3)綜合運用巖心含油產狀法、經驗統計法、孔滲關系法、最小流動孔喉半徑法、壓汞參數法等五種方法對G區塊Es33Ⅴ油組致密砂巖油藏有效儲層物性下限取值,確定孔隙度下限為7.7%,滲透率下限為0.16×10-3μm2,GX井投產層相滲資料與壓汞資料相結合進一步驗證了這一結果的合理性。物性下限的確定可為致密油有效儲層儲量精確評估以及后續合理開采提供更多依據。

4)隨著油氣勘探開發不斷深入,經濟的發展和石油開采工藝技術提升,物性下限值也會逐漸下移,原先的非有效儲層也能夠獲得工業油氣,重新確定儲層物性下限將是未來長期研究的一個工作重點。致密砂巖油藏有效儲層下限的研究可為其他低滲透非常規儲層提供更多參考和借鑒。