基于流動單元的測井儲層參數(shù)精細建模技術(shù)——以崖城13—1氣田陵三段為例

摘 要

摘要：崖城13-1氣田自發(fā)現(xiàn)開發(fā)以來，先后做了多次儲量計算工作，在歷次相關(guān)研究過程中，對儲層非均質(zhì)性及儲層連通性認識存在一些不足，氣田局部儲量動用程度較低，動、靜態(tài)地質(zhì)儲量差異
摘要：崖城13-1氣田自發(fā)現(xiàn)開發(fā)以來，先后做了多次儲量計算工作，在歷次相關(guān)研究過程中，對儲層非均質(zhì)性及儲層連通性認識存在一些不足，氣田局部儲量動用程度較低，動、靜態(tài)地質(zhì)儲量差異較大。流動單元研究是以井點縱向儲層巖石物理特征及流體特性分類為出發(fā)點，空間上結(jié)合沉積、地層層序格架將地質(zhì)體劃分為橫向、垂向巖性和巖石物理性質(zhì)相似的儲集體，為測井巖石物性建模、油氣藏描述、地質(zhì)建模及油氣藏數(shù)字模擬提供了框架模型，因而能確保儲層參數(shù)模型及儲量計算單元“點”“面”“體”之間的一致性，從方法流程上避免出現(xiàn)動、靜態(tài)儲量的較大差異，降低了大型油氣田儲量計算的不確定性給開發(fā)帶來的風(fēng)險?；诹鲃訂卧臏y井儲層參數(shù)精細建模技術(shù)是其精髓的一部分，該方法在崖城13-1氣田研究中取得了比常規(guī)測井解釋模型更好的效果：與巖心分析的物性匹配良好，而且模型可直接提供給相關(guān)技術(shù)人員使用。該方法可作為類似大型油氣田儲量參數(shù)計算的借鑒。
關(guān)鍵詞：崖城13-1氣田；儲量 ；測井；流動單元；物理模型；儲集層；參數(shù)
    崖城13-1氣田主要儲層為古近系陵水組三段，厚度介于150～200m，中低孔隙度、中-高滲透率，現(xiàn)已進入開發(fā)中后期。針對該氣田做過多次儲量評估工作，但對儲層非均質(zhì)性、連通性認識存在不足，局部儲量動用程度較低，動、靜態(tài)地質(zhì)儲量差異較大。經(jīng)過多種嘗試，采用按流動單元的思想來進行精細測井儲層參數(shù)建模，這從方法流程上避免出現(xiàn)動、靜態(tài)儲量的較大差異，降低了大型油氣田儲量計算的不確定性給開發(fā)帶來的風(fēng)險。
1 流動單元及定量劃分方法
    流動單元(flow units)的概念是Hearn等(1984)在研究美國懷俄明州Hartog Draw油田Shannon儲層時，發(fā)現(xiàn)不同部位儲層的質(zhì)量不同，從而對生產(chǎn)動態(tài)的控制作用也不同而提出的，并將其定義為橫向和縱向巖性及巖石物理性質(zhì)(主要指孔隙度和滲透率)相似的儲集體。裘亦楠[1]提出流動單元是砂體內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)的一部分，同時流動單元也是一個相對概念，應(yīng)根據(jù)油氣田的地質(zhì)、開發(fā)條件而定。目前主要有4種：①依據(jù)基準面旋回所確定的洪泛面進行劃分；②根據(jù)夾層的展布與特征進行分類；③依據(jù)儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)進行定量區(qū)分和研究；④根據(jù)流體的特征與壓力狀況進行確定。崖城13-1氣田流動單元的研究[4]以層序地層旋回對比為基礎(chǔ)，以穩(wěn)定的海(洪)泛面為總體界限，以砂體頂面為流動單元的頂界，以泥質(zhì)隔層及其相對應(yīng)的界面為其底界，同時以生產(chǎn)動態(tài)測壓數(shù)據(jù)作為檢驗保證單元劃分的合理性。筆者基于氣田流動單元研究成果[2～3]，在井點上按照上述方法③開展精細測井評價。
    Amaefule等(1993)和Abbaszaden等(1996)基于孔隙幾何學(xué)對流體滲流具有很大影響的認識，提出了應(yīng)用流動帶指標(biāo)FZI劃分水力流動單元的方法。這一方法的理論基礎(chǔ)是平均水力半徑的概念及Kozeny-Carman的孔滲關(guān)系式。FZI實際上反映了巖石孔隙結(jié)構(gòu)特征，具有相似FZI的巖石被認為具有相似平均水力半徑，因而屬于同一水力流動單元。FZI值可依據(jù)樣品的孔、滲值或測井響應(yīng)值來計算，然后通過對眾多樣品的FZI值進行聚類分析，對水力流動單元進行分類。
由Kozeny-carman公式得：
 
式中K為滲透率，mD；φe為有效孔隙度，小數(shù)；Fsτ2為Kozeny常數(shù)；Sgv為單位顆粒體積比表面，μm-1。
由式(1)兩邊除以φe并開方可得：
 
定義流動單元指標(biāo)FZI和儲層質(zhì)量系數(shù)RQI為：
 
孔隙體積與顆粒體積之比有：
 
   那么式(2)可變?yōu)椋?/span>
    RQI=φzFZI    (6)
或lgRQI=lgφz+lgFZI    (7)
   式(7)表明在RQI和φz的雙對數(shù)坐標(biāo)圖上，具有近FZI值的樣品將落在一條斜率為1的直線上，具有不同F(xiàn)ZI值的樣品將落在一組平行線直線上。而同一直線上的樣品具有相似的孔喉特征，從而構(gòu)成一個水力流動單元。
   以巖心分析的孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)以及測井?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按FZI法計算各井點的FZI值，并參考地層測壓、測試資料等，分出6個流動單元(表1)。

2 基于流動單元的測井評價模型
   崖城13-1氣田評價的早期，采用傳統(tǒng)的一套氣藏統(tǒng)一測井處理參數(shù)的方法，沒有過多考慮氣藏縱向上測井巖石物理特性的變化，后來嘗試分巖相建立測井解釋模型，但是采用常規(guī)測井資料劃分出的巖相較粗，而井點巖相變化較復(fù)雜，按照巖相建立確定性模型比較困難，而且誤差較大，可能出現(xiàn)氣田動、靜態(tài)儲量評價的較大差異；認識到這些問題后，研究人員開始轉(zhuǎn)向?qū)⑦@一整裝氣田按流動單元的思想來進行精細剖析。按照前述方法，對于陵三段儲層，通過研究巖石孔隙結(jié)構(gòu)特征，按照孔隙類型、孔喉分布以及表征巖石孔隙結(jié)構(gòu)的流動帶指標(biāo)FZI劃分了6個流動單元，而其中有些流動單元只存在壓力差異而與測井評價相關(guān)的巖石
學(xué)信息基本一致，因此在測井模型建立時對部分流動單元進行合并。在這一原則指導(dǎo)下開展了對測井評價模型的研究，以便在測井處理時考慮儲層縱向微觀特征的細微變化。
2.1 孔隙度模型
    崖城13-1氣田開發(fā)時期較長，對于孔隙度模型的研究一直未停止。A1、A2、A8井在儲層段采用低侵取心技術(shù)進行全井段取心，收獲率高，巖心具有代表性。因此，以生產(chǎn)井巖心、三孔隙度測井曲線為基礎(chǔ)，分流動單元建立孔隙度計算模型。
    該氣田陵三段巖心孔隙度隨巖石顆粒密度變化明顯，這正是儲層微觀非均質(zhì)性的表現(xiàn)。因此常規(guī)簡單孔隙度計算模型，如密度孔隙度采用砂巖密度2.65g/cm3這一固定值計算誤差勢必較大，為此孔隙度評價需要建立在對于不同流動單元儲層特性的基礎(chǔ)之上，進行類別劃分，才能確定準確的孔隙度評價模型。通過研究，將陵三段6個流動單元大致分為2類，選取與巖心孔隙度關(guān)系較好的密度、聲波時差曲線作為建模曲線，最終確定基于流動單元的孔隙度評價模型為：
 
    將以上模型求解的測井孔隙度和常規(guī)方法求解的孔隙度與巖心孔隙度進行對比檢驗(圖1)，可以看到，模型求解的孔隙度比常規(guī)測井解釋方法求解的孔隙度更接近巖心孔隙度實際值。

2.2 含水飽和度模型
    含水飽和度是儲量計算中的重要參數(shù)，同時也是誤差較大的參數(shù)[4]。在崖城13-1氣田儲量研究中，為了準確確定該參數(shù)，雖然付出了大量努力，但仍然存在一些不確定因數(shù)，現(xiàn)對以前一些有影響的成果進行回顧和評價，分析主要問題，提出最佳模型。主要有以下幾種公式。
    1) 根據(jù)測井原理，利用孔隙度和電阻率曲線確定含水飽和度(西門杜公式)，其公式為：
 
    2) 利用測井計算的孔隙度，根據(jù)低侵巖心分析的含水飽和度和孔隙度線性回歸公式計算，其公式為：
 
    3) 利用測井計算的孔隙度，根據(jù)低侵巖心分析的含水飽和度和孔隙度對數(shù)回歸公式計算，其公式為：
 
    4) 利用測井計算的孔隙度，根據(jù)低侵巖心分析的含水飽和度和孔隙度二項式回歸公式計算，其公式為：
 
    5) 利用測井所得的孔隙度和電阻率，根據(jù)低侵巖心分析的含水飽和度和孔隙度、電阻率三維回歸公式計算，其公式為：
 
    6) 利用測井所得的孔隙度和氣水界面高度，根據(jù)低侵巖心分析的含水飽和度和孔隙度采用二項式回歸公式計算，氣水過渡帶盡管沒有巖心含水飽和度，但是通過利用巖心毛細管壓力資料建立J函數(shù)飽和度模型后可以獲取過渡帶飽和度數(shù)據(jù)，因此綜合油基鉆井液密閉心飽和度及毛細管壓力飽和度資料建模，可同時兼顧氣藏主體高部位及過渡帶，其模型如下：
 
式中A、B、C、D為不同流動單元系數(shù)；Hgwc為離氣水界面高度。
    氣田采用低侵巖心Dean-Stark技術(shù)提取的巖心原始地層水礦化度比從Y4井水層測試產(chǎn)的水要淡，這使得在測井解釋中使用的礦化度是否正確成為一個重要問題。此外，嚴重的鉆井液侵入(探井)及大量巖心測量的電阻率參數(shù)也存在較大差異。這些不確定因素導(dǎo)致在利用模型1)計算含水飽和度時存在許多爭議性的問題，而且該模型無法直接應(yīng)用到地質(zhì)建模及油藏數(shù)字模擬，因此需要建立一個非電法飽和度模型。氣田A1、A2開發(fā)井全井段油基鉆井液密閉心飽和度資料及一定的毛細管壓力實驗資料為這類模型的研究提供了基礎(chǔ)。但同時又出現(xiàn)了另一個問題，即所有開發(fā)井巖心分析含水飽和度都是束縛水飽和度，因為它們都高于氣水界面，因此在建立非電法模型時需要考慮這些因素。
    其余模型從回歸形式上，大致分為3類：①含水飽和度、孔隙度直接擬合；②含水飽和度、孔隙度、電阻率三維回歸；③含水飽和度、孔隙度、氣水界面高度擬合。第1類模型包括3種，按照回歸方式不同分為線性、對數(shù)、二項式，由于該類含水飽和度方程為孔隙度單因素解析式，因此，該類模型不適用于氣水過渡帶。第2類模型加入了電阻率因子，改善了含水飽和度模型在氣水過渡帶的適用性，但由于勘探井和開發(fā)井在目的層段鉆井液不同，造成勘探井和開發(fā)井電阻率測井不匹配，故該方法也存在應(yīng)用局限性，即只適用于開發(fā)井；同時引入電阻率變量后的模型也不便于地質(zhì)建模及油藏數(shù)字模擬直接使用。第3類的模型6)加入了氣水界面高度，并利用巖心毛細管壓力曲線J(Sw)方法獲取過渡帶飽和度，圖2是氣田不同流動單元巖心離心機毛細管壓力與含水飽和度關(guān)系圖，從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，從頂部D單元到底部A單元巖心束縛水飽和度逐漸增大，因此，引入毛細管壓力理論可以改善含水飽和度模型在氣水過渡帶的適用性。
 

    圖3是這3種模型計算的含水飽和度與巖心含水飽和度的對比圖。從圖3中可看出，3種模型在氣藏頂部都能較好地擬合巖心含水飽和度，而越靠近氣藏底部，不同模型飽和度差異越大。模型6)建模時由于同時利用了巖心含水飽和度和巖心毛細管壓力J函數(shù)飽和度，可同時兼顧氣藏主體高部位及過渡帶，所以模型6)是最優(yōu)模型。

    常規(guī)電法測井計算的全氣田的含水飽和度約為36%，而按照流動單元建立的模型6)計算含水飽和度約為29%，地質(zhì)儲量差異約80×108m3。
2.3 滲透率模型
   為了了解氣藏動態(tài)，必須精確地確定滲透率?？诐B關(guān)系模型之所以應(yīng)用最廣，一個重要原因就在于儲量網(wǎng)格計算的方便，通過井一震關(guān)系建立孔隙度體，進而依據(jù)孔滲關(guān)系計算滲透率體是最簡單有效的途徑。盡管測井界在計算滲透率時還有許多不同的更優(yōu)的模型(如在孔隙度基礎(chǔ)上引入泥質(zhì)含量、粒度等信息計算滲透率)，但這些信息在地震體上難以獲得。
   筆者探索了幾種辦法，以減少孔滲關(guān)系圖上點子的分散性。首先，也是最明顯的，就是看巖相對點子的分散性造成了多大的影響，于是，按照巖心地質(zhì)描述得到的巖相作了孔滲關(guān)系圖，發(fā)現(xiàn)每一類數(shù)據(jù)點的分布與其他都不相同，但又有許多重疊部分。因此，即使我們可以從測井曲線中得到巖相的信息，這種方法依然不能精確地用孔隙度來確定滲透率值。
    最后通過考察不同的流動單元是否有不同的孔滲關(guān)系，做了按流動單元的孔滲關(guān)系圖(圖4)，盡管圖4中還有許多分散點，但大部分點子還是互相區(qū)分開了的。其中有些流動單元只存在壓力差異而與測井評價相關(guān)的巖石物理學(xué)信息基本一致，因此在滲透率模型建立時就應(yīng)對部分流動單元進行合并以取得更好的效果。

3 儲層物性分布與沉積環(huán)境
    總結(jié)各流動單元有效孔隙度和滲透率的分布情況，整體而言，儲層孔滲值自下而上有所增高，A單元孔滲值最低，D單元孔滲值最高；南北區(qū)對比來看，A-C2等5個單元南區(qū)各井孔滲值要高于北區(qū)，而D單元南北區(qū)孔滲值相當(dāng)；結(jié)合微相分布情況來看，河口壩沉積的孔滲性最好，河道沉積較好。
    結(jié)合自下而上沉積相的演變，陵三段從A-D單元，是一個海進過程，后期有小規(guī)模海退，三角洲由平原占主體演變?yōu)橐詢?nèi)外三角洲前緣為主，A單元各井主要以分流河道及水下分流河道沉積為主，逐漸演變?yōu)镈單元井區(qū)整體以河口壩沉積為主；分區(qū)來看，南區(qū)各井多位于河口壩沉積體，北區(qū)各井河道沉積與河口壩沉積兼有。而河口壩沉積的物性最佳，孔滲值高于河道沉積，因而造成A單元孔滲值較其他單元低，D單元孔滲值最高以及南區(qū)孔滲值大于北區(qū)的分布特征。這種分布情況充分說明了沉積相帶對儲層物性特征的控制作用，也進一步證明了以上測井儲層物性建模結(jié)果的可靠性。
4 結(jié)束語
    基于流動單元的精細測井解釋建模技術(shù)的意義在于它兼顧了儲層巖石物理相特征及油(氣)藏流體特性，因而能確保儲層參數(shù)模型及儲量計算單元“點”“面”“體”之間的一致性；從方法流程上避免出現(xiàn)動、靜態(tài)儲量的較大差異，降低了大型油氣田儲量計算的不確定性給油氣田開發(fā)帶來的風(fēng)險。本文介紹的方法實現(xiàn)簡單易行、思路清晰，避免復(fù)雜的(可能井點精度略高，但模型認識無法傳導(dǎo)給地質(zhì)人員)井點模型，建立兼顧儲量計算全局的最優(yōu)模型。該方法在崖城13-1氣田的成功應(yīng)用對類似大型油氣田測井儲層參數(shù)的研究具有借鑒意義。
參考文獻
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(本文作者：曾少軍 何勝林 王利娟 王麗 中海石油(中國)有限公司湛江分公司)