新場構造上沙溪廟組儲層下限分析范文

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《成都理工大學學報》2016年第3期

摘要：

川西拗陷新場構造中侏羅統上沙溪廟組為致密砂巖儲層，儲層物性非均質性強。為提高儲層評價精度，選擇與油氣實際產能關系最為密切的滲透率為主要研究對象，并根據儲層微觀孔隙結構非均質性特點，對不同孔隙結構的3類儲層分別進行評價。綜合運用最小含氣喉道半徑法、經驗統計法、產能系數法和氣藏工程法等方法研究滲透率下限特征，確定出儲集滲透率和有效滲透率下限分別為0．07×10－3μm2和0．1×10－3μm2。依據3類儲層各自的孔滲關系，進一步確定各類儲層的儲集孔隙度下限：Ⅱ類為9．4％、Ⅲ類為14．6％；有效孔隙度下限：Ⅰ類為4．6％、Ⅱ類為10．3％、Ⅲ為16．0％。

關鍵詞：

川西拗陷；新場構造；上沙溪廟組；致密砂巖儲層；儲層下限；滲透率

儲層下限的確定是油氣藏評價中的一項重要工作，不僅影響儲量計算的結果，而且直接關系到天然氣勘探、開發決策的重要問題［1］。儲層下限的研究可以用儲集和滲濾流體的最小孔隙度和滲透率來度量［2，3］，而前人的研究中主要用孔隙度下限來評價儲層［4－6］。因為孔隙度代表著儲層的儲氣能力，同時在常規儲層評價中，儲層孔滲相關性好，由孔隙度確定的滲透率和實際滲透率相差不大，因此孔隙度也能間接反映儲層的產出能力。一般由孔隙度即可界定儲層和非儲層［6－8］。而在孔滲相關性差的致密儲層中，若以孔隙度來確定有效儲層下限，由于同樣孔隙度的砂巖孔隙結構不同［9］，滲透率的變化范圍較大，由孔隙度確定的滲透率與實際生產狀況相差較大，會導致大量的儲層因對應的滲透率低而無法達到產出工業氣流的能力，而部分孔隙度低但滲透率高的儲層被視為非儲層而被丟棄，所以得出的孔隙度下限不能客觀反映儲層的產氣能力。對于孔滲相關性差的致密儲層而言，孔隙度大小與氣井的產出能力關系遠不如滲透率和氣井的產出能力關系好，因此不能以反映儲集能力的孔隙度作為儲層評價的關鍵指標，滲透率是控制致密儲層質量和油氣井產能的決定性因素，合理的儲層評價應該以滲透率為基礎［10］。長期以來，新場氣田上沙溪廟組（J2狊）氣藏儲量計算中運用較多的是儲層的孔隙度下限。但大量勘探開發實踐表明，由于J2狊儲層孔滲相關性差，若繼續沿用常規儲層的以孔隙度為基礎的下限確定方法，會導致以孔隙度為基本評價參數評價較高的儲層，其產出能力較差，評價結果對生產起不到應有的指導作用，甚至制約了該氣藏的開發整體部署。為提高研究區沙溪廟組儲層產氣能力的評價水平，應該以最能反映儲層產氣能力的滲透率為最基本和最重要的評價參數［11，12］。因此本文關于儲層下限的研究主要針對滲透率，評價中利用的其他參數也優選與滲透率相關性好的有關參數［13］，目的是使建立起的儲層下限更能反映儲層的實際產出能力。

1地質概況

新場構造位于四川盆地西部川西拗陷中段，為NEE走向的一個鼻狀構造［14］（圖1）。新場構造侏羅系發育的地層自下而上為下統白田壩組（J1犫），中統千佛崖組（J2狇）、下沙溪廟組（J2狓）、上沙溪廟組（J2狊），上統遂寧組（J3狊）和蓬萊鎮組（J3狆）。上沙溪廟組埋深2～2．5km，地層厚度為481～508．5m，為典型的致密砂巖儲層。在開發上，上沙溪廟組從上到下發育J犛1、J犛2、J犛3氣藏。其中位居中部的J犛2氣藏為新場氣田儲產量最大的主力氣藏。該氣藏從上到下發育4套儲層，分別將其命名為J犛21、J犛22、J犛23、J犛24，本文研究的重點即為J犛2氣藏儲層。新場J犛2儲層砂體的沉積以三角洲相為主，其中在新場背斜主體部位以三角洲前緣砂壩為主，在構造北部地區以三角洲平原分流河道砂壩為主，南部邊緣則以三角洲前緣河口砂壩的壩緣為主，局部發育遠砂壩［15］；儲層巖石類型主要為細粒、中粒長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖；巖石接觸關系以接觸式、接觸孔隙式為主；分選性中等－較好；磨圓度多為次棱角狀、棱角狀［16］；儲層所經歷的主要成巖作用包括機械壓實作用，自生黏土礦物、自生石英、自生碳酸鹽礦物和溶蝕作用。

2儲層類型及其相互關系

通過對J犛2各砂層的近100個樣品進行顯微觀察統計，獲得儲層平均面孔率為9．2％。其中剩余粒間孔為3．7％，對總面孔率的貢獻為40％；溶蝕孔隙為5．5％，占總面孔率的60％。溶蝕孔隙包括粒間溶孔和粒內溶孔2類，但以粒內溶孔為主，其在次生孔隙中占56．9％。儲層中的喉道屬于微喉道。構造裂縫不太發育，但發育的沉積層理縫對儲層滲流能力有明顯改善。正是由于其中發育了較多的溶蝕孔隙，特別是粒內溶孔，以及發育的層理縫等，導致儲層孔隙結構較為復雜，非均質性較強，孔滲關系相對較差。根據300個物性數據統計結果可知：上沙溪廟組儲層孔隙度（狇）為2．81％～15．71％，平均為10．12％，其中狇＞8％的樣品占79．6％；滲透率（k）為（0．01～0．47）×10－3μm2，平均為0．14×10－3μm2，其中k＞0．10×10－3μm2的樣品占總樣品的52．5％。根據上沙溪廟組儲層的孔滲關系圖（圖2）可知，儲層孔滲相關系數僅為0．664。如果以儲量計算所確定的孔隙度8％為下限［17］，滲透率的變化范圍為（0．015～0．180）×10－3μm2。因此有部分孔隙度＞8％的儲層實際上不具備產出能力，為非儲層；而有的孔隙度＜8％的非儲層實際上屬于有效儲層，其原因就是由于儲層孔隙結構非均質性導致其具備不同的孔滲關系。前人根據新場構造上沙溪廟組儲層基本特征將儲層劃分為3種不同的類型［12］，這3類儲層的孔隙組成、自生礦物類型與孔滲相關關系等具有下列典型特征。

Ⅰ類：儲層滲透率隨孔隙度的增加顯著增大，在相同的孔隙度中，該類儲層的滲透率是最高的。其特征為：發育微裂縫，剩余原生孔和次生溶蝕孔較發育，孔內充填物少。

Ⅱ類：為本區上沙溪廟組主要儲層，在相同的孔隙度中，儲層滲透率比Ⅰ類要小，但比Ⅲ類要大。其特征一般表現為孔隙中充填較多片狀自生綠泥石，孔隙內充填綠泥石的含量與砂巖中火山巖屑以及云母、綠泥石碎片含量有關。

Ⅲ類：儲層滲透率隨孔隙度的變化較小，是相同的孔隙度區間中滲透率最小的。其特征為：砂巖泥質雜基的質量分數（狑）＞10％或方解石的質量分數＞15％，或雜基和方解石充填物的質量分數之和＞15％。為進一步提高儲層的滲透率預測精度，研究中針對不同類型儲層，即上述的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層，分別進行孔滲關系分析，建立各自滲透率數學預測模型———即孔滲定量關系（圖3）。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層的孔滲相關系數如下：Ⅰ類：狔＝0．047e0．159狓狉＝0．860（1）Ⅱ類：狔＝0．006e0．262狓狉＝0．873（2）Ⅲ類：狔＝0．004e0．196狓狉＝0．828（3）根據以上建立的孔滲關系式可見，對比未分類前的孔滲相關關系，分類后的孔滲相關系數明顯提高，由總的0．664提高到0．860（Ⅰ類）、0．873（Ⅱ類）、0．828（Ⅲ類）。說明若能采用以上所建立的多種孔滲相關方程來預測滲透率將會有效提高儲層的評價精度。

3儲層下限確定方法

3．1儲集下限

新場上沙溪廟組氣藏具有儲層致密、非均質性強、孔滲相關性差等特點，最能反映儲層產氣能力的是喉道下限，也就是滲透率下限。新場上沙溪廟組儲層鉆井取心多且較為系統，因此本文采用喉道下限確定法、經驗統計法確定儲層的儲集下限。

3．1．1最小含氣喉道半徑法

最小含氣喉道半徑是指既能儲集油氣，又能使油氣滲流的最小孔隙通道的半徑。在巖石表面總會有水膜，只有當喉道半徑大于水膜厚度時（即在喉道中氣、水兩相共存時），氣體才能通過喉道進行流通。孔喉均值是巖樣平均孔喉大小的表征，根據壓汞資料可以建立孔喉半徑與常規物性滲透率的關系，取最小含氣喉道半徑對應的儲層孔喉均值，通過孔喉均值與滲透率關系即可確定滲透率。根據壓汞分析結果，求取到J犛2氣層的最小含氣喉道半徑為0．075μm，對應的孔喉半徑均值為13．5μm。從均值與滲透率的關系圖（圖4）上求得滲透率為0．07×10－3μm2。因此由最小含氣喉道半徑法確定的滲透率下限為0．07×10－3μm2。

3．1．2經驗統計法

經驗統計法是通過分析巖心物性資料，當低孔滲段儲層累計所丟失的儲滲能力占總累計儲滲能力的5％時所對應的滲透率值，可以確定為該套儲層的滲透率下限［2－4］。由此對新場上沙溪廟組儲層進行丟失能力分析，在累計儲滲能力5％時所對應的滲透率值為0．07×10－3μm2（圖5），即滲透率下限為0．07×10－3μm2。綜合以上方法所求取的儲層滲透率下限值為0．07×10－3μm2。通過上述建立的不同類型儲層間的孔滲相關關系，可確定本區各類儲層的儲集孔隙度下限，其中由于Ⅰ類儲層發育微裂縫，一般在孔隙度很不發育的狀況下，滲透率仍達到了儲集下限。因此在確定孔隙度下限時，主要是確定Ⅱ、Ⅲ類儲層的孔隙度儲集下限。將滲透率下限值0．07×10－3μm2分別代入Ⅱ、Ⅲ類儲層孔滲相關關系公式（2）和（3），得出Ⅱ類儲層的孔隙度下限為9．4％，Ⅲ類儲層的孔隙度下限為14．6％。由此可見，儲層類型不同，在儲集滲透率下限相同的情況下，孔隙度儲集下限相差很大。其中許多孔隙度較大的Ⅲ類儲層實際上不具備滲流能力，為非儲層。

3．2有效下限確定

3．2．1產能系數法

產能系數法能反映儲層基質孔隙的滲濾能力。產能系數（k犱）是指將儲層在縱向上分成很多小層，每小層要有孔隙度值及滲透率值（k），各小層的厚度（犱）與k的乘積為產能系數。用產能系數法確定儲層下限的基本原理是：在全部儲層的總產能系數（∑k犱）中，取5％作為下限，即大于下限值的儲層對該井產能的貢獻達95％。該方法的優勢在于它避開儲集層中存在多條裂縫和洞穴而無法用公式計算產量和確定有效下限的難題［18］，并且在發育裂縫條件下，可以求得不能產出工業氣流的極窄喉道的儲層的有效滲透率下限值。由于有效下限是以具有工業生產能力為前提，因此應該選擇穩定的、適合計算儲層下限滲透率的井段。研究中選擇試采半年到一年能穩產的工業氣井進行分析。方法：選取典型鉆井和儲層段，根據Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層的孔滲回歸方程，將所選鉆井中產層的全部測井解釋孔隙度通過各單層計算方程，求取相應的滲透率值；通過累計各類儲層產能系數求和，求得總產能系數（∑k犱），以∑k犱×5％為有效下限k犱的值，即可求得主要產層的有效下限滲透率。研究中選擇X808、807、CX168、CX164、CX166、L104等多口單層測試、試采井進行產能系數法計算，得出上沙溪廟組有效儲層滲透率下限為0．1×10－3μm2。

3．2．2氣藏工程法

該方法主要選取已經獲得產能并投產的單層測試鉆井進行分析，有效下限是運用平面徑向流氣井產量公式求取。計算公式如下kc＝犙c×μ×狆a×犣×犜f×ln（狉e／狉w）π×犺×犜a×（狆e2－狆w2）式中：kc為氣層平均滲透率；犙c為工業氣流下限，取0．5×104m3／d；μ為天然氣黏度，取＝0．01931cp；狆a為標準狀況下大氣壓力，取0．1MPa；犣為平均天然氣壓縮因子，取1；犜f為氣層溫度，取340．65K；狉e為邊界半徑，取100m；狉w為氣井半徑，取0．1m；犺為儲層厚度，取15m；犜a為標準狀況下天然氣溫度，取293．15K；狆e為邊界壓力，取21MPa；狆w為井底流壓，取9MPa。公式中的工業氣流下限為根據氣藏埋深所對應的工業氣井國家標準［19］，其他參數根據氣井的測試和試井資料獲得。將以上數據帶入平面徑向流公式可推算出工業氣層的地層滲透率下限為0．00064×10－3μm2。由于實際工作中滲透率值為地表條件下的巖心實測滲透率（即地面基質滲透率，k靜），需將地層條件下的儲層基質滲透率（kc）換算為地面基質滲透率。換算方法如下：由于致密儲層滲透率對含水飽和度和應力的敏感性，首先分析含水飽和度和凈應力對滲透率的影響，然后將kc換算為k靜。具體步驟如下。

a．凈應力校正系數

根據上覆地層壓力和氣層壓力特征計算出上覆地層凈應力，根據地層壓力、儲層覆壓滲透率測定結果計算出滲透率隨凈應力變化的下降率。根據上沙溪廟組儲層滲透率隨圍壓變化特征可知，在同樣壓力變化區間內，滲透率低的儲層下降比率大，整個儲層滲透率下降率為17，為此在本次計算中取17為凈應力校正系數。

b．含水飽和度校正系

數眾所周知，儲層中的含水飽和度不同，氣體的滲流能力也就不同。由于不同儲層中的含水飽和度的變化，而地下儲層中的氣體滲透率是克服了水的阻力運移出來的，因此在計算儲層中氣體的滲透率，特別是致密儲層中氣體的滲透率時，必須對其進行飽和度校正；即根據氣水相滲透率分析結果和儲層中的含水飽和度值，確定出飽和度的校正值。根據被研究儲層的平均含水飽和度，也就是儲量計算中的含水飽和度平均值，結合儲層的相對滲透率特征，獲得飽和度校正系數。本次研究儲層的平均含水飽和度為52％，對應的天然氣的相對滲透率為0．1234，該值即為滲透率的飽和度校正系數。

c．k靜的求取

將kc（0．00064×10－3μm2）進行含水飽和度校正（校正系數0．1234）和凈應力校正（校正系數17）后，即可獲得與kc相對應的地面基質滲透率（k靜）為0．09×10－3μm2。綜合上述研究結果，將J2狊氣藏有效儲層滲透率下限確定為0．1×10－3μm2。由于不同類型儲層各自不同的孔隙結構，根據有效儲層滲透率下限為0．1×10－3μm2和孔滲的定量關系，可確定3類儲層具有不同的孔隙度下限，其中Ⅰ類：4．6％；Ⅱ類：10．3％；Ⅲ類：16．0％。因此，在上沙溪廟組儲層中，只有基質滲透率＞0．1×10－3μm2，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層孔隙度分別＞4．6％、10．3％、16．0％的儲層，在目前技術條件下才能產出工業氣流。

4結論

a．新場J犛2儲層孔隙結構非均質性強，導致孔滲間具有明顯不同的3種相關關系，在相同滲透率下，Ⅰ類儲層的孔隙度最高，Ⅲ類儲層的孔隙度最低，Ⅱ類儲層的孔隙度介于其間。復雜孔隙結構儲層不能采用同樣的儲層評價下限，不同孔隙結構儲層具有不同的下限。

b．最小含氣喉道半徑法和經驗統計法確定出新場J犛2儲層的儲集滲透率下限為0．07×10－3μm2，產能系數法和氣藏工程法確定出新場J犛2儲層的有效滲透率下限為0．1×10－3μm2。

c．不同類型儲層具有各自不同的有效孔隙度下限。在現有經濟技術工藝條件下，新場J犛2儲層中只有滲透率＞0．1×10－3μm2，孔隙度分別為＞4．6％的Ⅰ類、＞10．3％的Ⅱ類和＞16．0％的Ⅲ類儲層才能產出工業氣流。滲透率介于（0．07～0．1）×10－3μm2之間的儲層具備儲集能力，但不具備經濟開采價值。

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作者:宋修章 呂正祥 章順利 史玲玲 楊相 任東超 單位:油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室（成都理工大學） 中國石油塔里木油田分公司勘探開發研究院