裂缝性储层饱和度计算方法综述.doc

裂缝性储层饱和度计算方法综述2009年8月总第172期国外测井技术WORLDWELLLOGGINGTECHN0L0GYAug.2009T0tal172裂缝性储层饱和度计算方法综述胡松1喻璐2(1长江大学地球物理与石油资源学院湖北荆州4340232江汉油田勘探开发研究院规划所湖北潜江433124)摘要:裂缝性储层具有比常规均质孔隙性储层更为复杂的孔隙空间结构和极强的各向异性,故裂缝性储层测井解释评价的难度也远大于均质孔隙性储层,尤其对于饱和度的计算.由于饱和度关系到油田开采的决策,如何有效的评价该类储层的饱和度也一直是测井学家们关注的问题.目前裂缝性储层的饱扣度评价主要是根据双孔隙介质模型来计算的.本文比较系统的介绍了在该类型储藏中,评价饱和度的一些方法.关键词:复杂储层;裂缝;饱和度;模型0引言长期以来,人们主要依据从测井资料中得出的含油气饱和度的大小来划分油,水层;因此,计算和分析地层的含油饱和度是准确评价地层情况的有效途径.裂缝性储层具有比常规均质孔隙性储层更为复杂的孑L隙空间结构和极强的各向异性,故裂缝性储层测井解释评价的难度也远大于均质孑L隙性储层.如何有效的计算该类储层的饱和度也一直是测井分析家所研究的重点.在裂缝性储层中定量计算含油气饱和度存在许多困难,其中很重要的一个主要原因是泥浆滤液侵入的问题.通常由于裂缝的存在造成深侵入,为此首先需要了解侵入理论,弄清这类储层的侵入规律.而目前测井仪器都会受到侵入的影响,不同的测井方法不同的测井仪器其探测的深度如表l【l1.从表1可以看到,测井方法的径向探测深度不同受侵入的影响程度也不同.因此弄清侵入机理,才能比较准确的估算油气层的含气饱和度.表1不同测井系列探测深度系列剥井方法深度(cm)自然伽马测井15补偿密度测井10岩l生一密度测井5岩胜孔障度测井补偿中子25中子测井井壁中子18中子寿命3550补偿声波删井13深感应(ILD)170取感应测井中感应(I)80八侧向(LL8)3O40电阻率剥井微球聚焦(SFL30深侧向(LLd)115坝1l叫蛙侧向(LLs)30435CMR2.54核磁共振铡井MRILP8111侵入机理在使用水基泥浆钻井时,泥浆滤液在压力差的作用下将向渗透性和孔隙性地层中侵入,从而在井壁上形成一层泥浆过滤后的沉淀物即泥饼,在渗透层内部出现与原状地层所含流体性质不同的侵入带.泥浆滤液侵入地层,将改变地层物性参数和电性参数,弄清楚泥浆的侵入过程,对评价储层流体情况,求解储层物性参数,尤其是确定储层饱和度尤为第一作者简介:胡松(1985一),男,2008年毕业于长江大学地球物理与石油资源学院,现为地球探测与信息技术专业硕士研究生,研究方向为测井资料解释.总第172期裂缝性储层饱和度计算方法综述重要.侵入过程的研究可参考相关文献【2l.2饱和度计算方法鉴于裂缝性储层的复杂性,国内外许多测井解释,方法研究专家,学者在裂缝性储层测井研究方面作了大量工作,发表了大量论文和论着,为裂缝性储层测井评价建立了大量基础模型,方法,奠定了理论基础.2.1据时间推移的饱和度计算方法时间推移测井就是利用同一井其相同井段的岩性,孔隙度,孔隙结构等因素不变的特点,随时间推移测井来突出储层中流体变化对测井曲线的影响,它是随时间推移对地层进行多次重复测井的一种方法.由于泥浆侵入,井周储层参数发生动态变化,其中含水饱和度的变化随侵入时间的推移近似呈指数规律增加,随侵入深度近似呈指数规律衰减,为此孙建孟等首次构造了指数函数式饱和度侵入剖面,提出了一种利用时间推移电阻率测井求取地层原始含水饱和度的方法.根据各种不同井眼径向探测深度的测井方法分别求出的饱和度构成了某一时间内的饱和度剖面翻.(di)=S+f一)P(1)式中,di为侵入深度.冲洗带含水饱和度:利用浅探测电阻率求出:.一f1(2)LRD,束缚水饱和度:可由相渗透率资料,压汞资料,地区经验公式获得,在无取心资料的情况下也可由纯油层的深探测电阻率获得.,B可以根据研究地层的饱和度剖面理论计算结果,进行数据拟合得到;也可以利用不同探测深度的测井方法求得的饱和度反推获得.该方法克服了泥浆侵入造成的油水解释的困难,对于裂缝性储层是可以尝试应用的.2.2据流体赋存状态的饱和度孔隙空间非常复杂的储层,孔,洞,缝在空问上表现出严重的非均质性【4J,导致同一储层中的油(气),水赋存状态复杂,这样流体的原始状态有4种赋存状态,即:束缚水,自由水,可动烃和不可动烃.其饱和度分别用Swir,Swf,Shf,Shr表示,并满足昀:Swir+Swf+Shf+Shr=1分别考虑上式中每种饱和度的计算就可以了.该方法是将岩石中的水分开来考虑,每种状态的水都作为一独立的系统,这样避免了对影响因素的校正.但该模型只适用于纯岩性的孔洞型地层,即储层中无裂缝和大的洞穴,也不含较多的泥质或其它导电矿物.2-3弹性模量比差比法定量计算流体饱和度裂缝性气层由于测井特征微弱,不易识别,对于该类型的储层解释时产生了困难.通过纵波首波幅度比值法,合成横波时差重叠法,纵横波速度比法,等效弹性模量差比法和三孔隙度重叠法等方法定性识别出气层.然后引入弹性模量差比来计算含气饱和度61,通过实际应用表明这种方法切实可行,可以全面评价裂缝性气层叨.该方法根据Gassman(1951)方程:1-K,a,yT一+了二(3)十一一K.KX.G=Gdry(4)经推导得出:A=&矿.一妒J/(j(,:A-t-5m口u,则:串p一垂十(7)w就是所要提取的反映含气饱和度的参量,称为弹性模量比差比,从而形成用弹性模量确定含气饱和度的方法.由w的定义,可以将这种方法称为弹性模量比差比法.由上式得:s:1+IVp-.庐(8)该方法采用弹性模量和体积模量之比,消除了系统误差,补偿了岩性,孔隙度,空隙空间中的水对弹性模量的影响,突出了含气饱和度的作用,同时也抵偿了岩性变化时对含气饱和度的影响.2.4核磁共振差谱时间域分析法计算含油气饱和度双Tw测井利用特定的回波间隔和长,短两个不同的等待时分别观测两个不同的回波串,由于纵向弛豫时间加权机制的作用,使两个回波串对应的国外测井技术2009年?第4期T2分布存在差异,由此来识别油气水层.双Tw测井利用了水与烃(油,气)的纵向弛豫时间T.相差很大,水的纵向恢复远比烃陕的特点删.哈利伯顿公司的时间域分析TDA方法是谱差分法的有效方式,在DsM方法中,长Tw和短Tw的回波串首先被拟合成T谱分布,然后长短Tw的T谱相减,得到差分谱.相比较而言,TDA方法的差是在时间域进行的,因此TDA方法具有两个关键的优势:1)差是在时间域中两个回波串间作出的,因此这种差的信号很强;2)TDA能校正未极化的烃的影响和含氢指数的影响.何宗宾等根据烃与水在T分布上通常具有的对称与近似对称特性,经过推导,将多种特征成分驰豫简化成只有烃与水两种特征驰豫.在可动流体范围内,利用烃与水的T2差异确定差分谱上烃的信号大小,经Tl校正与含氢指数校正,得到地层的含烃孔隙度与含烃饱和度的关系式19.在应用过程中,必须注意以下几个问题:1)水和轻质油气的T值必须相差很大;2)油与气的T:必须有较大的差别;3)Tw的选择必须使得水分子完全极化.2.5核磁共振移谱扩散分析法计算含油气饱和度移谱分析法也即双TE测井,该方法设置足够长的等待时间测量两个回波串.由于水与气或水与中等粘度的油扩散系数不一样,使得各自在T2分布上的位置发生变化,由此,对油,气,水进行识别【lo/.移谱扩散分析主要利用双TF测井的回波数据.主要用于识别水和中等粘度油,移谱扩散分析的定量描述(DIFAN)采用的是一个经验模型.该种方法使用T2谱对于不同的流体有不同的偏移这一扩散现象提供含水和含烃孔隙度的定量值.DIFAN先计算出自由流体在TE和TE时T2谱的视几何平均分布T扎和,然后确定sW.该方法主要是个经验性质的,需要建立图版来辅助确定,因此在评价裂缝性储层时可作为辅助手段来应用.2.6双重孔隙介质体积模型饱和度lll】将双重孑L隙介质储集层的体积分成两部分:基质和裂缝.对于单位体积的岩石,裂缝所占体积为,基质所占体积为V=l一.其中,基质部分由于基质孔隙度比较小,可以认为没有发生泥浆侵入,而裂缝这部分空间由于渗透l生极好,很容易被泥浆侵入.根据上述岩石模型,基质岩石电阻率R的大小可通过岩石电阻率R裂缝孔隙度计算求得.计算公式如下:一尺尺(卜)(9)(1)基质饱和度:深探测电阻率受侵入影响相对较小,因而可用来进行含油气饱和度计算.应用阿尔奇公式计算裂缝性储层含油气饱和度时,需要修正阿尔奇公式系数来弥补阿尔奇公式的不适应性对计算可靠性造成的影响.一般取m=n,通过Rt一交会图确定孔隙度指数fm1.公式如下:=(10)(2)裂缝含水饱和度:利用双侧向测井资料可以直接确定裂缝孔隙度含水饱和度.假定深侧向电阻率反映原状地层的影响,而浅侧向电阻率测井主要反映侵入带的贡献.那么这两种电阻率响应方程为:I:+:I凡尺wf1九.,I一一一.一根据双孔隙度类型渗透特性,可得到:C7d+(,取Sxof=1.0由此(3)总含水饱和度:根据如下公式便可计算出地层总的含水饱和度Sw:根据地层泥浆侵入特性及对双侧向测井响应的影响,司马立强对不同的储层类型建立物理模型,推导出了相应的饱和度方程,使它们既能反映孔隙,裂缝双重介质饱和度的差异,又可反映裂缝各向异性给电阻率带来的影响.在这里不一一详述.可参考文献【.2.7基于测井响应方程建立的饱和度方程.假设研究区域中目的层的岩石表面不导电,当岩石孔隙中含有油气时,岩石的电阻率就会增大,则含水饱和度公式如下:1C(14)式中,C和C.分别为含油气时和100%含水时岩石的电导率.由缝洞型储层的测井响应可知,在裂缝孑L隙与基质孔隙并联导电的条件下,地层完全饱含水时的电导率为.t.:抖(15)总第172期裂缝性储层饱和度计算方法综述由以上两式可得到:厂一(16)2.8变m值,变n值法求裂缝子L洞饱和度【储层的非均质性使得阿尔奇公式一的指数nl和n不再是均质模型中的固定值,而是随储集空问变化而变化的一组不同的指数,只有这样才能使孔隙度和电阻率匹配从而比较正确计算饱和度.王青等研究发现,裂缝型储集层其m值变化较大,因此采用变m值方法计算Sw.孔洞型储集层其n值变化较大,因此采用变I1值方法计算Sw.该方法是以三重孔隙模型为基础的,即将复杂储层结构简化为三重孔隙(基质孑L隙,孔洞孔隙,裂缝孑L隙)结构体积模型.那么岩石的总孔隙体积就是基质孔隙体积,孑L洞孔隙体积,裂缝孔隙体积和骨架体积4部分组成.2.8.1裂缝性储集层变nl值方法复杂储层三重孔隙电阻率测井解释模型是一个随储层孔隙要素变化而变化的导电模型.当储层存在裂缝时,导电模型为并联导电,其表现形式为双重孔隙介质导电形式,当储层不存在裂缝时,其导电模型为串联导电形式.但是,无论是串联结构导电,或是并联结构导电,它们的导电性都分别服从阿尔奇经验公式的规律,含水岩石的电阻率R与孑L隙水电阻率R成正比,与岩石孔隙度成反比.地层因素F有如下关系:p1F=(17)R=(18)/3儿w妒孔隙指数m的计算可根据孔隙含水裂缝储集层电阻率测井解释模型推导得出.按照这一解释模型,完全含水的纯岩石电阻率R可有:ll1=一RR尺.(19)最后得到:,77l0g+BD)/log(20)式(20)说明了饱和度与空隙结构指数的关系,当地层存在裂缝时,相应的m值也为裂缝层段的孔隙指数131,113值的改变使得计算的含油气饱和度也变化,从而在一定程度上修正了F1于裂缝的存在而引起的含油气饱和度的计算误差.因此,通过这种m值的变化,可将均质地层解释模式转化为非均质地层解释模式,从而实现非均质裂缝I生储集层用阿尔奇饱和度方程的模式计算含水饱和度的过程.2.8.2孔洞型储集层变13.值方法在孔洞型储集层中,溶洞被包络在基质孔隙储集层中,孔隙和溶洞的导电性是串联结构,由于致密孑L隙呈高电阻率响应,溶洞对电阻率影响较小,所以,孑L洞型储集层电阻率呈高值或中高值响应.这个高值响应主要是孔隙结构引起的,与流体性质相关较小,所以,用阿尔奇饱和度公式计算Sw时,常引起低含水饱和度,误判成油气层.孑L隙连通性对岩石电性影响的理论模型模拟计算研究表明,连通性不好的砾岩或存在孤立孑L隙的连通性差的岩石,n值较高;连通性好的岩石或存在微裂缝的岩石,n值较低,同时,孑L喉半径差别愈大,lq值愈高.分选较差的岩石往往具有较大的孔喉半径比,因此其n值较大.胶结不好的疏松岩石,n值小.对孑L洞性储集层而言,特别对致密孔隙包络的孑L洞储层,孔隙连通性差,孔喉半径差别大,而且电阻率呈高值响应.因此,n值高于中,高孔隙储层.为求准孔洞型储层的Sw值,采取变n值的办法,孔洞型储层总孔隙包括基质孔隙和孔洞孔隙,孔洞孔隙反映孑L道半径;基质孔隙度反映喉道半径.所以,用两者之比表征孔喉半径比值.利用总孑L隙度和基质孔隙度计算一个随储层结构变化而变化的n值.阿尔奇关系式中,n值增大,计算的含水饱和度增大.所以孔洞型储层,总孔隙度大,电阻率高,导致阿尔奇公式中的方根减小,计算的含水饱和度降低;而孔喉半径比值增大,使计算含水饱和度增大,两者相向补偿,从而消除了由孔洞孔隙结构导致的高含油饱和度,实现孑L洞型储集层合理计算饱和度的结果.2.9导电效率理论饱和度含油岩石的导电效率是一个本身只与导电水在孔隙中的分布有关,而与含水孑L隙度无关的岩石物理量【.岩石的导电效率定义为:在相同电势差下,岩石耗散的平均功率与跟岩石具有相同长度和含水体积的一根全含水直毛细管(标准毛细管)耗散的功率之比:E=P/I)s(21)E:岩石的导电效率;Pt,Ps:在相同电势差下,岩石产生的平均功率和标准毛细管产生的功率.根据这样的理论,推导出了导电效率和电阻率,孔隙度的关系:E=RJR(22)为含水孔隙度,可用含水饱和度和孔隙度求得:w=Sw(23)国外测井技术2009年?第4期高楚桥等通过实验得到导电效率和含水孑L隙度的关系【5】:大孔隙中:EJ=at丸+bt(24)小孔隙中:EJ=Clt九(25)式中,b为与孔隙结构和湿润性有关的常数.由(22)(23)(24)(25)可得出:二垒垫2(26):/Rtat(27)该方法可用于划分储集层类型和储层等级,以上的推导只是以各向均质介质为前提,对各向异性的储层,则需要将相关变量换成矢量形式.它为复杂储层的饱和度的计算提供了有效的思路.3结论复杂的储层岩性,物性的非均质性以及储集空间复杂多变的分布规律等是裂缝型油气藏的一般特征,油气藏的这些复杂性导致常规的勘探技术和方法在识别裂缝性储层时无能为力,继而给储层评价带来极大的困难.随着全球油气勘探程度的提高,裂缝型油气藏已经成为一个重要的勘探新领域.国内东部及西南部的油田表明,我国的裂缝性油气藏上蕴含着巨大挖潜能力,随着中国海外油气勘探开发市场不断扩大,海外裂缝性油气藏资源也将成为我国新增油气储量的重要来源.因此,开展裂缝预测技术对我国具有非常重大的现实意义.但仅此是远远不够的,准确预测裂缝发育带只是储层评价的前提,如何有效的计算储藏的饱和度才是关键,通过前面的介绍,大多数饱和度的模型只是建立在理论和经验上的,并不能在不同地区作为样板套用.这是由于裂缝性储藏的复杂性造成的,那么在研究该类油藏中,应加强合作,充分的利用各种测井方法,弄清钻井侵入机理,找到有效的方法,建立可靠的计算模型.不断的发展和完善理论,基于新技术基础上研究和推广全新的方法,并在应用中不断发展和改进,达到最大限度求准饱和度的目的.符号说明:m:孔隙结构指数;n:饱和指数;mf:裂缝孔隙结构指数;nf:裂缝饱和指数;nb:基质饱和指数;nab:基质孔隙结构指数;:孔隙度(小数);Sxo:冲洗带含水饱和度;Swir:束缚水饱和度;Swb:基质含水饱和度;Swf:自由水饱和度;Shf:可动烃饱和度;Shr:不可动烃饱和度;Sg:含气饱和度;Rw:自然水电阻率;Rt:岩石电阻率;Rtb:岩石骨架电阻率;K:地层的体积模量(Gpa);G:剪切模量(Gpa);Kma:骨架体积模量(Gpa);Kg:天然气体积模量(Gpa);Kw:水的体积模量(Gpa);Kdry:干燥岩石的体积模量(Gpa);Gdry:干燥岩石的剪切模量(Gpa);Kfl为孔隙流体的体积模量(Gpa).参考文献:1】雍世和,张超漠主编,测井数据处理