低渗透储层产能预测的测井优化建模

1、vol. 33 no. 3 jun. 2011编辑部网址：http：/文章编号：1674 5086（2011）03 0115 06中图分类号：te122.2doi： 10. 3863/j. issn. 1674 5086. 2011. 03. 019文献标识码：a*低渗透储层产能预测的测井优化建模刘晓虹1 ，林畅松1 ，刘 俊2 ，杨 洪3 ，刘春慧41. 中国地质大学（北京）能源学院，北京 海淀 100083； 2. 北京世恒达科技有限公司，北京 海淀 100083；3. 中国石油集团钻井工程技术研究院钻井液研究所，北京 海淀 100083；4. 振华石油控股有限公司，北京 西城 10003

2、1摘 要：从影响低渗透砂岩储层的原因入手，依据岩芯和试油资料，充分考虑岩石粒度、分选性、孔喉半径大小、孔隙结构的复杂程度、碎屑物含量以及岩石的亲水特性等对产能的影响，将简单的砂泥岩储层模型细化为粉砂细砂中 砂泥岩模型，在储层精细解释的基础上，提出产油概率的概念，利用叠加的方法编制相应的软件对单井单层的油产 能指示累计和水产能指示累计进行计算，最终计算出油水产能比及产油概率，建立油水两相流的产能预测模型、解释 模版及解释标准。正确评价储层产能有助于落实油气勘探成果和科学地指导油气田合理开发，从而使测井技术真正 成为地质家和油藏工程师的眼睛。关键词：低渗透；产能预测；测井；优化；模型网络出版地址：

3、http：/刘晓虹，林畅松，刘 俊，等低渗透储层产能预测的测井优化建模j西南石油大学学报：自然科学版，2011，33（3）：115120低渗透储层的产能预测问题一直是困惑测井工作者的一项难题，到目前为止，从测井角度预测储 层一直缺少必要的研究手段，方法较为单一，研究 结果与实际结果差距较大1 6 。本文将密切结合生孔喉半径与渗透率往往呈线性函数关系，在一般情况下，绝对渗透率与孔喉半径呈良好的线性关 系，但低渗透储层往往是渗透率随孔喉半径的减小 而急剧下降，呈非线性关系，即孔隙结构对渗流过 程产生了影响，低渗透储层孔隙度与渗透率之间一 般也不具备正相关线性关系7 10 。产实际，充分应用现有测井

4、、地质、试油、测试成果和实验分析资料以及成熟的解释技术，开展低渗透 储层成因和解释方法以及产能预测的研究工作，优 化低渗透储层产能预测的测井解释模型，进一步推 广测井精细解释新技术。2 影响低渗透储层产能的主要参数1 低渗透储层的孔隙结构和渗流特征产能是各种影响因素的综合反映，影响低渗透储层孔隙结构的宏观参数主要有：孔隙度、渗透率、低渗透储层的孔隙可分为粒间孔、溶蚀孔、微孔、晶间孔和裂隙孔等 5 类，其中，溶蚀孔和微孔隙 是低渗储层中广泛存在的主要孔隙类型。由于微孔 隙是由傲积的泥状杂基收缩和粘土的重结晶作用后 形成的孔隙，个体细小，直径小于 4 m，渗流能力 差，并呈星点状，网络状分布于储层

5、之中，是低渗和 特低渗储层的特征孔隙。束缚水饱和度、孔喉半径等，除此之外，影响低渗透储层储集性能的因素主要有两个方面：一是孔隙结构参数；二是岩石组构参数。在现场实际生产中，受特定的开采区块内开发井网和作业方式的限制，外部环境条件和油气性能等都是相对固定不变的，此时，油气储层的自身性质将对储层的产能高低产生决定性的影响。* 收稿日期：20101104网络出版时间：20110620基金项目：国家“973”项目（2006cb202302）；国家自然科学基金项目（40372056）。作者简介：刘晓虹（1972），女（汉族），四川中江人，高级工程师，博士研究生，主要从事测井技术研究与应用。2.1 孔隙结

6、构参数2.1.1 孔喉半径 孔喉半径（rca）的表达式为 8k a(1)rca = me式中k 绝对渗透率，md； e 有效孔隙度，%； m、a储层岩电参数，无因次。rca 值越大表示储层孔喉越发育，储层具有大的 孔隙和喉道。2.1.2 孔隙结构系数 孔隙结构系数（stru）能很好反映储层孔隙的大小及其曲折程度，其表达式为：图 2 渗透率随比面变化图fig. 2 permeability varies with specific surface2.2 岩石组构参数岩石组分对储层储集性能的影响明显，储层物 性差、沉积物矿物成熟度低是我国陆相低渗透储层 的一大特点，主要表现在碎屑成分中长石和岩屑含

7、 量普遍较高，多为长石砂岩与岩屑砂岩，与海相储 层中富含石英的特征完全不同。砂岩的成分成熟度 低，各组分含量变化大、结构成熟度低是导致砂岩 孔隙结构复杂、渗透率低的主要因素之一。2.2.1 砂岩含量 岩石颗粒粗细是影响储层储集特性的关键参数 之 一，特 别 是 对 于 低 渗 透 储 层 更 应 将 其 岩 石 颗粒粗细进行区分，为此，根据砂岩储层粒级分类标 准 即 细 砂 岩 粒 级 在 0.100.25 mm，粉 砂 岩 粒 级 在0.010.10 mm，利用研究区域内 5 口井 71 个资料点的岩芯粒度分析资料和岩芯刻度后的测井响应计算 得到的粒度中值进行回归（图 3），得到岩石中细砂

8、含量及粉砂含量的计算公式。 8k(2)s tru =e孔隙结构系数越高，孔隙度的越大，曲折程度越小（图 1）。图 1 孔隙度随孔隙结构系数变化图fig. 1 porosity varies with pore configuration coefficient2.1.3 比面比面（sds）是反映储层产出能力的参数，其表达 式为： e(3)s ds = e 2k比面值越大，表示储层孔隙结构越复杂，值越低，其渗流性越好，产出能力越强。由图 2 可见，渗 透率随着比面的增大而减小，当渗透率小于 1 md， 比面的大小对渗透率的变化影响减小。图 3 细砂及粉砂百分含量的计算图版fig. 3 calcu

9、lation plate for percentage composition of fine sandstone and siltstone第 3 期刘晓虹，等：低渗透储层产能预测的测井优化建模117（1）细砂含量xsha = a1 xmd a2（2）粉砂含量fsha = a3 xmd + a4岩石的孔隙度和渗透率与岩石颗粒的分选性关系都非常密切，当分选性较差时，较粗颗粒之间的 粒间孔隙往往被较小的颗粒所充填，这样就会使岩 石的孔隙变小、孔喉变细，岩石的孔隙度和渗透率 也就相应的降低，一旦岩石的分选性变好，其孔渗 也相应变好，尤其是渗透率的增大明显。因此，将 分选系数也作为评价低渗透储层产能

10、的关键参数之 一，利用研究区域内关键井的粒度分析资料与其相 关的测井响应值建立了分选系数的多元回归公式：(4)(5)式中，xmd 粒度中值，无因次；a1 ，a2 ，a3 ，a4 地区经验参数，无因次。2.2.2 伊蒙混层粘土含量 沉积成熟度低，成岩成熟度高是低渗透砂岩的共性，由于储集成熟度低，使其矿物组成和粒度组 成十分混杂，泥质含量高；成岩成熟度高，又使其胶 结紧密，次生矿物剧增，从而使得砂岩的孔喉变小， 非均质程度增高，水敏、酸敏及速敏现象严重。低渗透储层中常见的自生矿物有蒙脱石、伊/蒙混 层、高 岭 石、绿 泥 石、伊 利 石、方 解 石 等。 这 些 自 生 矿 物 与 外 来 液 体

11、（如 钻 井 液、完 井 液、注 入 水 等）发生反应，即可造成油层损害。蒙脱石和含蒙 脱 石 较 高 的 伊/蒙 混 层 粘 土 遇 淡 水 发 生 膨 胀，尤 其 是钠蒙脱石与水结合可增大 610 倍，从而堵塞孔 隙和喉道。蒙脱石含量越高，对油层造成的损害越 严重，造成储层渗透率的快速下降，使原有的孔隙 结构发生改变，从而造成储层产能下降。因此，利 用研究区块内 20 个资料点的 x 衍射资料中所提供 的伊蒙混层粘土含量和与之有关的测井响应参数 进行多元回归建立了伊蒙混层粘土含量的计算公 式，利用产能预测成果图直观地显示出储层中伊蒙 混层粘土含量，为低渗透储层的产能预测提供定性 的解释参数

12、11 14 。(7)s let = a1 xmd + a2 ac a3 cnl + a43 优化低渗透储层产能预测解释模型3.1 低渗储层孔隙结构和岩性剖面精细解释模型首先以粒级分类按岩性粗细反演了粉砂含量和 细砂含量，利用 x 衍射资料反演了粘土中伊蒙混层 的含量，将简单的砂泥岩储层模型细化为粉砂细 砂中砂伊蒙混层泥岩模型；其次，以储层精细评价为基础，利用上面定义的孔隙结构分析参数：孔喉半径、比面、孔隙结构系数、分选系数等参数确定新的孔隙度、渗透率和饱和度计算模型15 18 。3.2 油水两相测井产能评价模型3.2.1 测井产能评价指数 当原油粘度和原油的体积系数一定并且供油半径稳定后，地层

13、产油能力的大小主要取决于地层的 油相有效渗透率。同时，油层可动油孔隙度反映了 储油空间的大小及流动体积，油层的电阻率反映了 储层的含油性，二者与油层产能有一定的关系。因 此，从测井的角度出发，引入一个测井产能评价指 数用于定性地评价低渗透储层的产能，从而实现对 油水两相流体产能的定性分析。对于油层定义为ios = a1 ac + a2 cnl a3 den +a4 igr + a5 xmd + a6(6)式中，ios伊蒙混层粘土含量，%；ac声波时差，s/m；cnl 补偿中子，%；den补偿密度，g/cm3 ； igr自 然 伽 马 相 对 值，无 因 次；xmd 粒 度 中 值， 无 因 次

14、；a1 ，a2 ，a3 ，a4 ，a5 ，a6 地 区 经 验 参 数，无 因次。2.2.3 分选系数分选系数是用来表示碎屑沉积物颗粒大小均匀 性的参数，根据特拉斯克的主张，分选系数定义为 累计曲线上累计百分含量 25% 和 75% 相对应粒径 的比值，一般均大于 1，越接近于 1，表示累计曲线 越陡，说明碎屑颗粒分选程度越好；反之，则分选程 度越差。k ro t(8)lpeo = ce o to对于水层则定义为kw rt(9)lpew = ce w tw式中，ko 油相有效渗透率，md；kw 水相有效渗透率，md；rt 地层的深电阻率，m；e 地层有 效孔隙度，%；o 油的黏度，mpas；w

15、 水的黏 度，mpas；cto 原油的压缩系数，mpa-1 ；ctw 水 的压缩系数，mpa-1 。3.2.2 累计产能评价指数储层非均质性是低渗透油藏的重要特点，主要 表现为储层岩性、物性和含油性的非均质性，在单 层内往往存在着厚度较小的不连续夹层，该类不连 续夹层的类型一般按岩性划分，主要指泥质、细粉 砂质岩类。此外石油运移过程中产生的沥青或重质油充 填条带和成岩过程中产生的各种层内薄夹层也是 导致储层非均质性的主要因素之一，如各种胶结条 带（硅质、钙质、高岭土胶结等），因此在对低渗透储 层产能的评价过程中，综合考虑单层产能有效厚度 的因素，提出采用累计产能评价指数的方法来评价 单层产能。

16、5 应用效果利用上述低渗透储层产能预测解释模型对研究区块内十口重点探井进行了全井段的精细处理，见 到了明显效果。5.1 实例一a 井 11 号 层（图 4），测 井 曲 线 反 映 深 感 应 电 阻 率 为 13 m，声 波 时 差 为 284 s/m，体 积 密 度2.28 g/m3 ，补 偿 中 子 为 21.7%，自 然 伽 马 上 部 为5060 api，下 部 为 5056 api，利 用 产 能 预 测 解 释模型处理得到的伊蒙混层粘土含量为 4.86%，粉 砂含量为 57.17%，细砂含量 8.75%，有效孔隙度为19.8%，渗透率 5.24 md，与岩芯分析资料分析比对后表明

17、其具有良好的一致性，孔喉半径为 0.63 m，depbopto = peo()depa l10孔隙结构系数为 1.67，孔隙比面为 14，分选系数为1.63，该层厚度大，岩性均匀，主要以粉砂为主，孔 隙结构、分选性均良好，虽然平均的测井产能评价 指 数 并 不 高，但 由 于 其 厚 度 较 大 处 理 得 到 单 层 油 产能指示累计较高为 12.76，单层水产能指示累计 为 1.27，含油饱和度 45.2%，计算得到的产油概率为depboptw = pew()11depa l式中，opto 单层油产能指示累计，无因次； optw 单层水产能指示累计，无因次； depa 单层起始深度，m；d

18、epb 单层结束深度，m。3.2.3 产油概率 综 合 影 响 低 渗 透 储 层 产 能 的 上 述 因 素，对于 一 个 储 层 的 原 油 产 出 能 力 给 定 一 个 产 油 概 率来 描 述，它 的 定 义 为 单 层 产 油 几 率 占 所 有 产 液 几率的百分比。90.95%，应用 wz 构造带产能预测解释图版分析，该层的点子落于油层区，分析认为该层应该具有一定的自然产能，综合各项产能预测参数及低渗透储 层产能预测解释图版解释为油层。试油结果：日产333油 4.09 m ，气 61.6 m ，水 0.29 m （乳化水），试油结论为油层。5.2 实例二b 井 23-25 号层

19、（图 5），测井曲线反映深感应电阻率为 7.88.9 m，声波时差为 285295 s/m，4 建立低渗透储层产能预测解释图版和解释标准体 积 密 度 2.162.26 g/m3 ，补 偿 中 子 为 21%23%，利用产能预测解释模型处理得到的有效孔隙度为18.7%20.8%，含 油 饱 和 度 28.2%30.6%，渗 透 率9.619.2 md，孔喉半径为 0.750.98 m，孔隙结构 系数为 2.022.71，孔隙比面为 15.318.5，分选系数 为 1.51，伊蒙混层粘土含量为 5.07%，粉砂含量为32.09%，细砂含量 37.68%，单层油产能指示累计为2.33.9，单层水产

20、能指示累计为 0.280.89，计算得 到的产油概率为 62.6%65.3%，试油结果，压前日 产油：2.61 m3 ；压后日产油：4.69 m3 。试油结论为低 产油层。从实测测井资料来看，经过岩芯数据标定的测井处理成果基本上反映了储层孔隙结构、孔隙度及利 用 测 井 产 能 评 价 软 件（lpei）研 究 区 块 内 几十口井进行了产能评价精细处理。制作了单层油产 能指示累计、油水比和产油概率分别与表征低渗透 储层岩性的参数（粉砂含量、细砂含量、伊蒙混层粘 土含量、泥质含量）、表征低渗透储层孔隙结构的参 数（粒度中值、孔喉半径、孔隙结构系数、比面）、表 征低渗透储层物性及含油性的参数（孔

21、隙度、渗透 率、含油饱和度、束缚水饱和度）等的解释图版，最 终根据试油结果建立了 wz 构造带油层产能预测解 释图版和解释标准。第 3 期刘晓虹，等：低渗透储层产能预测的测井优化建模119示 2325 号层这一井段蒙脱石的含量占到了 48%，渗透性。通过将 b 井与区域内获得工业油流井进行对比，分别作这 5 口井关于声波时差、补偿密度、孔 喉半径、孔隙结构系数、比面、伊蒙混层粘土含量、 粉砂含量、细砂含量等储层参数的直方图，分析认 为 b 井在孔隙结构发育程度及孔喉半径的大小方面 都要好于 a 井，就渗透率而言，岩芯分析的水平渗 透率 1.4561.20 md，在本次研究区域内也属于渗 透性较

22、好的储层，值得一提的是 b 井计算得到的伊 蒙混层粘土含量远远超过其他井，x 衍射资料也显由于使用的是淡水泥浆，蒙脱石和伊蒙混层粘土的吸水性和膨润特性，使储层发生了水敏反映，对储 层造成严重的损害，从而堵塞孔隙和喉道，造成储层渗透率的快速下降，使原有的孔隙结构发生改变，从而造成储层产能下降。因而利用测井资料估算储层的伊蒙混层粘土含量是非常有意义的，泥浆工程 师可以根据情况在邻井施工时，选用不同的泥浆添 加剂，而将泥浆对储层的污染降到最低。图 4 a 井 11 号层产能预测成果图fig. 4 results of production forecast of layer 11 in well a

23、图 5 b 井 2325 号层产能预测成果图fig. 5 results of production forecast of layer 23-25 in well b6 结语需结合油藏工程等多种学科进行进一步的研究。参考文献对于低孔、低渗透储层，从定性的角度解释已经较为成熟，定量解释方法由于涉及到的动态参数 较多，同时储层的产能与油藏开发时所采用的手段 具有密切关系，对于此类产层的产能定量预测，还1潭 成 仟，吴 向 红，宋 子 齐. 利 用 测 井 资 料 预 测 克 拉 玛依油田八区克上组油层产能j. 石油地球物理勘探，2001，36（3）：285290.2ductivity of lo

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30、）jun. 2011that the optimized water flooding timing is before dissolved gas form the connectivity face. utilizing the numericalsimulation technology under the condition of making full use of natural energy, when the reservoir pressure decreases to 3.4 mpa, the water flooding timing is the best, and t

31、he optimized production rate is 2.2%. the results of the pilot test show that the good water injection timing can maintain the reservoir energy, increase liquid production and improve development performance.key words：high pour-point oil reservoir; water flooding timing; long core experiment; numeri

32、cal simulation; highpressure differential between static and saturation pressurean optimization well logging interpretation model of productionforecast in low-permeability sandstone reservoirliu xiao-hong1 , lin chang-song1 , liu jun2 , yang hong3 , liu chun-hui4（1. school of enerny resourse, china

33、university of geosciences（beijing）, haidian, beijing 100083, china; 2. beijing s. h. d. science and technology co. ltd., haidian, beijing 100083, china; 3. cnpc drilling research institute, haidian, beijing 100083, china;4. zhenhua oil company ltd. xicheng, beijing 100031, china）journal of southwest

34、 petroleum university, vol. 33, no. 3, 115 120, 2011（1674 5086, in chinese）abstract：based on the data of core and testing oil, we analyze the causes of low-permeability sandstone reservoir with full consideration to the impact of the grain size, sorting, pore-throat radius, complex pore structure, c

35、ontent of debris and hydrophilic of rock on productivity. the simple sand-shale reservoir model has been subdivided into the silt-sand, fine-sand, sand-medium, sand-shale model. the concept of oil production probability is proposed on the basis of the elaborate reservoir interpretation. the oil-wate

36、r two-phase fluids rate forecast model, interpretation template and criterion are eventually established according to calculating oil and water production on single well by using the corresponding software which is programmed on superposition method. correct evaluation on reservoir capacity can help to scientifically guide the exploration and development of oil field. so the logging technology becomes the eye of the geologists and