基于岩芯压汞资料的储层毛管压力曲线构造模型

基于岩芯压汞资料的储层毛管压力曲线构造模型

压岁测试一直是研究储层孔结构的重要方法。相应的毛管压曲线表示岩石孔的大小和分布。能够连续获取储层毛管压力曲线一直以来都是地质工作者的目标。但是在实际评价中,由于压汞测试必须有岩芯取样,而且利用岩芯分析来获取压汞毛管压力资料费用昂贵,实验采用的流体为有毒的汞,对岩芯具有永久破坏作用,因此不可能实现对整个井段进行连续取芯分析,只能针对主要目的层段选取有限的岩芯进行压汞试验,达不到对整个储层段进行连续评价的目的。为了实现对储层孔隙结构的连续评价,最有效的方法就是建立起每个对应深度上的毛管压力曲线。储层孔隙度和渗透率参数是储层孔隙结构特征的宏观表现,且认为同一沉积环境形成的储层孔隙结构具有相似的微观特征。基于这一点,本文通过对岩芯实验获取的压汞毛管压力曲线形态特征的深入分析,发现了不同进汞压力下的进汞饱和度与储层孔隙度、渗透率等参数之间具有良好的相关性,并根据这种相关性建立了不同进汞压力下进汞饱和度与孔隙度、渗透率之间的对应函数模型。实现了利用常规物性资料逐点构造储层毛管压力曲线,达到用其连续评价储层孔隙结构和计算含水饱和度的目的。1储层微织构毛管压力曲线计算廖明光和钟大康等人在各自发表的文章中分别提出了利用孔、渗参数构造毛管压力曲线的方法。这两种方法的根本思想是一致的,就是将毛管压力曲线按照进汞饱和度的大小将其从10%到75%以5%为一个步长分为14等份,建立每一个进汞饱和度下的进汞压力与孔隙度和渗透率之间的对应函数关系,进而构造出毛管压力曲线。通过对毛管压力曲线形态特征的分析不难发现,利用这种方法构造毛管压力曲线存在诸多不足之处。首先对于孔隙结构较好的岩石,对应在相对较高的进汞压力下,进汞饱和度会超过75%,如果利用此模型来构造毛管压力曲线,则对于进汞饱和度大于75%的那部分毛管压力曲线形态无法重现,此时的毛管压力曲线会低估实际储层的孔隙结构。而对于孔隙结构较差的岩石,对应在相对较高的进汞压力下,进汞饱和度无法达到75%,利用此方法构造的毛管压力曲线就会高估储层孔隙结构。因此,利用此方法构造的毛管压力曲线并不能满足实际储层孔隙结构定量评价的目的。正是为了打破目前这些模型在实际应用中所面临的尴尬局面,本文提出了合理的利用孔隙度和渗透率参数逐点构造毛管压力曲线的方法及模型,并将其应用于实际储层中来连续评价储层孔隙结构和计算原始含水饱和度。2储层储层孔隙结构特征毛管压力曲线通常是作于半对数坐标系下,即横坐标显示进汞饱和度SHg,纵坐标显示进汞毛管压力pc。毛管压力曲线的形态能直观反映储层岩石的孔隙结构,通过对毛管压力曲线形态和位置的分析可以初步确定岩石的孔隙结构类型。一般而言,对于孔隙结构较好的岩石,对应的毛管压力曲线的位置位于坐标系的下方,曲线的大孔隙部分(低毛管压力段)与小孔隙部分(高毛管压力段)之间存在拐点,而且拐点靠近坐标系的左下角(见图1中第Ⅰ类压汞毛管压力曲线)。对于孔隙结构较差的岩石,对应的毛管压力曲线位于坐标系的上方,曲线的拐点靠近坐标系的右上角,对于孔隙结构很差的岩石,甚至不出现拐点(见图1中第Ⅳ类毛管压力曲线)。各种类型毛管压力曲线的形态如图1所示。通过对图1中4种不同类型压汞毛管压力曲线形态特征的分析不难发现,对于进行压汞实验的所有岩芯样品而言,各种不同类型的实验样品均采用13个进汞压力点,各压力点对应的进汞压力分别为0.005,0.010,0.020,0.040,0.080,0.160,0.320,0.640,1.280,2.560,5.120,10.240,20.480MPa。通过对毛管压力资料的进一步分析认为,对于所有的岩芯样品,当进汞压力达到20.480MPa时,非润湿相的汞基本上能完全驱替掉样品孔隙空间中的可动流体。因此,利用对应取13个压力下得到的进汞饱和度和进汞压力构造的毛管压力曲线可以完全反映出所有岩芯样品的孔隙结构特征。同时,对于不同类型的毛管压力曲线,其形态可以通过在相同的进汞压力下的进汞饱和度的大小来反映。对于孔隙结构较好的岩石,如图1中第Ⅰ类孔隙结构的岩石,在相同的进汞压力下,进入岩石孔隙空间中的汞的量相对较多。而对于孔隙结构较差的岩石,如图1中第Ⅳ类孔隙结构的岩石,在相同的进汞压力下,进入岩石孔隙中的汞的量相对较少。因此,对于进行压汞实验的岩芯样品而言,可以利用相同的进汞压力下的进汞饱和度的大小来反映出储层的孔隙结构。对于孔隙结构较好的岩石,在相同进汞压力下的进汞饱和度相对较大,而对于孔隙结构较差的岩石,在相同进汞压力下的进汞饱和度相对较小。储层孔隙度和渗透率是宏观反映储层孔隙结构的参数,渗透率与孔隙度比值的平方根称为岩石综合物性指数。一般而言,对于孔隙结构较好的岩石,孔隙喉道之间的连通性相对较好,对应的综合物性指数相对较大,渗透率也相对较高。相反,孔隙结构相对较差的岩石,对应的综合物性指数相对较小,渗透率也相对较低。因此,在某种意义上,储层的综合物性指数和渗透率与对应一定进汞压力下的进汞饱和度的大小均反映岩石相同的孔隙结构特征。基于这一点,笔者提出通过建立综合物性指数以及渗透率与对应不同进汞压力下的进汞饱和度之间的关系来逐点构造储层毛管压力曲线。3储层精细密度和毛管压力曲线的构造模型本文选取国内某油田不同区块的169块砂岩岩芯样品进行了压汞试验,利用上述思想来构造毛管压力曲线。其基本方法是:首先读取各岩芯样品不同进汞压力下的进汞饱和度以及孔隙度、渗透率等参数,然后利用不同进汞压力下的进汞饱和度与孔隙度、渗透率等参数作交会图,最后选取了进汞饱和度与渗透率以及进汞饱和度与综合物性指数之间的良好相关关系分别建立了毛管压力曲线的构造模型。同时考虑到在进行压汞实验时,对于孔隙结构较差的岩石,在施加的压力较小的情况下(本文所指为pc≤0.040MPa),非润湿相的汞不足以克服岩石的毛管压力而进入到孔隙空间,只有孔隙结构非常好的岩石,施加较小的压力时才能够克服岩芯毛管压力将汞压入岩石孔隙空间,但是进汞量较少,基本可以忽略不计,而且该段毛管压力曲线对整个岩石毛管压力曲线形态的影响不大。基于此,在构造毛管压力曲线时,将对应的进汞压力小于0.040MPa的进汞饱和度均设置为0,只构造进汞压力大于0.040MPa段的毛管压力曲线。具体的毛管压力曲线的构造函数模型见表1和表2。式中,pc—进汞压力,MPa;SHg—对应一定进汞压力下的进汞饱和度,%;ϕ—岩石孔隙度,%;K—岩石渗透率,×10-3μm2;√Κϕ—综合物性指数。对表1和表2所示的相关关系的分析可知:对应一定进汞压力下的进汞饱和度与岩石综合物性指数以及渗透率之间具有很好的相关性,二者相关系数均超过0.85,大部分超过0.90,这足以证明利用孔隙度、渗透率参数建立毛管压力曲线的构造模型的方法是可行的。利用该模型连续获取的储层毛管压力曲线是可靠的,可以用其评价储层孔隙结构,计算储层孔隙结构参数和储层含水饱和度。4实验和实验结果对比为了进一步检验模型的有效性,事先保留了部分岩芯样品未参与建模,将表1和表2所建立的模型应用于未参与建模的不同类型砂岩样品中,构造出毛管压力曲线,并与实验室压汞毛管压力曲线形态进行对比,图2为4种不同类型的岩芯样品利用渗透率、综合物性指数构造的毛管压力曲线与实验室压汞毛管压力曲线的形态对比结果。其中,①—实验室原始压汞实验获取的毛管压力曲线;②—利用综合物性指数模型构造的毛管压力曲线;③—利用渗透率参数模型构造的毛管压力曲线。由图2可以看到,各种不同类型的岩石利用综合物性指数模型以及渗透率参数模型构造的毛管压力曲线与实验获取的压汞毛管压力曲线均吻合较好,由此可知,利用渗透率、综合物性指数构造毛管压力曲线的方法是可靠的,构造出的毛管压力曲线是有效的。同时还可以看到,单一的渗透率参数对进汞饱和度是非常的敏感,导致构造出的毛管压力曲线光滑度较差,因此建议采用综合物性指数模型来构造毛管压力曲线。5储层说三维建模及结果分析毛管压力曲线的主要应用在于利用其评价储层的孔隙结构和计算平均毛管半径、最大毛管半径以及储层的含水饱和度[9,10,11,12,13,14,15,16]。王允诚等通过对毛管压力曲线形态特征的深入分析,综合考虑了砂岩储集层段的孔隙度、渗透率、毛管压力曲线形态特征以及平均毛管半径、最大毛管半径、排驱压力等孔隙结构参数来评价储层孔隙结构类型。这也是目前油田普遍采用的孔隙结构评价标准。但是受制于岩芯取芯样品数量的限制,不能对整个目的层段储层孔隙结构类型进行连续评价。同时,由于受岩芯取芯资料的限制,为了利用有限的岩芯毛管压力资料实现对整个储集层含水饱和度进行评价的目的,测井分析家往往采用J函数法或者基于流动单元分析法将毛管压力曲线进行分类,将相同类型的毛管压力曲线求平均,得到每一类型的平均毛管压力曲线,利用平均毛管压力曲线来求取油藏含水饱和度。而利用本文所提出的模型,可以在整个井段利用常规孔隙度、渗透率等参数连续获取毛管压力曲线,利用该毛管压力曲线就可以实现在整个井段对孔隙结构进行连续评价以及连续计算储层含水饱和度的目的。图3为国内西部油田某井利用本文提出的模型构造的毛管压力曲线评价储层孔隙结构类型,计算储层含水饱和度的应用实例。图中第6道和第7道中所示Rm和Rmax为利用构造的毛管压力曲线计算的平均毛管半径和最大毛管半径,CRm和CRmax为岩芯分析得到的平均毛管半径和最大毛管半径,从图中的分析结果可以看到,利用构造的毛管压力曲线计算的平均毛管半径、最大毛管半径与岩芯分析结果均较吻合,印证了本文提出的构造的毛管压力曲线方法的正确性;第8道中显示利用构造的毛管压力曲线计算的储层含水饱和度Sw和油田现场提供的测井解释模型计算的储层含水饱和度Sw-log的结果对比,可以看到,利用构造的毛管压力曲线计算的含水饱和度与油田现场计算结果非常吻合;第9道显示了利用王允诚提出的标准评价该储层段的孔隙结构类型结果,各种储层孔隙结构分类标准见文献,根据孔隙结构类型的显示可以评价储层的储集能力。同时,需要注意的是,本文的毛管压力曲线构造方法是建立在实验室压汞实验分析基础之上的,因此利用本文提出的模型构造的毛管压力曲线是实验室条件下的毛管压力曲线,为了计算储层含水饱和度,必须事先将其转换成油藏条件下的毛管压力曲线。6连续构造法(1)本文提出了基于常规孔隙度和渗透率参