孔隙结构与地层压力相结合的储层产能预测技术

柴细元，丁娱娇

（中国石油渤海钻探工程有限公司测井分公司，天津 300280）

0 引 言

随着油气开采程度越来越高，剩余资源及新增储量主要分布在岩性地层油气藏、深层等重点领域，其总体特点是“低、深、难”，即埋藏深，低孔隙度低渗透率、低丰度，油气预探评价风险大，常规技术难以实现效益开发。为实现该类储层的效益开发，均需要对该类储层进行措施改造。为保障措施改造的针对性和成功率，在措施改造之前必须对储层进行详细评估，为制定详细、完善的后期措施改造方案提供准确的基础资料。在储层评估中，产能是首要考虑因素，通过储层自然产能数值的大小，首先明确储层是否具有自然产能，是否需要进行措施改造，是否值得进行措施改造，如果进行措施改造，预计能够获得多大的产能。只有在对以上几个方面进行准确评价的基础上，才能够实现效益开发。

根据达西渗流产量公式可知，油层的产液能力主要受储层的渗透性影响，渗透率越高，产液能力越强；渗透率越低，产液能力越差。在歧口凹陷低孔隙度低渗透率储层的产能预测中发现，根据储层渗透性来预测储层自然产能往往与实际生产情况存在较大出入。在完全相同的测试条件下，有些渗透率较高的储层，产能非常低，而渗透率非常低的储层，却有非常高的产能。为准确获得储层自然产能及改造效果评价，本文从达西渗流产量公式出发，重点分析了歧口凹陷低孔隙度低渗透率储层产能主控因素。在此基础上，建立了一套利用孔隙结构与地层压力相结合进行储层自然产能和改造效果评价的方法，并将此方法应用到歧口凹陷勘探实践中，取得了良好的应用效果。

1 达西渗流产量公式在歧口凹陷的适应性分析

国内外许多专家学者在油气层的产能预测方面做了大量的工作。葛百成等[1]提出了利用储层孔隙度、渗透率、含油饱和度和有效厚度相结合的产能预测方法；郑云川等[2]提出了模糊综合评判产能预测方法；欧阳健等[3]提出用岩石渗透率和含水饱和度评价油气层产能指数；Cheng等[4]则用原状地层电阻率和冲洗带电阻率表征储层流体流动能力，进而评价储层产能；毛志强等[5]基于大量试油、测井解释及岩心分析资料，建立了在塔里木盆地利用储层有效渗透率预测油层产能的数学模型。在各种产能评价方法中，使用最为广泛的是达西渗流产量公式。该公式认为，假设油藏开发形状为理想的圆柱形，则流体在孔隙介质中的流动分析可认为是平面径向流的分析，根据达西定律，流量Q可描述为[6]

式中，Q为油井的稳定日产量，m3；C为单位换算系数，取0.54287；Ko为油相相渗透率，×10－3μm2；H为油层有效厚度，m；Δp为油井生产压差，MPa；μo为地层原油黏度，mPa·s；βo为原油体积系数，无因次；re为油井供油半径，m；rw为油井井眼半径，m；S为表皮系数，无因次。

一般情况下，将单位压差下每米采油指数定义为储层的产能，则式（1）可转换为

对于同一油田，当储层原油性质、射孔方式以及油井供油半径、井眼半径基本一致时，式（2）中C／（βoμolg（re／rw＋S）可以当作是常数项，令

则式（2）可以转换为

式（4）中油相相渗透率Ko具体计算方法为

式中，Ko，max为束缚水状态下的油相相渗透率；Kro为油相相对渗透率，对于油层，无论何种方法得到的Kro数值均应该为1。同时，通过对歧口凹陷大量岩心数据分析发现束缚水状态下油相相渗透率与绝对渗透率之间存在很好的相关系（见图1），其相关式为

式中，K为绝对渗透率，×10－3μm2，也即为岩心分析中的空气渗透率，测井计算所能够获得的渗透率。

图1 最大油相相渗透率与绝对渗透率关系图版

对于油层，将式（6）代入式（4）则可得到简化后的达西渗流产能描述公式

图2 绝对渗透率与自然产能关系图

通过式（7），对于油层，达西渗流公式的产能主要与储层的渗透率相关。为验证该方法在歧口凹陷的适应性，选取了歧口凹陷某一区块同一层系、相同测试作业方式、试油结果为油层的储层，建立储层自然产能与岩心分析渗透率关系图版（见图2）。图2中横坐标为岩心分析空气渗透率，纵坐标为代表产能的每米产液指数。由图2可见，当储层渗透率大于50×10－3μm2时，储层自然产能与渗透率有非常好的相关系，说明在中高孔隙度渗透率储层，达西渗流产能描述公式可用于歧口凹陷储层自然产能预测；当储层渗透率小于50×10－3μm2时，储层自然产能与渗透率相关性明显变差，特别是当储层渗透率小于1×10－3μm2时，储层自然产能变化差异高达4个数量级；说明在歧口凹陷低孔隙度低渗透率储层，达西渗流产能公式已经不能用于进行储层自然产能预测，必须开发适合低孔隙度低渗透率储层产能预测方法。

2 低孔隙度低渗透率储层产能预测方法

2.1 歧口凹陷低孔隙度低渗透率储层产能主控因素

当外部生产环境条件与油气性质基本一致时，油气储层自身性质对储层产能高低产生决定性的影响。谭成仟等[7]指出，储层的产能影响因素除了渗透率以外还与储层的孔隙度、电阻率等有关。对于歧口凹陷低孔隙度低渗透率储层，由于复杂的岩性、孔隙结构的影响，电阻率对含油饱和度和产能的影响变得非常不明显，而储层的孔隙度、渗透率均受储层孔隙结构控制。与此同时，歧口凹陷深层普遍发育异常高压储层，异常高压对储层产能具有明显的改善作用。故本文重点分析孔隙结构和地层孔隙压力对储层自然产能的影响。

2.1.1 孔隙结构对储层自然产能的影响程度分析

图3 毛细管压力曲线分类图

在综合分析大量岩心与试油试采资料基础上发现，在正常储层压力系统下，储层的毛细管压力曲线形态能够较好地反映储层自然产液能力。不同毛细管压力曲线形态，储层自然产液能力不同。孔隙结构越好，自然产液能力越高，反之亦然。说明在正常压力系统下，储层自然产液能力主要受孔隙结构控制。利用压汞毛细管压力曲线形态可以建立储层孔隙结构与自然产液能力关系（见图3）。①Ⅰ类储层，每米产液指数大于10，在毛细管压力曲线形态上表现为高进汞饱和度—低排驱压力型，曲线位于坐标左下部，总体上表现为低排驱压力（小于0.025MPa）、高进汞饱和度（大于90%），具有明显平台段与双拐点，反映储集层孔隙结构好，岩石粒度粗，分选好，连通性好，孔喉分布均匀，储集性能好，为高产储集层。②Ⅱ类储层，每米产液指数在1～10之间，在毛细管压力曲线形态上表现为中、高进汞饱和度—中、低排驱压力型，曲线位于坐标中—下部，总体上表现为中—低排驱压力（介于0.025～0.1MPa之间）、中—高进汞饱和度（大于80%），具有较明显的平台段与双拐点，反映储集层孔隙结构相对较好，岩石粒度较粗，分选性相对较好，连通状况中等，储集性能中等，一般为工业产能储集层。③Ⅲ类储层，每米产液指数在0.1～1之间，在毛细管压力曲线形态上表现为中、高进汞饱和度—中、高排驱压力型，曲线位于坐标中部，总体上表现为中—高排驱压力（介于0.1～0.5MPa之间）、中—高进汞饱和度（大于70%），呈斜坡形，双拐点不明显，反映储集层孔隙结构较差，岩石粒度较细，分选性相对较差，连通性较差，储集性能较差，一般为工业产能储集层。④Ⅳ类储层，每米产液指数在0.001～0.1之间，在毛细管压力曲线形态上表现为中高进汞饱和度—高排驱压力型，曲线位于坐标中—上部，总体上表现为高排驱压力（介于0.5～2.0MPa之间）、中高进汞饱和度（大于50%），呈斜坡形，无双拐点反映储集层孔隙结构差，岩石粒度细，分选性差，孔喉分布不均匀，连通性差，储集性能较差，一般为低产能储集层，压裂改造后具有工业产能。⑤Ⅴ类储层，每米产液指数小于0.001，在毛细管压力曲线形态上表现为低进汞饱和度—高排驱压力型，曲线位于坐标右—上部，总体上表现为高排驱压力（大于2.0MPa）、低进汞饱和度（小于50%），呈斜坡形或上凸型，反映储集层孔隙结构极差，岩石粒度细，分选性差，孔喉分布不均匀，连通性差，储集性能很差，一般无产能。

通过毛细管压力曲线形态描述储层产液能力与孔隙结构之间的关系，只能进行直观定性解释，不能满足日常生产需求。为有效描述储层产液能力，在综合分析储层物性宏观表征参数和16种微观孔隙结构特征参数基础上，优选了有效孔隙度、渗透率、排驱压力、孔隙喉道均值、分选系数、最大进汞饱和度等6个反映储层产能敏感的表征参数，通过加权组合构建了一条最佳的表征储层自然产液能力的孔隙结构综合评价指数

式中，IT为孔隙结构综合评价指数；φe为有效孔隙度；K为渗透率；Sp为分选系数；Smax为最大进汞饱和度；DM为孔隙喉道均值；pd为排驱压力。

分不同压力梯度建立了孔隙结构综合评价指数与储层自然产液能力的关系（见图4）。由图4可见，在正常压力系统情况下（压力梯度在0.95～1.2之间），每米产液指数与孔隙结构综合评价指数之间存在非常好的相关性（图4中绿色点）；即使不考虑压力的影响，每米产液指数与孔隙结构综合评价指数之间的相关性也明显优于每米产液指数与渗透率之间的关系，说明孔隙结构综合评价指数比渗透率能够更好地描述储层自然产液能力。

图4 孔隙结构综合评价指数与自然产能关系图版

2.1.2 地层压力对储层自然产能的影响程度分析

李军等[8]研究表明，歧口凹陷中深层异常高压十分发育，异常高压与油气运移、聚集、油气分布以及产能有十分密切的关系。一方面超压的存在减缓了压实作用，可以有效保留部分原生孔隙，使储集层保持较高的孔隙度，对中深层碎屑岩的储集性能，尤其是渗流能力起到有效维持；由异常高压引起的微裂缝对致密碎屑岩储层物性的改善也起到非常重要的作用。另一方面超压是油气在低渗透致密储层中运聚充注的主要动力（动力圈闭），动力圈闭与中－高渗透储层中的构造、地层、岩性等常规圈闭相比较，除充注动力、渗流方式不同外，在油气水关系、圈闭的形态和分布上也有很大差异；源岩与储层大范围叠置或互层，生烃超压近源充注，以及在孔缝网络中短距离运移是形成动力圈闭的有利条件，并最终可导致地层中大面积连续含烃。与此同时，通过生产实践发现，高异常压力区域，储层产能通常也较高。

为具体分析异常地层压力对储层产能影响程度，建立了压力系数与储层自然产液能力之间的关系图版（见图5）。可见地层压力与储层自然产能之间存在一定的相关性，随着压力系数增加，储层自然产液能力亦增加，但是储层产液能力与地层压力之间的相关性明显不如储层产液能力与孔隙结构综合评价指数之间的相关性。通过以上分析可知，影响歧口凹陷低孔隙度低渗透率储层产能的主控因素为孔隙结构和地层压力，其中孔隙结构为关键控制因素，地层压力是重要的影响因素。

图5 压力系数与每米产液指数关系图

2.2 孔隙结构与地层压力相结合的产能预测方法

在低孔隙度低渗透率储层措施改造方案优化设计中，工程人员希望能够同时了解储层自然产液能力，储层是否具有改造价值，改造后的效果如何。为达到上述目标，在前文主控因素分析的基础上，构建了一条同时考虑孔隙结构影响和地层压力影响的产能评价综合指数曲线，具体表达式为

式中，ZZ为产能评价综合指数；po为地层压力系数；x为经验系数。

为评价储层自然产液能力，建立了产能评价综合指数与每米产液指数之间的关系图版（见图6）。可见自然产能与产能评价综合指数之间的相关性要明显优于产能与渗透率、孔隙结构、地层压力等单因素的相关性，利用产能评价综合指数曲线能够较好地描述储层自然产液能力。具体计算公式为

图6 产能评价综合指数与自然产能关系图版

为评价储层是否具有改造价值以及改造后储层产液能力，建立了措施改造前、后储层每米产液指数与产能评价综合指数之间的关系图版（见图7）。图7中绿色点代表措施改造前储层产能，即为储层自然产能；蓝色点代表措施改造后储层产能，即储层措施产能。由图7中措施前、后每米产液指数对比可知，当产能评价综合指数小于0.28时，储层基本不具备改造价值；产能评价综合指数越大，储层改造价值越高，由图7中蓝色点可以建立措施改造产能与产能评价综合指数曲线之间的关系。具体描述为

图7 产能评价综合指数与措施产能关系图版

2.3 储层产能分级评价标准的建立

为更直观有效地给措施改造方案设计提供设计参考依据，在准确评价储层流体性质基础之上，结合前文储层孔隙结构与产液能力分类，建立了歧口凹陷油层产能分级评价标准（见表1）。

表1 储层产能分级评价标准

3 应用效果分析

在实际测井资料应用中，该方法中的孔隙结构参数主要由核磁共振测井资料获取，地层孔隙压力参数由声波、密度等测井资料得到。该方法编制成软件并投入到歧口凹陷实际生产应用，为歧口凹陷低孔隙度低渗透率储层勘探开发起到了非常重要的作用。图8为歧口凹陷1口重点探井的应用实例，目的层段为沙三段，核磁共振测井获得的总孔隙度在7%～9%之间（图8中最后一道），有效孔隙度在3%～5%之间，按歧口凹陷低孔隙度低渗透率储层有效储层孔隙度下限标准8%，图8中所示井段均达不到有效储层解释标准。但是从核磁共振测井标准T2谱来看（图8中第5道），在143、144号层均存在一定的长T2谱分布，反映储层可能发育一些微裂缝；从测井计算的地层孔隙压力来看（图8中第7道），目的井段地层孔隙压力在1.36～1.4之间，反映了异常高压的存在。应用本文方法进行了储层产能综合评价，从孔隙结构综合评价指数来看，图8中所示井段整体储层物性均非常差，物性相对较好的储层位于143号层的3977～3978m、144号层的3982～3984m井段，能够评价为Ⅳ类储层（见图8中第8道黑色断线），其他均达不到有效储层解释标准；但是从产能评价综合指数来看，143号层最大产能评价综合指数为3.4，平均产能评价综合指数为1.51，预测措施前每米最大产液指数约为0.54，平均每米产液指数为0.1，经过措施后改造后每米最大产液指数能够达到0.58，平均每米产液指数为0.18；144号层最大产能评价综合指数为1.84，平均产能评价综合指数为1.28，预测措施前每米最大产液指数约为0.07，平均每米产液指数为0.024，经过措施后改造后每米最大产液指数能够达到0.27，平均每米产液指数为0.11；可见143、144号层均可以评价为Ⅳ类储层，具有一定的措施改造价值。142号层平均产能评价综合指数为0.13，预测措施前每米产液指数约为0.0001，为Ⅴ类储层，无措施改造价值。对142～144号层试油，测量得到油层压力梯度为1.38，措施改造前日产油6.4t，折算为每米产液指数为0.0187；经过措施改造后日产油54.9t，折算为每米产液指数为0.159。试油得到的措施前、后产液指数与计算的3个层平均产液指数0.02和0.161基本吻合，说明该方法是有效的。

图8 ×井产能预测综合成果图

4 结 论

（1）自然产能预测及措施改造效果评价是低孔隙度低渗透率储层规模效益开发中的一个非常重要的环节，产能预测的准确性直接制约措施改造效果。

（2）达西渗流产能评价公式主要适应于中高孔隙度渗透率储层，对于低孔隙度低渗透率储层，特别是复杂成因的低孔隙度低渗透率储层，必须明确储层产能的主控因素，建立基于主控因素的产能评价方法。

（3）对于歧口凹陷低孔隙度低渗透率储层而言，影响产能的关键影响因素为孔隙结构和地层压力，据此建立了一套基于孔隙结构与地层压力相结合的储层产能和压裂效果预测方法，并在实际应用中取得了良好的效果。

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