低渗透砂岩储层物性及含油性下限的综合分析研究

张 茜，董凤娟，任大忠，蔡妙花，赵 克

（1.西北大学大陆动力学国家重点实验室／地质学系，陕西西安710069；

2.西安石油大学石油工程学院，陕西西安710065；3.大庆油田采油九厂，黑龙江大庆163853；4.华北油田分公司地球物理勘探研究院，河北任丘062552）

低渗透砂岩储层物性及含油性下限的综合分析研究

张 茜1，董凤娟2，任大忠1，蔡妙花3，赵 克4

（1.西北大学大陆动力学国家重点实验室／地质学系，陕西西安710069；

2.西安石油大学石油工程学院，陕西西安710065；3.大庆油田采油九厂，黑龙江大庆163853；4.华北油田分公司地球物理勘探研究院，河北任丘062552）

低渗透砂岩储集层是一个复杂的系统，其物性受储层特征、地层温度、地层压力等众多因素的影响，导致有效储层物性下限确定较为困难。本次研究以鄂尔多斯盆地马岭油田延10油层组为例，应用经验统计法、分布函数曲线法、测试法等多种方法相互对比、验证，综合标定储层物性与含油性下限分别为：孔隙度为11.7％、渗透率为1.2×10－3μm2；含油饱和度为43％。为油田的进一步开发提供可靠依据。

有效储层；物性下限；含油性下限；马岭油田；延10油层组

低渗透砂岩储集层是一个复杂的系统，其物性受储层特征、原油性质、地层温度、地层压力等众多因素的影响。因此，准确确定该类储层物性下限是比较困难的，已成为储层研究方面的重点、难点。同时，有效储层物性下限的确定也是储层分类评价及储量计算的重要基础。前人求取储层下限值时，主要应用测井方法［1－3］、分布函数曲线法［4］、束缚水饱和度法［5－6］、饱和度－压汞毛细管压力法［7－9］、对比分析法［10］、含油产状法［11］、物性试油法［12］以及驱替压力实验法［13］等方法研究确定储集层物性下限。但是，每种方法在确定储集层物性下限的过程几乎都存在一定的局限性，其可靠性仍需进一步检验。本次研究以鄂尔多斯盆地马岭油田延10油层组为例，对比、验证多种实验方法，综合标定储层物性与含油性下限，为油田的下一步开发提供数据支持。

1 储层物性特征

马岭油田北三区延10储层砂岩孔隙度在2.74％～17.81％之间，主要介于10％～17％之间；渗透率在0.25×10－3μm2～77.32×10－3μm2之间，主要介于之间5×10－3μm2～20×10－3μm2。属于低孔中低渗透储层。

2 储层物性下限标定

2.1 经验统计法

经验统计法是以岩心物性分析资料为基础的一种累计频率分析统计法，以低孔低渗储集层段的累计丢失储集渗流能力占总累计储集渗流能力的5％左右为界限［14］。美国岩心公司通常将累积储渗能力丢失界限确定为5％，但在具体实验计算过程中，根据油气田的不同类型，一般限定丢失累积频率不超过总累计的15％，累积储能丢失不超过总累计的10％。依据上述方法，统计、绘制了马岭油田北三区延10储层物性频率和累计频率分布。图1显示，对应孔隙度下限值为11.7％时，丢失累计频率约为10％，丢失累计储渗能力约为8％，此时丢失的储油能力和储集层厚度均与马岭油田地质特点相一致。因此，确定马岭油田北三区延10储层孔隙度下限为11.7％。当储层渗透率为0.8×10－3μm2时，丢失累计频率约为15％，累计储能丢失约0.3％。因此，确定马岭油田北三区延10储层渗透率下限约为0.8×10－3μm2。

图1 物性分布频率图

2.2 分布函数曲线法

图2 有效储层物性下限

分布函数曲线法主要通过统计分析得到的分布曲线、特征函数等研究变量的总体分布规律［4］。根据马岭油田北三区延10储层岩心物性分析资料及测井综合解释成果，将对应储层划分为有效储层和非有效储层。其中，有效储层包括油层、含油层、油水同层、含水油层；非有效储层包括含油水层、干层。然后，分别绘制马岭油田北三区延10层段有效储层和无效储层的孔隙度、渗透率频率分布图（图2）。依据上述原理，频率趋势线的交点即为相应物性下限。马岭油田北三区延10储层有效储层和无效储层物性分布频率以及趋势线交点差异较小，与经验统计法结论相吻合，孔隙度下限为11.7％；渗透率下限为1.2×10－3μm2。

2.3 测试法

测试法是指通过分析试油资料，利用每米采油指数与物性参数（孔隙度、渗透率）的统计关系曲线求取物性下限。如图3，物性下限是指当每米采油指数等于零时所对应的孔隙度和渗透率数值［15］。测试法求取的渗透率下限效果较好，能够更具体地反映影响储层产油能力的控制因素。通过绘制马岭油田北三区延10层段储层每米采油指数与孔隙度、渗透率关系图（图3），依据上述原理，确定该储层孔隙度下限为11.7％，渗透率下限为1.5×10－3μm2。

图3 砂体每米采油指数与孔隙度、渗透率的关系

2.4 孔喉结构参数法

根据马岭油田北三区延10砂岩储层岩心高压压汞、恒速压汞所获取排驱压力、中值压力及中值半径资料，建立其与孔隙度、渗透率交会图（图4）。

图4 排驱压力、中值压力、中值半径与物性交会图

由图4可以看出，马岭油田北三区延10砂岩储层总体上排驱压力、中值半径与物性有较好的相关性，中值压力与物性的相关性相对较差。

（1）当样品孔隙度为12.0％－13.0％时，对应排驱压力曲线、中值压力出现拐点，将排驱压力分为两个阶段；孔隙度与中值半径相关性看出，当样品孔隙度为12.0％－13.0％时，中值半径在0.1μm以下。因此，判断研究区储层孔隙度下限为12％。

（2）当样品渗透率为4.0×10－3μm2－6.0× 10－3μm2时，对应排驱压力曲线、中值压力曲线出现拐点，将曲线明显分为两个阶段；渗透率与中值半径相关性看出，对于含油层、油层等有效储层，渗透率基本在3.0×10－3μm2以下。因此，判断研究区储层渗透率下限为3.0×10－3μm2。

2.5 储层物性下限综合标定

表1 储层物性下限标定

根据以上四种方法，对马岭油田北三区延10砂岩储层物性下限进行综合标定（表1），其中孔隙度下限为11.7％、渗透率下限为1.2×10－3μm2。

3 含油饱和度下限标定

密闭取心（岩心直接分析法）可以最直观的确定油藏原始含油饱和度，由于马岭北三区块缺少密闭取心井资料，所以对油水层含油饱和度下限值的计算主要应用毛管压力资料和相渗透率资料。

3.1 用毛管压力曲线求原始含油饱和度

由于单块岩心的毛管压力曲线不能反应地层整体的孔喉结构特征，因此为了准确计算油藏原始含油饱和度，本次研究对油藏数十条或者上万条毛管压力曲线进行统计回归，得到表征该油藏特征的平均毛管压力曲线，进而应用J函数方法进行计算。J函数是关于含水饱和度的函数，为无次元量，与物性参数、界面张力和润湿接触角等参数没有关系［16］，可以消除油藏中物性（孔隙度、渗透率）等参数的非均质性对毛管压力的影响。具体对马岭油田北三区延10砂岩储层8口井11块岩心压汞资料的处理过程如下：

（1）求取每块样品J函数曲线值

理由J函数公式：

J（SHg）为”J”函数（无次元量）；SHg为汞饱和度（％）；σ为表面张力（10－3mN·m－1）；Pc为测量毛管压力（MPa）；φ为孔隙度（％）；K为渗透率（μm2）；θ为润湿相接触角（°）。

根据式（1）求取每块样品J函数曲线，进而将所有样品的J函数曲线叠加，去掉压力小于排驱压力时所对应的汞饱和度小于20％的数据点，得到一条较好的J函数曲线计算公式：

J（SHg）＝0.0035e0.0996 SHg

下一步通过J函数求取平均毛管压力曲线，该曲线能够代表所有岩心特性，具体公式如下：

通过岩心物性分析资料获得岩样的¯φ平均孔隙度、平均渗透率¯K：

于是获得平均毛管压力曲线，来表征该油藏特征。下一步，根据purcell的计算方法，通过毛管压力曲线，计算不同孔隙半径所对应的渗流能力对总渗透率的相对贡献值，然后对该孔隙半径区间的相对渗透率贡献值进行累积（按照孔隙半径从大到小的顺序），实验认为，岩心孔隙半径下限值为累积贡献值为99.99％时所对应的孔隙半径（Rmin），该半径为汞能够在岩心中流动的最小孔隙半径。然后依据P＝2σcosθ／Rmin求得毛管压力值，即可在平均毛管压力曲线上找到一个对应的汞饱和度值，即束缚水饱和度。

最终拟合出延10油层组束缚水饱和度与相应岩心分析孔隙度的关系（图5）。公式为：

图5 压汞法束缚水饱和度与孔隙度的关系图

3.2 相渗透率法

选取马岭油田北三区延10砂岩储层典型样品，分析油－水相渗透率实验测试，对测定的束缚水饱和度与对应的孔隙度分析值做拟合处理（图6），得到延10油层组的相渗透率法公式为：

3.3 含油饱和度下限综合标定

图6 孔隙度与束缚水饱和度关系

单一实验测试结果因其实验自身条件约束以及操作过程中误差等因素的影响，无法完全精准反映样品属性。多种实验方法综合运用可以有效规避这一不足，为结论的提出提供了可靠的、科学的依据。依据上述高压压汞法和相渗透率法求得束缚水与孔隙度拟合关系，拟合出相应孔隙度下束缚水饱和度数值（图6）。从图6可以看出，马岭油田北三区延10砂岩储层当孔隙度为11.7％时，高压压汞法、相渗透率法分别得到的束缚水饱和度与孔隙度关系曲线最为接近，该点对应的束缚水饱和度为57％。因此，可将马岭油田北三区延10砂岩储层含油饱和度下限标定为43％。

4 结论

（1）低渗透砂岩储集层是一个复杂的系统，其物性、含油性受多种因素影响，导致有效储层物性、含油性下限的确定非常复杂。本次研究使用经验统计法、分布函数曲线法、孔喉结构参数法以及测试法等多种方法相互对比、耦合确定马岭油田延10低渗透砂岩有效储层的物性下限，其中孔隙度下限为11.7％、渗透率下限为1.2×10－3μm2；同时应用毛管压力曲线法与相渗透率法综合标定含油饱和度下限，将马岭油田北三区延10砂岩储层含油饱和度下限标定为43％。

（2）在资料允许的情况下，综合应用多种方法，从多个方面分析各因素的影响，确定低渗透砂岩储层物性及含油性下限，避免了单一方法在确定过程中存在的局限性，使得结果更加精确，为油田进一步建产及开发方案调整提供可靠依据。

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［责任编辑 李晓霞］

Comprehensive Analysis on Physical Property and Oil Content Lower Lim it of the Low Permeability Sandstone Reservoir By M ultiple M ethods

ZHANG XI1，DONG Feng-juan2，REN Da-zhong1CAIMiao-hua3，ZHAO KE4
（1.State Key Laboratory of Continental Dynamics／Department of Geology，Northwest University，Xian 710069，China；2.College of petroleum engineering，Xian Petroleum University，Xian 710065，China；3.Daqing Oilfield NO.9 Company，Daqing 163853，China；4.Geophysical Exploration Research Institute of Hebei Oilfield Company，Renqiu062552，China）

It is difficult to determine the physical property and oil content lower limits of the low porosity and permeability sandstone reservoir，which is a complex system and physical properties affected by reservoir characteristics，formation temperature，formation pressure，and many other factors.Taking YAN10reservoir group of Ma Ling oilfield in ordos basin as an example，a variety ofmethods，such as experience statistics，curveof distribution function，test，curve of capillary pressure and relative permeability have been contrasted and validated each other to determine the lower limits of physical property and oil content comprehensivly.The results show that the lower lim it of porosity is 11.7％，the lower limit of permeability is 1.2×10－3μm2，and the low er lim it of oil content is43％，providing reliable basis for the further development of oilfield.

effective reservoir；physical property lower limit；oil content lower limit；Maling oilfield；Yan10reservoir group

TE122.23

A

1004－602X（2014）04－0051－05

10.3969／J.ISSN.1004－602X.2014.04.051

2014-09-01

国家科技重大专项大型油气田及煤层气开发（2011ZX05044）；陕西省科技统筹创新工程（2011KTZB01－04－01）

张 茜（1990—），女，河北安国人，西北大学在读硕士研究生。