南海西部砂泥岩薄互层渗透率评价技术

李国军，张文博

(中海油田服务股份有限公司油田技术事业部，北京 101149)

南海西部珠江口盆地珠江组一段发育砂泥岩薄互层，这些地层属海相沉积，分布范围广，勘探潜力大[1]。由于薄层厚度呈现厘米级甚至更薄，远低于常规测井仪器垂向分辨率1～4英尺(0.3～1.2 m)，来源于薄层的综合响应信号将被围岩物理性质响应所钝化，大部分响应反映地层的围岩物理性质[2]，测井资料表现为低电阻率、高自然伽马等低阻油层特征[3]。单个砂层厚度越薄，测井响应值偏离真实值的差异越大,所以这样的油气储层极可能因没有被正确识别而被忽略，而其测井评价长期以来也面临着巨大挑战。

在过去几十年，针对高分辨率测量研究出了几种方法，例如垂向分辨率高达0.2英寸的地层微电阻率成像(FMI)、砂泥岩薄互层处理解释模型(LSA)、高分辨率分析和岩石学参数重构等。这些方法通常在地层建模或测井评价中需要花费较长时间，往往不能够满足现场快速决策的需求。

1 砂泥岩薄互层的岩石特性与核磁响应机理

Cao Minh 在2006年展示了砂泥岩薄互层的核磁岩石物理特征，并用地面试验模拟的方法得到了双峰谱。实验显示，核磁测量是仪器垂向分辨率范围内，在仪器测量空间内所有测量信号的线性累加。由于泥岩比砂岩通常具有更小的孔隙，T2谱的分布将呈现双峰分布的特征，核磁响应的重点是它与泥岩薄层的几何形态无关，只要总的体积部分不变化，2个或3个泥岩层分层或连接到一起，将产生相同的T2双峰分布。

图1是中国南海西部的一个实例，显示了在砂泥岩薄互层中核磁T2谱的岩石物理特征。在最右边道的微电阻率成像给出了精细的砂泥岩薄互层直观图；从左边数第三道核磁T2谱也清楚的呈现出双峰现象。高的T2峰态反应的是砂岩纹层，低的T2峰反应的是泥质或粉砂纹层。应指出的是薄层厚约1英寸(2.5 cm)或者更薄；体积密度和中子孔隙度测井曲线不能够分辨出这些薄层地层。

图1 砂泥岩薄互层核磁T2谱和电成像响应现场实例

文献[4]给出了计算砂岩含量和薄层砂岩内在渗透率(Ksand)的公式。在砂泥岩薄互层条件下，用于现场砂岩渗透率比Fsand计算简化公式如下：

Fsand=φsand/φt

(1)

Kt=Ksand×Fsand

(2)

式中，φt是核磁测量的总孔隙度；φsand是划分的砂岩核磁孔隙度；Kt是地层的真正有效渗透率；泥岩被认为是不渗透的；在文献中，Kt用来自于CPMG回波总数方法计算的核磁渗透率来替代。

2 渗透率计算方法研究

尽管Fsand和Ksand的计算在文献中已给出，但精确的核磁砂岩含量和渗透率仍不能在薄储层直观显现。目前常用的核磁仪器的垂向分辨率是18英寸(45.72 cm)或更低。尽管过去研发的核磁测井的高分辨率方法以及对砂泥岩薄互储层的评价得到了改善，但这种级别的垂向分辨率仍不足于直接表现薄层的特征[5]，因此，对砂泥岩薄互层来说，需要建立一种新的渗透率模型，评价地层物理特性。

2.1 薄层渗透率测量误差分析

有效渗透率是与测量尺度相关的问题，不同测井工具和不同方法由于自身的垂向分辨率和探测深度不同，对同一段薄互层地层，会得出不同的测量结果和渗透率计算结果。建立一个砂岩渗透率比Fsand=1∶2, 砂岩自身渗透率Ksand=1 μm2的砂泥岩薄互层正演模型[6]。假定砂泥岩都是均质的，根据达西定律，在考察(测量)空间内的地层平均渗透率(Kb)和实际有效渗透率都是0.5 μm2；假定砂岩和泥岩薄层都具有等同的总核磁孔隙度(Φt)，所有的束缚流体仅存于泥岩中，用隐含参数和Timur-Coates公式进行核磁渗透率计算，则得到的核磁视渗透率(KTIM)为0.08 μm2，计算得到的相对误差为(500-80)/80=425%。如果砂岩渗透率比更低，Fsand=1∶3，则误差变得更大，相对误差达到(333-20)/20=1565%。在砂泥薄互层这种情况下，利用常用公式计算的核磁视渗透率比实际地层的真实渗透率就大大降低了，从而低估了砂泥岩薄互储层的质量和产能，导致有经济价值的层段被忽略。

2.2 薄互层鉴别

利用核磁测量识别薄互层是基于这样的逻辑进行计算的：有生产能力的砂泥岩薄互层通常是由分开的大孔隙(砂岩纹层)和小孔隙(泥岩纹层)组成，这就导致T2谱分布的双峰形态。在研究中首先建立了一个岩石类型指数SQI，以用来进一步区分地层是薄互层或常规层。由核磁T2谱分布形态计算产生的SQI定义为高于某个截止值的大孔隙与总孔隙体积比的函数[7]。薄互层区分指示线SQIdisc从核磁视渗透率KTIM计算得到，计算方法如式(3)；式中的视渗透率KTIM由Timur-Coates渗透率计算公式所得。

SQIdisc=A+B× log10(KTIM)

(3)

式中，A、B是单独的偏差量和系数，它们可以从SQI-KTIM交会图推断所得；在常规砂岩和泥质砂岩中指示出砂泥岩薄互层，高的SQI和低的KTIM反映了高概率的砂泥岩互层。如果SQI>SQIdisc，岩石类型认为是互层的，相反则认为是常规砂泥岩储层。

2.3 渗透率计算

本文中阐述的方法开发了一种相对简单易行的用以评价砂岩纹层内在渗透率(Ksand)的替代方法。从油田实际生产角度来说，在砂泥岩薄互层中真正感兴趣的仅仅是高渗透的有经济性的砂岩纹层。在研究的目标油田高渗透砂岩中，大孔隙和总孔隙体积比Ratio与SQI呈典型的线性关系，如图2所示。因此，通过SQI和图2确定的参数可以计算Ratio；利用Ratio对核磁测量的薄互层T2谱中的砂岩纹层孔隙度进行校正，得到砂岩纹层的总孔隙φsand(公式(4)～公式(6))；结合公式(1)可以进一步计算Fsand。

图2 砂泥岩薄互层SQI与大孔隙和总孔隙体积比交会图

Ratio=c×SQI-d

(4)

式中：c=0.9147,d=0.0781。

(5)

公式(5)中的cutoff1是一个核磁测井截止值参数，用以划分出砂泥岩薄互层核磁T2谱中砂岩/泥岩的双峰部分。

Ksand=10×((SQI-A)/B)

(6)

公式(6)中A和B同公式(3)中的偏移量A和系数B,由SQI-KTIM交会图确定。

3 现场实例应用

南海西部珠江口盆地珠江组一段地层富集砂泥岩薄互层沉积。多年来，已经采用多种手段，诸如核磁、岩石物理分析、地层测试(MDT)、钻杆测试(DST)等方法对砂泥岩薄互层进行了测量和渗透率解释，所得结果缺乏一致性。尤其是基于核磁渗透率的产能估计比地层测试(MDT)和钻杆测试(DST)结果要低得多。原因就是对于砂泥岩薄互层用传统核磁渗透率转换而来的渗透率计算产能，会带来较大的误差。现方法应用于被常规评价方法忽视的砂泥岩薄互层产层，这种方法输出的薄互层砂岩比Fsand、体积平均有效孔隙度CMFF、体积平均渗透率Kbulk是评价油藏和储量计算的主要岩石特性参数，最终输出成果实例如图3。道1为深度道；道2～4为常规测井资料；道5为薄互层标志；道6为地层砂岩比(纯砂岩层相对于薄互层的总体厚度比率)；道7为体积平均渗透率；道8为薄互层识别置信度；道9为FMI成像；从这个图片中可以很好的识别砂泥岩薄互层。新方法计算的薄互层平均渗透率比Timur-Coates公式计算的渗透率明显要高要好。

图3 薄互层识别及渗透率计算结果组合图

4 结论

论述了一种利用核磁测量的T2谱来探测和评价砂泥岩薄互层的岩石物理属性的新方法。它利用在砂泥岩薄互层中核磁响应的双峰分布特征的优点来克服常规测井仪器垂向分辨率测量的局限。

这种方法定义了一些有用的参数，例如岩石类型、砂岩渗透率比Fsand、体积平均渗透率Kt等。它是基于仪器探测范围内薄互层的整体响应来设定和计算这些参数的，而不是为了寻求解决某个独立的、单一的砂岩纹层的属性。本文论述的方法和认识可以用于在类似地区识别和评价新井或老井中可能被忽视的砂泥岩薄互层油气藏。

本文描述的新方法通过核磁测井为现场决策提供了快速直观的结论。案例研究证实，从新方法所得的渗透率与MDT渗透率关系比标准核磁转换所得渗透率要好得多，砂泥岩薄互层的产能评价得到了显著改善，为确定经济性产层提供了可靠依据。

[1] 李长喜，李潮流，周灿灿,等.中国海洋石油南海西部公司志(第二卷)(1988-1995)[M].北京：石油工业出版社，1996：94-98.

[2] 王伟.淡水钻井液侵入对双感应和双侧向测井响应的影响[J]．石油勘探与开发，2007，34(5)：603-608．

[3] 孙娜.辽河滩海地区低阻油气层测井系列的选择[J]．海洋石油，2007，16(3)：116-117．

[4] Cao Minh C,Sundararaman P.NMR petrophysics in thin sand/shale laminations[A].SPE 102435,presented at the 2006 SPE Annual Technical Conference and Exhibition,San Antonio, Texas,USA,2006.

[5] 肖立志,谢然红. 核磁共振测井仪器的最新进展与未来发展方向[J].测井技术,2003,27(4):265-269.

[6] Timur A.Effective porosity and permeability of sandstones investigated through nuclear magnetic resonance principles[A].Transactions of the SPWLA 9th Annual Logging Symposium, New Orleans, Louisiana, USA,1968.

[7] 王坚勇. 试井中的不确定性和岩芯渗透率分析[J]．海洋石油，2002，11(1)：62-63．