有效储层物性下限方法的研究现状和发展方向

刘毛利，冯志鹏，蔡永良，粟 鹏，朱征兵

（1.西南石油大学研究生部，成都 610500；2.，中国石油西南油气田分公司川中油气矿，四川 遂宁629000）

有效储层物性下限方法的研究现状和发展方向

刘毛利1，冯志鹏2，蔡永良2，粟 鹏2，朱征兵2

（1.西南石油大学研究生部，成都 610500；2.，中国石油西南油气田分公司川中油气矿，四川 遂宁629000）

有效储层物性下限是评价储层储量最有效的方法，目前确定有效储层物性下限值的主要参数为储层的孔隙度、渗透率、含水饱和度参数。因储层物性受多种因素控制，导致不同地区、同一地区的不同时间段其物性下限均不同。目前确定物性下限值的方法包括压汞实验法、分布函数曲线法、核磁共振法、含油产状法等。每种方法均有其利弊，采用综合评价方法是未来确定有效储层物性下限的发展方向。

有效储层；物性下限；方法；发展方向

DO I：10.3969/j.issn.1006-0995.2014.01.003

有效储层是指在现有工艺条件下能获得工业油流的储层。在实际应用中，有效储层会随着生产技术的进步和采油技术的提高而变化，之前所判定的无效储层可能会发现工业油流。Murray（1960）提出工业性储集岩的临界油柱高度标准，即生产纯油段储层岩样有效吼道半径约为0.5μm；Mannon（1972）等利用岩样渗透率和毛管压力的综合分析提出渗透率下限；王允诚（1986）提出利用相渗透率曲线法确定物性下限；向丹（2005）等人运用实验分析和模拟资料方法确定储层物性下限。影响储层物性下限值因素较多，包括地层温度、地层压力、流体性质、工艺技术等。通过对各类方法的分析概括，提出适用于储层物性下限确定的方法，并提出有效储层物性发展的方向。

1 影响储层物性下限的因素

影响有效储层物性下限的因素很多，通过对前人研究的总结，可知包括地层压力、地层温度、储层性质、流体性质和目前的生产工艺条件。

1）地层压力分两种情况：①当地层压力小于饱和压力时，随着地层压力增大，在同一大小的孔喉半径下，成藏阻力增大，物性下限值增大。②当地层压力大于饱和压力时，随着地层压力增大，剩余饱和度压力随之增大，导致在同一大小的孔喉半径下，物性下限值降低。

2）地层温度。成藏过程中主要克服的是毛管压力，当温度不断增加、岩石润湿角不变，流体体积增大，界面张力随之减小，导致毛细管阻力减小，因此有效储层物性下限值减小。

3）流体性质。对于原油，原油性质越好，代表其粘度、密度越小，因此所需的流动孔隙等要求相对较低，物性下限值也较低，反之则大。

4）储层性质。岩石中部分自生粘土矿物会堵塞孔喉，造成渗透率下降，成为非储层，增大储层物性下限值。储集空间为原生孔隙的岩石比面大于次生孔隙的岩石比面，导致前者的有效储层物性下限值大于后者。

2 确定有效储层物性下限的方法

依据储层物性下限确定时所取数据的来源，把各种方法归结为动态法和静态法。静态法所用参数为实验结果和经验取值；而动态法所用参数来自实际生产过程中，可根据不同时期调整物性下限值。

2.1 静态法

1）压汞实验法。因储层孔隙结构不同，导致其渗透率不同。即根据中值压力与渗透率的关系得到渗透率下限值，根据岩心化验得到的孔渗关系求出对应的孔隙度下限。如图 1中转折点即为储层与非储层的分界线。本方法需取心资料，因要寻找转折点，人工干扰较大，且若无取心资料者无法实施，适用于各低~高孔渗储层。

图1 渗透率与中值压力关系图

图2 经验系数法及甩尾法得出物性下限值

2）孔隙度含水饱和度相渗曲线组合法。即根据岩心渗透率、含水饱和度及油气和水的相对渗透率，找出水的主导层时水的渗透率，转折点即为渗透率下限值。需岩心化验资料，因部分拐点不明显，确定含水饱和度下限值时误差大，适用于低~高孔渗储层。

3）孔喉分布法。根据不同孔喉占总孔喉体积百分数，从图中可以看出，孔喉在某点出现转折，小于转折点的孔喉所在储层油气较难采出，再根据孔喉半径与渗透率、孔隙度之间的关系，求出物性下限值。需大量岩心化验资料，适用于低~高孔渗储层。

4）分布函数曲线法。运用统计学，绘制出有效储层和非有效储层的孔隙度、渗透率分布曲线，两者的交点即为所求有效储层物性下限值。有效储层与非储层要符合正态分布，否则数据不准确，适合于低~高孔渗储层。

5）经验系数法。由美国岩心公司通过统计得出的方法，即以岩心所测的孔隙度、渗透率为基础，将得出的平均渗透率值乘以5%，若高渗储层可以乘以小于5%的值，再根据孔渗关系得到孔隙度下限值，如图2所示。需要实验分析数据，只适用于渗透性较好的储层，若是差油层，孔渗相关性要好。

6）甩尾法。以低孔、渗储层段累计储渗能力丢失较合理时对应的物性值作为物性下限。美国岩心公司通常将累计储渗能力丢失界限确定为5%，但在不同油气田，其所确定的累计储渗能力丢失界限不同，一般不超过15%，累计储能丢失不超过10%（图2）。需大量岩心资料，不同地区累计丢失界限值不同，且适用于孔渗相关性较好的储层。

图3 某地区孔隙泥质含量与有效孔隙度

图4 含油产状与物性交会示意图

7）泥质含量法。根据储集层中泥质含量的多少，确定储层是否有商业价值（图3）。因泥质含量临界点难以确定，影响因素较多，此方法不建议使用。

8）含油产状法。在我国，很多砂岩油藏都发现储层物性与含油性有着一致的变化规律，因此可用岩心含油产状确定有效储层物性下限（图4）。需要进行单层试油，不适用天然气储层研究，获取可靠的压力资料，受原油性质影响较大，适用于低~高孔渗储层。

9）束缚水饱和度法。束缚水饱和度达到80%时，储层此时被认为是无效储层。此方法需在孔隙度与束缚水饱和度相关系数大于70%时，选取束缚水饱和度80%，对应的孔隙度下限值即为下限值（图5）。因受孔隙结构、孔隙类型等因素影响，下限值不易确定，适合于低~高孔渗储层。

10）束缚水膜厚度法。大量研究表明，水湿性碎屑岩颗粒表面附着水膜厚度大约为0.1μm，大于0.1 μm为有效储层。把0.1μm作为界限，通过孔喉半径与渗透率的关系，求出渗透率下限值。需大量岩心资料，研究区域孔隙结构参数与物性参数有很好的相关性，适合于低~高孔渗储层。

11）最小流动孔喉半径法。经大量研究表明，根据毛管压力资料，可以对岩石微观孔隙结构分选，确定油气层最小流动孔喉半径。一般步骤为首先用 J函数方法处理毛细管压力曲线，得到平均毛细管压力曲线，其次通过沃尔法或正态概率法、Purcell法、Hobson法计算最小孔喉半径，最后根据孔喉半径与渗透率的关系得到有效储层物性下限。需取大量岩心化验资料，准确性较高，适用于低~高孔渗储层。

图5 孔隙度与束缚水饱和度关系图

图6 常规压汞与核磁共振关系示意图

12）核磁共振法。根据核磁共振可得到可动流体饱和度，在低渗油藏中，可动流体饱和度是评价油层物性的重要指标。如图 6可知，截止值左侧为不可动流体，右侧为不可动流体，利用和压汞关系可得孔喉半径值。此方法需大量的实验数据，受各种流体因素影响，精确度一般。

13）渗透率敏感法。主要收集地层渗透率与地面渗透率值，并作两者关系图，根据孔隙度渗透率关系求出孔隙度下限。此方法需要大量分析化验资料，因模拟地层条件，获得的渗透率值有偏差。

图7 孔隙度与渗透率交会图

图8 钻井液侵入法

14）孔隙度-渗透率交会法。作孔隙度—渗透率交会图（图7），图上一般有三段：第一段孔隙度增加而渗透率增加甚微，说明岩石孔隙主要为无渗透能力的孔隙；第二段渗透率随孔隙度增加而明显增加，说明增加的孔隙度是有渗透能力的有效孔隙；第三段孔隙度增加甚微，渗透率急剧增加，说明孔喉半径增大。第一、二段转折点为渗透层与非渗透层的孔隙度、渗透率下限值。收集大量岩心分析资料，孔隙度、渗透率相关性较好，该方法难以准确划定第一、二段及其转折点，适用于低~高孔渗储层。

15）产能模拟实验法。取产层岩心，模拟不同物性条件下产能的变化，以此确定储层物性下限。因模拟环境难于真实的反映原始条件，得到的结果偏差大。

16）钻井液侵入法。在含水饱和度与渗透率相关系数较高时，利用水基钻井液取心测定的含水饱和度确定物性下限。含水饱和度与空气渗透率关系曲线出现的拐点即为分界线，对应的渗透率为渗透率下限值。仅适用于水基泥浆钻井，且适用于油层，拐点的确定误差大。

2.2 动态法

动态法主要包括钻井液侵入法、测试法、试油（气）法、测井资料法、产能法、产能模拟实验法等。在实际生产中，需认真记录各类试油气资料、生产资料等，得到有效储层物性下限。

1）测井资料法。在试油气资料指导下，得到其对应储层的声波时差等，依据测井解释，得到解释孔隙度，依据孔渗关系求出渗透率下限。需试油（气）资料、测井资料，适用于各类低~高孔渗储层。

2）测试法。也称试油指数法，以试油资料为基础，利用每米采油指数与孔隙度、渗透率关系作出图，每米采油指数降为零时的临界点为物性下限值。

3）试油（气）法。试油（气）层段对应的岩心，通过化验得到孔隙度、渗透率平均值，如图9，作出孔渗交会图，得到水层、含油（气）层等，确定其下限值。需试油资料，取心井的化验资料等，适于低~高孔渗储层物性下限的确定。

4）产能法。通过径向渗流公式，计算商业性产能条件下的渗透率下限值。

图9 试油（气）法确定物性下限

图10 气层的产层厚和渗透率下限关系

式中:QAOF为天然气的无阻流量（m3/s）；μo和μg分别为天然气、油的地下粘度（mPa·s）；re为供给边缘半径（cm）；rc为井筒半径（cm）；p为油层中部压力（105Pa）；Z为压缩因子（无因次量）；Bo为油的体积系数（无因次量）。

通过上述公式，得到对应高度的渗透率下限值（图10），再根据孔渗关系，得到孔隙度下限值。

3 有效储层物性下限确定方法发展趋势

以上均为单一方法确定有效储层物性下限，部分研究区因为所需资料的限制，仅可选择可操作的方法，但物性下限值误差较大。

在单层试油资料不全、测井解释物性及综合解释结果较少的地区，邵长新等提出运用试油法及束缚水饱和度法，可准确地得到有效储层物性下限。通过验证，试油法对地层压力等要求不高，简单、操作性强。束缚水饱和度法，虽渗透率下限值求取结果较差，但具有好的参考价值。

目前，国外较通用的综合分析判断有效储层物性下限的一般步骤为：①根据试油或生产测试资料，确定油气（水）层的最小孔隙度及干层的最大孔隙度值，两者之间的值为干层和渗透层间的过渡带，可得到油气层高值、中值和低值；②根据岩心资料，得到孔渗关系，从而得到渗透率的高低值；③分析物性的高值、低值及两者之间的值，一般中值为物性下限；④与其他相似储层作对比，确定其是否合理。

国内，由张春等（2010年）等提出的综合方法，即在收集到生产测井资料、岩心分析、试油（气）、钻井资料确定油气井产层下限。步骤为：①在分析气井的产层段及其特征后，确定出各井主、次产层；②根据产层的折算气量，利用气井产量公式，得到维持最小产气量的最小渗透率下限。

从上述大家所提出的方法，可看出在求取物性下限时，考虑的因素增多，更多的是验证各种方法所得的值，更有利的指导油气田的开发等。

4 结论

1）有效储层物性下限确定逐渐趋于标准化，综合化，逐渐从单一方法过渡到综合方法进行检验。

2）各类方法均有其适用范围，因此，在计算研究区域储层物性下限时，应依据所拥有的资料、该区地质条件等分析。

3）随着工艺技术的发展，原先的非有效储层会转换成工业油（气）层。

4）在确定有效储层物性下限后，应根据实际的生产资料等，对所得值进行验证，调整物性下限值。

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Present Situation and Developmental Trend of the Research on M ethodology for Determ ination of Physical Properties Cut-off of an Effective Reservoir

LIU Mao-li1FENG Zhi-peng2CAI Yong-liang2SU Peng2ZHU Zheng-bing2
(l-College of Resources and Environment, Southwest Petroleum University , Chengdu 610500; 2-Central Sichuan Oil & Gas Field, Southwest Oil & Gas Field Company, PetroChina, Suining, Sichuan 629000)

Physical properties cut off of effective reservoir is of great importance to assessment of reservoir，s reserves. Its main parameters are porosity, permeability and water saturation which are controlled by many factors. There are many kinds of ways to get the values, such as mercury injection experiment, distribution function curve method, nuclear magnetic resonance method, oil occurrence method and so on. Each method has its advantages and disadvantages. The comprehensive methods should be used in the future.

effective reservoirs; physical properties cut off; influence factor; application conditions

P618.130.2

A

1006-0995（2014）01-0009-05

2013-11-21

刘毛利（1988-），女，安徽淮北人，硕士，研究方向：储层地质