徐家围子地区火山岩储层测井分类方法研究

杨学峰，冯肖宇，尚云志

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆163712）

0 引 言

火山岩储层孔隙结构复杂，非均质性强，影响产能的因素很多［1－2］，不同类型储层产能变化较大，存在测井解释为工业油气层而试油为低产储层的现象，因此，建立科学、合理的火山岩储层分类标准十分必要。通常，储层分类主要依据孔隙度、渗透率、孔隙结构等参数［3－7］。孔隙度和渗透率反映岩石的宏观物理性质，孔隙结构反映岩石的微观物理性质。应用常规测井资料可以求取孔隙度和渗透率，但是在对储层进行分类时有一定的局限性。能够反映储层微观孔隙结构的主要有压汞、铸体薄片及电镜资料，然而实际生产中取心较少，进行试验分析的样品就更少，且成本高，一定程度上限制了应用范围。核磁共振测井资料转换得到的毛细管压力曲线能够弥补这一不足［8－11］。但是，毛细管压力曲线形态只能对储层进行定性的分类评价。

为此，本文对大量的压汞资料进行了分析研究［12－14］。研究表明储层的平均孔隙半径和孔喉比反映储层的微观孔隙结构，能够用来对储层进行定量分类。采用定性分类与定量分类相结合，将储层分为3类：Ⅰ类储层为未压裂达到工业气层；Ⅱ类储层为压裂后达到工业气层；Ⅲ类储层为压裂后为低产气层。

1 基于核磁共振及毛细管压力资料的储层定性分类方法

1.1 核磁共振测井计算毛细管压力曲线的原理与方法

毛细管压力曲线可以较好地表征储层微观孔隙结构特征［15］。但由于实际生产过程中取心井数量少，毛细管压力曲线实验的样品更少，在一定程度上限制了应用范围。利用核磁共振测井资料通过合理刻度可以得到毛细管压力曲线，因此应用核磁共振测井资料可以进行储层孔隙结构特征评价。测井系列中核磁共振测井可以连续测量得到储层孔隙大小分布。理论上，毛细管压力曲线和核磁共振T2分布谱都与孔隙结构相关，因此只要寻找出核磁共振T2分布谱与毛细管压力曲线的关系，就可以利用核磁共振T2分布谱连续计算地层的毛细管压力曲线。

核磁共振T2分布谱反映了孔隙大小分布特征，较大的T2值对应中到大孔隙，较小的T2值对应微小孔隙。显然，核磁共振T2分布与孔隙结构有直接关系。据此，开展了室内实验研究［16－17］。图1是4块岩样的T2分布与压汞得到的孔喉半径分布直方图重叠对比图，纵坐标为频数，横坐标有2个，上面为T2值，下面为孔喉半径值。可以看出，二者在形态和幅值上都非常相似，说明二者密切相关，证实了应用T2谱计算毛细管压力曲线可行。

图1 核磁共振T2分布谱与压汞孔喉半径分布对比

理论上，当储层孔隙内完全含水时，核磁共振T2分布谱与孔隙体积和孔隙表面积的比率成正比，也就是与孔隙尺寸大小或孔隙半径成正比。

式中，S为孔隙表面积，cm2；V为孔隙体积，cm3；ρ为岩石横向表面弛豫率。

对于式（1），用理想的假想岩石模型分析它与孔隙半径的关系。假设孔隙岩石是由岩石骨架和半径相同的毛细管组成，其半径为r1，长度为L，单位截面内的毛细管数为n，则

由式（2）可见，孔隙内流体的弛豫时间和孔隙空间大小及形状有关，孔隙越小，比表面积越大，表面相互作用的影响越强烈，T2时间也越短。而弛豫时间T2和平均孔径r1是一一对应的，因此，可利用T2分布评价孔隙大小及其孔径分布。

毛细管压力曲线描述了非润湿相流体在不同的压力下穿过不同孔隙喉道进入孔隙空间的情况。在每一压力点下进入的非润湿相流体的体积代表了某一孔隙喉道下的孔隙体积，因此毛细管压力曲线不仅描述了孔隙喉道的分布规律，也描述了孔隙体积的分布。毛细管压力曲线的理论公式为

式中，pc为毛细管压力，MPa；σ为流体界面张力，N／cm；θ为润湿接触角，（°）；r1为毛细管半径，μm。

理论上，核磁共振T2分布谱和毛细管压力曲线都表示了与孔隙尺寸和孔隙喉道相关的孔隙体积分布。因此，式（2）和式（3）相比，可得到毛细管压力和核磁共振T2分布谱之间的关系式。

由此可见，只要利用岩心分析的毛细管压力曲线刻度核磁共振T2分布谱确定出系数Kpc，就可以利用核磁共振T2分布谱计算毛细管压力。单系数的毛细管压力与T2关系式适合物性好、孔隙度度较大的砂岩储层。而该项目研究区储层物性较差，优选了Volokitin提出的适合中低孔隙度地层T2与pc的经验公式式中，K为渗透率，mD＊非法定计量单位，1mD＝9.87×10－4μm2，下同；A、B、C为与孔隙结构、储层类型相关的经验系数，可由岩心分析确定；D为经验系数，取值范围1 000～2 000。

图2是研究区实验分析毛细管压力曲线与核磁共振T2谱计算的毛细管压力曲线对比图。曲线形态和变化趋势上都有较好的一致性，表明由T2谱计算毛细管压力曲线可靠。

图2 徐深A井核磁共振测井计算毛细管压力曲线成果图

1.2 毛细管压力曲线分类标准

毛细管压力曲线是毛细管压力和饱和度的关系曲线［18］。一定的毛细管压力对应一定的孔隙喉道半径，毛细管压力曲线实际上包含了岩样孔隙喉道的分布规律，可以确定储层的主要喉道分布范围。当储层喉道越大，大喉道越多，且喉道越集中，启动压力越低，说明储层越好，因此可以用毛细管压力曲线直观地反映储层的好坏，即可用其对储层进行分类。根据14口井压汞资料得到的毛细管压力曲线（共计223个样品）和进汞饱和度将储层分为3种类型（见图3）。Ⅰ型：粗歪度，表明储层大喉道居多，且分选性最好，是最好的储层（Ⅰ类）；Ⅱ型：略粗歪度，表明储层喉道，且分选性较好，是较好的储层（Ⅱ类）；Ⅲ型：细歪度，表明储层小喉道居多，且分选性一般，是一般的储层（Ⅲ类）。通过岩心资料刻度，应用核磁共振资料可以得到伪毛细管压力曲线，实现了无岩心条件下的毛细管压力曲线储层分类。

图3 毛细管压力曲线储层分类图

2 基于平均孔隙半径及孔喉半径比的储层分类方法

储层的毛细管压力曲线形态能够反映微观结构，但是只能定性判断储层类别。能够反映储层微观结构的还有平均孔隙半径［19－20］、喉道半径、最大孔隙半径、排驱压力及平均孔喉半径比等参数。一般情况下，当储层平均孔隙半径越大，储层的排驱压力越低，表明储层越好；反之则表明储层较差。同时，研究区火山岩储层非均质性强，属低孔隙度低渗透率储层，普遍存在着储层的平均孔隙度较大渗透率较低的现象。因此在对储层进行分类时，必须考虑储层的孔隙与喉道之间的匹配状况。所以，本文应用平均孔喉半径及平均孔喉半径比定量对储层进行分类。

2.1 平均孔隙半径及孔喉半径比计算方法

应用常规压汞及恒速压汞资料分别建立平均孔隙半径及平均孔喉半径比的计算模型。平均孔隙半径计算模型

式中，Rc为平均孔隙半径，μm；K为空气渗透率，mD；φ为孔隙度，%；A、B为系数；相关系数为0.95。

平均孔喉半径比计算模型

式中，RB为平均孔喉半径比；K为空气渗透率，mD；C、D为系数；相关系数为0.88。

2.2 平均孔隙半径分类标准

由于研究区火山岩储层测试采用大型压裂，压裂后厚度很难确定。因此，应用压裂前的采气强度，通过压前与压后产能对比分析。压前与压后产能具有很好的一致性，即压前产能大的储层，压后产能就大；压前产能小的储层，压后产能就小。平均孔隙半径的大小对产能大小的影响程度，通过与采气强度的关系来分析研究。储层采气强度与储集性能和渗流性能有关，即与平均孔隙半径、储层的含气饱和度有关。选取压后以产气为主的储层，减少含气饱和度的影响，通过比较压前采气强度，结合储层压后产能情况，确定了平均孔隙半径分类标准（见图4）。

图4 平均孔隙半径储层分类图版

2.3 平均孔喉半径比分类标准

储层的采气强度还受到储层的孔隙与喉道的匹配关系控制，当小喉道控制了大孔隙时，储层的产能也是有限的。通过比较压前采气强度，结合压后储层产能情况，确定了孔喉半径比的分类标准（见图5）。

图5 平均孔喉半径比储层分类图版

3 基于常规测井资料的储层分类方法

通过储层平均孔隙半径及孔喉比的比较，可以判断储层好坏，但是对于储层的产能还不能判断。根据储层特征研究，优选有效厚度、有效孔隙度、可动流体饱和度作为储层分类参数，根据分类标准给出每类储层对应的典型特征、宏观物性参数。这些参数主要从2个方面表现火山岩储层特征：①有效孔隙度表征火山岩储层储集空间的有效性及储集空间的大小，扣除了不被油气占据的那部分孔隙空间，注重储层的有效性和储集性评价；②可动流体饱和度强调了孔隙空间中流体的可动用程度。利用核磁共振资料可以准确确定储层的可动流体饱和度。为了充分考虑这3个参数，将它们的乘积定义为储层综合指数，通过分类指数的大小判断储层的产能大小即是否能达到工业产能。在储层参数解释的基础上，应用42口井48个层的试气资料建立了储层综合指数的分类标准（见图6）。

图6 平均孔喉半径与储层综合指数分类图版

4 火山岩储层分类综合标准

应用储层伪毛细管压力曲线可以对储层进行定性分类，平均毛细管压力曲线及孔喉半径比可以对储层进行定量判别，储层综合指数可以对储层的产能情况做初步判断。结合研究区试气储层的孔隙度和渗透率的统计结果，确定了徐家围子地区火山岩储层分类综合标准（见表1）。

表1 徐家围子地区火山岩储层分类综合标准表

5 应用效果分析

图7为徐深B井220号层，伪毛细管压力曲线判断该层为I类储层。储层平均孔隙半径均值为0.64μm，孔喉半径比均值为623，孔隙度均值为9.7%，渗透率均值为0.67×10－3μm2，储层分类指数为3 847。应用上述储层分类标准划分有效储层，I类储层占12.5%，II类占87.5%，储层以II类储层为主，储层参数较大，表明产能潜力较大，综合判断该层为II类储层。对该层段3 534～3 542m试气，自然测试，日产气38 911m3；压后自喷，日产气476 600m3。应用上述分类标准对徐深A地区45口井进行储层分类，其中I类储层占3.5%，II类储层占50.4%，III类储层占46.1%。经试气验证，解释结论与试气结论符合较好，且与研究区地质认识一致。分类结果为研究区开发方案设计及可采储量评价提供了技术支持。

图7 徐深B井储层分类成果图

6 结 论

（1）充分应用核磁共振测井数据，建立了伪毛细管压力曲线计算模型，实现了应用连续毛细管压力曲线进行储层分类。

（2）以实验分析资料为基础，建立了平均孔隙半径及孔喉半径比的计算模型，将宏观信息与微观信息进行了有机结合。

（3）以常规测井和核磁共振测井资料为基础，采用微观与宏观参数、定性与定量相结合的思路，建立了火山岩储层分类标准，经45口井实际资料验证，该标准适用于火山岩储层分类，对火山岩储层的射孔选层、产能预测等具有指导意义。

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