致密油藏储层综合评价新方法

贾培锋，杨正明，肖前华，盛 倩，熊生春

(1.中国石油大学，山东 青岛 266000 ；2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北 廊坊 065000；3.中国科学院渗流流体力学研究所，河北 廊坊 065007；4.重庆科技学院，重庆 401331)



致密油藏储层综合评价新方法

贾培锋1，2，杨正明2，肖前华3，4，盛 倩1，熊生春2

(1.中国石油大学，山东 青岛 266000 ；2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北 廊坊 065000；3.中国科学院渗流流体力学研究所，河北 廊坊 065007；4.重庆科技学院，重庆 401331)

致密油藏开发需要储层评价作为指导，但尚无一套评价方法立足于致密油开发实际。通过对大庆油田和长庆油田典型致密油储层岩心进行实验研究，运用统计学方法和数值模拟方法，优选了平均喉道半径、可动流体百分数、脆性指数、地层压力系数、启动压力梯度、原油黏度6个参数用于致密储层评价。在低渗透油藏参数评价界限基础上，补充了地层压力系数和脆性指数分类界限；提出了致密油储层综合分类评价方法，将致密储层按综合分类系数分为4类。应用结果表明，大庆油田龙西区块的扶余油层和高台子油层，长庆油田的长8、长9储层为Ⅱ—Ⅲ类储层，有一定开发潜力。

致密油藏；储层评价；参数选取；综合分类公式

0 引 言

作为最现实的非常规石油资源，致密油的资源潜力对于缓解中国能源压力意义重大。近年来，中国致密油藏的勘探开发工作初具规模，逐步积累了一定开发经验。2012年贾承造、邹才能等针对致密油藏勘探工作提出了10条评价指标；2014年邹才能着眼于非常规油气“有序聚集”理论提出了“六特性”作为地质评价标准[1-3]。但目前尚无立足于致密油田开发实际的评价方法，用于指明开发“甜点”所在。

当前油藏评价工作以渗流机理为出发点，从单一参数向多参数综合评价发展。常规油气储层仅采用孔隙度、渗透率评价储层。一般低渗透油藏将启动压力梯度和可动流体纳入评价，综合考虑非线性渗流。然而面对孔喉更为微小，渗透性更差，开发模式与一般低渗透储层差别显著的致密储层[4-5]，低渗透储层评价参数不再全部适合。对大庆油田和长庆油田典型致密储层岩心进行实验研究，在低渗透储层评价方法的基础上，纳入新的评价参数，并重新划分了评价界限。

1 评价参数的选取

低渗透油藏评价方法认为影响低渗透油田开发的因素有：孔隙结构特征、渗流及流体性质、储层敏感性特征[4-5]。致密储层除了这3个因素均异于一般低渗透油藏外，其独特性还表现在无自然产能或自然产能低于工业油流下限，通常需要一定经济条件和技术措施方可获得工业产量[6]。多分支水平井、酸化压裂、多级压裂等技术能明显改善储层流动性，提高致密油藏初期产量。由于储层能量补充困难，即便采取了大规模储层改造技术，弹性驱仍是致密油藏开发的主要驱动方式。鉴于以上特点，提出可动流体百分数、脆性指数、地层压力系数、平均喉道半径、启动压力梯度、原油黏度6个参数作为评价致密储层的参数。

1.1 可动流体百分数

可动流体百分数表征储层孔隙流体赋存特征。储层中的流体一部分为自由流体，在一定压力梯度下可以发生流动，称为可动流体。而另一部分流体为束缚流体，存在于孔隙壁面附近或充满极微小的孔隙，较强的固液界面作用改变其物理化学性质，使之难以流动。对于致密渗透储层而言，由于孔隙微细，孔隙壁面比表面积较大，展布在孔隙壁面上的束缚流体含量很大，可动流体百分数对储层流体渗流性能的影响不容忽视。

对大庆典型致密油储层岩样进行可动流体百分数的测试工作，并进行了水驱油实验，结果表明，当渗透率小于10×10-3μm2时，可动流体百分数与渗透率相关性较差。部分渗透率较低的岩心可动流体百分数反而较高，反之亦然。但总体而言，当渗透率小于1×10-3μm2时，平均可动流体百分数小于20%；当渗透率为1×10-3～10×10-3μm2时，平均可动流体百分数为30%；当渗透率大于10×10-3μm2时，平均可动流体百分数大于40%。总体上，平均可动流体百分数随着岩心的渗透率的增大而增大。可动流体百分数与驱油效率之间有着很好的相关性，因此，可动流体百分数能够反映储层开发潜力。

1.2 储层岩石脆性指数

分段压裂水平井广泛应用于致密油田开发中，其中水平井体积压裂技术的应用，可使水平井的产量达到同层位压裂直井的5～7倍。储层的可压裂性与其开发效果密切相关，因此，将储层岩石脆性指数纳入评价体系。岩石的脆性是指岩石在受到的外力达到某一极限时发生破裂的性质。脆性指数可以通过岩石力学方法或岩石矿物学方法确定。

岩石力学方法是通过弹性模量和泊松比这2个相互独立的物理量表示岩石脆性指数。由于计算脆性指数需要将该地区岩石的弹性模量和泊松比进行归一化，因此，岩石力学方法的计算公式具有明显的地域适用性。

研究中采用矿物学方法测取脆性指数，根据脆性矿物成分含量高低可判断脆性强弱。用石英占总矿物(石英、黏土、碳酸盐岩等矿物)的百分含量来表示脆性指数[7]。表达式为：

(1)

式中：B为脆性指数，%；φ为孔隙度；Vsh为非石英矿物含量，%。

1.3 地层压力系数

储层压力反应其弹性开发能量，致密油藏的储层物性普遍较差，较高的储层压力有助于提高弹性产量。一般说来，一定超压的储层有助于烃类在微小的孔喉中运移。在不考虑溶解气驱的情况下，通过致密油储层数值模拟开发实验，讨论了地层压力系数对弹性开发的影响，实验结果如图1所示。由图1可以看出，相同的油藏条件下，压力系数与弹性开发最终采出程度以及初期产量均成正相关关系，即较高的地层压力系数可以获得更高的初期产量和采出程度。而通过产能公式，同样可得到地层压力与产量的关系。

图1 不同压力系数下致密储层的产量与采出程度关系

1.4 其他参数

用以描述微观孔喉结构的参数有喉道半径、孔喉比、相对分选系数、微观均质系数等。其中喉道半径决定着储层流体的渗流能力，是表征储层岩心孔隙结构的重要参数。喉道半径越大，相应的渗流阻力越小，储层流体的开发潜力越大。最大喉道半径反映流体通过喉道的半径上限，主流喉道半径反映有效孔喉半径的下限。平均喉道半径是实验岩心喉道半径分布的均方根，能够表征致密储层孔喉结构的复杂性。该研究采用的参数为平均喉道半径。

在低渗透油藏中，流体黏度对油藏的开发影响较大。而在致密油藏极为细微的孔隙裂缝中，这种影响将更加明显。原油黏度除了表征储层中流体物性外，还是影响油藏流体渗流和压力传播的重要因素之一。另外，由于致密储层孔道极其微细，流体在渗流过程中受到固液界面作用的影响很大，存在启动压力梯度。因此，选取了原油黏度和启动压力梯度作为评价参数。

2 致密储层综合评价方法

2.1 单因素分类界限的确定

该评价方法旨在为油田开发工作提出建议，优选开发区块。针对作为致密储层综合评价指标的6个参数，需要确定各单因素分类界限，进而基于单因素储层评价分类界限，提出综合分类方法。通过研究现有致密油区块的储层脆性指数和压力系数，结合低渗透油藏单因素评价界限，给出了脆性指数和地层压力系数的分类界限。

岩石的脆性指数反映储层岩石的可压裂性，Rickman提出岩石脆性指数与压裂裂缝形态存在对应关系，不同脆性的储层在压裂措施下形成的裂缝系统不同[8]：脆性指数在20%以下，只能形成单条裂缝；脆性指数在20%～40%时，裂缝系统由单缝向多缝过渡；脆性指数在40%～60%时，将形成多缝系统；脆性指数在60%以上的储层则易形成缝网。致密油藏开发中，通过压裂形成复杂缝网有助于油井产能提高，而水平井的体积压裂也更适用于脆性较强的储层。因此根据脆性指数将储层分为4类：脆性指数大于60%为Ⅰ类储层，能够产生相互连通的缝网系统；脆性指数40%～60%为Ⅱ类储层，能够产生多条不同走向的裂缝；脆性指数20%～40%为Ⅲ类储层，可形成单缝或多缝的混合裂缝系统；脆性指数小于20%为Ⅳ类储层，仅能产生单条裂缝。

石油地质学中将地层孔隙中流体所受压力高于静水压力称为异常高压或超压，反之称为异常低压或负压。通过对国内外致密油藏地质资料调研可知，除中国的鄂尔多斯盆地外，大部分盆地的致密储层为异常高压[3]。因此根据地层压力系数将储层分为4类：地层压力系数大于1.5的储层为Ⅰ类储层，该类储层为异常高压，弹性能量充分；地层压力系数1.5～1.2的储层为Ⅱ类储层，该类储层为一般高压地层，弹性能量较高；地层压力系数1.2～0.9的储层为Ⅲ类储层，该类储层为正常压力地层，有一定的弹性能量；地层压力系数小于0.9的储层为Ⅳ类储层，该类储层为异常低压，弹性能量不足。最终得到用于评价致密油藏的六参数分类界限，见表1。

表1 致密油藏储层评价方法

2.2 多元综合分类方法

油田开发效果受多种因素共同控制。而各个参数共同评价结果无法量化，对储层品质的描述较模糊。研究表明：平均喉道半径、可动流体百分数、岩石脆性指数、储层压力系数与区块的开发效果成正相关关系，即平均喉道半径越大、可动流体百分数越高、储层岩石脆性越强、地层压力系数越高，开发效果越好；启动压力梯度、原油黏度与区块的开发效果成负相关关系，即启动压力梯度越高、原油黏度越高，区块开发效果越差。因此，提出 “多元综合评价系数”作为评价致密油储层品质的指标，在单因素分析的基础上，对各参数进行归一化处理得到综合评价系数Feci，其表达式为：

(2)

式中：So为可动流体百分数，%；rm为平均喉道半径，μm；P为地层压力系数；λ为启动压力梯度，MPa·m-1；μ为原油黏度，mPa·s；Sostad，rmstad，Bstad，Pstad，λstad，μstad分别为以上6个参数第Ⅳ类参数标准下限。

通过选取分类系数中第Ⅳ类参数作为标准值进行归一化，将单因素分析的界限值代入公式(2)求得综合分类评价的界限值，得到致密油储层综合评价分类标准(表2)。Ⅰ类储层是可以采用常规开发手段取得较好采出程度的致密储层；Ⅱ类储层是需要一定储层改造手段才能够取得较好开发效果的致密储层；Ⅲ类储层是指尚需技术攻关，在一定经济条件下采取大规模储层改造技术后可以开发的储层；Ⅳ类储层代表目前技术难以动用的储层。

表2 致密油储层评价分类标准

3 实例应用

对大庆油田扶余、高台子油层和长庆油田长8、长9储层的4个区块共计97块岩心进行油层物理实验，运用该方法对大庆油田、长庆油田的典型致密油区块进行评价，结果如表3所示。由表3可知，大庆油田的扶余和高台子油层在相似的渗透率级别下，齐家—龙西地区的储层拥有更高的评价系数，属于Ⅱ类储层。而州602-4、齐平2区块的储层受制于孔喉半径微小，储层评价为Ⅲ类。另外，扶余储层原油黏度较高，开发效果将受到影响。对比长庆油田红河地区、吴仓堡地区长8、长9储层发现，得益于较低的启动压力梯度，整体储层性质较差的2个区块仍为Ⅱ类储层，具有一定的开发潜力。综合分析大庆油田、长庆油田的典型致密油区块各影响因素，认为大庆油田影响储层品质的主要因素为平均喉道半径，长庆油田具有较小启动压力梯度的区块可以作为开发工作的重点。

表3 各区块综合评价结果

4 结 论

(1) 在选取的致密油藏评价参数中，可动流体百分数表征着储层开发的潜力；原油黏度对渗流影响明显；脆性指数反映了致密储层改造的潜力；平均喉道半径直观地反映了储层微观孔喉特征；启动压力梯度体现了储层流体在致密储层中非线性渗流的特点；储层压力系数反映了弹性开发能量的大小。

(2) 提出了多参数综合评价方法，对致密储层进行了分类划分。认为Ⅰ—Ⅲ类致密储层具有开发意义，Ⅳ类储层在现有技术下难以动用。通过在大庆油田的典型致密油储层应用，发现采用相同的开发工艺条件下，评价为Ⅱ类储层的龙西油区单井产量高于Ⅲ类储层为主的齐平油区。

[1] 邹才能，朱如凯，吴松涛，等.常规与非常规油气聚集类型、特征、机理及展望[J]石油学报，2012，33(2)：17-21.

[2] 贾承造，邹才能，李建忠，等，中国致密油评价标准、主要类型、基本特征及资源前景[J].石油学报，2012，33(3)：34-40.

[3] 邹才能，杨智，张国胜，等.常规-非常规油气“有序聚集”理论认识及实践意义 [J].石油勘探与开发，2014，41(1)：14-25.

[4] 杨正明，张英芝，郝明强，等.低渗透油田储层综合评价方法[J].石油学报， 2006，27(2)：64-67.

[5] 张大权，邹妞妞，姜杨，等.准噶尔盆地北三台凸起芦草沟组低渗储层评价[J].特种油气藏，2015，22(1)：46-51.

[6] 国家能源局.SY/T6943-2013中华人民共和国石油天然气行业标准——致密油地质评价方法[S].北京：石油工业出版社，2014：1-3.

[7] 夏宏泉，杨双定，等. 岩石脆性实验及压裂缝高度与宽度测井预测[J].西南石油大学学报：自然科学版，2013，35(4)：81-88.

[8] Rickman R，Mullen M，Petre E，et al. A practical use of shale petrophysics for stimulation design optimization： all shale plays are not clones of the Barnett Shale[C]. SPE 115258，2008.

编辑 刘兆芝

20150315；改回日期：20150511

国家油气重大专项“特低渗透油藏有效开发技术项目”(2011ZX05013-066)

贾培锋(1989-)，男，2012年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业，现为该校石油与天然气工程专业在读硕士研究生，从事致密油藏开发研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.009

TE122.2

A

1006-6535(2015)04-0033-04