泥质砂岩孔渗关系的分成因求解方法

张庆国,　王　刚,　郭志华

(东北石油大学 地球科学学院, 黑龙江 大庆 163318)



泥质砂岩孔渗关系的分成因求解方法

张庆国,王刚,郭志华

(东北石油大学 地球科学学院, 黑龙江 大庆 163318)

直接采用孔渗关系求解研究区葡萄花油层的渗透率时,所得渗透率与岩心分析渗透率存在较大误差,尤其在孔隙度为11%～15%时,误差尤为明显。针对这种情况,对孔隙度小于11%、11%～15%、大于15%三种情况分段求取孔渗关系,并定义去泥孔隙度。当孔隙度为11%～15%时,用去泥孔隙度代替原有孔隙度,研究泥质校正后的孔渗关系。结果表明:分段法求得的孔渗关系精度较高。工区400余口井的测井解释验证了分段法求得的渗透率较直接采用孔渗关系求得的渗透率更加精确。该研究为工区油田进一步开发提供了基础。

砂岩； 测井； 孔渗关系; 渗透率; 去泥孔隙度; 泥质含量

0　引　言

吉林油田经过多年的开发,已经进入精细研究阶段,亟需对油田内部各储层物性进行更精确的评价,用以指导下部的勘探开发。渗透率解释一直是物性解释中的重点和难点所在。国内许多学者建立了适合各油田的经验公式用以计算渗透率,并取得了较好的效果[1-5]。高贝贝等[6]在延长油田,采用实验数据法直接拟合孔隙度与渗透率的关系,取得了一定的成果,但未考虑泥质含量和粒度中值等影响孔渗关系的其他因素。孙耀国等[7]在孔渗关系的研究中引入了粒度中值和泥质含量的概念,提高了高青油田渗透率的解释精度。刘洪涛[8]在大庆油田应用渗透率、孔隙度及粒度中值进行拟合,建立渗透率模型,也取得了很好的效果。

研究区葡萄花油层不同孔隙度区间内,影响孔隙度的因素及各种因素对渗透率的影响所占的比重是呈规律性变化的[9-11]。为此,笔者对工区内不同孔隙度空间的孔渗关系分段建模,并应用于测井二次解释,以提高测井二次解释的精度。

1　孔渗关系的直接拟合

利用工区孔渗数据直接拟合,得到其孔渗关系表达式:

K=0.000 9e0.454 3φ,R2=0.640 9,

(1)

式中:K——渗透率;

φ——孔隙度。

从式(1)中可以看出,孔隙度和渗透率存在指数关系,相关性系数仅为0.640 9,这对于测井二次解释来说,精度是远远不够的。图1给出了工区整体孔渗关系。

图1　整体孔渗关系

由图1可以看出,在φ<11%和φ>15%时,其孔渗关系拟合得并不理想。而当11%<φ<15%时,孔渗关系更加复杂,简单的指数关系已经不能描述该区间内孔渗的关系式。因此,利用孔渗数据直接拟合得到的孔渗关系式来求解渗透率在该区块是不适用的。

2　孔渗关系的分段拟合

结合工区孔渗关系的特点,分析发现,在φ<11%和φ>15%两个区间中,孔渗关系满足不同的关系式,当对两个区间进行分段拟合时,得到的孔渗关系表达式的相关系系数均有很大提高。而当孔隙度在区间[11,15]内时,直接对孔渗关系进行拟合得不到精确的表达式,因此,考虑引入“去泥孔隙度”的概念,对去泥孔隙度和渗透率进行拟合,得到孔渗关系式。

2.1φ<11%时的孔渗关系

对φ<11%时的孔渗关系进行拟合,得到其关系式:

K=0.019 0e0.090 2φ,R2=0.370 4。

(2)

通过式(2)发现,其孔渗关系仍然符合指数关系,但相关性系数较小。随着孔隙度的增大,渗透率仍然表现出上升的趋势,但上升幅度不明显(如图2),说明在此区间内,决定渗透率的主要因素并不是孔隙度,而是泥质含量。此时泥质砂岩中的孔隙和孔喉大多数被泥质物充填,导致孔隙大多以死空隙的形式存在,因此,孔隙度在这个范围内的变化对渗透率影响不大。而通过生产资料发现，孔隙度在11%以下时,地层不能产生工业流体,故将有效储层的物性下限定为φ<11%。此时的孔渗关系对测井二次解释影响不大。

图2　φ<11%时孔渗关系

2.2φ>15%时的孔渗关系

对φ>15%时的孔渗关系直接拟合,得到其关系式:

K=0.000 6e0.498 1φ,R2=0.895 5。

(3)

观察式(3)发现,其孔渗关系符合指数关系,相关性系数很高。随着孔隙度的增大,渗透率表现出上升的趋势(如图3),说明在此区间内,决定渗透率的主要因素是孔隙度,泥质含量等因素在此区间内的影响较小。因此，区间内,渗透率可用该孔渗关系表达式求得,且符合测井二次解释精度要求。

图3　φ>15%时孔渗关系

2.311%≤φ≤15%时的孔渗关系

对孔隙度区间[11,15]内孔渗关系直接拟合,得到其孔隙度表达式:

K=0.002 0e0.374 3φ,R2=0.048 8。

图4给出了11%≤φ≤15%时的孔渗关系。由图4可以看出,在此区间内,孔渗关系不明显,渗透率随孔隙度呈不规律变化。其相关性系数仅为0.048 8,无法满足测井解释的精度要求。

图4　11%≤φ≤15%时孔渗关系

Fig. 4Porosity-permeability relationship

when 11%≤φ≤15%

研究发现,此区间内孔隙度和渗透率之间不存在单一的关系,孔渗关系受泥质含量的影响较大。因此,在研究此区间内孔渗关系式时,需要考虑泥质含量的影响。

通过研究对比,当区间内孔渗关系满足

lnK=a×φ-b×Vsh+c

(4)

时,取得的关系式精确度最高。

式(5)两边同取对数的指数得

定义

为去泥孔隙度,表示在泥质砂岩空隙中,去掉泥质所占空隙空间后所得到的有效孔隙度,则

K=ec×ea×φsh。

根据最小二乘法原理,对式(4)进行二元线性拟合,得到如下关系式:

lnK=0.720 9×φ-0.098 2×Vsh-6.908 1,

K=0.000 99e0.720 9(φ-0.136 2Vsh),

即:

φsh=φ-0.136 2Vsh,

K=0.000 99e0.720 9φsh,R2=0.917 4。

图5给出了去泥孔隙度与渗透率的关系。从图5可以看出,去泥孔隙度和渗透率之间具有良好的指数关系,相关性系数达到0.917 4。利用此关系式得到的渗透率符合测井解释的精度要求。可见,在此区间内对传统孔渗关系作泥质校正可以大幅度提高孔渗关系的精度。

图5　去泥孔隙度与渗透率关系

Fig. 5Relationship between permeability and

porosity after slime emendation

3　结果与验证

通过上述分析可得到渗透率模型:

(5)

对比测井解释前后的渗透率,结果如图6所示。由图6可以看出,直接拟合渗透率得到的结果在渗透率中等的情况下,对应关系不好,此时解释渗透率的精确度不高(图6a)。而分段拟合渗透率得到的结果精确度很高,仅仅在渗透率小于0.1时精确度有所下降(图6b)。而此时的渗透率值已小于储层物性下限,对测井二次解释的精确度影响不大。

图6　不同拟合方法所得渗透率对比

Fig. 6Resulting permeability contrast different fitting methods

综上,分段拟合得到的渗透率模型更适用于本区块。对工区400余口井进行测井二次解释,结果发现，分段拟合渗透率模型极大地提高了测井二次解释的精度,为油田下一步工作部署提供了基础。

4　结　论

(1)在11%≤φ≤15%时,引入去泥孔隙度概

念,利用去泥孔隙度与渗透率关系式求得的渗透率更精确。分段求得的孔渗关系较整体求得的孔渗关系更准确,满足测井解释精度要求。

(2)在不同的孔隙度区间内,决定孔渗关系的主控因素是不相同的。φ>11%时,渗透率的主控因素为泥质含量；11%≤φ≤15%时,渗透率的主控因素为泥质含量和孔隙度；φ>15%时,渗透率的主控因素为储层孔隙度。

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(编辑荀海鑫)

New method developed for sectionally solving relationship between permeability and porosity in shaly sand

ZHANGQingguo,WANGGang,GUOZhihua

(School of Geosciences, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China)

This paper is directed at an improved alternative to the direct application of the relationship between porosity and permeability in Putaohua reservoir for permeability calculation—the conventional method suffering from a bigger error than permeability core analysis, especially when porosity varies between 11% and 15%. The study involves sectionally seeking and obtaining the relationship between porosity and permeability in response to three cases, such as the porosity smaller than 11%, porosity varying from 11% to 15%, and porosity greater than 15%, and defining a new concept named Mud -free Porosity; and replacing porosity with Mud-free Porosity in the case of porosity ranging from 11% to 15% and thereby identifying the relationship between porosity and permeability after slime emendation. The results show that the novel method boasts a more accurate relationship between porosity and permeability and log interpretation of more than 400 wells located in study area verifies that the method gives a more accurate permeability than conventional one. This study may provide a basis for the further development of oil fields.

shaly sand； log； relationship between porosity and permeability; permeability; porosity after slime emendation; shale content

2015-07-10

张庆国(1969-)，男，黑龙江省集贤人，教授，博士，研究方向：测井资料综合解释，E-mail:562056120@qq.com。

10.3969/j.issn.2095-7262.2015.04.013

P631.84

2095-7262(2015)04-0417-04

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