一储层物性下限确定方法的研究现状与展望

路智勇, 韩学辉, 张 欣, 孙 婷, 王建伟, 李宇志, 赵海燕

(1.中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛 266580; 2.中石化胜利油田公司东辛采油厂,山东东营 257100;3.中海油田服务股份有限公司油田技术事业部,河北廊坊 065021;4.中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东湛江 524057; 5.中石化胜利油田分公司胜利油田现河采油厂,山东东营 257000)



一储层物性下限确定方法的研究现状与展望

路智勇1,2, 韩学辉1, 张 欣3, 孙 婷4, 王建伟5, 李宇志2, 赵海燕5

(1.中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛 266580; 2.中石化胜利油田公司东辛采油厂,山东东营 257100;3.中海油田服务股份有限公司油田技术事业部,河北廊坊 065021;4.中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东湛江 524057; 5.中石化胜利油田分公司胜利油田现河采油厂,山东东营 257000)

储层物性下限是储量评价中识别储层、确定有效厚度的重要参数。系统考察储层物性下限确定方法,并对技术发展方向进行展望。研究认为:可依据方法、使用资料特点将物性下限方法分为岩心分析、测试分析两大类;岩心分析方法通过统计分析实验室测量的孔隙度、渗透率等参数确定各种阈值作为物性下限,确定的物性下限比较乐观,适用于测试资料较少的勘探阶段;测试分析方法通过统计分析产液能力与含油产状、孔隙度、渗透率等参数的关系来给出物性下限,确定的物性下限比较保守,适合在开发阶段使用,与岩心分析方法组合使用可在开发阶段动态确定物性下限;物性下限研究应该注意非均质性、试油工艺等问题带来的冲击。

储层; 物性下限; 有效厚度; 岩心分析; 试油

储层是指具有连通孔隙和一定渗透率,既能储集流体,又能让流体在一定压差下流动的岩层[1]。储层的物性下限包括有效储层开发物性下限和成藏物性下限,前者是在目前经济和技术条件下达到储量起算标准的孔隙度、渗透率等物性参数的下限值[2-4],是确定储层和核定储层有效厚度计算储量的重要技术参数[5],也是生产测试过程中试油层位选择的重要依据[6]。鉴于其基础性和必要性,有关有效储层开发物性下限(以下简称物性下限)的确定方法一直是油藏工程师的研究热点。随着对低渗透油藏、致密油气藏、页岩油气藏等非常规油气藏的勘探和开发的持续深入,有关物性下限确定方法的研究更为重要[7-11]。目前,已经发展了较多的储层物性下限确定方法[12-13],研究者也对物性下限的影响因素做了大量研究。综合研究表明,物性下限值受地质条件、原油性质、储层孔隙结构、埋藏深度、地层压力和温度、开采技术和石油工艺等众多因素影响[13-15],难以建立相应的物理或者数学模型给出物性下限的确定方法,由岩心分析和试油结果通过统计得到储层的物性下限是比较现实的途径。根据使用的方法,可以将物性下限确定方法分为岩心分析方法和测试分析方法两大类。这两类方法主要利用实验室岩心分析或者试油结果确定的孔隙度、渗透率数值作为物性下限。由于确定结果都是对样本做出的评估,样本的代表性决定最终的结果,具有一定的不确定性。并且,由于区块的勘探和开发阶段的岩心分析资料、测试资料的准确程度和丰富程度不同,决定了物性下限的研究将贯穿于整个区块的勘探和开发过程。在勘探、开发的不同阶段,如何立足资料的占有程度开发适用的物性下限方法,是一个比较重要的工程命题。笔者在文献调研国内外物性下限确定方法的基础上,将有效储层开发物性下限确定方法分为岩心分析方法和测试分析方法两大类,结合部分储层物性下限确定实例分析两类方法的优越点,探讨不同勘探和开发阶段的综合使用方法以及将来的技术发展趋势。

1 基于岩心分析的储层物性下限确定方法

基于岩心分析的储层物性下限确定方法主要是从储层的储油能力和渗流能力两方面考虑,利用实验室测量的孔隙度、渗透率、平均喉道半径等实验结果作为标尺,通过统计分析考察孔隙度、渗透率、饱和度等参数之间的关系确定各种阈值作为储层的物性下限。其方法的共同特点是:①由于是对岩心做分析得到的统计结果,取样的代表性以及数量会影响到最终的确定结果;②由于使用的参数以孔隙度、渗透率、饱和度等静态参数为主,使用的一些关键参数如甩尾法中的丢失比具有主观性,这类方法确定的物性下限需要进一步由测试分析方法来验证和刻度;③从方法应用的角度看,在测试资料较少的勘探阶段,是一种切实可行的方法,可指导后续的试油讨论等工作。图1为应用部分常用方法确定的A储层物性下限结果。表1为目前常用的基于岩心分析的储层物性分析方法[13,16-39]。其中,有些特殊岩心分析方法如水膜厚度法[40]、核磁共振法等主要通过束缚水饱和度确定储层物性下限,将其并入束缚水饱和度法中。

图1(a)与图1(b)为应用经验统计法确定A储层物性下限的结果:当累积储油能力丢失为5%时,孔隙度下限值为7.5%,此时累计丢失厚度(这里假设分析的岩心厚度一致)约为6%,小于限制值15%,并且通过孔隙度和渗透率关系得到渗透率下限值为0.16×10-3μm2,对应的累计渗流能力丢失小于5%。因此确定该区块的孔隙度和渗透率下限值分别为7.8%和0.16×10-3μm2。

通过图1(c)与图1(d)确定最小流动孔喉半径,当累计渗透率贡献达到99.9%时,对应的孔喉半径为最小流动孔喉半径,为0.049 μm,根据测量数据得到孔喉半径分别与孔隙度、渗透率的关系(图1(e)与图1(f))求得孔隙度下限为7%,渗透率下限为0.97×10-3μm2。

图1(g)为孔隙度-渗透率交会图法确定储层物性下限的结果,当孔隙度小于7.5%时,随孔隙度增加渗透率增加甚微,说明岩石中孔隙主要为无渗透能力的孔隙,当孔隙度大于7.5%时,随孔隙度增大渗透率明显增大,据此方法确定孔隙度和渗透率下限分别为7.5%和0.18×10-3μm2。

图1 用岩心分析方法确定A储层物性下限

表1 基于岩心分析的储层物性下限确定方法

综合以上3种方法可以确定孔隙度下限范围为7%～7.8%,渗透率下限范围相对较大。分析原因是取样岩心代表性有差异,不同岩心的孔隙结构变化较大。相对于经验统计法,孔隙度-渗透率交会图简单易用,但主观性较强(二者常为幂函数统计关系,数学上无拐点),而最小孔喉半径法则从压力与进汞量角度反映了不同孔喉半径对渗透率能力的贡献,确定的渗透率下限相对较为客观真实。为了指导今后的生产测试,从不漏掉储层的角度考虑,最后用该方法得到A储层物性下限:孔隙度为7%,渗透率为0.97×10-3μm2。

2 基于测试分析的储层物性下限确定方法

测试分析方法是以试油结论为刻度标尺,主要从渗流能力考虑,使用试油的产液能力作为标尺,通过统计分析产液能力与含油产状、孔隙度、渗透率等参数的关系给出物性下限(表2)。

表2 基于测试分析的常用储层物性下限确定方法

其方法的共同特点是:①产液能力是主要参数,其数值容易受到完井方式以及试油工艺的影响;②由于试油是以发现油气产层为目的,油气产层一般具有好的物性、含油性和电性显示,决定试油层很难广泛代表储层,特别是不利于获得低产储层的测试资料,一般少有干层或者在干层与好产层之间常存在“空档”;③对于多层合试的结果,需要做产能劈分,不利于方法的使用。

此外,国内外一些学者给出了几种利用测井资料确定储层物性下限的方法[12,49-53],多为利用已证实的油水层在两种或者多种测井曲线的交会图的分布确定储层下限的测井标准和物性下限。其本质上与测试法是相同的,只是刻度后不仅可以给出孔隙度、渗透率、饱和度等地质参数下限,还能给出与孔隙度、饱和度对应的声波时差、密度、电阻率等参数,方便应用测井资料直接识别有效储层。

图2为应用上述部分方法确定的A储层物性下限结果。图2(a)与图2(b)为用分布函数曲线法得到A储层的孔隙度和渗透率的分布频率图,利用储层与非储层的交点可以确定出孔隙度与渗透率的下限分别为10%和0.79×10-3μm2。图2(c)与图2(d)为每米产液指数与孔隙度和渗透率的交会图,从图中可以得到孔隙度与渗透率下限分别为11%和1×10-3μm2。图2(e)为试油法确定储层物性下限,此方法将试油结果单纯地归结到物性上,干层和储层有一定交叉,难以精确地给出储层物性的下限值。

图2 用生产测试资料确定A储层物性下限

比较几种方法发现,分布函数曲线法和测试法更能准确地给出储层的物性下限,试油法可能存在储层与干层的交叉或者二者之间出现较大“空档”的情况(如测试资料),导致难以准确地给出储层物性下限。具体到A储层,综合分析后确定A储层的孔隙度和渗透率下限分别为11%和1×10-3μm2。

3 储层物性下限确定方法讨论及展望

3.1 两类方法的优缺点比较

以A储层物性下限结果为例,比较两类方法的原理、结果可以发现:测试方法适用于试油资料较多的情况,结果是在当前石油工艺和技术条件下得到的,比较符合生产实际。但是,工程上为了确保试油的成功率,该方法确定的物性下限比较保守。如本文中确定A储层的孔隙度下限为11%,比岩心分析法确定的物性下限大了约4%,直接使用会导致有效厚度和储量的计算结果偏小,可能漏掉有价值的油气产层。岩心分析方法主要是基于岩心分析结果做出的,不需要有太多的测试资料,适用于试油结论较少的勘探初期,但存在物性下限值比较乐观的可能性,应用该指标会减少漏掉油气层的概率,但会在一定程度上降低试油的成功率。总体上,两种方法各有其特点,宜组合使用。

3.2 物性下限确定的推荐方法

在勘探和开发阶段的岩心分析资料和测试资料的占有程度是有差异的:勘探阶段的岩心分析资料较多,测试资料较少;开发阶段,岩心资料增加有限(部分评价井会增加少量的岩心分析结果),测试资料相对较多,并且会逐渐随着生产井加密和调整越来越多。资料的特点和占有程度决定在勘探阶段和开发阶段的物性下限确定方法是有差别的。

根据两类方法确定储层物性下限的优缺点分析,可行的思路是在勘探、开发的不同阶段综合其优点协同使用:勘探阶段以岩心分析方法为主并指导油层测试,开发阶段将岩心分析方法和测试法组合使用,主要倚重测试资料和少量重点检查井的岩心分析资料进一步确定物性下限,做到既不漏掉油气层和丰富油气测试资料,又能够提高试油的成功率。图3提供了一套推荐技术方案的技术路线。

图3 推荐的物性下限确定方法技术路线

3.3 方法研究关键问题及解决方法展望

总体上,两类确定储层物性下限的方法都需要根据表征参数的统计分布特征工作。因此取样的代表性和参数确定方法会影响到最终的确定结果,需要引起足够的关注。

3.3.1 储层的非均质性和样品的代表性

岩心分析方法确定渗透率下限的一般方法是先确定孔隙度下限,再根据孔隙度与渗透率的关系确定渗透率下限。通常,不同方法确定的孔隙度下限差别不大,但渗透率下限相差较大。如A储层的实例,利用岩心分析方法得到的孔隙度下限相差不大(7%～7.8%),但渗透率下限分布在(0.16～0.97)×10-3μm2,相差几倍甚至接近一个数量级。分析这种情况与储层孔隙结构、孔隙类型的非均质性有关[54]。如图1(g)所示A储层的实例,相同孔隙度岩样有不同的渗透率,在1～2个数量级内变化。某些情况下渗透率级差可能达到2～3个数量级(如图4所示B储层)。在使用不同样品进行不同方法的物性下限研究时,可能会由于使用样品的差异性导致得到不同的渗透率下限,并且有较大差异。因此使用岩心分析方法确定储层物性下限时应当考虑到储层的非均质性,基于储层类型的划分合理获取不同类型储层的实验样品。

图4 B储层孔隙度与渗透率交会图

3.3.2 岩心分析方法中地面和地层条件的区别

油藏的埋深不同,温度和压力也不同,温度和压力条件对孔隙度、渗透率、孔隙结构、饱和度等性质均有影响。在油藏温度、压力条件下得到的实验测量更贴近储层实际情况,得到的物性下限更可靠。例如:渗透率敏感法就考虑到了两种条件的差异。有关应用压汞法确定孔隙结构也应考虑到油藏压力条件的模拟,罗瑞兰等[55]强调了覆压条件下压汞测试的必要性。建议使用地层温度、压力条件下的孔隙度、渗透率、孔隙结构、饱和度测试结果确定物性下限。同时,考虑到原油的黏度对渗透的影响,还应在有关渗流实验分析中使用处理过的地层原油或者黏度接近的模拟油做实验测量,以尽可能接近实际情况。

3.3.3 试油方法及工艺对生产测试类方法确定物性下限的影响

生产测试类方法确定物性下限容易受到试油方法和工艺的影响。一方面,自然求产和压裂求产方法的产能存在差异,多井多层产能结果需要有一个具体的标准化方法。另一方面,单层测试资料较少,多层合试资料较多,劈分方法会对产能确定有很大影响。图5是劈分前的产能指数随孔隙度的分布,与图2(c)对比可见依据层厚、物性劈分后的产能指数随孔隙度的分布更清晰合理,劈分方法及结果对确定物性下限非常重要。

图5 储层A产能劈分前每米产液指数-孔隙度交会图

3.3.4 渗透率下限

渗透率下限是最重要的物性下限,应该注重渗透率岩心分析和测井评价方法的研究。

迪基[56]认为确定油藏流体特征最重要的参数是渗透率,小于一定渗透率的砂岩和碳酸盐岩不能提供最小经济价值的产油量。因此渗透率下限的确定非常重要。对于低渗透、致密油气藏,有关渗透率的岩心分析和测井评价方法的研究非常重要,可以确保得到比较准确的结果以确定渗透率下限,并利用该下限值确定储层有效厚度。

此外,考虑到油价变化引起的油藏开发效益问题,有必要基于成本-效益分析方法动态调整有效储层开发物性下限。

4 结 论

(1)基于岩心分析的储层物性下限确定方法主要是从储层的储油能力和渗流能力两方面考虑,通过统计分析实验测量的孔隙度、渗透率、饱和度等参数之间的关系确定各种阈值作为储层的物性下限。结果受取样的代表性、丢失比、拐点的人为确定等因素影响,适合在勘探阶段确定物性下限以指导测试分析。由于采用了一些乐观的假设(如丢失比5%等),应用岩心分析方法确定的物性下限比较乐观。

(2)基于测试分析的物性下限确定方法主要从渗流能力考虑,通过统计分析产液能力与含油产状、孔隙度、渗透率等参数的关系给出物性下限。确定的物性下限受试油工艺影响大,但在当前的技术经济条件下比较落实,更适合在开发阶段广泛使用。考虑到试油层数特别是油气显示弱的低孔低渗油层数一般较少(相对于岩心分析方法的实验数据),应用测试分析方法确定的物性下限比较保守。

(3)为了不漏掉油气层以及获得较好的试油成功率,建议在勘探阶段以岩心分析方法为主确定物性下限,测试阶段将测试法和岩心分析方法组合使用得到物性下限,工作时有必要根据岩心分析资料和测试资料的占有情况及时更新物性下限。

(4)随着油气勘探和开发的深入,更多的低渗透储层、致密油气储层、页岩油气储层等非常规储层也成为了研究的目标,这些储层的孔隙度和渗透率更小,试油工艺也更为复杂,而且存在因为结构引起的各向异性等问题,应用岩心分析和测试这两类方法确定储层物性下限特别是渗透率下限的难度也越大,需要引起更广泛的注意。

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(编辑 修荣荣)

Research status and outlook for methods of determining petrophysical property cutoffs

LU Zhiyong1,2, HAN Xuehui1, ZHANG Xin3, SUN Ting4,WANG Jianwei5, LI Yuzhi2, ZHAO Haiyan5

(1.SchoolofGeosciencesinChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China;2.DongxinProductionPlant,ShengliOilfield,Dongying257100,China;3.Welltech-ChinaOilfieldServicesLimited,Langfang065021,China;4.ZhanjiangBranchofCNOOC,Zhanjiang524057,China;5.XianheProductionPlant,ShengliOilfieldCompanyLimited,Dongying257000,China)

Petrophysical property cutoffs are important parameters to identify reservoirs and their effective thickness in calculating reserves. Based on literature review and case studies, the methods for petrophysical property cutoffs and development trends are explored. Some conclusions can be drawn: 1) all methods can be divided into core analysis method and oil test method based on the characteristics of the methods and the data used; 2) core analysis method can take some thresholds as petrophysical property cutoffs through statistical analysis of parameters such as porosity, permeability and so on. Its results are aggressive and the method is suitable to exploration stages where no enough test data is present; 3) oil test method can get petrophysical property cutoffs through statistical analysis on the relation of production capacity with some parameters such as oil-bearing occurrence, porosity, permeability and so on. Its results are conservative and the method applies to development stage. In addition, it is good to make dynamic adjustment of the cutoffs in development stages with the combination of core analysis method and oil test method; 4) it is necessary to pay more attention to the impacts of some issues such as reservoir heterogeneity, production test and so on.

reservoir; petrophysical property cutoffs; effective thickness; core analysis; oil test

2016-04-15

国家自然科学基金项目(U1562108)

路智勇(1976-),男,高级工程师, 博士研究生,研究方向为油田开发。E-mail：18954678577@163.com。

韩学辉(1974-),男,副教授, 博士,研究方向为储层岩石物理。E-mail：hanxuehui@upc.edu.cn。

1673-5005(2016)05-0032-11

10.3969/j.issn.1673-5005.2016.05.004

P 618.13

:A

路智勇,韩学辉,张欣,等. 储层物性下限确定方法的研究现状与展望[J].中国石油大学学报(自然科学版), 2016,40(5):32-42.

LU Zhiyong, HAN Xuehui, ZHANG Xin, et al. Research status and outlook for methods of determining petrophysical property cutoffs [J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science), 2016,40(5):32-42.