基于孔径分布和T2谱的低孔渗储层渗透率确定方法

李志愿, 崔云江, 关叶钦, 王　淼

(中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300459)

低孔渗储层的渗透率主要受到岩石孔隙结构的影响。核磁共振测井作为目前唯一能够表征储层孔隙结构的测井方法,在渗透率评价方面具有明显优势。但是通常用于计算渗透率的Coates模型和SDR模型主要依据的是岩石中连通孔隙的宏观总体积率,没有充分考虑T2谱的分布情况[1-2]。李潮流[3]、周尚文[4]、邵维志[5]、郑建东[6]、徐风等[7]分别提出了基于核磁共振T2谱分布的渗透率计算方法。笔者通过孔径分布曲线与T2谱曲线之间的对比,准确确定出对渗透率起主要影响作用的孔径分布区间和渗透率贡献因子,并提出一种渗透率计算方法。

1　低孔渗储层渗透率与孔径分布关系

图1为渤海某油田9块岩样的压汞实验资料孔径分布。岩样的孔隙度均分布在15.0%～18.0%,孔径分布却存在明显的差别。Ⅰ区岩样的孔径分布峰值主要集中在较小孔径处,Ⅲ区岩样的孔径分布峰值主要集中在较大孔径处,Ⅱ区则介于两者之间。表1为以上3个区域岩样相关参数的平均值对比。3个区域的孔隙度平均值相差不大,平均孔隙半径的平均值差别较大。通过该油田岩心分析的渗透率与孔隙度和平均孔隙半径关系(图2)可见该油田的渗透率与孔隙度的相关性较差,与平均孔隙半径却具有非常好的相关性,并且化验分析资料显示该油田岩心的岩性均为细砂岩,泥质较少,胶结程度并不明显。

在岩性、胶结等条件相近的情况下,低孔渗储层的渗透率不仅受到岩石孔隙度的影响,更取决于岩石的孔径分布情况。

图1　渤海某油田岩心孔径分布Fig.1　Distribution of well core pore size of one oilfield in Bohai

类别孔隙度φ/%平均孔隙半径 r/μm渗透率k/10-3 μm2 Ⅰ区15.80.70.9 Ⅱ区16.21.37.6 Ⅲ区16.96.0174.3

图2　渤海某油田渗透率与孔隙度和平均孔隙半径关系Fig.2　Relation between permeability and porosity and mean value of pore radius of one oilfield in Bohai

2　基于孔径分布和T2谱的渗透率计算方法

基于压汞孔径分布与核磁共振测井T2谱均可以表征储层岩石的孔径分布信息[8-10],本文中以渤海xx35-2油田低孔渗储层为例,以孔径分布为切入点,建立研究区的低孔渗储层渗透率计算方法。

2.1　影响渗透率的孔径分布区间的确定

为了能够有效地表征储层的孔径分布特征,首先计算该油田的平均孔径分布曲线。利用实验室压汞资料J函数(图3(a))拟合得到含水饱和度关于lgJ的多项式回归公式(图3(b))。

图3　渤海xx35-2油田平均孔径分布计算Fig.3　Calculation of average pore size distribution of xx35-2 Oilfield in Bohai

根据J函数的计算公式[11]:

Sw=h(J) .

(1)

其中

依据该公式即可确定研究区不同孔径的平均孔径分布频率,进而得到平均孔径分布图(图3(c))。

依据区间渗透率贡献值公式计算各孔径分布区间对岩石渗透性的平均贡献[12]:

表2　渤海xx35-2油田孔径分布数据

2.2　孔径分布区间刻度核磁T2谱区间

利用该油田岩心核磁共振实验获得的饱和累积T2谱分布曲线拟合平均饱和累积T2谱分布曲线,进而得到该油田的平均T2谱分布曲线及与横轴的包络面积S。假设平均孔径分布曲线每个区间对应的孔径分布频率为Xi,所要刻度的T2谱区间与横轴的包络面积为Si。采用分段等面积刻度[13],从平均T2谱分布曲线的右边界开始,按照T2时间由大到小的顺序,依次增大计算包络面积的范围,当S1占总包络面积S的比例与X1接近或相等时,就将该T2时间范围确定为与4.00 μm孔径分布区间对应的T2谱区间。其余孔径分布区间对应的T2谱区间按该方法依次进行。最终使得每个T2谱区间的包络面积比例接近或等于上述5个孔径分布区间的频率时,即得到最佳的T2谱区间划分范围。相较于采用常规截止值,本文中采用T2谱区间更加精细地刻画了T2谱的分布形态,从而能够更好地表征T2谱分布与储层渗透率之间的关系。

如图4所示,将刻度得到的T2谱区间与孔径分布区间重叠,可见核磁共振T2谱区间与孔径分布区间存在很好的一致性,且在未参与渗透率计算的小孔径区域二者吻合也较好,说明划分的T2谱区间较为理想,满足实际资料处理的精度要求。

利用得到的T2谱区间对该油田每块岩样的T2谱进行重新刻度,分别计算各岩样的T2谱区间对应的孔隙分量占总孔隙分量的百分比。图5为各T2谱区间孔隙分量比例与渗透率关系。由图5可见,各T2谱区间的孔隙分量比例与渗透率的关系存在明显的差异,表明其对渗透率的贡献也不尽相同[14]。

图4　核磁共振T2谱区间与压汞孔径分布区间对应图Fig.4　Reciprocal diagrams of NMR T2 spectrum interval and mercury penetration pore distribution interval

图5　各T2谱区间孔隙分量比例与渗透率关系Fig.5　Relations between pore component ratio of T2 spectrum intervals and permeability

2.3　各T2谱区间对渗透率的贡献

渗透率贡献值表示孔径分布区间的孔隙对渗透率的贡献占所有孔隙对渗透率贡献的百分比,能够准确地确定不同孔径分布区间对渗透率的贡献,但是由于该参数是对应孔径分布频率下总的贡献值,因此利用表2中的平均渗透率贡献值与平均孔径分布频率得到单位孔径频率的平均渗透率贡献值,并进行归一化,从而得到表3所示的各T2谱区间每单位孔隙度分量的孔径对渗透率的贡献因子。

表3　孔径分布区间与T2谱区间参数Table 3　Parameters of pore size distribution intervals and T2 spectrum intervals

2.4　基于孔径分布的渗透率计算方法

依据如下公式计算得到该油田低孔渗储层的渗透率指数:

式中,I为渗透率指数;Pi为第i个T2谱区间的孔隙分量比例;fi为第i个T2谱区间的贡献因子。

采用该油田27块岩样的渗透率指数与岩心渗透率建立关系,得到如下渗透率计算模型(图6):

k=0.024I2.206.

图6　低孔渗储层渗透率与渗透率指数关系Fig.6　Relations between permeability and permeability index in low porosity and permeability reservoirs

2.5　含烃校正

考虑到含烃储层中油气对核磁共振T2谱分布的影响,在含烃储层中引入含油饱和度作为渗透率贡献指数的校正系数[15],从而消除储层含烃对渗透率计算的影响。

所采用的计算公式为

I′=10-λSo/100I.

式中,I′为含烃校正后的渗透率贡献指数;So为含油饱和度;λ为校正因子。

3　应用效果分析

在实际测井资料处理过程中,该方法的运算速度能够满足实际生产的需求。图7为该油田低孔渗储层采用新建立的基于孔径分布和T2谱的模型计算的渗透率和采用Coates模型计算的渗透率与岩心分析渗透率的对比。

从图7中可见,采用新建立模型计算的渗透率与岩心分析渗透率一致性更高,在低孔渗储层渗透率的评价中取得了较好的应用效果。同时,实际应用中发现该方法在对高孔渗储层的渗透率进行评价时也有非常好的效果。

图7　渤海某井基于孔径分布和T2谱的渗透率计算方法成果Fig.7　Result for permeability calculation method based on pore distribution and T2 spectrum of one well in Bohai

4　结束语

通过对岩心渗透率的分析,证实了在岩性等条件相同的情况下,低孔渗储层的渗透率主要受孔径分布的影响,并且确定出对渗透率起主要影响作用的孔径分布区间。利用分段等面积刻度,将对渗透率起主要影响的孔径分布区间转化为T2谱区间,为利用孔径分布和T2谱计算渗透率奠定基础。引入渗透率贡献值参量确定出不同T2谱区间每单位孔隙度分量对渗透率的贡献因子,通过构建渗透率指数建立模型。本文中采用的方法避免了以往基于孔径分布的渗透率计算方法在划分T2谱区间时的盲目性,以及根据经验确定不同区间贡献值的不可靠性。建立的基于孔径分布和T2谱的渗透率模型对于低孔渗储层渗透率的评价有很好的指导作用。同时,该方法在应用时还需注意,如果研究区毛管压力资料的J函数具有明显的分类现象,则需要对样品进行分类后分别建立模型,以提高计算精度。