涠西南凹陷低渗储层可动流体百分数定量表征方法*

汪新光 张 冲 张 辉 覃利娟 赵 楠 彭小东 王 磊 向耀权

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057)

南海西部北部湾盆地涠西南凹陷已探明低渗储量占比高、开发潜力大，但海上勘探钻井及增产改造措施等成本高、开采速度要求高，因此，低渗储层的精细研究非常重要[1]。低渗储层往往经历了复杂的沉积和成岩改造作用，储层的非均质性强，同等渗透率下孔隙结构特征也存在明显差异[2]。深入研究储层复杂的孔喉网络特征是流体渗流规律的研究基础，这对油田高效开发具有重要意义。油藏储层被两相或三相流体饱和，流体在储层中的赋存状态主要为自由或束缚状态[3-5]。存在于储层中的束缚流体百分数越低，可动流体百分数会越高，储层的渗流能力越强。特别是对于低渗储层来说，孔隙的微小孔喉占比大，流体的流动通道狭窄，孔隙壁表面积随微细孔隙的增加而增大，能够束缚更多的流体，降低可动流体百分数。这表明复杂的孔喉空间对储层渗流能力的影响是不能忽视的。

储层中可动流体百分数的最佳测定方法就是利用核磁共振实验手段来获取，但是该类实验成本高昂，且海上油田岩心极其珍贵，难以进行大量连续的实验分析。核磁测井虽然可以通过测量T2弛豫时间分布来揭示储层岩石中的孔隙流体性质和流动特性，但它所获得的所有储层参数及流体信息都需要建立在大量实验基础上才可满足生产需要[6-7]。目前来看，可动流体百分数的获取只能依靠核磁实验或核磁测井来获取，这严重制约了低渗储层渗流性能的有效评价。前人根据核磁资料对低渗储层孔隙结构特征作了大量的研究工作，但针对低渗储层可动流体百分数计算的研究鲜见报道，可动流体百分数用以评价储层渗流性能的优势得不到由点及面的推广[8-11]。为克服单一依靠实验手段获取低渗储层可动流体百分数这一限制，本次研究以北部湾盆地涠西南凹陷低渗储层为研究对象，构建了基于自然伽马常规测井资料和储层品质(RQI)的可动流体百分数定量表征模型，实现了可动流体百分数的定量计算和储层类型的定量划分，这有助于快速评价各油田低渗背景中相对优质的储层，扩大南海西部海域低渗储层动用规模，并可对生产井、调整井的科学部署进行指导。

1 研究区地质特征

北部湾盆地是在前古近系基岩基础上发育起来的沉积盆地，相继经历了张裂、断陷和拗陷三大发育阶段。盆地可划分为北部坳陷、企西隆起和南部坳陷3个次一级的构造单元[12]。北部湾盆地低渗油藏主要位于北部坳陷的涠西南凹陷和南部坳陷北部的乌石凹陷，油藏所在区域断裂、构造发育。盆地内部自古近系—新近系从下到上分别发育有长流组、流沙港组、涠洲组、下洋组、角尾组、灯楼角组和望楼港组等7套地层，其中古近系始新统发育有长流组、流沙港组和涠洲组。涠西南凹陷低渗油藏主要位于流沙港组一段(简称流一段)和流沙港组三段(简称流三段)，为复杂断块油藏，主要埋深2 000～3 500 m，属于正常压力系统。流三段属浅水扇三角洲沉积，形成于湖盆断陷初期；流一段是湖盆萎缩、地形变陡，冲积扇直接入湖形成的较深水扇三角沉积[13-15]。研究区低渗油田所属的沉积相带主要为扇三角洲前缘。

储层岩性从极细粒—砾岩均有分布，岩石类型主要为岩屑砂岩。陆源碎屑组分以岩屑为主，含量为6.5%～77.0%，平均为43.0%，石英含量为0～83.5%，平均为32.4%，长石含量为0～22%，平均为6.2%。储层分选差—中等，以孔隙式胶结为主要类型，成分成熟度中等，结构成熟度低—中等。大量铸体薄片观察分析表明：储层孔隙组合类型是原生孔隙为主的原生次生组合型，次生孔隙包括粒间溶孔、粒内溶孔和长石颗粒被溶蚀形成的铸模孔，由于受到沉积和成岩作用的共同影响,孔隙结构变得复杂。受近源快速堆积影响，储层岩石分选差，泥质或杂基含量高，原始沉积结构在成岩演化阶段被强烈改造，储层物性降低。根据研究区低渗储层形成机制可将储集空间划分为强压实-弱溶蚀型、碳酸盐-石英胶结型、弱压实-溶蚀型3种类型(图1)，其中弱压实-溶蚀型储层主要的储集空间包括微小孔隙、残留粒间孔和少量溶孔。

图1 涠西南凹陷低渗储层储集空间类型

1) 强压实-弱溶蚀型。

孔隙空间主要为残余型粒间微孔(图1a)，这类孔隙空间是储层受强烈压实作用改造后，岩石颗粒之间相互挤压形成的剩余粒间微孔，亦可见少量的长石溶孔(图1b、c),可见高岭石或泥质杂基晶间微孔(图1g)。

2) 碳酸盐-石英胶结型。

孔隙空间主要为菱铁矿及白云石(铁白云石)胶结或石英次生加大后残余的原生粒间孔(图1h、i)、铁白云石充填的微裂隙、菱铁矿晶间孔，溶蚀孔少见。

3) 弱压实-溶蚀型。

原生粒间孔是主要孔隙空间，也可见杂基内溶蚀微孔、长石及岩屑粒内溶孔、少量被铁白云石充填的裂隙或无充填的微裂隙(图1d—f)。

2 可动流体分布特征及控制因素

本次研究采用廊坊科学技术研究院自主研发的低磁场核磁共振岩心分析仪。核磁共振是磁场与原子核间的相互作用[16]。弛豫是磁化矢量受射频场激发产生核磁共振时偏离平衡态又恢复到平衡态的过程。核磁共振现象中存在两类不同作用机制的弛豫，即T1或T2弛豫。标识弛豫速度快慢的常数被定义为弛豫时间[17-18]。现代核磁共振通常测量T2弛豫时间，T2弛豫时间与孔喉的大小形态、表面性质、流体类型和矿物成分等有关，因此可利用T2弛豫时间的变化规律来定量表征孔隙结构。

2.1 可动流体T2谱特征

1) 可动流体T2截止值测定。

弛豫时间谱代表了岩石孔径的分布情况，不同的弛豫时间对应不同的孔径大小，在孔径值变小到某个临界值时，孔喉中的流体受毛管力束缚，此时在T2谱上会出现一个界限(称为T2截止值)，大于此界限的孔喉所赋存的流体可以自由流动，反之则将被束缚，不可流动。由此可以根据这些信息精确的求得孔隙喉道间的可动流体信息，从而反映出微观孔喉分布的有用信息。不同油田低渗储层品质存在差异，因此用来量化储层可动流体的弛豫时间界限也会存在差异，为了求准涠西南凹陷低渗储层中真实的可动流体百分数，本次对比了区域不同油区、不同物性的岩心核磁T2截止值实验分析数据(表1)，最终选用涠西南区域低渗岩心测试的T2截止值平均值13.60 ms作为本区可动流体T2截止值，该截止值与邻区乌石凹陷低渗岩心T2截止值测试平均值也是接近的，说明北部湾盆地低渗储层的可动流体T2截止值差异不大。

表1 涠西南凹陷及邻区岩心核磁实验实测T2截止值数据

2) T2谱分布特征。

对研究区96块岩心样品进行核磁共振实验分析，测得各岩心样品的T2弛豫时间分布，不同物性的岩心表现出不同谱峰特征，反映出孔喉分布的差异性。从各样品T2谱图中可以看出，涠西南凹陷低渗储层存在6种典型的谱峰特征(图2)：①号曲线呈靠左的窄单峰特征，主要以大量的微孔为主，主峰T2弛豫时间小于7 ms，渗透率普遍小于0.2 mD；②号曲线呈不对称的双峰分布，微孔和大孔均有分布，微孔为主，主峰T2弛豫时间分布在5～70 ms，这类储层渗透率在0.2～1 mD；③号曲线呈居中的单峰分布，主要为微孔或小孔，主峰T2在10～20 ms，渗透率在1～5 mD；④号曲线呈相对对称的双峰特征，大孔为主，小孔、微孔次之，大孔对应的右峰T2在70～200 ms，微孔对应的左峰T2在5～10 ms，渗透率在5～10 mD；⑤号曲线呈不对称的双峰特征，主峰靠右，以大孔为主，少量微孔，主峰T2为80～200 ms，渗透率在10～20 mD；⑥号曲线呈靠右的单峰特征，以大孔为主，主峰T2大于100 ms，大孔分布相对均匀，储层渗透率在20～50 mD。

图2 北部湾盆地涠西南凹陷低渗储层T2弛豫时间分布谱

3) 可动流体百分数。

低渗储层孔隙空间的可动流体百分数越大，储层渗流性能越强[19]。核磁共振技术可以较为准确的求取储层中的可动流体百分数，在各油田得到广泛应用。核磁共振实验分析结果表明：涠西南凹陷低渗储层可动流体百分数与渗透率的对数有很好的对应关系，96块岩心的平均可动流体百分数为50.79%。渗透率低于5 mD时，不同油区的可动流体百分数相差不大；渗透率高于5 mD时，相同渗透率条件下，油区A储层可动流体百分数略高于油区B的低渗储层，反映出不同油区的低渗储层开发潜力存在差异，油区A的储层开发潜力好于油区B(图3a)。开发实践表明，油区A的开发效果确实好于油区B，这表明可动流体百分数确实是表征低渗油田开发潜力的一个重要参数。

2.2 可动流体控制因素

通过对涠西南凹陷低渗储层岩石类型、孔隙空间类型、物性受控因素(主要为沉积和成岩作用)等综合分析，认为涠西南凹陷低渗储层具有极强的非均质性，不同物性、不同成岩作用类型和不同孔隙空间类型的储层具有不同的可动流体百分数。对同等渗透率的储层而言,也存在不同的可动流体百分数。为了进一步剖析储层流体在复杂储集空间流动性能的各类影响因素，基于核磁共振实验，并同铸体薄片、扫描电镜等实验分析相结合，对研究区可动流体影响因素进行综合分析，认为影响涠西南凹陷低渗储层可动流体百分数差异的主要因素为物性和黏土矿物充填孔隙程度。

1) 物性对可动流体百分数的影响。

涠西南凹陷低渗储层可动流体在孔喉中的分布非均质性极强，整体上随物性参数的增大，可动流体百分数呈增大的趋势，但与储层渗透率相关性更为明显(图3)。可动流体百分数虽然随孔隙度增加而增大，但增速不断变小。上述规律表明：储层岩石中连通的孔隙空间大小不是影响可动流体百分数差异的主要因素，复杂的喉道分布才是影响可动流体百分数的重要控制因素。虽然物性与储层可动流体百分数之间存在明显的正相关性，但仍可以发现可动流体百分数与储层物性也存在不匹配现象。从物性与可动流体百分数关系曲线上可以看出，同等孔隙度、渗透率的储层岩石可具有不同的可动流体百分数，物性差的储层可能比物性好的储层具有更高的可动流体百分数。这一现象可以说明低渗储层孔喉中的可动流体百分数的大小不仅仅受到物性的影响，这也揭示了低渗透地区存在复杂的微观孔隙结构和渗流特征。

图3 涠西南凹陷储层物性与可动流体百分数关系

2) 黏土矿物对可动流体百分数的影响。

在众多低渗油田的储层中常可见绿泥石、蒙脱石、伊利石及伊蒙混层等多种黏土矿物。研究区低渗储层黏土矿物以伊利石为主，次为伊蒙混层。伊利石常包围在储层岩石的碎屑颗粒周围，多呈鳞片状或碎片状集合体，是能明显降低储层可动流体百分数的一种黏土矿物。由于黏土矿物含量的测定需要通过实验室才能获取，为克服海上取心限制，实现黏土矿物含量由点到面的定量评价，本次研究从黏土矿物—泥质含量—自然伽马三者之间关系入手，分析了泥质含量与可动流体百分数、黏土含量之间的关系(图4)。泥质含量包括了黏土矿物和粉砂颗粒，由于研究区黏土矿物的含量与泥质含量是比较接近的，且泥质含量与黏土矿物含量之间具有明显的相关性，因此可以通过泥质含量来间接评价黏土对可动流体的影响，泥质含量可通过自然伽马计算求得。从泥质含量与可动流体百分数的关系可以看出，随着泥质含量增加，储层中可动流体百分数逐渐降低，当泥质含量高于20%时，储层的可动流体百分数处于低值，黏土矿物能束缚更多的流体使其变为束缚状态。从关系曲线上还可以看出，某些泥质含量相对较高的储层也存在较高的可动流体百分数，这是因为部分高泥质含量的储层存在较多的残余粒间孔隙，孔隙的连通性较好，孔喉半径较粗，次生孔隙相对发育的综合效应，这表明黏土矿物含量也非可动流体百分数变化的唯一控制因素，各类因素的相互制约造成了低渗储层中可动流体百分数的差异。

图4 涠西南凹陷泥质含量与可动流体百分数、黏土含量关系

3 可动流体百分数定量表征

本次依据涠西南凹陷大量核磁实验分析资料，充分考虑海上低渗储层可动流体影响因素，从主要受控因素出发建立适合南海西部北部湾盆地低渗透砂岩储层的可动流体百分数定量模型。

首先考虑储层物性对可动流体的影响。为减少可动流体百分数表征模型的参数，降低多参数权重偏差对模型建立的影响，这里引入储层品质指数(RQI)来反映储层物性，从储集和渗流能力的复合角度反映储层微观结构。RQI是储层渗透率与孔隙度两者组合形成的用以评价储层品质的特征参数，该参数通过理论推导并且已被广泛用于划分低渗储层孔隙结构的差异[20]。储层品质指数与可动流体百分数相关性没有降低(图5)，反而回避了孔隙度与可动流体百分数相关性较差的问题，避免了后续定量表征模型中单独考虑孔隙度和渗透率对可动流体百分数的影响程度。可动流体百分数的影响因素除前述的物性和黏土矿物之外，岩石的粒度也是可动流体百分数影响的因素之一，但由于其复杂的沉积成岩过程，粒度和黏土矿物对可动流体百分数的影响也很难定量化。为方便建立快速评价模型，这里从易于求取(常规测井资料易于获得，不需要岩心实验，减少时间和经济成本)和因果相连(自然伽马表征黏土、泥质含量和岩石粒度的可行性在国内外已有很多研究成果，自然伽马是岩石粒度、黏土等综合的反映)的角度引入自然伽马来代替黏土含量和粒度这两个与其紧密相关的地质因素。基于可动流体影响因素分析结果，考虑各影响因素与可动流体百分数的三维空间关系(图5)，建立考虑多因素影响下的可动流体百分数计算模型，模型建立过程如下。

图5 涠西南凹陷储层品质指数、自然伽马标准化值与可动流体百分数三维空间关系

1) 数据统计及处理。

对涠西南凹陷可动流体实验样点的物性与电性曲线进行深度校正，提取对应样点深度的自然伽马值；然后对自然伽马值进行离差标准化[21]，求得离差标准化后的自然伽马标准值(ΔGR)。

2) 多元非线性表征模型构建。

本次多元非线性表征模型的构建有2个特点，一是明确了影响模型预测的地质因素，二是参数易求，各参数与预测值之间存在明显相关性。通过可动流体百分数影响因素分析和引入参数筛选，本次可动流体百分数预测模型的构建是一个基于其相关性和拟合关系进一步构建的过程。考虑到可动流体百分数(SD)与泥质含量呈非线性负相关，但与储层品质指数呈非线性正相关这一特征，本次基于这一相关性和数学拟合关系，探讨建立了15种非线性表征模型，通过最优化选择后筛选出其中一种最典型特征模型为

(1)

3) 实测数据非线性多元回归。

利用90余个核磁实测数据利用上式进行回归模拟，确定出A、B和C这3项常数值，A=65.605，B=0.272，C=-0.058。最终建立了北部湾盆地低渗储层可动流体百分数模型如下：

(2)

4) 效果检验。

基于随机数学建模理论，按照1∶5的数据比例随机将96个实测样本分为两组，第1组17个样本，作为检验样本，非线性拟合过程中不参与数值拟合，仅作为模型效果检验用；第2组79个样本，在可动流体百分数模型常数参数确定过程中参与数值拟合。最后两组样本实测可动流体百分数值与应用可动流体百分数预测模型求得的预测值相比，两种样本的可动流体百分数实测值与预测值均在45°线上，误差控制在10%以内，满足研究精度要求(图6)。

4 储层分类

核磁共振实验可以定量标定储层中可动流体的百分比，明确可采储量的上限，因此可动流体百分数是储层评价尤其是低渗、特低渗砂岩储层评价中的关键参数之一。核磁共振实验是低渗储层流体可动性评价的一种重要技术手段，它可将核磁信号转换为各类储层参数信息，并可反映出孔喉中流体流动特性，能深入挖掘各类有用地质信息[22-23]。

根据国内外低渗油田开采经验，若单以可动流体百分数数值的变化范围为标准，虽可将低渗储层差异类型进行划分，但可动流体百分数往往受物性、黏土矿物等因素的影响，同等渗透率的储层可能存在高低不同的可动流体百分数。因此本次研究为减小同等渗透率储层的可动流体百分数(SD)差异对低渗储层分类的影响，定义储层品质指数与可动流体百分数的乘积为储层可动流体品质指数(SR)，该定义参数反映不同储层品质下可动流体百分数特征。同时将储层可动流体品质指数(SR)与可动流体百分数SD进行Q型聚类分析[24]，将低渗储层分为4类(图7)，各类储层特征描述如下。

Ⅰ类储层，T2谱峰是以大孔为主的单峰，可动流体百分数SD>70%，储层可动流体品质指数SR>60，储层渗透率K>20 mD，储层品质指数RQI>1.1；Ⅱ类储层，T2谱峰主峰靠右、双峰分布，以大孔为主，可动流体百分数SD为55%～70%，储层可动流体品质指数SR为20～60，储层渗透率K为5～20 mD，储层品质指数RQI为0.6～1.1；Ⅲ类储层，T2谱峰为微孔或小孔为主的单峰，可动流体百分数SD为25%～55%，储层可动流体品质指数SR为4～20，储层渗透率K为1～5 mD ，RQI为0.2～0.6；Ⅳ类储层，T2谱峰为小孔或微孔为主的单峰或双峰，可动流体百分数SD<25%，储层可动流体品质指数SR<4，储层渗透率K<1 mD，储层品质指数RQI<0.2，这一类储层在海上目前是难以动用的。

根据研究区12个油田、27个储层段测试产能资料和可动流体饱和度定量计算结果验证了本次分类的合理性，可动流体百分数(SD)和储层可动流体品质指数(SR)值越大，储层产能也越高。Ⅰ类储层对应的比采油指数大于1 m3/(d·MPa·m)，Ⅱ类储层对应的比采油指数为(0.2～1)m3/(d·MPa·m)，Ⅲ类储层对应的比采油指数为(0.02～0.2)m3/(d·MPa·m)，Ⅳ类储层几乎无产出能力。

5 结论

1) 影响涠西南凹陷低渗储层可动流体百分数差异的主要因素为储层物性和黏土矿物充填孔隙程度。丝、片状的伊利石呈网状对粒间孔隙进行肢解或切割，使储层内部的孔隙空间变得更加迂曲，同时将粒间孔隙改造成了晶间微孔，且具有较强的吸附性，这是黏土矿物降低研究区低渗储层可动流体百分数的作用机制。

2) 基于自然伽马和储层品质(RQI)构建的可动流体百分数定量表征模型，实现了无取心段储层可动流体百分数定量预测。结合储层可动流体品质指数(SR)，并运用Q型聚类原理确定了基于可动流体百分数的低渗储层分类界限，将北部湾盆地涠西南凹陷低渗储层划分为4类，分类结果符合区域产能规律，实现了低渗储层类型的定量划分，可为海上低渗储量扩大动用规模提供指导依据。