致密油有效储层物性下限的确定——以高尚堡油田G区块Es33Ⅴ油组为例

李春霞

(中国石油冀东油田分公司勘探开发研究院,河北唐山 063000)

致密油作为一种非常规油藏,是指储集于空气渗透率小于1.0×10-3μm2的致密储层中的石油[1-3],未经过长距离运移,一般自然产能低于经济油流下限,需通过大规模改造措施才能形成工业产能。

高尚堡油田G区块Es33Ⅴ油组为近源准连续致密砂岩油藏,目前该区块为油田滚动开发的重要目标之一,储层物性下限的不确定性直接影响着油田致密油开发的决策。本文通过对大量岩心分析测试资料统计,运用多种方法进行研究,并利用压汞和相渗实验结果以及试油投产结果对研究成果进行验证,综合确定该区致密油的有效储层物性下限。

1 油藏沉积特征

G区块位于南堡凹陷陡坡带,湖盆北西、北东方向为高山狭谷地貌,其西北方向为西南庄凸起,西南方向为柏各庄凸起,边界断层的活跃和古气候的变化控制着沉积体系的时空分布,形成近物源、多物源的古地形条件。

G区块具有北东、北西双物源,Es33Ⅴ油组位于凹陷陡坡带相对平缓的斜坡区,沉积期处于浅水环境,是由两个物源的扇垛体混合沉积组成的浅水型多物源扇三角洲沉积,储层主要是扇三角洲前缘砂体,微相类型有水下分流河道、河口坝、水下分流河道侧缘、分流间湾等。Es33Ⅴ油藏的油层埋深约为3 600～4 400 m,油层分布受储层物性、异常压力、烃源岩共同控制,油藏类型为近源准连续致密砂岩油藏[4]。

2 油藏储集性能特征

根据区内岩心分析资料统计,Es33Ⅴ油组孔隙度为5.2%～23.5%,中值12.8%;渗透率为0.05×10-3～183.89×10-3μm2,中值0.85×10-3μm2(图1)。根据DZ/T 0335-2020《致密油储量估算规范》中对致密油的定义,确定G区块Es33Ⅴ储层为致密油藏有效储层。

图1 G区块Es33Ⅴ油藏岩心分析孔隙度、渗透率统计直方图

Es33Ⅴ储层主要发育原生孔隙和次生孔隙,原生孔隙主要为残余粒间孔(图2a),次生孔隙以粒间溶孔(图2a、b)为主,粒内溶孔为辅,如晶间孔、杂基内溶孔(图2c)等。 喉道主要为片状、管束状(图2d),发育亚微米-纳米级喉道,孔喉分布不集中、喉道半径差异大。储层物性差,非均质性强[5-6]。

a.G1井,残余粒间孔;b.G1井,粒间溶孔;c.G1井,杂基内微孔隙;d.G2井,片状喉道、管束状喉道、缩颈型喉道

3 有效储层物性下限确定

基于G区块Es33Ⅴ致密砂岩油藏特征,综合运用岩心含油产状法、经验统计法、孔渗关系法、最小流动孔喉半径法、压汞参数法等五种方法确定研究区有效储层的物性下限值[7-10]。

3.1 岩心含油产状法

含油产状法是通过建立含油产状和物性参数之间的关系(图3)来确定有效储层物性下限的一种方法[11-12]。应用该区575块样品,统计不同含油产状的孔隙度、渗透率分布情况,发现当岩心含油样品在孔隙度小于7.1%、渗透率小于0.12×10-3μm2时几乎不含油,所以确定有效储层物性下限孔隙度为7.1%、渗透率为0.12×10-3μm2是合理的。

3.2 经验统计法

采用经验统计法,绘制全部取心井储层样品的渗透率和孔隙度直方图、累计频率曲线,以及累计渗透能力和孔隙能力丢失曲线[13-14](图4)。

图4 G区块Es33Ⅴ储层渗透率、孔隙度丢失能力直方图

G区块Es33Ⅴ储层属于低渗透储层,取该区块岩心分析平均渗透率值的5%作为储层流体流动(即生产)渗透率的临界值。从G区块Es33Ⅴ储层渗透率丢失能力图中可看出,当临界值为0.16×10-3μm2时,累计渗油能力丢失1%,渗透率样品丢失13%(图4a),从本区渗透率与孔隙度关系式可计算出对应于渗透率0.16×10-3μm2的孔隙度为7.7%;从图4b可知,对应于孔隙度7.7%,累计储油能力丢失8%,孔隙度样品丢失14%,所以可以取孔隙度7.7%、渗透率0.16×10-3μm2作为G区块Es33Ⅴ储层的物性下限值,其储油和产油能力丢失都比较小,故该下限值是合理的。

3.3 孔渗关系法

图5为G区块Es33Ⅴ储层孔隙度与渗透率交会图,以孔隙度8%为界限,当孔隙度低于8%时渗透率随之增加,但变化很小,而孔隙度大于8%时,渗透率随之增加且呈现明显增加,因为前者孔隙以无效孔隙为主,后者孔隙则是具有一定渗透能力的有效孔隙[15]。由孔渗关系式计算当孔隙度为8%时渗透率为0.22×10-3μm2,因此利用孔渗关系法可将该储层孔隙度下限定为8%,渗透率下限定为0.22×10-3μm2。

图5 G区块Es33Ⅴ孔隙度和渗透率交会图

3.4 最小流动孔喉半径法

通过对G区块Es33Ⅴ储层现有的毛管压力资料进行“J”函数处理,得到具有代表意义的平均毛管压力曲线(图6),以平均毛管压力曲线为基础,采用Purcell公式确定储层的最小流动孔喉半径。

图6 G区块Es33Ⅴ平均毛管压力曲线

Purcell公式法是以等对数孔隙半径间隔为单元,计算每个单元的渗透能力贡献值及累计渗透能力(表1)。取累计渗透能力为99.99%时的孔隙半径为油的最小流动孔喉半径[16-17],确定G区块Es33Ⅴ油组的最小流动孔喉半径为0.1 μm。

表1 G区块岩石渗透能力计算表(Purcell公式法)

根据岩心压汞分析资料分别建立了岩石渗透率、孔隙度与平均孔隙半径的相关关系。岩石渗透率与平均孔隙半径具有良好的正相关关系,关系式如下:

lgK=0.773 8+1.620 1lgr(R2=0.857,N=49)

(1)

式中:r为平均孔隙半径,m;K为岩石渗透率,10-3μm2。

利用式(1)可以确定油的最小流动孔隙半径为0.1 μm,其所对应的岩石渗透率为0.14×10-3μm2,该值即为油层的渗透率下限值。由渗透率与孔隙度关系式可以确定G区块Es33Ⅴ储层岩石渗透率为0.14×10-3μm2时,对应的孔隙度约为7.2%。

3.5 压汞参数法

物性大小与排驱压力有直接关系,可以用来确定有效储层的物性下限[18]。根据实验室压汞资料分析的排驱压力与岩心孔隙度、渗透率建立关系(图7),从图中可看出,当岩心孔隙度为8.5%、渗透率为0.15×10-3μm2时出现明显拐点,这种储渗能力变化的突变点可作为该储层孔隙度、渗透率的下限[19]。

图7 G区块排驱压力与孔隙度、渗透率关系

上述五种确定有效储层物性下限的方法各有优缺点,岩心含油产状法要求孔隙度、渗透率与录井描述含油性深度归位一致;经验统计法则从储油能力和渗流能力两方面来确定储层物性下限,但是丢失比的确定具有主观性;孔渗关系法方法简单,容易操作,渗透率与孔隙度常有幂函数统计关系,但是曲线拐点不易确定。这三种方法都是基于大量岩心物性统计数据基础的静态统计方法,需要开展大量的物性分析测试才能满足储层物性下限确定的精确性。目前G区块Es33Ⅴ储层有575个孔渗样品,数据点充足,能较好地反映该储层的孔渗特征,具有一定的代表性。

最小流动孔喉半径法是基于渗流力学原理的动态计算方法,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客观真实;而压汞参数法作为最小孔喉半径法的一种替代方法,将最小孔喉用排驱压力来替代,两种方法可相互验证和补充。

这些方法都只是从某一方面来反映储层的特征,分析结果也会有差别,为避免下限确定的单一性和局限性,应综合利用这五种方法同时来确定有效储层物性下限值。G区块Es33Ⅴ致密砂岩储层孔隙度下限为7.1%～8.5%,渗透率下限为0.12×10-3～0.22×10-3μm2(表2)。可以看出孔隙度和渗透率下限范围变化不大,可取孔隙度平均值7.7%、渗透率平均值0.16×10-3μm2作为G区块Es33Ⅴ致密砂岩有效储层物性下限。

表2 G区块Es33Ⅴ致密油藏砂岩有效储层物性下限值

4 物性下限准确性检验

为了检验上述致密砂岩储层下限的合理性,选取G区块Es33Ⅴ油组GX井在4 222.02 m深度样品的相渗资料(图8a)与压汞资料(图8b)相结合进行证实。

图8 GX井(4 222.02 m样品)相渗曲线和压汞曲线

相渗资料显示的A点含水饱和度为53.3%,也就是当含油饱和度达到46.7%,是出纯油的界限点,在该样品的压汞曲线上可以查出A点(含水饱和度为53.3%)对应的最大毛管压力为7.38 MPa,最小流动孔喉半径为0.103 μm,通过孔隙半径与渗透率建立的关系式可以求出对应的孔隙度为7.4%,渗透率为0.15×10-3μm2,即当物性达到上述值时,生产是可以出纯油的。该实验进一步证实了G区块Es33Ⅴ油组致密砂岩油藏有效储层物性下限确定为孔隙度7.7%、渗透率0.16×10-3μm2是合理的。

结合GX井的实际生产情况也可证实有效储层物性下限取值的合理性。该井于2016年10月压裂投产71、72、73、77号层,日产油9.66 t,无水。71、72、73、77号层的孔隙度为7.8%～9.0%,渗透率为0.17×10-3～0.23×10-3μm2,也进一步验证了孔隙度7.7%、渗透率0.16×10-3μm2以上基本能达到生产要求。

5 结论

1)G地区Es33Ⅴ油组为近源准连续致密砂岩油藏,储层主要发育原生孔隙和次生孔隙,原生孔隙主要为残余粒间孔,次生孔隙以粒间溶孔为主。岩心分析孔隙度中值为12.8%,渗透率中值为0.85×10-3μm2,储层物性差,非均质性强。

2)确定储层物性下限的方法有很多种,但每种方法都只能从某一方面来反映储层的特征,分析结果也会有差别,为避免有效储层物性下限确定的单一性和局限性,在实际应用中应采取多种方法综合确定物性下限值。

3)综合运用岩心含油产状法、经验统计法、孔渗关系法、最小流动孔喉半径法、压汞参数法等五种方法对G区块Es33Ⅴ油组致密砂岩油藏有效储层物性下限取值,确定孔隙度下限为7.7%,渗透率下限为0.16×10-3μm2,GX井投产层相渗资料与压汞资料相结合进一步验证了这一结果的合理性。物性下限的确定可为致密油有效储层储量精确评估以及后续合理开采提供更多依据。

4)随着油气勘探开发不断深入,经济的发展和石油开采工艺技术提升,物性下限值也会逐渐下移,原先的非有效储层也能够获得工业油气,重新确定储层物性下限将是未来长期研究的一个工作重点。致密砂岩油藏有效储层下限的研究可为其他低渗透非常规储层提供更多参考和借鉴。