基于流動(dòng)單元的測(cè)井儲(chǔ)層參數(shù)精細(xì)建模技術(shù)——以崖城13—1氣田陵三段為例

摘 要

摘要：崖城13-1氣田自發(fā)現(xiàn)開(kāi)發(fā)以來(lái)，先后做了多次儲(chǔ)量計(jì)算工作，在歷次相關(guān)研究過(guò)程中，對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性及儲(chǔ)層連通性認(rèn)識(shí)存在一些不足，氣田局部?jī)?chǔ)量動(dòng)用程度較低，動(dòng)、靜態(tài)地質(zhì)儲(chǔ)量差異
摘要：崖城13-1氣田自發(fā)現(xiàn)開(kāi)發(fā)以來(lái)，先后做了多次儲(chǔ)量計(jì)算工作，在歷次相關(guān)研究過(guò)程中，對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性及儲(chǔ)層連通性認(rèn)識(shí)存在一些不足，氣田局部?jī)?chǔ)量動(dòng)用程度較低，動(dòng)、靜態(tài)地質(zhì)儲(chǔ)量差異較大。流動(dòng)單元研究是以井點(diǎn)縱向儲(chǔ)層巖石物理特征及流體特性分類為出發(fā)點(diǎn)，空間上結(jié)合沉積、地層層序格架將地質(zhì)體劃分為橫向、垂向巖性和巖石物理性質(zhì)相似的儲(chǔ)集體，為測(cè)井巖石物性建模、油氣藏描述、地質(zhì)建模及油氣藏?cái)?shù)字模擬提供了框架模型，因而能確保儲(chǔ)層參數(shù)模型及儲(chǔ)量計(jì)算單元“點(diǎn)”“面”“體”之間的一致性，從方法流程上避免出現(xiàn)動(dòng)、靜態(tài)儲(chǔ)量的較大差異，降低了大型油氣田儲(chǔ)量計(jì)算的不確定性給開(kāi)發(fā)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)?；诹鲃?dòng)單元的測(cè)井儲(chǔ)層參數(shù)精細(xì)建模技術(shù)是其精髓的一部分，該方法在崖城13-1氣田研究中取得了比常規(guī)測(cè)井解釋模型更好的效果：與巖心分析的物性匹配良好，而且模型可直接提供給相關(guān)技術(shù)人員使用。該方法可作為類似大型油氣田儲(chǔ)量參數(shù)計(jì)算的借鑒。
關(guān)鍵詞：崖城13-1氣田；儲(chǔ)量 ；測(cè)井；流動(dòng)單元；物理模型；儲(chǔ)集層；參數(shù)
    崖城13-1氣田主要儲(chǔ)層為古近系陵水組三段，厚度介于150～200m，中低孔隙度、中-高滲透率，現(xiàn)已進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期。針對(duì)該氣田做過(guò)多次儲(chǔ)量評(píng)估工作，但對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性、連通性認(rèn)識(shí)存在不足，局部?jī)?chǔ)量動(dòng)用程度較低，動(dòng)、靜態(tài)地質(zhì)儲(chǔ)量差異較大。經(jīng)過(guò)多種嘗試，采用按流動(dòng)單元的思想來(lái)進(jìn)行精細(xì)測(cè)井儲(chǔ)層參數(shù)建模，這從方法流程上避免出現(xiàn)動(dòng)、靜態(tài)儲(chǔ)量的較大差異，降低了大型油氣田儲(chǔ)量計(jì)算的不確定性給開(kāi)發(fā)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。
1 流動(dòng)單元及定量劃分方法
    流動(dòng)單元(flow units)的概念是Hearn等(1984)在研究美國(guó)懷俄明州Hartog Draw油田Shannon儲(chǔ)層時(shí)，發(fā)現(xiàn)不同部位儲(chǔ)層的質(zhì)量不同，從而對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的控制作用也不同而提出的，并將其定義為橫向和縱向巖性及巖石物理性質(zhì)(主要指孔隙度和滲透率)相似的儲(chǔ)集體。裘亦楠[1]提出流動(dòng)單元是砂體內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)的一部分，同時(shí)流動(dòng)單元也是一個(gè)相對(duì)概念，應(yīng)根據(jù)油氣田的地質(zhì)、開(kāi)發(fā)條件而定。目前主要有4種：①依據(jù)基準(zhǔn)面旋回所確定的洪泛面進(jìn)行劃分；②根據(jù)夾層的展布與特征進(jìn)行分類；③依據(jù)儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)進(jìn)行定量區(qū)分和研究；④根據(jù)流體的特征與壓力狀況進(jìn)行確定。崖城13-1氣田流動(dòng)單元的研究[4]以層序地層旋回對(duì)比為基礎(chǔ)，以穩(wěn)定的海(洪)泛面為總體界限，以砂體頂面為流動(dòng)單元的頂界，以泥質(zhì)隔層及其相對(duì)應(yīng)的界面為其底界，同時(shí)以生產(chǎn)動(dòng)態(tài)測(cè)壓數(shù)據(jù)作為檢驗(yàn)保證單元?jiǎng)澐值暮侠硇?。筆者基于氣田流動(dòng)單元研究成果[2～3]，在井點(diǎn)上按照上述方法③開(kāi)展精細(xì)測(cè)井評(píng)價(jià)。
    Amaefule等(1993)和Abbaszaden等(1996)基于孔隙幾何學(xué)對(duì)流體滲流具有很大影響的認(rèn)識(shí)，提出了應(yīng)用流動(dòng)帶指標(biāo)FZI劃分水力流動(dòng)單元的方法。這一方法的理論基礎(chǔ)是平均水力半徑的概念及Kozeny-Carman的孔滲關(guān)系式。FZI實(shí)際上反映了巖石孔隙結(jié)構(gòu)特征，具有相似FZI的巖石被認(rèn)為具有相似平均水力半徑，因而屬于同一水力流動(dòng)單元。FZI值可依據(jù)樣品的孔、滲值或測(cè)井響應(yīng)值來(lái)計(jì)算，然后通過(guò)對(duì)眾多樣品的FZI值進(jìn)行聚類分析，對(duì)水力流動(dòng)單元進(jìn)行分類。
由Kozeny-carman公式得：
 
式中K為滲透率，mD；φe為有效孔隙度，小數(shù)；Fsτ2為Kozeny常數(shù)；Sgv為單位顆粒體積比表面，μm-1。
由式(1)兩邊除以φe并開(kāi)方可得：
 
定義流動(dòng)單元指標(biāo)FZI和儲(chǔ)層質(zhì)量系數(shù)RQI為：
 
孔隙體積與顆粒體積之比有：
 
   那么式(2)可變?yōu)椋?/span>
    RQI=φzFZI    (6)
或lgRQI=lgφz+lgFZI    (7)
   式(7)表明在RQI和φz的雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上，具有近FZI值的樣品將落在一條斜率為1的直線上，具有不同F(xiàn)ZI值的樣品將落在一組平行線直線上。而同一直線上的樣品具有相似的孔喉特征，從而構(gòu)成一個(gè)水力流動(dòng)單元。
   以巖心分析的孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)以及測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按FZI法計(jì)算各井點(diǎn)的FZI值，并參考地層測(cè)壓、測(cè)試資料等，分出6個(gè)流動(dòng)單元(表1)。

2 基于流動(dòng)單元的測(cè)井評(píng)價(jià)模型
   崖城13-1氣田評(píng)價(jià)的早期，采用傳統(tǒng)的一套氣藏統(tǒng)一測(cè)井處理參數(shù)的方法，沒(méi)有過(guò)多考慮氣藏縱向上測(cè)井巖石物理特性的變化，后來(lái)嘗試分巖相建立測(cè)井解釋模型，但是采用常規(guī)測(cè)井資料劃分出的巖相較粗，而井點(diǎn)巖相變化較復(fù)雜，按照巖相建立確定性模型比較困難，而且誤差較大，可能出現(xiàn)氣田動(dòng)、靜態(tài)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)的較大差異；認(rèn)識(shí)到這些問(wèn)題后，研究人員開(kāi)始轉(zhuǎn)向?qū)⑦@一整裝氣田按流動(dòng)單元的思想來(lái)進(jìn)行精細(xì)剖析。按照前述方法，對(duì)于陵三段儲(chǔ)層，通過(guò)研究巖石孔隙結(jié)構(gòu)特征，按照孔隙類型、孔喉分布以及表征巖石孔隙結(jié)構(gòu)的流動(dòng)帶指標(biāo)FZI劃分了6個(gè)流動(dòng)單元，而其中有些流動(dòng)單元只存在壓力差異而與測(cè)井評(píng)價(jià)相關(guān)的巖石
學(xué)信息基本一致，因此在測(cè)井模型建立時(shí)對(duì)部分流動(dòng)單元進(jìn)行合并。在這一原則指導(dǎo)下開(kāi)展了對(duì)測(cè)井評(píng)價(jià)模型的研究，以便在測(cè)井處理時(shí)考慮儲(chǔ)層縱向微觀特征的細(xì)微變化。
2.1 孔隙度模型
    崖城13-1氣田開(kāi)發(fā)時(shí)期較長(zhǎng)，對(duì)于孔隙度模型的研究一直未停止。A1、A2、A8井在儲(chǔ)層段采用低侵取心技術(shù)進(jìn)行全井段取心，收獲率高，巖心具有代表性。因此，以生產(chǎn)井巖心、三孔隙度測(cè)井曲線為基礎(chǔ)，分流動(dòng)單元建立孔隙度計(jì)算模型。
    該氣田陵三段巖心孔隙度隨巖石顆粒密度變化明顯，這正是儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性的表現(xiàn)。因此常規(guī)簡(jiǎn)單孔隙度計(jì)算模型，如密度孔隙度采用砂巖密度2.65g/cm3這一固定值計(jì)算誤差勢(shì)必較大，為此孔隙度評(píng)價(jià)需要建立在對(duì)于不同流動(dòng)單元儲(chǔ)層特性的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行類別劃分，才能確定準(zhǔn)確的孔隙度評(píng)價(jià)模型。通過(guò)研究，將陵三段6個(gè)流動(dòng)單元大致分為2類，選取與巖心孔隙度關(guān)系較好的密度、聲波時(shí)差曲線作為建模曲線，最終確定基于流動(dòng)單元的孔隙度評(píng)價(jià)模型為：
 
    將以上模型求解的測(cè)井孔隙度和常規(guī)方法求解的孔隙度與巖心孔隙度進(jìn)行對(duì)比檢驗(yàn)(圖1)，可以看到，模型求解的孔隙度比常規(guī)測(cè)井解釋方法求解的孔隙度更接近巖心孔隙度實(shí)際值。

2.2 含水飽和度模型
    含水飽和度是儲(chǔ)量計(jì)算中的重要參數(shù)，同時(shí)也是誤差較大的參數(shù)[4]。在崖城13-1氣田儲(chǔ)量研究中，為了準(zhǔn)確確定該參數(shù)，雖然付出了大量努力，但仍然存在一些不確定因數(shù)，現(xiàn)對(duì)以前一些有影響的成果進(jìn)行回顧和評(píng)價(jià)，分析主要問(wèn)題，提出最佳模型。主要有以下幾種公式。
    1) 根據(jù)測(cè)井原理，利用孔隙度和電阻率曲線確定含水飽和度(西門杜公式)，其公式為：
 
    2) 利用測(cè)井計(jì)算的孔隙度，根據(jù)低侵巖心分析的含水飽和度和孔隙度線性回歸公式計(jì)算，其公式為：
 
    3) 利用測(cè)井計(jì)算的孔隙度，根據(jù)低侵巖心分析的含水飽和度和孔隙度對(duì)數(shù)回歸公式計(jì)算，其公式為：
 
    4) 利用測(cè)井計(jì)算的孔隙度，根據(jù)低侵巖心分析的含水飽和度和孔隙度二項(xiàng)式回歸公式計(jì)算，其公式為：
 
    5) 利用測(cè)井所得的孔隙度和電阻率，根據(jù)低侵巖心分析的含水飽和度和孔隙度、電阻率三維回歸公式計(jì)算，其公式為：
 
    6) 利用測(cè)井所得的孔隙度和氣水界面高度，根據(jù)低侵巖心分析的含水飽和度和孔隙度采用二項(xiàng)式回歸公式計(jì)算，氣水過(guò)渡帶盡管沒(méi)有巖心含水飽和度，但是通過(guò)利用巖心毛細(xì)管壓力資料建立J函數(shù)飽和度模型后可以獲取過(guò)渡帶飽和度數(shù)據(jù)，因此綜合油基鉆井液密閉心飽和度及毛細(xì)管壓力飽和度資料建模，可同時(shí)兼顧氣藏主體高部位及過(guò)渡帶，其模型如下：
 
式中A、B、C、D為不同流動(dòng)單元系數(shù)；Hgwc為離氣水界面高度。
    氣田采用低侵巖心Dean-Stark技術(shù)提取的巖心原始地層水礦化度比從Y4井水層測(cè)試產(chǎn)的水要淡，這使得在測(cè)井解釋中使用的礦化度是否正確成為一個(gè)重要問(wèn)題。此外，嚴(yán)重的鉆井液侵入(探井)及大量巖心測(cè)量的電阻率參數(shù)也存在較大差異。這些不確定因素導(dǎo)致在利用模型1)計(jì)算含水飽和度時(shí)存在許多爭(zhēng)議性的問(wèn)題，而且該模型無(wú)法直接應(yīng)用到地質(zhì)建模及油藏?cái)?shù)字模擬，因此需要建立一個(gè)非電法飽和度模型。氣田A1、A2開(kāi)發(fā)井全井段油基鉆井液密閉心飽和度資料及一定的毛細(xì)管壓力實(shí)驗(yàn)資料為這類模型的研究提供了基礎(chǔ)。但同時(shí)又出現(xiàn)了另一個(gè)問(wèn)題，即所有開(kāi)發(fā)井巖心分析含水飽和度都是束縛水飽和度，因?yàn)樗鼈兌几哂跉馑缑?，因此在建立非電法模型時(shí)需要考慮這些因素。
    其余模型從回歸形式上，大致分為3類：①含水飽和度、孔隙度直接擬合；②含水飽和度、孔隙度、電阻率三維回歸；③含水飽和度、孔隙度、氣水界面高度擬合。第1類模型包括3種，按照回歸方式不同分為線性、對(duì)數(shù)、二項(xiàng)式，由于該類含水飽和度方程為孔隙度單因素解析式，因此，該類模型不適用于氣水過(guò)渡帶。第2類模型加入了電阻率因子，改善了含水飽和度模型在氣水過(guò)渡帶的適用性，但由于勘探井和開(kāi)發(fā)井在目的層段鉆井液不同，造成勘探井和開(kāi)發(fā)井電阻率測(cè)井不匹配，故該方法也存在應(yīng)用局限性，即只適用于開(kāi)發(fā)井；同時(shí)引入電阻率變量后的模型也不便于地質(zhì)建模及油藏?cái)?shù)字模擬直接使用。第3類的模型6)加入了氣水界面高度，并利用巖心毛細(xì)管壓力曲線J(Sw)方法獲取過(guò)渡帶飽和度，圖2是氣田不同流動(dòng)單元巖心離心機(jī)毛細(xì)管壓力與含水飽和度關(guān)系圖，從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，從頂部D單元到底部A單元巖心束縛水飽和度逐漸增大，因此，引入毛細(xì)管壓力理論可以改善含水飽和度模型在氣水過(guò)渡帶的適用性。
 

    圖3是這3種模型計(jì)算的含水飽和度與巖心含水飽和度的對(duì)比圖。從圖3中可看出，3種模型在氣藏頂部都能較好地?cái)M合巖心含水飽和度，而越靠近氣藏底部，不同模型飽和度差異越大。模型6)建模時(shí)由于同時(shí)利用了巖心含水飽和度和巖心毛細(xì)管壓力J函數(shù)飽和度，可同時(shí)兼顧氣藏主體高部位及過(guò)渡帶，所以模型6)是最優(yōu)模型。

    常規(guī)電法測(cè)井計(jì)算的全氣田的含水飽和度約為36%，而按照流動(dòng)單元建立的模型6)計(jì)算含水飽和度約為29%，地質(zhì)儲(chǔ)量差異約80×108m3。
2.3 滲透率模型
   為了了解氣藏動(dòng)態(tài)，必須精確地確定滲透率?？诐B關(guān)系模型之所以應(yīng)用最廣，一個(gè)重要原因就在于儲(chǔ)量網(wǎng)格計(jì)算的方便，通過(guò)井一震關(guān)系建立孔隙度體，進(jìn)而依據(jù)孔滲關(guān)系計(jì)算滲透率體是最簡(jiǎn)單有效的途徑。盡管測(cè)井界在計(jì)算滲透率時(shí)還有許多不同的更優(yōu)的模型(如在孔隙度基礎(chǔ)上引入泥質(zhì)含量、粒度等信息計(jì)算滲透率)，但這些信息在地震體上難以獲得。
   筆者探索了幾種辦法，以減少孔滲關(guān)系圖上點(diǎn)子的分散性。首先，也是最明顯的，就是看巖相對(duì)點(diǎn)子的分散性造成了多大的影響，于是，按照巖心地質(zhì)描述得到的巖相作了孔滲關(guān)系圖，發(fā)現(xiàn)每一類數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布與其他都不相同，但又有許多重疊部分。因此，即使我們可以從測(cè)井曲線中得到巖相的信息，這種方法依然不能精確地用孔隙度來(lái)確定滲透率值。
    最后通過(guò)考察不同的流動(dòng)單元是否有不同的孔滲關(guān)系，做了按流動(dòng)單元的孔滲關(guān)系圖(圖4)，盡管圖4中還有許多分散點(diǎn)，但大部分點(diǎn)子還是互相區(qū)分開(kāi)了的。其中有些流動(dòng)單元只存在壓力差異而與測(cè)井評(píng)價(jià)相關(guān)的巖石物理學(xué)信息基本一致，因此在滲透率模型建立時(shí)就應(yīng)對(duì)部分流動(dòng)單元進(jìn)行合并以取得更好的效果。

3 儲(chǔ)層物性分布與沉積環(huán)境
    總結(jié)各流動(dòng)單元有效孔隙度和滲透率的分布情況，整體而言，儲(chǔ)層孔滲值自下而上有所增高，A單元孔滲值最低，D單元孔滲值最高；南北區(qū)對(duì)比來(lái)看，A-C2等5個(gè)單元南區(qū)各井孔滲值要高于北區(qū)，而D單元南北區(qū)孔滲值相當(dāng)；結(jié)合微相分布情況來(lái)看，河口壩沉積的孔滲性最好，河道沉積較好。
    結(jié)合自下而上沉積相的演變，陵三段從A-D單元，是一個(gè)海進(jìn)過(guò)程，后期有小規(guī)模海退，三角洲由平原占主體演變?yōu)橐詢?nèi)外三角洲前緣為主，A單元各井主要以分流河道及水下分流河道沉積為主，逐漸演變?yōu)镈單元井區(qū)整體以河口壩沉積為主；分區(qū)來(lái)看，南區(qū)各井多位于河口壩沉積體，北區(qū)各井河道沉積與河口壩沉積兼有。而河口壩沉積的物性最佳，孔滲值高于河道沉積，因而造成A單元孔滲值較其他單元低，D單元孔滲值最高以及南區(qū)孔滲值大于北區(qū)的分布特征。這種分布情況充分說(shuō)明了沉積相帶對(duì)儲(chǔ)層物性特征的控制作用，也進(jìn)一步證明了以上測(cè)井儲(chǔ)層物性建模結(jié)果的可靠性。
4 結(jié)束語(yǔ)
    基于流動(dòng)單元的精細(xì)測(cè)井解釋建模技術(shù)的意義在于它兼顧了儲(chǔ)層巖石物理相特征及油(氣)藏流體特性，因而能確保儲(chǔ)層參數(shù)模型及儲(chǔ)量計(jì)算單元“點(diǎn)”“面”“體”之間的一致性；從方法流程上避免出現(xiàn)動(dòng)、靜態(tài)儲(chǔ)量的較大差異，降低了大型油氣田儲(chǔ)量計(jì)算的不確定性給油氣田開(kāi)發(fā)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。本文介紹的方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單易行、思路清晰，避免復(fù)雜的(可能井點(diǎn)精度略高，但模型認(rèn)識(shí)無(wú)法傳導(dǎo)給地質(zhì)人員)井點(diǎn)模型，建立兼顧儲(chǔ)量計(jì)算全局的最優(yōu)模型。該方法在崖城13-1氣田的成功應(yīng)用對(duì)類似大型油氣田測(cè)井儲(chǔ)層參數(shù)的研究具有借鑒意義。
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(本文作者：曾少軍 何勝林 王利娟 王麗 中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司)