气藏储集层物性参数下限确定方法研究.pdf

气藏储集层物性参数下限确定方法研究李幸运1 郭建新2 张清秀3 童凯军1(11“油气藏地质与开发工程”国家重点实验室 成都理工大学 21中国石油西南油气田公司能源勘探开发公司31中国石油西南油气田公司勘探开发研究院)摘 要 气藏有效储层物性参数下限的确定是储集层评价和储量评估的基础。目前求取方法很多,包括测试法、统计分析法及经验公式法等,但每种方法都有自身适用的局限性,往往只是从某一个方面来反映储层的特征。因此,在实际应用时,应通过对储层物性下限影响因素的分析,利用多种方法,互相补充和验证,使得最终确定的物性下限能够综合反映储层的实际特征。另外,当同一地区地质条件差别很大时,可以根据对不同层位地质特征的研究制定相应的物性下限标准。关键词 气藏 有效储层 物性下限 测试法 影响因素 确定气藏有效储层的关键,是对其有效储层的下限标准进行研究,它是储层分类评价及储量计算的重要参数,并直接关系到油气勘探、开发的决策。因此它既是储层研究中的一个重点,也是一个难点。由于各地区储层地质条件、物性特征的差异,求取方法也不尽相同。利用不同的方法确定的储层物性下限可能有所不同,且都只是从某一个方面来反映储层的特征,并不能代表储层真正的下限,这就要求在实际工作时,结合储层自身的特点,在认真分析储层影响因素的基础上,合理选择多种方法,相互验证,使确定的储层下限能够综合反映储层特征。只有在合理而客观的产气层物性下限值确定基础上,才能获得对气藏客观而实际的认识和评价。本文通过对国内外物性下限评估方法调研的基础上,总结了各种评价物性下限方法,希望能为快速合理地认识和确定各种气藏条件下的物性下限值提供参考依据。1 物性下限确定方法研究有效储层系指饱含油气并且具有油气储产能力的储集层。有效储层可以划分为产层和潜力储层。产层是指在现有工艺技术及经济条件下能够产出并具有商业价值油气流的储层,而潜力储层是指具有储产油气能力,但现有工艺技术及生产制度下不能产出具有商业价值油气流或产能较低的储层,随着工艺技术的发展及生产压差的增大,可以转变为产层。因此,在实际物性参数下限确定工作中,应区分对待两个下限为宜1-5。111Hobson方法计算储层喉道下限值根据Hobson方法可以计算不同气藏高度下储层喉道半径rmin下限值,公式如下:rm in=1/H(w-g)g2gw+1rp式中:H 计算点距气水界面之间的高度,m;gw 气水界面张力(mN/m);w 地层条件下水密度g/cm2;g 地层条件气密度g/cm2;rp 储层的平均喉道半径,m。表1为肖思和等2 对川东石炭系储层不同气藏高度下喉道半径大小的划分标准。结果表明,不同的气藏高度,其储层喉道半径也不同。按照粘土矿物的晶体喉道半径理论,一般将011m作为极限喉道半径值。而表1中显示50m以下时,储层喉道半径约在011m的极限半径以上,所以50m的气柱高度认为是形成气藏的最低值。表1 不同气藏高度下喉道半径气藏高度(h/m)1050100150喉道半径(r/m)012430011250010627010420作者简介 李幸运,男,1984年出生;现成都理工大学能源学院研究生,主要从事于油气储层评价研究工作。地址:(610050)四川省成都市成都理工大学能源学院。电话:13832694075。E-mail:tongkaijun7141261com33 第31卷 第3期 天 然 气 勘 探 与 开 发 开发试 采112 有效储集层孔隙度、渗透率下限值的确定方法关于有效储层物性参数中最有代表性的两个参数,即孔隙度、渗透率的下限分类,本文引用戴金星院士的分类方法1,即将物性参数下限分为两个下限分别论述:一是分为储集下限(或产出下限),二是分为工业下限(或有效下限)。二者的区别在于前者是指具有储产油气能力的储层物性参数下限,后者则指现有工艺技术及经济条件下能够产出并具有商业价值油气流的储层物性参数下限。储集层下限(或产出下限)值确定(1)R50交会法前人研究成果表明,在孔隙及喉道壁上有一层吸附能力很强的束缚水膜,并具有较强的抗剪切能力,因此在生产压差下难以运移出去。从吸附理论考虑,与两壁束缚水膜厚度及天然气分子运动直径之和相等的中值喉道宽度R50为产气的喉道下限。R50是一个与前述储层喉道半径rm in有所差异的参数,它表征着平均喉道宽度,同时预示着它是可以产出气层中50%气的最小喉道。而R50与孔隙度、渗透率的相关性较好,由此可求得孔渗下限。二者的相关关系式可表述如下:R50=aebx式中:x 孔隙度或渗透率;a、b 拟合系数。孔金祥(1991)等曾用四川威远气田油基钻井液取出的岩心测定出气层的各种参数(表2),对于孔隙度大于1%的样品来说,其R50均大于喉道两壁束缚水膜厚度与天然气运动直径之和(表2),由此确定该气田天然气的产出下限值:孔隙度为1%、克氏基质渗透率为713mD,中值喉道宽度为01018m。表2 威远气田震旦系白云岩孔隙度与束缚水膜厚度关系统计表(据孔金祥,1991)孔隙度(%)11115115223344556平均束缚水膜厚度(m)010047010057010087010106010113010148010217平均R50(m)100694547725917811683平均束缚水饱和度(%)29185311573319132141平均含气饱和度(%)70115681436610967159两壁水膜厚与气分子运动直径之和(m)010104010124010184010220010235010305010444克氏气体渗透率(mD)713713351005001500360035100500150036007200(2)经验统计法经验统计法是美国岩心公司常采用的一种方法,现已被世界各大油田所采用2。其以岩心分析孔隙度、渗透率资料为基础,以低孔渗段累积储渗能力丢失占总累积的5%左右为界限的一种累积频率统计法。统计目标区常规物性分析资料,编制孔隙度、渗透率频率分布、累积频率及累积能力丢失曲线(图1),按产能丢失5%(当然也可根据不同地质特征对目标区指定其它标准值)为下限值,在累积能力丢失曲线上找出相对应的渗透率下限值,再根据孔渗关系对应出相应的孔隙度下限值。以川西地区某区块须四气藏为例,利用该方法得出表3所示的孔隙度和渗透率下限值。(3)渗透率应力敏感法该方法是将地面条件下和储层条件下分析的渗透率作对比,以渗透率对压力的敏感性特点来确定渗透率的下限值。图2显示了该方法在某区块应用图1 孔、渗频率分布法确定物性下限的理论图3,可以看出地面渗透率大于011mD的样品,其应力敏感性明显小于地面渗透率小于011mD的样品,渗透率越小的储层,渗透率对地层压力的敏感性越强,而011mD是两者交会点。实际上,由于渗透率小于011mD的储层中泥质或岩屑含量高,多发育扁平或板状喉道,围力增加,可引起微小喉道关闭,从而使渗透率大大降低。该类储层难以作为有43开 发试 采天 然 气 勘 探 与 开 发 2008年9月出版 表3 产能丢失5%对应物性下限表渗透下限值(mD)渗透率样品丢失率(%)孔隙度下限值(%)孔隙度样品丢失率(%)22213631517图2 地层渗透率与地面渗透率关系图效储层,因此可确定渗透率下限为011mD,再由孔渗关系确定出孔隙度下限及喉道下限。工业下限值确定(1)单层试气法单层试油试气成果是储集层物性、流体含气饱和度、流体性质和采油采气工艺技术水平的综合反映,是研究储气层流体流动性的直接资料。对于碎屑岩及碳酸盐岩孔隙型储集层,可用单层试气法确定有效储层下限值。以孔隙度2%为单位,或以渗透率(01055)mD为单位将储集层划分为若干小层。对每小层进行射孔测试,扣除不产气的层段就得到全井累积产气储集层的厚度H,该厚度要用测井资料进行校正。以气层埋藏深度所确定的工业气流下限(表4)除以全井储集层厚度H,得到单位厚度的工业气流Qc下限。用每小层测试气产量除以该小层厚度,得到单位厚度气产量Qgr。作Qgr与孔隙度的关系曲线图,在该图纵坐标上取Qc,与Qc对应的孔隙度即为有效孔隙度下限值。同理,作QgrK(克氏基质渗透率)关系曲线图,在纵坐标上取Qc,与Qc对应的渗透率即为克氏基质渗透率的有效下限值Kc(图3)。表4 工业气流标准(据天然气储量规范GB270-88)产气层埋藏深度(m)4000工业气流下限(104m3/d)0105011013015110210图3 单位厚度产气量与孔渗关系曲线(2)产能系数法8对于裂缝及孔洞发育的地层,使用单层试气法往往难以求准孔隙的有效下限。此时可引入产能系数法,该方法可巧妙避开储集层中存在多条裂缝和洞穴而无法用公式计算产量和确定有效下限的难题,它从经验和统计的角度出发,在全储集层的累计产能系数(Kh)中,取5%为下限值。具体确定方法如下:放大镜观察,剔除有张开裂缝的样品,留下具孔洞的样品,再结合显微镜薄片观察区分不同孔洞类型;用高真空高压酒精饱和法测定样品总孔隙度。对各种类型样品,以孔隙度1%为单位,从小到大选样,将储集层分为若干小层,每小层必须有一个实测孔隙度数据,且每一孔隙度单位中,至少有3个以上样品,然后测定它们的基质气体渗透率KL;53 第31卷 第3期 天 然 气 勘 探 与 开 发 开发试 采建立不同孔隙类型 K关系图;求出每一小层的厚度h与KL的乘积KLh,然后将各井各小层的KLh值从小到大地排列,累积求和得KLh。以KLh除以KLh得各层的KLh百分比,求出从小至大的KLh累计百分数,作产能系数频率图;以 KLh5%为有效下限KLh的值,将该值除以小于KLh的各小层的累积厚度即为KL的有效下限值(表5,表6),再由孔渗关系曲线图或孔渗 中值喉道宽度关系曲线图上,得出相应的不同孔隙类型的孔隙度有效下限值或喉道下限值。裂缝对下限值的影响可由表5和表6予以解释:中50井的孔隙度较平落1井的孔隙度高,但裂缝不发育,产量仅为011104m3/d,不是工业气井;而平落1井孔隙度虽低,但裂缝发育,产气量高达29182104m3/d,为工业气井,从而证实了表7中的平落3井、6井所确定的有效储层下限值与生产测井解释吻合性较好,说明产能系数法确定有效储层下限值是可信的。(3)动态资料分析法利用平面径向流渗流公式计算商业性产能条件下的物性下限,气井产能公式变形后如下所示5:表5 川西、川中4口井低渗砂岩孔渗有效下限值统计表井号层位渗透率(mD)孔隙度(%)粒间孔粒内孔杂基孔裂缝发育情况角41井T3h4758915不发育中46井T3h21182314319414稍发育平落6井T3h20174217218312较发育平落3井T3h201469214217218发育表6 中50井、平落1井生产测井解释表井号厚度(m)孔隙度(%)各段产气量(m3/d)各段产气贡献值(%)产气储集类型的判断裂缝的发育及贡献中50井平落1井32471611416裂缝为次,产气差16711660185918裂缝为次,产气差2071471313裂缝为次,产气差8427129141117裂缝为次,产气差7119651714687149125裂缝为主,产气好6214951685765019132裂缝为主,产气好15211951359053030136裂缝为主,产气好182155153150111裂缝为主,产气好 裂缝不发育;孔隙度为7%11%的砂岩段16 m未产工业气流;产气量为011104m3/d裂缝很发育,虽孔隙度低,但产气量高达29182104m3/dKH=QguglnRe/Rw2(Pe/Z)2-1式中:Qg 天然气的无阻流量,104m3/d;ug 天然气的地下粘度,mPas;Re、Rw 供给边缘半径和井筒半径,cm;Pe 气层中部压力,MPa;Z 压缩系数,无因次量纲。参数求取:以川西某构造香二气藏为例,根据石油天然气储量规范国家标准,结合研究区气层的实际特征,以天然气单井产量达到1104m3/d为商业价值下限;天然气粘度 g为010222 mPas;供给边缘半径根据试井资料分析取5000m,井筒半径取71035cm;原 始 地 层 压 力 及 压 缩 因 子 分 别 取42155MPa和11105。将各项参数代入径向流达西公式得出:KH=01974mD/m。根据香二段各井有效厚度值可计算得出其渗透率下限值,由孔渗相关曲线可进而求得孔隙度下限值(表7)。对各井取平均值,即得香二段有效储层物性下限值。表7 香二段的孔渗下限表6井号1井2井3井5井6井7井有效厚度(m)66134016191122129173815渗透率(mD)01015 01024 01051 0104401101025孔隙度(%)41031741041141141263开 发试 采天 然 气 勘 探 与 开 发 2008年9月出版(4)分布函数曲线法7 前人针对像碳酸盐岩这类非均质性较强的储集层,使用前述多种实验方法求取物性参数下限时,需要大量测试样品的缺陷,提出一种基于统计学的分布函数曲线法。该方法的基本思路可简述为:在同一坐标系中,分别作出有效含气层与非有效含气层的渗透率 频率分布曲线,两条曲线的交点所对应的渗透率即为下限值(图4)。限于篇幅影响,具体操作步骤见参考文献7。图4 分布函数曲线法求取储集层渗透率下限示意图以川西蓬莱镇组致密砂岩气藏为例,收集研究区多口井岩芯物性实验测试数据及一次测井解释参数数据。以岩芯分析数据刻度测井参数,利用实验测试孔渗关系,将测井孔隙度转换为测井渗透率,关系如下:lgK=014084-312389(R=0185)(1)利用校正后的测井渗透率,将测井解释划分的有效含气层与非有效含气层在同一坐标系中分别作出它们的密度分布曲线(图5)。由图5可见,两条曲线的交点对应的渗透率即为研究区的渗透率下限01167mD,再由式(1)的孔渗关系式得到孔隙度下限为61028。图5 有效含气层与非有效含气层渗透率分布曲线图113 含气饱和度下限值确定(1)气 水相渗法经验表明,气水两相渗透率曲线得交点或气相相对渗透率曲线下拐点所对应的Sg为气层原始含气饱和度下限值。利用该方法,对取自蓬莱镇组气藏的5块岩样进行了气水两相渗透率测试计算(图6),气水两相渗透率曲线的交点所对应的Sw为75%,当Sw小于75%时,水相渗透率减小,气相渗透率迅速增大,此时天然气可在储层中作有效运移,据此可将25%作为含气饱和度下限值。图6 蓬莱镇组含气显示层段平均相渗曲线在缺乏相对渗透率分析资料的情况下,含水饱和度上限值一般凭经验取50%。(2)产气层段含水饱和度统计法收集统计研究区内多口气井的经生产测井证实的产气层段及对应的测井解释成果,排除个别含水饱和度过高的产层段制作总表。统计得出各产气层段的最小孔隙度分布范围,确定一个孔隙度下限值,据该最小孔隙度可统计出相对应的含水饱和度分布范围,确定出含水饱和度上限值,并最终得出产气层段的含气饱和度下限值。以川西南地区须二气藏为例,收集工区内8口气井的产气层段的生产测井解释成果资料,分析得出产气层段的最小孔隙度为3101%3179%,平均值为3145%;相对应的含水饱和度分布在71%82%的范围内,平均为76%。由此,可将产层的孔隙度下限定为315%,含水饱和度的上限定为70%,据此可将30%作为含气饱和度下限值。2 物性下限影响因素分析8-11 物性下限是一个变量而不是定值,把它看成定值的论点是不符合实际的,因为各地区的含气储层73 第31卷 第3期 天 然 气 勘 探 与 开 发 开发试 采的有效厚度、埋藏深度、裂缝发育情况、孔隙结构类型及气藏闭合高度的不同,将导致其下限值的不同。另外,随着生产技术的发展,储层下限标准可以浮动,有些目前定为非工业性的油气层将来也可以转化为工业性油气层。211 储层埋藏深度的影响随着气层埋深的增加,地层作用于孔隙流体的压力也不断增加,相应的流体能进出的孔喉半径也将越来越小,因此储层的物性下限值也会发生变化,这一点由国家标准局发布的天然气储量规范(表4)可看出,随着气层埋藏深度的变化,工业气井中的气产量下限值也是不同的。212 裂缝发育程度的影响大量研究成果表明,裂缝发育程度对有效下限值的影响很大,裂缝(张开缝)越发育,有效下限值亦将有所降低。当裂缝发育时,气容易运移、聚集,形成的气柱高度大,气能聚集在致密天然气储层的微孔隙中,故使有效储层下限值降低;另外,裂缝增加了气层的出气比面,裂缝越发育,出气比面越大,使得致密气层微孔隙中的天然气可能汇集形成工业气流。213 孔隙结构的影响孔隙结构系指孔隙及喉道的形态、大小、发育程度及其组合关系。不同的孔隙类型具有不同的孔隙结构,因此它们就有不同的孔渗关系曲线。当用产能系数法求得一个有效渗透率下限值时,在该曲线上就可求得几类不同孔隙的有效孔隙度下限值。如川西低渗透致密砂岩气藏发育着包括粒间孔、粒内溶孔及杂基孔等多个孔隙类型,因此在孔渗关系曲线上,同一渗透率会对应着多个有效孔隙度下限值。214 气藏高度的影响天然气气藏是由二次运移聚集形成,因而气藏形成高度与有效储层下限值有着对应的负相关关系,气藏高度越低有效储层下限值越大,反之依然。且当气藏高度一定时。距气水界面越低,有效储层下限值也相对较高;反之依然。215 其它因素的影响主要包括经济指标、开发工艺、试采工艺及储层改造技术等因素的变化,以此为基础的物性下限值也将受到影响。3 结束语确定气藏储集层的有效物性下限是一项十分重要而又复杂的工作,目前其求取方法很多。在实际气藏储层有效物性参数下限的求取研究中,应结合目标气藏的自身特点,综合利用从不同方面反映储层特征的资料,选用正确求取方法,互相补充和验证从多个角度出发确定有效储层下限,避免因研究方法单一导致下限标准取值产生较大偏差,从而保证物性下限的合理性与正确性。参考文献1 戴金星 1中国天然气地质学M 1北京:石油工业出版社,199212 郭睿 1储集层物性下限值确定方法及其补充J 1石油勘探与开发,2004,31(5):140-14313 侯雨庭,郭清娅,李高仁 1西峰油田有效厚度下限研究J 1中国石油勘探,2003,8(2):51-5414 段新国,王洪辉 1储层参数下限确定方法J 1成都理工大学学报,2003,30(2):169-17215 周文,张高信 1川东石炭系有效储层下限标准的研究J 1 石油与天然气地质,1996,17(4):343-34616 肖思和,周文,王允诚,等 1天然气有效储层下限确定方法J 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and the effects on reservoirsproduction,and presents an intersectionmethod to forecastproduction.Thismeth2od may forecast the reservoir production in tightNadu For mation verywell and rapid.KEY WORDS:production forecast,tight reservoir,reservoir characteristics,intersection method,Baise BasinD ISTINGUISHING M ETHOD OF P-S WAVE VELOC ITY RATI O OF FLUI D PROPER2TY IN CARBONATE RESERVO IRL I Guobao1,TANG Xueping2,YANGWendu3and HOU Junqian3(1.Qinghai Division,PetroChina LoggingServices Co.,Ltd.;2.Exploration andDevelopmentResearch Institute,PetroChina SouthwestOil and Gasfield Company;3.SichuanLogging ServicesCompany,Sichuan-ChangqingDrilling Engineering Company).NATURAL GAS EXPLORATI ON&DEVEL2OPMENT.v.31,no.3,pp.3032,9/25/2008ABSTRACT:Its very hard to distinguish the fluid property in carbonate reservoir.Analyzing the principle of P-Swave logging andits response properties in water and gas layers,considering the i mpactsof porosity and lithology on P-Swave velocity ratio,this studyincreases greatly an accuracy of distinguishing the ratio,especially accurately distinguishes the fluid property in high-porosity carbon2ate reservoir,high-resistance water layer and low-resistance gas layer.Validated by oil test,thismethod is quite feasible.KEY WORDS:carbonate rock,P-Swave velocity ratio,porosity,fluid propertyDETERM INING M ETHOD FOR THE LOW ER L I M IT OF PHYSICAL-PROPERTY PA2RAM ETERS IN GAS RESERVO IRSL IXingyun1,GUO Jianxin2,ZHANG Qingxiu3and TONG Kaijun1(1.National KeyLaboratory ofOil and GasReservoir Geology and Exploitation,Chengdu University of Technology;2.Energy Exploration and Development Company,PetroChinaSouthwest Oil and Gasfield Company;3.Exploration andDevelopmentResearch Institute,PetroChina SouthwestOil and Gasfield Com2pany).NATURAL GAS EXPLORATI ON&DEVELOPMENT.v.31,no.3,pp.3338,9/25/2008ABSTRACT:In an effective gas reservoir,to determine the lower limitof physical-property parameters is a basis of reservoir evalua2tion and reserves estimation.There are many determiningmethods,including testingmethod,statistical analysismethod and empiricalformula method.Butwith its own li mitations,everymethod just reflects reservoir characteristics by only one domain.So,to combinewith these methods to compensate and testifymutually and to analyze the reasonswhich affect the lower limit are a bestway.The finallydeter mined lower limit can imply the actual reservoir characteristics.In addition,corresponding lower li mit criteria should be drawn upbased on the research on geological setting in different stratigraphic horizons if a big difference of geological conditions exists in thesame area.KEY WORDS:gas reservoir,effective reservoir,lower limit of physical property,testingmethod,influencing factorRESEARCH ON A COM POUND PRODUCTI ON DECL INEMODELCHEN Jun1,XU Guangpeng2,FAN Huaicai2,YU Yang3and WANG Ling4(1.School of Petroleum Engi23NATURAL GAS EXPLORATI ON&DEVELOPMENT/Sept.,2008