渤海砂岩油田岩石压缩系数经验公式研究

杨东东 戴卫华 张迎春 罗宪波 权 勃 邱 婷 耿 娜

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院)

渤海砂岩油田岩石压缩系数经验公式研究

杨东东 戴卫华 张迎春 罗宪波 权 勃 邱 婷 耿 娜

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院)

渤海11个砂岩油田实测资料统计结果表明,岩石压缩系数对原始地层压力与孔隙度均有较强的敏感性,岩石压缩系数与原始地层压力呈幂函数关系,与孔隙度呈指数关系。利用多元线性回归方法,建立了适合渤海砂岩油田的岩石压缩系数经验公式,利用BH-12油田实际测试数据进行验证,本文建立的经验公式的计算误差远小于 Hall方法及Newmen方法的计算误差,说明了新建公式的可靠性。

渤海砂岩油田 岩石压缩系数 经验公式 地层压力 孔隙度

岩石压缩系数是油藏工程研究中的一个重要参数,对计算油藏储量和评价弹性能量对油藏采收率的贡献具有重要意义。目前常用的计算岩石压缩系数的Hall方法和Newmen方法仅考虑了岩石压缩系数随岩石孔隙度的变化,计算结果都是随着孔隙度变大岩石压缩系数变小[1-4],这与渤海砂岩油田目前实测的岩石压缩系数与孔隙度的变化规律差别很大。因此,研究渤海砂岩油田的岩石压缩系数经验公式对于区域油气田开发有着重要意义。笔者从影响岩石压缩系数变化的主要因素入手,研究了岩石压缩系数随地层压力与孔隙度的变化规律,并在此基础上提出了渤海砂岩油田岩石压缩系数的经验公式。实例应用表明,本文方法相对误差较小,具有较好的推广价值。

1 渤海砂岩油田岩石压缩系数变化规律研究

1.1 岩石压缩系数随孔隙度的变化

图1为渤海11个砂岩油田岩石压缩系数与岩心孔隙度关系图,对图中数据点回归后看出,岩石压缩系数与孔隙度呈较好的指数关系;图2为渤海某砂岩油田岩石压缩系数与岩心覆压孔隙度关系图,对图中数据点回归后看出,岩石压缩系数与覆压孔隙度也呈较好的指数关系。两图趋势线的拟合效果均较好。

从图1、2可以看出,岩石压缩系数与岩心孔隙度和岩心覆压孔隙度均呈较好的正相关性,并且孔隙度越大岩石压缩系数增加的幅度越大。

1.2 岩石压缩系数随压力的变化

在室内实验测试岩石压缩系数的过程中发现,岩石压缩系数不仅与孔隙度有关,而且与有效上覆岩石压力有关。本文在研究岩石压缩系数与原始地层压力的关系时,假设地层是一个与外界无压力传播的封闭系统,即原始压力恒定;另外,忽略地层流体对岩石造成的压力。这样,原始地层压力即约等于上覆岩层压力。

对渤海11个砂岩油田岩石压缩系数与原始地层压力数据点回归后看出(图3),岩石压缩系数与原始地层压力呈较好的幂函数关系;对渤海某砂岩油田岩石压缩系数与岩心有效覆压数据点回归后看出(图4),岩石压缩系数与有效覆压也呈较好的幂函数关系。两图趋势线的拟合效果均较好。

由图3、4可以看出,岩石压缩系数与压力呈明显的负相关性。随着压力的增大岩石压缩系数呈明显的减小趋势,并且先是快速下降,之后缓慢下降并最终趋于一个定值。

2 渤海砂岩油田岩石压缩系数经验公式的确定

前人在研究压缩系数的经验公式时,常仅用孔隙度来回归计算。比如 Hall方法计算公式[5]

又比如Newmen方法计算公式[6]

式(1)、式(2)均是通过室内实验数据回归得到的。从式(1)、(2)可以明显看出,岩石压缩系数与孔隙度呈负相关性,随着孔隙度的增大,岩石压缩系数变小,但该规律与表1中渤海11个砂岩油田的实测岩石压缩系数与孔隙度的关系完全相反。从表1可以看出,利用 Hall方法和Newmen方法计算的渤海各油田岩石压缩系数相对误差较大,有的甚至高达98%。另外,从表1中BH-4与BH-5油田的实测数据来看,当孔隙度相当时,实测的岩石压缩系数随着压力的增加而有较大幅度的减小,笔者认为这是上覆岩层压力的增加使岩石发生弹性形变和塑性形变所致。基于此,本次经验公式研究中将引入压力与孔隙度一起进行线性回归。

表1 渤海11个砂岩油田岩石压缩系数实测值与H all公式、Newmen公式计算值的比较

在明确了岩石压缩系数与压力、孔隙度之间的关系后可以知道,压力与岩石压缩系数呈很好的负相关性,符合幂函数关系,在双对数坐标里呈很好的线性关系。孔隙度与岩石压缩系数呈很好的正相关性,符合指数函数关系,在半对数坐标里呈很好的线性关系。在此基础上,通过线性多元回归方法建立数学模型,用以计算在压力及孔隙度双重影响下的岩石压缩系数,利用该方法回归的渤海砂岩油田岩石压缩系数的经验公式如下:式(3)中:Cf为岩石压缩系数,10-4/MPa;p为原始地层压力,MPa;φ为孔隙度,%。

经验公式(3)的用途除了计算任意地层压力及孔隙度下的岩石压缩系数外,还可以用来验证油田测试的孔隙度的准确性。渤海各油田一般测压资料准确度较高且测试较准,当我们知道某油田的岩石压缩系数时,就可反算该油田的孔隙度,以互相验证。

3 实例应用

利用渤海BH-12油田新测试的实际岩石压缩系数、孔隙度及原始地层压力等值对新回归的计算公式进行了验证,并将本文方法计算结果与常用的Hall方法及Newmen方法计算结果进行了误差对比分析(表2)。

表2 BH-12油田岩石压缩系数计算结果及其与实测值的相对误差

从BH-12油田的数据可以明显看出,Hall方法和Newmen方法计算值与实测值误差达38.31%～40.21%,而本文回归的公式相比 Hall和Newmen方法有着较好的计算精度,相对误差仅为6.11%,计算结果符合渤海砂岩油田岩石压缩系数随孔隙度及地层压力的变化规律,说明本文建立的经验公式具有较好的实用性。

4 结论

(1)渤海砂岩油田岩石压缩系数与原始地层压力呈幂函数关系,随着压力增大,岩石压缩系数减小,在双对数坐标下具有较好的线性负相关性;岩石压缩系数与孔隙度呈较好的指数关系,随着孔隙度增大,岩石压缩系数也增大,在半对数坐标下存在较好的线性正相关性。

(2)实例应用表明,引入压力和孔隙度两个因素回归的经验公式比 Hall方法和Newmen方法的计算精度要高,在渤海砂岩油田具有较好的实用性。

[1] 李传亮,王双才,周涌沂.岩石压缩系数对油藏动态储量计算结果的影响[J].大庆石油地质与开发,2004,23(6):31-32,38.

[2] 张英魁,刘斌,古武,等.利用多元回归方法确定岩石压缩系数[J].油气井测试,2001,10(1,2):7-9.

[3] 王新海,宋岩,李玉娇,等.岩石压缩系数变化规律研究[J].江汉石油学院学报,2007,29(1):42-44.

[4] 李传亮.岩石压缩系数与孔隙度的关系[J].中国海上油气(地质),2003,17(5):355-358.

(编辑:杨 滨)

Abstract:An statistical analysis of observed data in 11sandstone oilfields,Bohai sea,has indicated that the rock compressibility is sensitive to both initial formation pressure and porosity,having a power function with initial reservoir pressure and an exponential function with porosity respectively. The method of multiple linear regression is used to establish an empirical formula of rock compressibility for the sandstone oilfields in Bohai sea.By a check applying the testing data from BH-12oilfield,it is found that this empirical formula is much lower in calculation error than Hall’s and Newmen’s methods,indicating the reliabilty of the new formula.

Key words:sandstone oilfields in Bohai sea;rock compressibility;empirical formula;reservoir pressure;porosity

Studying on an empirical formula of rock compressibility for sandstone oilfields in Bohai sea

Yang Dongdong Dai Weihua Zhang Yingchun Luo Xianbo Quan Bo Qiu Ting Geng Na
(Bohai Oilf ield Research Institute of Ex ploration and Development,Tianjin B ranch of CNOOC Ltd.,Tianjin,300452)

2010-05-04 改回日期:2010-06-13

杨东东,女,2008年毕业于中国石油大学(北京)油气田开发专业,获硕士学位,主要从事油藏工程及提高石油采收率原理与技术研究.E-mail:yangdd@cnooc.com.cn。