砂泥岩储层测井产能预测方法及应用

2014-12-03谢关宝武清钊赵文杰

测井技术 2014年1期

谢关宝，武清钊，赵文杰

（1.中石化石油工程技术研究院，北京100101；2.中国石油大学，北京102249；3.中石化石油勘探开发研究院，北京100083）

0 引言

应用测井资料对储层的油、气、水产量作出预测和评价，既可有效提高勘探效果，又可为开发部署与规划提供重要的基础数据［1－4］。储层产能预测需解决2个关键问题，一是建立符合实际的产能预测模型；二是校正各种影响因素，提高储层产能预测精度。国外一些服务公司如斯伦贝谢公司等已经把产能预测作为油气层测井解释的一项重要内容，其方法是基于测试及测井资料进行产能预测。近几年中国已陆续开展了这方面的基本方法研究工作，目前还没有形成较为成熟的技术［5－9］。本文以井底流入产能为研究对象，运用产能指数法进行了砂泥岩储层产能预测，提出相应测井产能预测的测井系列。

1 预测方法分析

1.1 概念模型

储层产能可分为理想产能、井底流入产能和油井协调产能（见图1）。

图1 产能关系示意图

储层理想产能（见图1中A点）也称最大潜在产能，为最大畅喷情况下的产量。此时假设储层被完全打开，并且不受储层射孔方式、储层损害的影响。理想产能受到的影响因素有储层的物性、流体黏度、储层压力、启动压力及含油饱和度等［3］。

储层井底流入产能（见图1中B点）是指油气由储层流向井底时的产能。影响储层井底流入产能的因素有储层物性、储层压力、流体黏度、含油饱和度、启动压力、井底流压、储层损害程度及射孔因素等。

油井协调产能（见图1中C点）指井口协调产量，油气多相混合液由井底流至井口时，流体的物理、动力学性质会对产量造成影响。因此，井口协调产能并不等同于井底的实际产能，在计算油井产能时，需分析流入动态特性和井的流出动态特性，从而计算井口协调产量。三者之间的关系：油井协调产能＜井底流入产能＜理想产能。

本文主要以井底流入产能为研究对象。

1.2 井底流入产能预测

1.2.1 产能预测模型

流体在储层中流动一般遵循流体渗流模型。根据达西定律和状态方程，可建立产能预测公式

式中，q为产能，m3／d；K为渗透率，×10－3μm2；h为储层厚度，m；pe为地层有效压力，MPa；pwf为井底压力，MPa；re为供油半径，m；rw为井径，m；S为表皮系数；μ为流体黏度，mPa·s；B为体积系数。

式（1）为产能计算的理论模型基础，在准确确定各储层产能参数的基础上，采用合理的产能预测模型则可计算储层产能。该理论模型是理想条件下的计算方法，不能直接用于预测储层产能［1－2］。

1.2.2 产能指数法预测井底流入产能

在产能预测模型中，可将产量视为产能指数IP与井底压差Δp（井底压差＝储层压力－井底流压－启动压力）的乘积，即

式中，q为产量，m3／d（折算为t／d，需要乘以油气的密度）；IP为产油指数，m3／（d·MPa）；Δp为井底压差，MPa。

产能指数IP为各产能参数（如渗透率K、有效厚度h、流体黏度μ、井眼半径rw、供液半径re、表皮系数S等）的函数［2］，不同类型的油藏模型其具体表达式不同，但可统一表示为IP＝f（K，h，μ，re，rw，S，…）。

1.3 产能指数修正法

在无法获取储层井底压差的情况下，利用产能指数法所得到的计算结果与实际试油结果误差可能较大，主要由以下3个原因造成［1－2］。

（1）该方法是基于线性、径向渗流理论得到的，而且储层边界情况复杂，复杂多变的油藏类型与理想化模型不匹配。

（2）储层异常压力影响了储层产能预测精度。

（3）储层非损害性因素（如完井方式、井斜等）影响了产能预测结果。

基于以上原因，对式（2）两边取对数，有

分析可知，产量的对数与产能指数的对数及井底压差的对数均呈线性关系。考虑实际地区情况及参数计算误差，则有

即

式中，γ为与储层损害、流型、边界条件、工程因素等有关的参数，γ＝10c；a为与产能参数计算有关的参数；b为与储层压差计算有关的参数。

在产能预测过程中如果各参数的求取都比较准确，则γ、a、b的值均等于1；在实际产能预测中由于影响因素复杂多变，对计算过程及计算结果都会带来较大误差，因此含有误差的IP和Δp回归得到的3个参数起到了必不可少的校正作用，此时3个参数值都不为1。

2 影响因素分析

2.1 储层沉积、构造特性对产能的宏观控制作用

前人研究成果表明，储层的沉积微相类型对于储层产能具有重要的决定性作用［3］。从沉积特征本身来看，沉积微相的几何和物理特征决定了水力单元的轮廓、尺寸和渗流特征［4］，进而控制了储层产能的分布。在沉积和构造特征分析的基础上，可以从宏观方面入手分析储层的产能分布。

2.2 储层物性

有效渗透率与产能关系如图2所示，可以看出在相同情况下，储层的渗透率越高，产能越大。储层物性对储层产能的影响表现为［3］

（1）相同条件下，孔隙度越大，有效渗透率越高，孔隙结构越好，则储层的产能越高。

（2）通常情况下，中高孔隙度渗透率储层的产能要高于低渗透储层的产能。

（3）由于低渗透特性，使得低渗透储层只有经过产能改造才能形成工业产能，所以低渗透储层的开采成本要高于中高孔隙度渗透率储层。

图2 有效渗透率与产能的关系

2.3 储层含油气品质

储层含油气品质包括储层有效厚度和烃类的饱和程度等。在其他条件相同的条件下，有效厚度和产能呈线性关系，储层有效厚度越大，产能越大［5］。

含油（气）饱和度是影响储层产能重要因素之一，含油级别（油浸、油斑、油迹、荧光等）不同所指示的储层产能不一样，忽视储层含油气品质而只注重储层其他特性会给储层产能预测结果带来较大误差。

2.4 储层流体性质

储层的流体性质主要包括流体黏度、溶解气油比及饱和压力等［6］。在储层产能预测过程中，流体性质的影响主要体现在黏度和体积系数上，其对预测结果的影响见图3和图4。图3中，当流体黏度小于7mPa·s时，产能较高，黏度对产能的影响非常显著；当流体黏度大于7mPa·s时，产能比较低，黏度的影响不敏感。图4中，体积系数的变化范围比较小，对产能的影响也比较小。

2.5 油藏类型及供油面积

受沉积特征、构造作用和成岩环境的影响，油藏类型都不尽相同，由此带来的供油面积和供油边界对储层的产能预测具有重要的影响。假设产能预测

图3 流体黏度与产能关系

图4 流体体积系数与产能关系

模型中将供油面积为一个理想圆形，供油半径和井筒半径的影响如图5、图6所示。相同条件下，供油半径越小，产能越高。两者对产能的影响相对比较小。

图5 供油半径与产能的关系

图6 井筒半径与产能的关系

2.6 储层井底压差

储层井底压差与产量呈线性关系［7］。相同储层物性条件下，如果储层井底压差较大，则储层流体产量较高；反之，储层流体产量较低（见图7）。

（3）渗透率参数变化范围最大，甚至同一层段内变化幅度较其他参数变化剧烈的多，因此其对产能预测结果的影响最大。

（4）原油黏度变化比较剧烈的地区其对产能的影响也很大。

图7 生产压差与产能的关系

2.7 工程施工

在井筒周围较小的环状区域，由于泥浆侵入、射孔、储层改造等原因，该区域渗透率与原状储层会有所不同，则预测模型参数必然受到该区域工程施工的影响，因而表皮系数等因素需要加以考虑。当表皮系数为负时，对产能的影响很大；当表皮系数为正时，随着表皮系数的增大，对产能的影响不明显（见图8）。

图8 表皮系数与产能的关系

3 产能预测测井系列的选择

要提高计算测井产能预测评价参数的精度，首先选择和推荐下列测井新技术。

（1）用自然伽马能谱测井确定黏土矿物类型，进行储层损害评价。

（2）用阵列感应测井资料确定泥浆侵入深度。

（3）用核磁共振测井评价储层、确定流体黏度。

（4）MDT快速识别储层流体性质、准确获取储层参数。

表1是通过研究推荐的裸眼井测井产能预测系列。用这些测井系列所采集的资料能在不同井内流体的条件下较好地鉴别岩性、划分储集层、计算各种地质参数，从而较准确地进行产能评价。

4 应用实例

4.1 产能预测优化储层改造方案

在实际产能预测过程中，由于各参数自身取值范围不同，其对产能的影响也不相同，一般有如下规律。

（1）井筒半径、体积系数、供液半径等参数在目标区块其本身取值范围变化较小，因此对产能的影响比较小。

（2）储层厚度与井底压差的取值范围较前面几个参数相对要大，其变化范围在2～3倍，对产能的影响不显著。

T174井位于目标区块断层上升盘，低孔隙度低渗透率、非均质性严重；该井目的层段平均孔隙度6%左右，属于低孔隙度低渗透率地层，需要进行压裂改造才能获得产能。对该井2 704～2 718m、2 878.2～2 895.2m、2 935～2 977.2m等井段进行了产能预测处理分析。优先利用这几个井段核磁共振测井资料进行产能预测，其准确的孔隙度、渗透率、含水饱和度、束缚水饱和度等参数，提高了油水有效渗透率计算的精度。

对2 704～2 718m井段进行试油分析，在生产压差为15MPa左右时，获得折算日产油2.26t，不含水。对其进行产能计算，设定压差为15MPa，计算结果与试油结论基本一致（见图9）。对该段进行分析，增产指数很小，分析认为不适合开展压裂改造。后来实施的压裂试油结果也证实了这一点，压裂改造后的效果不明显。

表1 产能预测配套测井系列

对2 878.2～2 895.2m井段进行分析，获得地层压力为29.96MPa，流压为1.9MPa。折算日产油0.37t，不含水。图10是假定生产压差为28MPa时的预测处理结果图，平均日产油0.396m3，几乎不产水，与试油结论基本吻合。分析该层段产能低的原因主要是孔渗性很差造成的。通过增产指数可以看出该层的增产潜力较大，经过对该层压裂改造后日产油14.7t。