温西三块水淹层孔隙度、渗透率精细建模测井分析方法

2015-05-10李泽亮张予生屈艳梅忽磊磊胡秀马勇军

测井技术 2015年6期

李泽亮, 张予生, 屈艳梅, 忽磊磊, 胡秀, 马勇军

(1.中国石油长庆油田苏里格南作业分公司, 陕西西安 710018; 2.中国石油集团测井有限公司吐哈事业部, 新疆哈密 839009; 3.西安石油大学石油工程学院, 陕西西安 710065)

0 引言

温西三块三间房组油层处于辫状河三角洲前缘水下分流河道及其边前缘沉积微相带中,储集体由主体河道多次叠加形成,三角洲前缘总体受水流和波浪双重作用,储集砂体结构特点复杂,注水开发水淹层测井响应复杂多变。在水下分流河道及其河口坝发育部位,沉积物在平面上错综分布,剖面上相互连通,致使储层内部高渗透碎屑沉积物在平面上呈狭长条带状出现,在横剖面上高渗透层与非渗透层分流间泥质沉积间隔分布。形成的主体河道相对高渗透层段在剖面上具有非均质分布的多层段性,它们在注水开发中高渗透层段首先水淹,且水淹严重,形成渗流通道。油层在注入水的长期冲刷下,水淹厚度向上、下2个方向逐渐扩大,在其河道正向单渗砂层和叠置渗透层间差异层内部水淹程度是多变的,在主体层段强水淹背景下,其中、上部可形成弱水淹或未水淹部位,或者在叠置高低渗油层交互状况下,在高渗透油层干扰下造成相对低渗透层间差异弱水淹或未水淹层。特别在河道边远梢席状砂、远砂沉积模式在注水开发中受纵横向组合高渗透河道层间干扰,造成许多未水淹和弱水淹层段,导致相对薄差油层未能有效开发利用。

该区目的层段储集砂体不但受沉积时期水动力条件、物源供应能力、沉积速度变化及特征控制,特别受注水开发水淹程度变化的影响。水淹层注水冲刷孔隙半径普遍加大,迂曲度减小,连通性变好,孔隙结构趋好。它们控制着水淹储层岩石物理性质的变化,反映出储层孔隙度、渗透率及其受淹测井曲线受损的幅度、厚度形态、接触关系与圆滑程度变化。水淹层具有十分明显的非均质、非线性分布和测井响应复杂的特点[1-4]。

为此,有必要利用该区目的层段水淹层各类测井、岩心和试油试采等资料,研究水淹层岩石物理相的多种信息,分析建立不同类别岩石物理相水淹储层孔隙度、渗透率参数解释模型。

1 水淹层分类及其评价

该区三间房组水淹层岩石物理相和测井响应特征表明,岩石物理相分类集中体现出水淹层沉积成岩作用特征及其岩性、物性、孔隙类型、孔喉结构和测井响应对储层岩石物理相的控制作用。特别在注水开发中,油层物理性质将发生一系列的变化,在强水洗地带,地层的含油性及油水分布、地层水矿化度和电阻率、黏土矿物微观结构、孔隙度、渗透率、润湿性、驱油效率、地层压力和温度、放射性均会发生明显变化,而且这些变化同油层物理性质、注入水型及其注入量等有关。不同注入期,这些变化也不同,因而导致地质情况更加复杂多变[4-7]。为此,依据该区水淹层岩石物理相形成的地质和注水开发条件,分析该区目的层段储层沉积、成岩作用和岩性、物性、孔隙类型、孔喉结构、水淹特征及测井响应特征,在研究区划分出好、中、差的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类岩石物理相类型。

Ⅰ类中高单渗砂层岩石物理相处于浅水辫状河三角洲前缘水下分流河道主体微相带中,沉积中形成砾状不等粒砂岩、中粗粒砂岩为主的长石质岩屑砂岩沉积的最粗部分,成岩中压实、微弱胶结形成有利的强溶解中孔中高渗单渗砂层能量厚度储层。它们在油田注水开发中基本上处于渗流通道主峰附近,孔隙结构及其孔隙度、渗透率更趋增大,形成渗流通道附近强水淹层及较强水淹层。测井响应相对于泥岩呈现“三大减三小减一高一变”特征,即自然电位、自然伽马和密度减小大;声波时差、中子孔隙度、井径呈微减或微缩,变化稳定;径向电阻率不存在低电阻率环带及正差异,数值高并有变化趋势。反映出一种强水淹中高单渗砂层能量岩石物理相流动单元。

Ⅱ类层间差异渗砂层岩石物理相处于河道高渗主体微相干扰下河道次主体微相带中,沉积中在主流线之外形成的中、细砂岩大多处于河道单渗砂层中上部或河道叠置渗层间干扰差异层内,成岩中强压实、较差胶结形成中溶解中孔隙度中低渗透率层间差异砂层能量厚度储层。它们在油田注水开发中处于渗流通道侧翼或者边缘,孔隙结构及其孔隙度、渗透率总体趋大,但不明显,形成渗流通道侧翼的中水淹层及边远区的弱水淹层。测井响应相对于泥岩呈现“六减小一较高”特征,即自然电位、自然伽马、密度减小较大,声波时差、中子孔隙度、井径减低或微缩;径向电阻率低阻环带及正差异不明显,数值较高。反映出一种中水淹及中弱水淹单渗砂能量岩石物理相流动单元。

Ⅲ类低渗砂层岩石物理相处于河道边远梢席状砂、远砂微相带中,沉积中受湖浪影响岩性细,形成以中细砂岩、细砂岩及粉砂岩组成厚度薄的席状或非席状砂体,成岩中强压实和胶结作用形成低孔隙度低渗透率席状砂、远砂剩余能量储层。它们在油田注水开发中处于非主力油层单渗砂层能量厚度小,注水开发中基本上不形成渗流通道,储层处于弱水淹或未水淹状态。测井响应相对于泥岩呈现“五减小一升高不变”特征,即自然电位、自然伽马、密度减小较小;声波时差、中子孔隙度、井径更减低或不明显;径向电阻率呈低电阻率环带及正差异,数值有所降低。特别在注水驱油使储层中黏土受注水浸泡发生膨胀,孔喉变窄,储层孔隙结构、孔隙度、渗透率特征及其测井响应较差,反映出一种弱水淹及未水淹低渗砂层剩余能量岩石物理相流动单元。

上述3类不同类别岩石物理相处于不同沉积成岩储集相带及注水开发环境中,储层具有不同岩性、物性、孔隙图像、孔隙结构及水淹特征,反映出不同类别水淹储层参数和测井响应特征与差异。为此,利用水淹储层岩石物理相分类参数和测井响应曲线特征,采用物性标准与自然电位、深电阻率、自然伽马、井径、密度、声波时差、中子孔隙度、径向电阻率差异及储层质量指标(见表1),利用灰色理论水淹储层评价方法进行被评价井点数据的综合分析处理。采用矩阵分析、标准化、标准指标绝对差的极值加权组合方法技术,利用灰色理论集成和综合多种信息,确定和划分出该区目的层段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类(中高单渗透砂、层间差异渗透砂、低渗透砂)岩石物理相储层[7-10]。

表1 研究区三间房组水淹层岩石物理相评价划分标准表

*非法定计量单位,1 mD=9.87×10-4μm2,下同

2 水淹层参数分类建模

不同类别岩石物理相水淹层渗透率、孔隙度主要取决于组成岩石颗粒大小、孔隙类型、组织结构、水淹状况及所含流体性质等,明显反映出不同类别岩石物理相储层参数分布概率的差异。Ⅰ类中高单渗砂层岩石物理相岩性以砾状不等粒砂岩、中粗粒砂岩为主,粒级较粗,孔隙类型主要为残余粒间孔和较大粒间溶孔组合为主,注水开发中处于渗流通道主峰,形成中高单渗强水淹层,具较好的物性及孔隙结构特征,储层渗透率、孔隙度参数(含相应测井响应参数)的分布及标准趋于相对集中的高值范围。而Ⅲ类低渗砂层岩石物理相岩性以细砂岩及粉砂岩组成厚度薄的席状或非席状砂体,孔隙类型以粒间孔和微孔隙为主,注水开发中基本不形成渗流通道,储层处于弱水淹或未水淹状态,物性及孔隙结构差,储层参数渗透率、孔隙度(含相应测井响应参数)的分布及标准趋于相对集中的低值范围。Ⅱ类层间差异层岩石物理相储层的岩性、物性、水淹状况、孔隙类型与结构的分布及标准则趋于居中。特别Ⅰ、Ⅱ类强中水淹层中,由于注入水的冲刷,岩石孔壁上贴附的黏土被剥落,含油砂岩较大孔隙中的黏土被冲散、冲走,沟通孔隙的喉道半径加大,孔隙变得干净、畅通,孔隙半径普遍增大,迂曲度减小、连通性变好,实际上缩短了流体渗流途径,岩石孔隙结构明显趋好,因而水淹层孔隙度、渗透率均有不同程度增大变化。尤其是水淹后孔隙喉道比例增大,并在水洗中产生微裂缝,造成中强水淹层渗透率有更大幅度增高变化。因此,必须研究岩石物理相分类才能准确进行水淹层孔隙度、渗透率参数建模[10-12]。

在该区水淹层岩石物理相分类评价基础上,采用分类岩心刻度测井方法更为有效地区分和建立测井水淹层参数解释模型。

图1至图6为Ⅰ类岩石物理相岩心分析孔隙度、渗透率、声波时差、中子孔隙度、密度测井响应拟合关系图,图中数据点的均匀程度及拟合线性关系具有相对集中趋势,利用相应统计拟合关系都可以较为准确表达和建立孔隙度、渗透率参数解释模型。

图1 Ⅰ类岩石物理相岩心分析孔隙度与声波时差关系图

图4 Ⅰ类岩石物理相声波时差与岩心分析渗透率关系图

图5 Ⅰ类岩石物理相中子孔隙度与岩心分析渗透率关系图

图6 Ⅰ类岩石物理相密度与岩心分析渗透率关系图

表2为该区水淹层不同岩石物理相类别建立的测井水淹层孔隙度、渗透率参数解释模型。

表2中计算参数ρb、Δt、φN、α、GR1分别为密度、声波时差、中子孔隙度测井值及自然电位、自然伽马减小系数,它们的减小系数为测井响应值相对于泥质岩的减小程度。表2中岩石物理相分类后以声波时差、中子孔隙度与岩心分析建立的孔隙度模型拟合度为高,反映孔隙度参数模型趋于较好;渗透率模型拟合难度增大,以孔隙度、声波时差、中子孔隙度和密度拟合的渗透率趋于较高[12-14]。

表2 研究区分类岩石物理相水淹层孔隙度、渗透率参数解释模型

3 水淹层参数精细建模方法

3.1 孔隙度参数

可以利用上述声波时差、中子孔隙度分类模型及其相应声波时差、中子孔隙度交会模型求取孔隙度,更为准确地利用综合信息求取分类岩石物理相孔隙度参数值[15-16]。

声波时差测井响应值计算孔隙度模型

φ1=A1Δt+B1

(1)

中子孔隙度测井响应值计算孔隙度模型

φ2=A2φN+B2

(2)

分别制作声波时差与中子孔隙度测井值交会关系图(见图7),得到相关公式

Δt=AφN+B

(3)

图7 声波时差、中子孔隙度求取孔隙度交会关系图

图7中,计算层点孔隙度对应声波时差、中子孔隙度分别为Δti、φNi,对应到声波时差与中子孔隙度关系图中分别为F与E点,显然这2点不在Δt=AφN+B直线上,从而造成了分别采用声波时差和中子孔隙度计算的孔隙度相差较大。采用该层点声波时差、中子孔隙度对应图中交会直线E、F中点M,把该中点M作为综合后层点计算点,分别采用声波时差和中子孔隙度模型计算孔隙度,求取两者孔隙度参数综合拟合值为其更可靠的孔隙度值[15-16]。

则该层点孔隙度值为

φi=φ1i+φ2i2=A14(Δti+AφNi+B)+

A24φNi+Δti-BA+B1+B22

(4)

利用不同岩石物理相声波时差、中子孔隙度交会统计模式,建立声波时差、中子孔隙度综合拟合计算孔隙度参数精细解释模型(见表3)。

3.2 渗透率参数

表1中6种方法确定6个渗透率参数,仍然有可能包含若干有利条件和不利因素,因而很难避免数值上有较大误差。为此,利用Hodges-Lehmann方法,分析兼顾各个评估数值,较大限度减小偏离很大的测量结果影响[15-16]。首先计算出所有二元对

K(1)+K(1)2,K(1)+K(2)2,…,…,K(1)+K(m)2

K(2)+K(2)2,K(2)+K(3)2,…,K(2)+K(m)2

K(3)+K(3)2,…,K(3)+K(m)2

…,

K(m)+K(m)2

对6个数,m=6,二元对的总数为m+(m-1)+…+1=21。其Hodges-Lehmann综合估计值则为这21个数的中间数值。如果二元对是一组偶数的数值,Hodges-Lehmann综合估计值为数值排列2个中间数值的算术平均值。从而采用分类分析的Hodges-Lehmann方法统计改善提高渗透率参数计算精度。

表3 分类岩石物理相声波时差、中子孔隙度综合拟合计算孔隙度参数精细解释模型

图8 温西3-2343井层段水淹层岩石物理相分类及其参数计算成果图

4 水淹层测井评价解释实例

渗透率则采用该层段Ⅰ类岩石物理相孔隙度、声波时差、中子孔隙度、自然电位减小系数、自然伽马减小系数测井解释渗透率模型,分别计算出102.83×10-3、137.59×10-3、158.34×10-3、125.89×10-3、113.29×10-3μm2等5个渗透率值,计算出所有二元对

102.83 120.21 130.60 114.36 108.06

137.59 147.98 131.74 125.44

158.34 142.13 135.83

125.89 119.59

113.29

剩余油饱和度参数采用层段深度水样矿化度及地层温度求取混合液电阻率Rz=0.55 Ω·m、深探测电阻率Rt=19.5 Ω·m、孔隙度φ=18.39%及a、b、m、n值,利用阿尔奇公式求得剩余油饱和度So=20.91%。

同样计算上部2 374.5～2 380.5 m段的2号层段Ⅱ类岩石物理相中水淹层孔隙度为15.93%,渗透率为29.66×10-3μm2,剩余油饱和度为31.46%。

上述1、2号层段计算的孔隙度、渗透率、剩余油饱和度参数分别反映Ⅰ类岩石物理相强水淹和Ⅱ类岩石物理相中水淹层的水淹状况(见表1),有效地改善和提高了水淹层参数计算的精度。

经在中部2 382.5～2 387.0 m段的Ⅰ类岩石物理相1层段强水淹层射孔,日产油0,日出水29.3 m3,含水100%,证实了水淹层岩石物理相分类及其参数解释的有效性。

5 结论

(1) 该区块三间房组油层处于辫状河三角洲前缘水下分流河道及其边前缘沉积微相带中,受其水流和波浪双重作用,储集砂体结构复杂,注水开发水淹层测井响应特征多变,储层具有非均质、非线性分布特点。通过岩石物理相分类进行水淹层参数精细建模,实现在同类注水开发条件水淹层及其岩性、物性、孔隙结构、测井响应特征的岩相建立同类测井参数模型,将水淹层非均质、非线性问题转化为相对均质、线性问题。

(2) 岩石物理相分类建立水淹层参数模型研究中,分类模型数据点分布的拟合具有相对集中分布趋势及其较好线性关系。特别是分类模型分别利用声波时差、中子孔隙度参数模型的综合拟合值求取有效孔隙度参数;渗透率分类模型采用孔隙度、声波、中子、密度、自然电位、自然伽马等多种曲线分别求取,并利用Hodges-Lehmann法综合评估拟定。从而通过水淹层精细建模提高了水淹参数计算精度,为准确计算水淹层参数提供了有效方法。

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