微孔隙对低孔低渗砂岩储集层测井评价的影响——以苏里格气田A区块盒8段储集层为例

刘　敏，申辉林，张立旭，黄洪奎，谢莹峰，丁　磊，2（.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛266555；2.中国海油湛江分公司，广东湛江524057）



微孔隙对低孔低渗砂岩储集层测井评价的影响——以苏里格气田A区块盒8段储集层为例

刘敏1，申辉林1，张立旭1，黄洪奎1，谢莹峰1，丁磊1，2
（1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛266555；2.中国海油湛江分公司，广东湛江524057）

摘要：在低孔低渗砂岩储集层中，微孔隙给岩石的导电性及物性参数的评价带来了一定的困难。以苏里格气田A区块盒8段储集层为例，将动力与阻力平衡时所得到的孔隙半径0.15 μm作为微孔隙的上限，通过数值模拟及数理统计等手段解释了研究区的“非阿尔奇”现象。研究表明，孔隙类型决定微孔隙发育比例，孔隙度越大，微孔隙比例越小；随着微孔隙比例增大，渗透率明显降低；微孔隙发育的低孔低渗砂岩储集层具有中子孔隙度明显增大、密度和声波时差变化较小的特点，且随着黏土含量增多，束缚水饱和度增高，导电网络发育，导电性增强，电阻率降低。所以，微孔隙发育是研究区低孔低渗砂岩储集层出现低阻的主要原因。

关键词：苏里格气田；低孔低渗储集层；微孔隙；岩电参数；孔隙类型；测井评价

随着对能源需求的增加和油气勘探开发技术的进步，国内中-高孔渗油藏的勘探开发大都到了中后期阶段，而低孔低渗等非常规油藏则已成为勘探开发的热点[1-2]。前人对低孔低渗储集层的测井评价取得了很多较好的成果，但在测井解释过程中仍有很多难点。在低孔低渗砂岩储集层中，微孔隙是油气储集空间的重要组成部分，目前的研究主要侧重于其对岩石电性的影响和局限在碳酸盐岩储集层中对微孔隙的认识[3-6]。本文以苏里格气田A区块盒8段储集层为例，就微孔隙对低孔低渗砂岩储集层测井评价的影响进行系统分析，以期对低孔低渗砂岩储集层的勘探与开发有所裨益。

1　微孔隙界限的确定

常规砂岩储集层主要为孔隙性储集层。工程上将孔隙半径小于0.1 μm的孔隙定义为微孔隙。任何一个油气藏形成之后，其油气水的分布都会受到构造应力、浮力、热动力等多种力的控制[7]。若以某个孔隙界限去划分所有的储集层类型是不够全面的。苏里格气田A区块成藏后，气、水分布主要取决于以毛细管压力为主的阻力与以气体向上的浮力为主的动力，笔者认为，可以将动力与阻力相平衡时所对应的孔隙半径定为微孔隙的上限。其中涉及孔隙水中油气的势和力场以及油气的毛细管势等概念。1.1孔隙水中油气的势及力

在地下水环境中，任意点天然气的势ϕg、天然气所受的力F、水势ϕ、水的驱动力F可表示为[8]

ρw通常水势易于获得，天然气的势可用水势表示为1.2油气的毛细管势

分散在粉砂岩孔隙中的油气，由于其与水之间不同相界面的存在，具有一定的势能。流体为天然气时，假定其密度ρg仅是压力的函数，则其势为

单位质量油气微团所受到的驱动力由其各自的负势梯度给出，即

这表明，被隔离的油、气微团所受的驱动力包括3种独立的力：重力、围压水力变化引起的力以及不同地点毛细管压力变化引起的力。

经推导可得

油气在运移过程中，随着不断驱替原有孔隙中的水，不同孔径所受到的毛细管压力是不同的，当油气所受的多方面的合力为0（Fg=0）时，即为天然气所能驱替的最小孔隙值。

因此，令天然气所受合力为0（Fg=0），则ϕg为常数，在静水环境中Fw=0，ϕw为常数，（9）式可转化为

ϕg和ϕw的大小与零势能面的选取有关，根据热力学原理，油气微团总是要使其毛细管势pc/ρg值成为最小值，故（11）式可简化为

（12）式的物理意义为毛细管压力与气体向上浮力达到平衡点时，油气不再驱替孔隙中的水。

苏里格气田A区块储集层的毛细管压力为气层向上的浮力为以毛管压力和气体浮力相等时的孔隙半径为微孔隙的界限，有

苏里格气田A区块构造平缓，盒8段、山1段渗透性好，连通性好的气层连续高度主要分布在10～35 m，最高不会超过40 m.A区块地层压力30 MPa，温度110℃下σgw取25 mN/m；水为强润湿性流体，气体为非强润湿性流体，故θgw取值0°，ρw和ρg分别取值0.96×103kg/m3和0.16×103kg/m3[6]。将以上数据带入（15）式，可得孔隙半径为0.15 μm.因此，可将0.15 μm作为苏里格气田A区块的微孔隙孔隙半径的上限。

2　微孔隙对岩电参数的影响

在低孔低渗砂岩储集层中，岩石导电以微孔隙中不可动流体和孔喉半径较大的渗流孔隙中的自由流体为主；微孔隙中的束缚水与渗流孔隙中的自由流体一样参与岩石的导电，导电性质相同，只是导电路径不同。微孔隙在总孔隙中所占的比例将会影响到岩石的导电能力和物性参数。经过大量的岩电实验发现，微孔隙岩电关系存在“非阿尔奇”现象，经典的阿尔奇公式是建立在中-高孔隙的均质纯砂岩储集层中，在有一定泥质含量的低孔低渗砂岩储集层中，岩电参数的选择对于含水饱和度的求取精度以及流体类型的识别都有至关重要的影响[9-12]。

建立双孔隙模型，即在低孔低渗砂岩储集层中，岩石导电机理是岩石微孔隙中的束缚水和孔喉半径较大的渗流孔隙中的自由流体并联导电。通过推导可得地层因素与渗流孔隙和微孔隙的关系式为

根据岩心资料分析，取mb=2.1，mf=2.0，得到数值模拟效果（图1）。从图1可以看出，在低孔部分随着微孔隙占总孔隙比例的增大（1%～5%），曲线的斜率有较大的变化。由此可见，在低孔低渗储集层微孔隙的发育对孔隙胶结指数m有着显著的影响。

图2为微孔隙占总孔隙比例10%～50%条件下，其电阻率增大系数的变化。由图2可见，相同含水饱和度下随着微孔隙所占比例的增加，电阻率增大系数急剧降低，这是由于随着微孔隙比例的增大，可以形成完整的导电通路，微孔隙与渗流孔隙并联导电，以至于在真实的地层中相同含气饱和度下电阻率响应值会明显降低。这就是研究区低孔低渗储集层出现低阻气层的主要原因。

图1　不同微孔隙占总孔隙比例下孔隙度与地层因素关系

图2　不同微孔隙占总孔隙比例下含水饱和度与电阻率增大系数关系

3　微孔隙对物性参数的影响

微孔隙的发育不仅在岩石导电方面有着重要的作用，作为总孔隙的一部分，它对物性参数及其之间的关系也有一定的影响[13-15]。苏里格气田A区块储集空间主要为溶孔、微孔、晶间孔、粒间孔-溶孔、晶间孔-溶孔等。经统计几十口井的数据，孔隙度主要为4%～12%，渗透率主要为0.01～1 mD，其中孔隙度小于10%的数据占85.33%，并且孔隙结构复杂，孔隙类型多样。选取具代表性的12块样品的压汞实验数据进行分析，结果如图3和表1所示。

图3　不同孔隙类型压汞曲线

由图3可看出，研究区主要发育微孔、晶间孔、溶孔-晶间孔和粒间孔-溶孔4种孔隙类型。其中，微孔、溶孔-晶间孔孔隙结构相对复杂，排驱压力较大，中值压力较高。以孔隙半径0.15 μm作为微孔隙的上限，将孔隙半径小于0.15 μm的孔隙划分为微孔隙，孔隙半径大于0.15 μm的孔隙划分为渗流孔隙。在微孔型样品中，微孔隙占总孔隙比例接近90%，渗流孔隙比例小；其他3种孔隙类型微孔隙比例明显降低。由图4可以看出，随着孔隙度的增大，微孔隙占总孔隙比例在逐渐降低，这也是客观存在的规律。

表1　压汞数据统计结果

图4　孔隙度与微孔隙占总孔隙比例关系

从表1可看出，在不同孔隙类型、不同孔隙度下，渗流孔隙的累计渗透率贡献值都达到90%以上，微孔隙对渗透率的贡献微乎其微，小于10%，且随着微孔隙占总孔隙比例的增大，渗透率会逐渐降低（图5）。由图6也可看出，总孔隙度和渗透率相关系数只有0.81，而渗流孔隙和渗透率相关系数达到0.96.所以，在低孔低渗的测井评价过程中，用渗流孔隙进行渗透率和产能评价较用总孔隙有更高的精度；在孔隙度和渗透率的关系中渗流孔隙对渗透率起主要作用。

4　微孔隙发育对电性的影响

电性是指电测曲线的特征，其研究要基于储集层在测井曲线上的响应特征。苏里格气田A区块属于低孔低渗砂岩储集层，由于孔隙度小、渗透率低、含气饱和度低，致使天然气对测井响应的贡献较低，部分储集层甚至低于岩性的影响。因此，研究区电性响应特征非常复杂，这给气水识别和储集层参数的计算带来了很大困难。

图5　微孔隙占总孔隙比例与渗透率关系

图6　总孔隙、渗流孔隙与渗透率关系

以X井为例，通过核磁共振测井资料发现（图7），1号层核磁共振T2谱分布比较集中，主要为30～ 300 ms，表明孔隙半径较大；2号层T2谱主要分布在0.3～5 ms和15～60 ms，表明2号层微孔隙发育。

从图7和表2可以看出，2号层相对于1号层自然伽马较高，表明岩石颗粒变细，微孔隙增加；因研究区岩屑以石英为主，岩性-密度增大，岩屑含量增加，塑性增强，随着上覆压力的增大，岩屑组分会被挤压变形，充填孔隙，影响到储集层物性，形成以微孔隙为主的地层，束缚水饱和度增大。

微孔隙在密度和声波时差测井中响应不明显，但中子明显增大，如1号层与2号层的孔隙度相近，但1号层的含气饱和度更高，2号层微孔隙发育，束缚水饱和度高，所以2号层中子孔隙度明显高于1号层。

在低孔低渗砂岩储集层中，微孔隙发育层段具有岩石颗粒变细，束缚水饱和度增加，地层导电网络发育等特点，导致地层导电性越好，地层电阻率明显降低。如1号层测井曲线响应特征表明，微孔隙欠发育，含气饱和度高，所以1号层深侧向电阻率明显大于2号层；而微孔隙相对发育、含气饱和度低的2号层深侧向电阻率明显降低，与邻层泥岩电阻率接近。

图7　苏里格气田A区块X井测井及岩心分析曲线

表2　X井测井响应特征数据

5　结论

（1）在以阿尔奇公式为基础的评价体系中，微孔隙的存在会影响到岩电参数的选择，并且电阻率增大系数随微孔隙比例增大而降低，从而造成测得的电阻率偏低，影响气、水层的识别及饱和度的求取精度。

（2）在低孔低渗砂岩储集层中，微孔隙在总的储集空间中占有重要的比重，根据动力和阻力相平衡原理，确定苏里格气田A区块微孔隙半径的上限为0.15 μm.

（3）根据微孔隙半径上限结合岩心物性及压汞实验数据，分析认为微孔隙发育比例与孔隙类型有关，且微孔隙比例增大，导致渗透率明显降低。渗透率主要决定因素是渗流孔隙，而不是总孔隙。

（4）微孔隙发育的低孔低渗砂岩储集层，具有中子孔隙度明显增大、电阻率明显降低、密度和声波时差变化甚小的特点。

（5）低孔低渗砂岩储集层中，岩石颗粒越细，微孔隙越发育，束缚水饱和度越高，地层导电网络越发育，因而导致地层导电性增强，储集层电阻率降低。这是研究区低孔低渗砂岩储集层气层出现低阻的主要原因。

符号注释

F——地层因素，f；

Fg——天然气受的力，N；

Fw——水的驱动力，N；

g——当地重力加速度，取9.8m/s2；

H——海拔，m；

Hg——地层条件下天然气海拔，m；

Hw——地层条件下水的海拔，m；

h——油藏高度，m；

mb——微孔隙胶结指数，f；

mf——渗流孔隙胶结指数，f；

p——所考虑点的相对压力（绝对压力减去大气压力），Pa；pc——毛细管压力，Pa；

pcr——储集层毛细管压力，Pa；

pgr——天然气浮力，Pa；

r——孔隙半径，μm；

vg——气的比容，m3/kg；

σgw——气水两相界面张力，mN/m；

θgw——润湿界面角，（°）；

ϕb——微孔隙孔隙度，f；

ϕf——渗流孔隙度，f；

ϕg——天然气的势，（m/s）2；

ϕw——水势，（m/s）2；

ρg——地层条件下天然气的密度，kg/m3；

ρw——地层条件下水的密度，kg/m3.

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（编辑叶良）

Influence of Micropores Occurrence on Logging Evaluation in Low Porosity and Low
Permeability Sandstone Reservoirs：ACase Studyof He⁃8 Memberin Block Aof Sulige Gas Field

LIU Min1，SHEN Huilin1，ZHANG Lixu1，HUANG Hongkui1，XIE Yingfeng1，DING Lei1,2
(1.School of Geosciences，China University of Petroleum, Qingdao, Shandong 266580, China; 2.Zhanjiang Branch，CNOOC, Zhanjiang，Guangdong 524057，China)

Abstract:In low porosity and low permeability sandstone reservoirs, the development of micropores bring some difficulties to the evalua⁃tion of rock conductivity and petrophysical parameters.Taking Block A in Sulige gas field as an example, the micropore limit in this field is redetermined as 0.15 μm by means of the principle of balanced dynamics and resistance, and the "non⁃Archie" phenomenon is explained by numerical simulation and mathematical statistics.The studies show that the pore type determines proportion of micropores, and the big⁃ger the porosity, the smaller the proportion of micropores; with the proportion of micropores increasing, the permeability is obviously de⁃creased; the sandstone reservoir with low porosity and permeability is characterized by significantly increamental neutron porosity and small changes of the density and the interval transit time, and with the increase of clay content, the irreducible water saturation increases, the conductive network develops, conductivity enhances, and the resistivity decreases.Therefore, the micropores occurrence is the main reason for the low resistivity phenomenon appeared in the low porosity and low permeability reservoirs in this area.

Keywords:Sulige gas field; low porosity and low permeability reservoir; micropore; rock electrical parameter; pore type; well logging evaluation

作者简介：刘敏（1990-），女，山东青州人，硕士研究生，地质资源与地质工程，（Tel）18254227796（E-mail）18254227796@163.com.

收稿日期：2015-07-23

修订日期：2015-11-09

中图分类号：TE112.24

文献标识码：A