用覆压岩心渗透率优化测井渗透率计算模型

陈俊，沙里锞，王新海，袁少阳，刘春雷，刘波涛

（1.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102249；2.长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 武汉 430100；3.中国石油集团测井有限公司油气评价中心，陕西 西安 710077；4.长江大学计算机科学学院，湖北 荆州 434023）

用覆压岩心渗透率优化测井渗透率计算模型

陈俊1，沙里锞1，王新海1，袁少阳2，刘春雷3，刘波涛4

（1.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102249；2.长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 武汉 430100；3.中国石油集团测井有限公司油气评价中心，陕西 西安 710077；4.长江大学计算机科学学院，湖北 荆州 434023）

渗透率是确定储层产能的关键指标之一，其准确性关系到储层产能评价的准确程度。测井数据相对试井资料更加丰富、成本低，可以有效获得井筒附近地带各小层的静态特征，为小层的产能评价提供参数支持。为了使测井渗透率的计算更为精确，以吉木萨尔致密油地区为例，在前人研究基础上，通过分析对比覆压孔渗实验数据，发现渗透率和有效覆压的无因次乘幂关系比一般认为的指数关系要好。用无因次乘幂关系模型预测地层真实岩心渗透率，进而来拟合测井参数与孔隙度、渗透率的关系，以达到优化测井渗透率计算模型的目的。该方法在吉木萨尔致密油地区的应用效果良好，比直接用地面岩心实验值的计算结果更为接近实际值。

岩心渗透率；测井渗透率；致密油；吉木萨尔

0　引言

渗透率是确定储层产能的关键指标之一，其准确性关系到储层产能评价的准确程度。通过试井技术分析得到地层参数（如渗透率、表皮系数、地层系数、地层压力等），可以有效地表征地层的动态特征。但是试井成本高、次数有限，且试井所得地层参数一般是多层合试层段的平均参数值，不能用于小层产能评价。而测井数据相对丰富、成本低，可以有效获得井筒附近地带各小层的静态特征，为小层的产能评价提供参数支持。因此，优化测井渗透率计算模型使其计算结果更加可信，显得尤为重要［1-3］。

新疆吉木萨尔致密油地区地质条件复杂，岩性变化大，夹层多［4-6］，严重影响了致密油的有效开发。研究出一种适合该研究区致密油的测井渗透率计算模型，具有非常重要的意义。

受覆压渗透率实验成本高、花费时间长等因素的影响，国内油田一般做地面孔渗实验，用地面岩心孔渗作为地层条件下的岩心孔渗来拟合计算测井渗透率，从而造成较大误差。特别是对于致密油地层，渗透率一般较低，有微小的变化都会造成渗透率相对本身较大的变化。因此，准确知道实际地层条件下的岩心渗透率变得更加重要。

1　覆压渗透率实验结果

江汉油田测试所对吉木萨尔致密油地区A，B，C，D，E井的34块岩心进行覆压渗透率实验。岩心覆压孔渗实验方法参照SY/T6385—1999《覆压下岩石孔隙度和渗透率测定方法》设计，实验仪器为CMS-300高压孔渗仪。

取其中5块代表性岩心的实验数据，分析岩心渗透率与有效覆压的关系（见图1）。从图1可以看出，岩心渗透率随有效覆压的增大而变小。在压力变大的前期，渗透率与有效覆压的关系曲线斜率很大，渗透率的下降速度很快；在后期，曲线的斜率逐渐变小，渗透率的下降速度也越来越小，趋于平缓。

图1　渗透率-有效覆压关系

一般情况下，由于低渗透油气藏的孔隙度、渗透率低，容易受到伤害，普遍认为多数低渗致密油气藏均存在应力敏感。对于压力敏感储层，储层压力变化会引起储层渗透率发生相应变化。根据国内外学者的研究，低渗透油气藏在开发过程中随着油气的开采会表现出较强的应力敏感性。这里介绍渗透率与有效覆压关系相关度较高的2个关系式［7-8］。

1.1指数关系

一般认为，渗透率与有效覆压呈指数递减关系：

式中：peff为有效覆压，MPa；Kp为有效覆压peff下的渗透率，10-3μm2；K0理论上为有效覆压为0时的初始渗透率，10-3μm2（这里取地面条件下覆压为0.101 MPa时的渗透率）；S1为指数压力敏感系数（反映渗透率对压力的敏感程度，S1值越大，表示渗透率对压力越敏感），MPa-1。

1.2乘幂关系

罗瑞兰等［9-10］选取乘幂式来回归拟合渗透率与有效覆压的关系，效果也较好。对渗透率及有效覆压进行无因次化处理，则渗透率和有效覆压关系式为乘幂式形式：

式中：p0为初始有效覆压，MPa；a，b为参数。

当peff=p0时，有Kp=K0。根据式（2），可得出a=1。

定义乘幂压力敏感系数S2为

实验中，以地面压力0.101 MPa时所测的克氏渗透率为初始渗透率。通过实验数据处理，可以得到34块岩心指数关系式及乘幂关系式的系数和相关系数。由于实验存在一定的误差，所以各拟合式的a值并不是严格等于1。

2　压力敏感系数与初始渗透率的关系

对实验数据进行回归分析，得到指数压力敏感系数和乘幂压力敏感系数与初始渗透率的关系（见图2）。2个压力敏感系数都随渗透率降低而变大，在双对数坐标下呈线性关系。

从图2可以看出，指数压力敏感系数和乘幂压力敏感系数与初始渗透率的相关性差不多。与指数关系式相比，乘幂关系式回归拟合渗透率和有效覆压的相关系数要高很多（见图3）。

图2　压力敏感系数与初始渗透率的关系

图3　指数关系和乘幂关系的相关系数对比

因此，选用乘幂关系式来回归渗透率和有效覆压关系，即用图2b中乘幂压力敏感系数S2和初始渗透率K0的关系拟合出公式：

在已知初始渗透率K0、初始有效覆压p0的情况下，联合式（2）就可以得到每块岩心在地层条件下的渗透率。

3　测井渗透率计算

这里介绍比较常用的2种渗透率计算方法［11-15］。

3.1基于孔隙度的方法

对于孔隙型的低渗透储层，孔隙度和渗透率具有良好的相关性，一般为指数关系。渗透率可以采用对应的孔隙度来计算，这是最简单的方法。

3.2基于孔隙度和粒度中值的方法

对于泥质含量较低的储层，可以用孔隙度和粒度中值来确定渗透率值。根据前人研究的我国多个油田4 000多块样品的实测数据，得到经验关系式：

其中

式中：K为渗透率，10-3μm2；dm为粒度中值，mm；φ为孔隙度；D为地区经验系数（通过地区资料分析得出，吉木萨尔地区系数D大致为5.687 9）；ΔGR为自然伽马相对值；GR为目的层自然伽马值，API；GRmin，GRmax分别为自然伽马最小、最大值，API。

地层条件下的岩心孔隙度可以通过地面岩心孔隙度与压力关系式来确定。

式中：φ0为地面岩心孔隙度；c为参数。

其中，c可由岩心覆压孔渗实验得到；peff可由岩心深度和该地区压力经验公式得到。

对于具体一口井，通过足够的岩心资料归位，可以得到整个目的井段的孔隙度，公式为

式中：AC为声波时差，μs/m；CNL为中子孔隙度；DEN为岩性密度，g/cm3；e，f，g，h为常数。

根据式（2）和式（7），用地面岩心孔渗数据得到对应地层岩心孔渗数据，然后和相应测井数据拟合就可以得到该井目的井段的地层渗透率曲线和地层孔隙度曲线。当某口井地面岩心渗透率实验数据缺失或者数量不足以用来有效拟合时，可以按照常规方法利用孔隙度数据由式（6）得到对应渗透率数据，继而和测井数据拟合得到相应的地层渗透率曲线。

4　实例分析

用上述方法计算吉木萨尔致密油地区E井的渗透率，并与岩心分析结果进行对比（见图4）。可以看出，计算模型与岩心渗透率具有较好的吻合度，拟合效果较好，即此方法比较适用于该地区地层渗透率的估算。该结果比直接用地面孔渗数据计算的结果要小很多，这是由于压力敏感效应造成的渗透率损失，更加符合实际。

图4　吉木萨尔地区E井优化计算模型的计算结果

5　结论

1）岩心渗透率随着有效覆压的增大而减小，即发生应力敏感现象。在有效覆压增加初期，渗透率的下降速度很快；而到后期，关系曲线的斜率变小，渗透率的下降速度变慢，趋向平缓。

2）指数压力敏感系数和乘幂压力敏感系数均与初始渗透率在双对数坐标下呈线性关系，并且都随初始渗透率的变小而变大。渗透率和有效覆压的无因次乘幂关系比以往通常采用的指数关系要好，计算结果更加准确。

3）用渗透率和有效覆压关系预测的地层渗透率，来拟合目的井段的地层渗透率曲线，比以往更加精确，更接近真实值。该方法为吉木萨尔致密油地区提供了更加准确的测井渗透率解释模型，为其他致密油地区的测井渗透率计算提供了借鉴。

［1］刘锋，魏阳庆，于鹏霄，等.RFT测井资料估算渗透率方法的分析［J］.断块油气田，2003，10（1）：79-81.

［2］刘青莲，宋子齐.改进的开窗技术在利用测井资料预测渗透率中的应用［J］.断块油气田，2004，11（5）：16-17.

［3］白建平，田中元，闰伟林，等.利用试井和生产测井资料估算储层的动态渗透率［J］.油气井测试，2007，16（1）：1-3.

［4］贾承造，邹才能，李建忠，等.中国致密油评价标准、主要类型、基本特征及资源前景［J］.石油学报，2012，33（3）：343-350.

［5］周鹏.新疆吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组致密油储层特征及储层评价［D］.西安：西北大学，2014.

［6］邓泳，杨龙，李琼，等.准噶尔盆地二叠系芦草沟组致密油岩心覆压孔渗变化规律研究［J］.岩性油气藏，2015，27（1）：39-43.

［7］周彦球，李晓辉，范晓敏.成像测井孔隙度频谱技术与岩心孔隙分析资料对比研究［J］.测井技术，2014，38（3）：309-314.

［8］吴凡，孙黎娟，何江.孔隙度、渗透率与净覆压的规律研究和应用［J］.西南石油学院学报，1999，21（4）：23-25.

［9］罗瑞兰，程林松，彭建春，等.确定低渗岩心渗透率随有效覆压变化关系的新方法［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2007，31（2）：87-90.

［10］张新红，秦积舜.低渗透岩心物性参数与应力关系的试验研究［J］.石油大学学报（自然科学版），2001，25（4）：56-60.

［11］李淑荣，李爱华，钱勤，等.利用全直径岩心刻度测井孔隙度方法探讨［J］.测井技术，2010，34（6）：572-575.

［12］姜艳玲，梁涛，罗宁，等.安岳气田储层测井孔隙度计算模型选取［J］.天然气勘探与开发，2011，34（4）：36-38.

［13］楚泽涵，谢京.用测井方法估算渗透率的评述［J］.石油勘探与开发，1994，21（1）：46-52.

［14］仇海亮，夏宏泉，杨双定，等.基于偶极横波测井资料估算低孔裂缝性地层渗透率［J］.国外测井技术，2014，199（1）：47-50.

［15］孙建孟.渗透率模型研究进展［J］.测井技术，2014，36（4）：329-334.

（编辑赵卫红）

Optimization of logging permeability calculation model using overburden pressure core permeability

CHEN Jun1，SHA Like1，WANG Xinhai1，YUAN Shaoyang2，LIU Chunlei3，LIU Botao4
（1.College of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.Geophysics and Oil Resource Institute，Yangtze University，Wuhan 430100，China；3.Oil and Gas Evaluation Center，Logging Company Ltd.，CNPC，Xi′an 710077，China；4.School of Computer Science，Yangtze University，Jingzhou 434023，China）

Permeability is one of the key indexes to determine the capacity of the reservoir，and its accuracy is related to the accuracy of reservoir productivity evaluation.Compared with well testing data，logging data are more abundant with low cost，from which the static characteristics of the small layers near the wellbore zone can be effectively obtained to provide parameter support for the small layer capacity evaluation.In order to calculate logging permeability more accurately，taking the tight oil in Jimusar Area as an example，on the basis of previous studies and comparison of the overburden pressure porosity-permeability experimental data，the author found the dimensionless power relationship between permeability and overburden pressure is better than the generally assumed exponential relationship；the dimensionless power relationship model is used to forecast the real layer core permeability and fit the relationship of logging parameters with porosity and permeability to optimize the calculation model of logging permeability.The calculation results of the tight oil in Jimusar Region using this method shows good effect，which are closer to the actual values than that using the experimental value of the ground core directly.

core permeability；logging permeability；tight oil；Jimusar

国家科技重大专项课题“低渗、特低渗油气储层相对高产富集区预测技术”（2011ZX05013-001）；长江大学“长江青年基金”项目“混合遗传算法在致密油试井解释软件自动拟合中的应用研究”（2015cqn53）

TE254+.4

A

10.6056/dkyqt201602012

2015-08-28；改回日期：2016-01-07。

陈俊，男，1990年生，在读硕士研究生，研究方向为油气田开发。E-mail：503580935@qq.com。

引用格式：陈俊，沙里锞，王新海，等.用覆压岩心渗透率优化测井渗透率计算模型［J］.断块油气田，2016，23（2）：189-192. CHEN Jun，SHA Like，WANG Xinhai，et al.Optimization of logging permeability calculation model using overburden pressure core permeability ［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（2）：189-192.