以喉道为参数的致密砂岩气储层评价方法——以库车坳陷迪北地区致密砂岩气为例

林 潼 魏红兴 谢亚妮

(1. 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 河北廊坊 065007；2. 中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院 新疆库尔勒 841000)



以喉道为参数的致密砂岩气储层评价方法
——以库车坳陷迪北地区致密砂岩气为例

林 潼 魏红兴 谢亚妮

(1. 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 河北廊坊 065007；2. 中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院 新疆库尔勒 841000)

致密砂岩气作为一种非常规天然气在我国呈现出快速发展的趋势，然而目前致密砂岩气储层的评价仍然沿用常规油气藏储层评价的方法。事实证明常规油气藏储层评价的方法明显不适用于致密砂岩气。本文通过对比常规气藏与致密砂岩气的发育特点，以库车坳陷迪北地区致密砂岩气为研究对象，开展多手段的储层孔喉微观分析，认为喉道半径是控制致密砂岩气运聚与富集的关键因素之一。并通过改进的Windland方程以进汞饱和度35%时所对应的喉道半径(R35)为主要参数，建立了适合于研究区的致密砂岩气储层评价方法。评价结果显示，R35=0.17 μm是区分库车坳陷迪北地区致密气有效储层与无效储层的界线；同时依据R35的大小可进一步将有效储层划分出Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类储层。

致密砂岩气 储层评价 喉道半径R35迪北地区

0 引言

致密砂岩气与常规气藏在成藏机理、分布规律、气水关系以及孔喉特征上具有明显的差异[1-4]。最早对致密砂岩气的界定以储层物性为基础。美国联邦能源管理委员会将储层渗透率小于0.1×10-3μm2的气藏(不包含裂缝)定义为致密砂岩气。我国于2011年制定了中国致密砂岩气(tight sandstone gas)的定义：覆压下基质渗透率小于或等于0.1×10-3μm2的砂岩气层，单井一般无自然产能或者自然产能低于工业气流下限，但在一定的经济技术条件下和工艺改造下可获得工业天然气产能[5]。由此可以看出，致密砂岩气储层与常规砂岩储层相比，储层更致密、渗透率更低，并且需要经过一定的储层改造才能获得工业性油气流。

然而目前国内对致密砂岩气储层的评价仍然沿用常规砂岩储层的评价方法。评价主要依据对物性的划分，包括孔隙度、渗透率等参数[6-9]。大量的分析数据显示在常规砂岩储层中，孔隙度和渗透率之间具有较好的线性关系[10-11]，但是在致密砂岩气储层中孔隙度与渗透率相关性较差，并且应用常规的划分方法存在明显的问题，例如文龙等[12]在研究川西上三叠统致密砂岩气储层时就发现孔渗之间的正相关性不明显，采用孔、渗参数分类时常相互矛盾，部分砂岩按孔隙度参数可划分为好储层，而按渗透率参数应列为非储层，这说明仅仅以孔渗参数来划分储层可能会漏掉产层或者误选非产层。笔者在研究库车坳陷迪北地区致密砂岩气储层时也发现，以传统的常规砂岩储层划分评价方法(表1)对本区的致密砂岩气储层进行分类时，存在着气层与干层混淆无法分清的现象(图1)。

正因为常规的孔渗评价方法无法适用于致密砂岩气储层，许多学者转向利用储层表征的其他参数如压汞曲线形态特征、排驱压力、孔隙的喉道特征以及孔隙的储集空间类型等开展低渗—致密储层的评价工作[12-16]，鲁洪江等[13]根据进汞与退汞曲线的形态组合特征将砂岩储层划分为3类，指导了东营凹陷某油田沙二段开发井位的部署；李海燕等[14]利用压汞曲线特征将苏里格气田低渗透储层划分为4类，并指出每种类型储层所对应的微观孔隙形态；胡明毅等[15]在观察川西上三叠统须家河组致密砂岩储集空间类型和毛细管压力特征基础上，将须家河组储层分为4类。这些学者在开展储层评价时都认识到了致密储层的渗透率与孔隙度之间的相关性较差，喉道才是影响致密储层物性的关键因素，但是国内的学者并未给出以喉道为参数的储层评价方法。

国外早在上个世纪80年代就建立了以喉道大小评价低渗透储层质量的方法，并且在高孔渗储层、致密砂岩气储层、页岩气储层中都取得了很好的效果。Winland曾经利用喉道半径划分Spindle油气田有效与无效储层的界线[17]；Aguilera[18]利用孔喉半径判别公式划分出了不同类型储层的喉道半径分布范围，并有效地指导了储层流动单位的划分；Clarkson[19]、Deng[20]在前人研究的基础上利用喉道分类与油气产量的关系建立了致密储层产能评价表，在加拿大的蒙特尼地层与北美致密砂岩评价中取得较好的效果。

近年来随着非常规油气勘探的快速发展，国外通过喉道的各种表征参数开展了大量的非常规储层评价、成藏机理的研究与讨论，极大地推动了致密气勘探以及理论与技术发展[21-26]。事实证明，以喉道为评价参数的致密砂岩储层评价方法是一种有效且科学的方法。然而国内还未见有利用喉道参数进行储层评价的相关报道。本文尝试以喉道半径为参数，建立库车坳陷迪北地区致密砂岩气储层评价的方法与标准，并以此评价该区致密砂岩气储层的质量。

表1 库车坳陷东部下—中侏罗统储层基质物性评价标准(据塔里木油田)①

图1 迪北地区含气层段与干层段砂岩物性分布图(分类标准与表1对应)Fig.1 The physical property of gas-bearing interval and dry layer in Dibei area

1 库车坳陷迪北地区致密砂岩气特征

1.1 迪北气藏发育特征

迪北致密砂岩气藏位于库车坳陷东部依奇克里克断裂带中段、阳霞凹陷北缘，该区以发育线性背斜、断背斜和断鼻构造为特征。气层发育于侏罗系阿合组辫状河三角洲平原河道砂体中，储集空间以次生溶蚀孔隙为主，原生孔隙几乎不发育，其中粒间杂基内泥质微溶孔占总孔隙空间的49%，并且该类孔隙以孤立、分散的形式存在于泥质、黏土矿物之间。气藏储层物性普遍较差，孔隙度于4%～10%之间，平均孔隙度6.8%，渗透率分布在0.1～10.0×10-3μm2为致密砂岩储层。

迪北气藏具有明显的异常高压特征，从构造高部位的Ys4井到斜坡带下部的Yn5井，地层的压力系数逐渐增加由1.31增加到1.76。储层的含气性特征也发生了明显的变化，从构造高部位的水层、气水同层到气层。整个构造斜坡带上具有上水下气的特征(图2)，并且气层内砂体的含气饱和度差异较大。前人对该地区开展过详细的研究，认为迪北地区为典型的致密砂岩气特点[27-28]，气体的成藏动力为生烃压力和气体膨胀力，以气体驱替水向上呈活塞式推进，形成了这种“气下水上”的气水分布模式。

1.2 致密气储层喉道分布特征与含气饱和度关系

通过对迪北致密砂岩样品开展恒速压汞分析，结果显示(表2、图3)储层喉道大小主要分布在0.6～1.6 μm之间。单位体积砂岩样品内有效喉道体积大于有效孔隙体积，说明本区致密砂岩中有效喉道体积占据主要部分(占总孔隙体积的50%～70%)，喉道不仅仅是渗流通道，更是主要的储集空间，这点认识显著地区别于常规储层特征。吸附测试显示致密砂岩储层中喉道与微孔隙的关系如同细口的水瓶形态[27]，喉道的大小直接控制了微孔的含气饱和度。

①朱国华，寿建峰，沈安江. 塔里木盆地库车坳陷克—依构造带侏罗系储层控制因素及综合评价(内部资料).塔里木石油勘探开发指挥部.1992.以yn5井5 009.7 m深度的样品为例，喉道进汞饱和度为28.29%，孔隙进汞饱和度为29.48%，分析显示只有当喉道半径大于0.219 μm时气体才能通过喉道进入微孔隙中，所以喉道是控制致密储层含气饱和度的关键。

从该样品的核磁共振分析图(图4)可以清晰地看出，离心力逐渐增大时，饱含水样品的饱和度逐渐下降。离心力的大小直接对应于喉道的大小，说明了喉道越大该样品的充注饱和度就越高，对应于迪北气藏储层的含气饱和度就越大。图4也揭示了该样品可动流体最小有效喉道半径为0.06 μm，当砂岩储层中喉道半径小于0.06 μm时，流体无法自由流动，需要后期的储层改造才能产出。该区的测井资料显示产气层段储层含气饱和度多大于50%，而干层段含气饱和度多小于35%，说明含气饱和度是致密气储层产能的重要参数，而喉道大小则是直接控制储层的含气饱和度和产气能力。

图3 迪北致密储层砂岩喉道大小分布特征(具体参数见表2)Fig.3 Histogram showing the throat radius distribution derived by constant rate mercury penetration method

表2 迪北致密砂岩恒速压汞分析数据表

图4 致密储层砂岩样品核磁共振谱图Fig.4 Nuclear magnetic resonance spectra of Dibei tight sandstone

2 致密气储层评价方法的建立

虽然“甜点”发育区一直是致密砂岩气勘探搜寻的重点区域，但是“甜点”区并不意味着就是孔隙度发育区域，致密砂岩气的“甜点”更多地反映了砂岩储层的含气饱和度。较高孔隙度的砂层可能是干层或低含气饱和度的气层；而相对孔隙度较低的砂层却可能是工业油气流产层。常规的孔渗关系图(图1)并不能直接识别出砂岩的含气性特征，只有通过喉道大小的判别才能反映出储层的含气性特征。

2.1 参数的选取

图5展示了迪北地区两块孔隙度相近的砂岩样品，孔隙度均为5.4%，但是渗透率值差异较大，a样品渗透率值为0.488×10-3μm2，高压压汞分析显示中值喉道半径(R50)为0.026 μm；而b样品渗透率值仅为0.025×10-3μm2，中值喉道半径(R50)为0.012 6 μm。通过毛管压力与喉道半径之间的对应关系分析，a样品达到40%饱和度时需要突破0.072 5 μm的喉道半径；相同条件下b样品达到40%饱和度时却要突破0.018 μm的喉道半径。可以看出相同条件下渗透率和含气饱和度受控于喉道，虽然渗透率值能够反映流体在储层中的渗流能力，并且与储层的产量有着密切的关系，但是喉道大小对储层渗流能力的敏感性比渗透率强。Nelson[29]的研究显示喉道半径变化一个数量级，相对的渗透率值将改变两个数量级。因此，对致密砂岩气储层评价来说，喉道才是控制储层物性的关键因素。

如何选取合适的喉道参数是困惑研究者的一个难题。前人曾经开展过喉道的几何平均值、算术平均值、中值以及阈值来代表储层喉道的整体特征，但是都没有进行过实例的验证。从图5的参数分析显示两块样品渗透率值相差20倍，R0值相差4.5倍，R50值相差2倍，初始喉道的大小对渗透率值的反映更敏感，但是这种认识并不具有普遍性。Nelson[29]认为储层中能够形成连续流体通道时所对应的喉道是可靠的储层评价参数，该值位于压汞曲线中汞进入样品后曲线形成的拐点处，一般选取R35来近似地代表喉道的拐点。前人对选取的R35作为评价参数开展过研究[17]，认为喉道参数R35具有代表性。Winland通过对不同地区不同孔隙度、渗透率样品的进汞饱和度分析认为R35具有最佳的孔—渗对应关系，并提出了经验公式：

logR35= 0.732 + 0.588 logKair-0.864 logφcore

(1)R35代表样品进汞饱和度在35%时所对应的喉道半径；Kair为空气渗透率；φcore为岩芯实测孔隙度。

2.2 评价方法的建立

虽然R35方法能够作为一种有效评价致密储层的方法，但是公式(1)仅是部分地区样品数据回归分析得出的，并不具有普遍适用性。同时，Winland采用的R35=0.5 μm的判别法，将渗透率小于0.48×10-3μm2以及孔隙度小于7.8%的储层划归于无效储层，这对于迪北致密储层来说，显然不合适，容易将产气层划分到无效储层范围内，因此针对迪北地区需要建立一种符合本区致密砂岩气储层评价的经验公式。本次研究以迪北地区Yn2c井作为标准井，该井在阿合组产气层段连续取芯30.5 m。对Yn2c井的69个砂岩压汞数据开展分析，通过公式(1)计算得出的R35值与实测压汞值存在明显的偏差，因此需要对公式进行校正：

logR35=a+b×logKair+c×logφcore

(2)利用线性回归分析法求取参数a、b、c，得出a=-1.370 8；b=0.180 9；c=1.452；R2=0.85。因此公式(2)最终为：

logR35=-1.370 8+ 0.180 9logKair+1.452 logφcore

(3)图6是岩芯压汞实测R35值与公式(3)计算得到的R35值，两者相关性很好。因此公式(3)符合本区的孔隙度、渗透率与R35之间的关系。

图5 孔隙度相同而喉道半径不同的样品压汞曲线特征图a.Yn5井，J1a，4 846.7 m，孔隙度：5.4%；渗透率：0.488×10-3 μm2，最大孔喉半径：1.471 6 μm，中值半径R50 =0.026 μm；b.Yn4井，J1a，4 476.1 m，孔隙度：5.4%；渗透率：0.025×10-3 μm2，最大孔喉半径：0.324 2 μm，中值半径R50 =0.012 6 μmFig.5 The mercury injection characterics of samples which have the same porosity but different throat radius

图6 压汞实测与回归计算R35对应关系Fig.6 The scatter diagram of R35calculated by actual measurement and regression

2.3 致密砂岩气储层评价标准

公式(3)的建立实现了以喉道半径来判别迪北致密砂岩气储层的质量，同时又将喉道与孔隙度、渗透率之间联系起来，使得评价方法操作性与应用性更强。但是，R35选择何值作为储层评价的依据，这与气藏的实际地质条件有关。本次研究以Yn2c产气层段岩芯的压汞测试资料为依据，将渗透率值与R35值进行投影(图7)，可以看出有效气层R35值最小可达0.03 μm，这个值与Dengetal.[20]划分的北美致密气储层的分布范围相近，但是该值在本区不具普遍性，通过该值计算得出的孔隙度值为1.14%，明显不符合迪北地区的实际气层特征，而图7中拐点作为有效气层内最小R35值具有普遍性。因此将R35=0.17 μm作为本区有效储层的分界线，代入公式(3)得出图8中R35=0.17 μm曲线。可以看出该曲线将迪北地区无效储层(红色)与有效储层很好地区分开来。通过落入到该曲线上样品的压汞资料与核磁共振数据得出R35=0.17 μm时对应的含气饱和度为35%左右。由此可以得出迪北地区致密砂岩储层的有效含气饱和度应大于35%，这与该区实际的气层特征一致。

依据样品喉道大小结合本区孔隙特征，将有效储层进一步划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种类型(表3、图8)，与传统的单纯利用孔隙度、渗透率值来评价储层的方法相比，喉道评价法本身已经考虑了气藏地层压力(以Yn2c井气层压力为评价基础，并假设其他井压力特征与Yn2c井一致)对含气饱和度的影响。因此，该方法对本区致密砂岩气的评价更加科学，对储量的预测也更加精确。新的划分方法不仅能够区分迪北地区的气层与干层，并且能够给出不同类型储层间的含气饱和度分布范围，对判别本区致密砂岩气储层的质量、识别含气性具有很好地效果。

图7 Yn2c井气层岩芯渗透率值与R35关系图Fig.7 Well Yn2c gas core permeability values and R35

表3 迪北地区侏罗系阿合组致密气储层评价标准

图8 迪北致密气储层评价分类图蓝色线表示以喉道方法划分的储层分类；红色线表示常规方法划分的储层分类。裂缝造成少量干层样品分布在Ⅰ类储层区间。Fig.8 Tight gas reservoir classification

3 结论

(1) 库车坳陷迪北致密气藏具有储层致密、物性差，气层压力系数随构造位置呈有规律的变化、上气下水的特征，显示出迪北气藏为典型的致密砂岩气。

(2) 气藏储层喉道值主要分布在0.6～1.6 μm；喉道是致密气储层主要的储集空间，占总有效空间的50%～70%，喉道的大小直接控制了气藏储层的含气饱和度。

(3) 依据喉道参数建立起的评价方法在迪北地区致密气储层评价中取得了很好的效果，对气层和干层的划分效果要明显地优于常规方法。评价结果显示，迪北地区有效含气储层的R35喉道半径为0.17 μm，对应有效含气饱和度为35%。以R35喉道半径开展本区致密砂岩气储层的评价，可将有效储层进一步划分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层，分别对应含气饱和度>70%、50%～70%、35%～50%。

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Using Throat Parametre to Assess Tight Sandstone Gas Reservoir: A case study of Dibei tight sandstone gas in the east of Kuqa Depression

LIN Tong1WEI HongXing2XIE YaNi2

(1. Research Institute of Petroleum Exploration and Development-Langfang, PetroChina, Langfang, Hebei 065007, China;2. Research Institute of Exploration and Development of Tarim Oil Company of PetroChina, Korla, Xinjiang 841000, China)

Tight sandstone gas as a kind of unconventional natural gas which showed a trend of rapid exploration development in China. In order to assess the tight sandstone gas reservoir, however, we still continue to use conventional sandstone reservoir assessing parameters and method. The fact proved that the conventional method used for the assessment of tight sandstone gas is obvious inadaptability. In this paper, by comparing the characteristics and forming mechanism between conventional gas reservoir and tight sandstone gas, we conclude that the throat radius and the gas pressure are the critical factors of tight sandstone migration and enrichment. Using the improvement Windland equation withR35parameter which is on behalf of the throat radius when mercury saturation arrives 35%, established a preferable assessing methods for tight sandstone gas reservoir in Dibei aera. Assessment results show that theR35=0.17 μm is the boundary of effective reservoir and invalid reservoir;At the same time, on the basis of theR35size, the effective reservoir can be further divided intoⅠ, Ⅱ and Ⅲ class.

tight sandstone gas; reservoir assessment; throat radius;R35; Dibei area

1000-0550(2016)05-0983-08

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.017

2014-11-24；收修改稿日期：2015-03-16

国家重大科技专项项目(2016ZX05007)[Foundation: National Science and Technology Major Project, No.2016ZX05007]

林 潼 男 1980年出生 博士 高级工程师 储层分析与油气成藏研究 E-mail:lintong1980@163.com

P618.13

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