利用岩石弹性模量定量评价潜山储层产能的方法

许赛男，崔云江，陆云龙，徐锦绣，别旭伟，韩志磊

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

利用岩石弹性模量定量评价潜山储层产能的方法

许赛男，崔云江，陆云龙，徐锦绣，别旭伟，韩志磊

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海油田潜山储层岩性复杂、孔隙结构复杂、非均质性强，导致测井响应特征复杂，而DST测试一般都是对潜山井段进行大段合试，因此潜山产出层段的划分缺乏可靠的依据。针对该难点，对基质孔隙和裂缝同时存在的双重孔隙介质Biot理论进行推导，并模拟双孔介质情况下岩石的弹性模量与裂缝孔隙度的关系，发现弹性模量随裂缝孔隙度的增大而减小，而裂缝孔隙度是影响潜山裂缝性储层产能的关键参数。因此，应用弹性模量进行潜山储层产能评价具有坚实的理论基础，进而建立弹性模量与产出剖面测井的关系，然后利用这一关系评价潜山储层的产能。文中提出的这种潜山储层产能评价的方法在渤海锦州南油田多口井潜山储层评价中取得了较好的应用效果,证实了该方法的有效性,同时也扩展了阵列声波测井的应用范围。

岩石力学参数；弹性模量；潜山储层；产出剖面测井；产能评价；渤海油田

0 引言

随着渤海油田勘探开发的不断深入，潜山储层所占比例越来越大，潜山原油探明地质储量近3亿吨，是渤海油田今后勘探开发重点研究领域。然而，此类储层一般具有岩性复杂、孔隙结构复杂、非均质性强等特点，潜山储层的DST测试无法准确确定潜山产出层段及各层的产能［1-3］。研究目标区锦州南油田部分井进行了生产测井的产出剖面测井，为潜山储层的有效性和产能评价奠定了基础，但部分井段产出剖面测井显示的高产油层和低产油层段，其常规及成像测井特征相似。要高效开发潜山油藏，必须既要量化产能参数，又要保证简单、实用，才能有效指导油田开发生产。

本文对基质孔隙和裂缝同时存在的潜山双重孔隙介质Biot理论进行推导，得到双孔介质情况下岩石的弹性模量与裂缝孔隙度具有良好的相关关系，而裂缝孔隙度是影响潜山裂缝性储层产能的关键参数，建立弹性模量与产出剖面测井的关系，进而利用这一关系定量评价潜山储层的产能。由于阵列声波测井在渤海油田各井中属于常规项目，因此弹性模量和产能的关系一旦建立，则在潜山油田勘探开发中具有良好的应用前景。

1 方法研究

1.1 理论基础

裂缝性潜山储层储集空间为包含孔隙和裂缝2部分的双重孔隙结构，其中裂缝对岩石弹性性质有着重要的影响［4-5］。因此，应考虑孔隙与裂缝并存情况下，介质的弹性参数随裂缝孔隙度的变化特征。Budiansky［6］等在假设孔隙与裂隙相连通的条件下，对Biot理论［7-9］进行推导，得到双孔介质情况下岩石的体积模量表达式，由弹性模量和体积模量关系可以进一步推导出弹性模量与裂缝孔隙度之间的关系：

式中：E为岩石弹性模量，GPa；Km，Kf分别为岩石骨架体积模量与流体模量，GPa；φ，φf分别为总孔隙度和裂缝孔隙度；νB为泊松比；αc为裂隙纵横比；SCRAP为纵横波速度比。

由图1可以看出，弹性模量大小与裂缝发育程度呈现较好的负相关关系。而裂缝孔隙度是影响潜山储层产能的关键参数［10］，这为利用弹性模量进行产能评价奠定了理论基础。

图1 弹性模量与裂缝体积分数的关系

1.2 岩石力学参数与裂缝发育程度的关系

渤海锦州南油田位于辽东湾海域辽西低凸起中段，其主要含油气层系为古近系沙二段砂岩和太古宇变质岩潜山基岩。其中，太古宇变质岩储层岩性复杂，孔隙结构复杂，非均质性强，潜山储层主要由岩块系统和裂缝系统组成，其裂缝系统主要由宏观裂缝及与其相连的孔、洞组成，岩块系统主要由粒间溶孔、晶间、晶内溶孔、微裂缝组成。

利用锦州南油田阵列声波测井可计算得到弹性模量、剪切模量、泊松比、体积压缩系数等岩石力学参数。在潜山储层中，裂缝发育程度不同，发生同等大小的应变所需的应力不同，计算的岩石力学参数值存在差异。

有效裂缝的发育对纵波、横波时差有一定的影响，由此计算得到的岩石力学参数则进一步放大了这种响应，并且裂缝越发育，这种响应越明显。图2是JZS-2井潜山井段弹性模量与裂缝孔隙度的关系。图3是JZS-2井利用岩石力学参数识别有效裂缝的实例，裂缝孔隙度曲线可用来指示裂缝的发育程度，目标区潜山储层段基质孔隙度基本在6%以下，属于低孔致密裂缝性储层，适用于Biot-Gassmann模型或理论，裂缝发育控制各岩石力学参数变化［11-12］。

图2 锦州南油田弹性模量与裂缝孔隙度的关系

从图中可以看出，相对致密层来说，裂缝发育段纵波时差增大不明显，横波时差明显增大，计算得到的岩石力学参数表现为“两高两低”的特征，即高泊松比、高体积压缩系数、低弹性模量、低剪切模量。裂缝越发育，“两高两低”的特征越明显，并且与产出剖面测井产量呈现较好的相关关系。由图2和图3可知，弹性模量的大小与裂缝发育程度对应关系最好，因此，本次研究建立了基于弹性模量的产能评价方法。从弹性模量和裂缝孔隙度的对应关系可知，裂缝越发育，弹性模量越小，对应的产出剖面测井产量越高。依据此特征，可以通过弹性模量识别裂缝发育段以及裂缝相对发育程度，进而评价裂缝的有效性及裂缝储层的产出能力。

图3 岩石力学参数识别有效裂缝

2 岩石力学参数计算及动静态转换

2.1 岩石弹性模量计算

求取岩石弹性模量的方法主要有2种：一是在实验室对岩样进行实测的静态参数，二是用阵列声波测井资料求取的动态参数。通过阵列声波测井可得到纵波、横波时差，结合密度测井曲线，可计算得到动态弹性模量［13］，计算公式为

式中：Ed为动态弹性模量，GPa；Vp，Vs分别为岩石纵、横波速度，m/μs；ρ为地层密度，g/cm3。

2.2 动静态转换

Zisman最早提出了岩石动静态弹性模量间存在差异，Jamieson也指出静态弹性参数更能代表石油工程中岩石的受载条件。在力学分析中，需将声波测井等获得的动态弹性模量转换成静态弹性模量才可用于储层评价［14-15］，因此有必要将动态参数转换为静态参数。

根据渤海油田相邻区块埋深相近、岩性相似并且储层测井响应特征差别较小的岩心岩石力学参数动静态参数实验，得到研究区动静态弹性模量转换关系：

3 应用效果分析

利用上述方法对锦州南油田多口井潜山储层进行了应用研究，由于本油田潜山目的层均为油层，因此以下涉及的产量均为油产量。从图4可以看出，产出剖面测井产量与弹性模量呈良好的负相关关系，相关系数达0.92以上，因此锦州南油田弹性模量评价潜山产能公式为

式中：QP为由弹性模量计算得到的产量，m3/d。

图4 锦州南油田产出剖面测井产量与静态弹性模量关系

图5为根据式（4）利用弹性模量进行产能评价的成果图，由弹性模量计算得到的产量曲线，与产出剖面测井匹配较好。在图5中，常规及成像测井响应特征相似的1826.0～1846.0 m和1860.7～1881.8 m段，其弹性模量及其计算得到的产出能力曲线均存在明显的差异，与产出剖面测井曲线形态及数值大小一致。表1是锦州南油田验证井应用式（4）计算的结果和产出剖面测井产量对比，对比结果相对误差小于10%，充分证实了该方法的可靠性，在今后潜山储层产能评价中可在一定程度上代替产出剖面测井。

图5 JZS-2井弹性模量产能评价成果

表1 计算结果与产出剖面测井产量对比

4 结束语

通过研究提出了利用岩石力学参数定量评价潜山储层产能的新方法。在锦州南油田太古界变质岩潜山储层产能评价过程中，利用本文方法计算的结果和产出剖面测井产量对比，相对误差小于10%，充分证实了该方法的可靠性，为该油田潜山油藏的开发生产提供了科学的指导依据，在今后潜山储层产能评价中，该方法可在一定程度上代替产出剖面测井。

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（编辑 赵旭亚）

New quantitative calculation method for buried-hill reservoir productivity by rock mechanical parameters

XU Sainan,CUI Yunjiang,LU Yunlong,XU Jinxiu,BIE Xuwei,HAN Zhilei
(Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin 300459,China)

Buried-hill reservoir of Bohai Oilfield has the characteristics of complex lithology,complex pore structure and strong anisotropy,which lead to the complex logging response characteristics.DST test is generally carried out for the entire buried-hill reservoir.Therefore,it is impossible to determine the output capacity of each interval.Aiming at the difficulty,based on the Biot theory of the double porosity media in buried-hill reservoir,the relationship between elastic modulus and fracture porosity was obtained.The results show elastic modulus decreases with the increase of fracture porosity.Fracture porosity is the key parameter affecting the productivity of fractured reservoirs,evaluation of buried-hill reservoir productivity by elastic modulus has a solid theoretical basis.Then the relationship between elastic modulus and productivity from production log is generated and used to estimate the production of buried-hill reservoir.The method proposed in this paper has achieved good application effect through actual application and the validity of this method is confirmed,which expands the scope of array acoustic logging.

rock mechanical parameter;elastic modulus;buried-hill reservoir;production profile logging;productivity evaluation; Bohai Oilfield

TE122.2+4

A

中海石油（中国）有限公司综合科研项目“阵列声波测井精细处理及复杂储层流体判别技术研究”（YXKY-2014-TJ-03）

10.6056/dkyqt201705017

2017-02-01；改回日期：2017-06-09。

许赛男，女，1982年生，硕士，现主要从事测井资料处理和解释工作。E-mail：xusn@cnooc.com.cn。

许赛男，崔云江，陆云龙，等.利用岩石弹性模量定量评价潜山储层产能的方法［J］.断块油气田，2017，24（5）：674-677.

XU Sainan，CUI Yunjiang，LU Yunlong，et al.New quantitative calculation method for buried-hill reservoir productivity by rock mechanical parameters［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（5）：674-677.