低渗透砂岩储集层分类及渗透率测井评价——以石南21井区头屯河组油藏为例

冯利娟，蒋志斌，钱川川，苏海斌，王杰，刘刚

（中国石油 新疆油田分公司 勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000）

渗透率在油田勘探开发中至关重要，不论对油气运移聚集研究，还是油气田开发都是重要的基础数据，但其数值在不同类型储集层中相差很大。渗透率是油田开发中后期储集层非均质性和剩余油定量描述中的关键参数，在开发中积累了大量的岩心分析与常规测井资料，常规测井计算渗透率误差较大[1-4]，如何利用测井资料准确计算渗透率仍是当前的一大难题。

“岩心刻度测井”一直是矿场测井解释所遵循的原则，常规渗透率测井解释通常运用孔渗相关分析，该方法在碎屑岩储集层中应用最为广泛，效果也最好，但对于非均质性严重的储集层，渗透率解释误差偏大。国内外学者为了提高渗透率解释精度，对岩性复杂的储集层采取分岩石物理相、分岩性、分流动单元分别建立渗透率模型[5-11]，但由于受岩性识别精度的限制，在现场实践中渗透率解释精度始终难以大幅提高。石南21井区头屯河组泥质含量与自然伽马相对值拟合关系好，可利用自然伽马数据求得泥质含量，其解释是连续的，精度较高，在此基础上，建立低渗透砂岩储集层渗透率测井解释模型。

1 研究区概况

石南21井区中侏罗统头屯河组油藏是典型的块状低渗透砂岩油藏，位于陆梁隆起西段夏盐凸起上（图1），顶面为北高南低的单斜构造，地层倾角2°～3°.头屯河组与下伏和上覆地层均为不整合接触，自上而下划分为J2t3，J2t2和J2t1共3个砂层组，主力油层J2t2砂层组由上至下进一步分为3个小层：小层、小层和小层。

图1 研究区构造位置

2 研究区储集层特征

2.1 沉积特征

石南21井区头屯河组属三角洲沉积，主力砂层组J2t2为一个较大的三角洲前缘砂体[12]，由多期河道砂体与河口砂坝叠置而成，每一期河道砂体的沉积方式不尽相同，主要体现在砂体韵律结构和储集性的变化上，更多表现为垂向加积与前向加积，其次为侧向加积。砂体在垂向上互相叠置程度高，以多层式叠置为主，单元之间没有大的间隔，储集层内偶夹低渗或非渗透钙质与泥质砂岩夹层。砂体连续性好，整体呈块状特征。

2.2 岩石学及物性特征

储集层岩性主要为灰色、褐灰色细—中粒长石岩屑砂岩及不等粒长石岩屑砂岩。碎屑成分中石英含量28.5%，长石含量20.7%，岩屑含量50.6%，岩屑成分主要为凝灰岩岩屑，碎屑颗粒主要为次圆状，其次为次棱角—次圆状，分选中等。油层孔隙度10.0%～19.7%，平均14.9%；渗透率0.2～4 440.0 mD，平均16.8 mD.

2.3 储集层孔隙结构特征及分类评价

鉴于研究区储集层复杂的孔隙结构特征，利用单因素分析方法，对储集层宏观物性与表征孔隙结构的16个参数进行相关性分析，优选储集层品质指数、孔喉半径均值、最大孔隙半径、平均毛细管半径等多个参数作为储集层分类评价依据。然后，利用聚类分析方法，对研究区15口井共231个样品进行分析，将研究区储集层划分为4类（Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类）（图2，表1），其特征如下。

图2 石南21井区头屯河组储集层品质指数与渗透率的关系

（1）Ⅰ类储集层 渗透率大于50 mD，岩性以中砂岩、含砾中砂岩和粗砂岩为主，填隙物含量较低，平均为5.6%，胶结物以方解石为主，杂基以高岭石和泥质为主，平均杂基含量0.7%.薄片统计孔隙类型以原生粒间孔为主，平均占80%，剩余粒间孔占18%.压汞曲线斜率较低，具有较长的平台，平均毛细管半径为9.3 μm，孔隙分布均匀，偏粗歪度，连通性较好（图3a，图4a）。

表1 石南21井区头屯河组油藏储集层综合评价

（2）Ⅱ类储集层 渗透率10～50 mD，岩性以中砂岩为主，平均填隙物含量为5.8%，胶结物以方解石为主，其次为硅质，杂基以高岭石和泥质为主，平均杂基含量1.6%.孔隙类型以原生粒间孔为主，平均占67%，剩余粒间孔占31%.Ⅱ类储集层压汞曲线斜率相对较高，具有较短的平台，平均毛细管半径为3.8 μm，略偏粗歪度，孔喉分选相对较差，连通性较好（图3b，图4b）。

（3）Ⅲ类储集层 渗透率4～10 mD，岩性以中—细砂岩为主，平均填隙物含量为6.1%，胶结物以方解石和硅质为主，杂基以高岭石和泥质为主，平均杂基含量2.1%.孔隙类型以原生粒间孔为主，平均占66%，剩余粒间孔占30%，粒内溶孔占4%.Ⅲ类储集层压汞曲线斜率较高，具有较短平台，平均毛细管半径为1.7 μm，孔喉分布不均匀，略偏细歪度，连通性较差（图3c，图4c）。

图3 石南21井区头屯河组油藏不同类型储集层压汞曲线特征

图4 石南21井区头屯河组油藏不同类型储集层铸体薄片特征

（4）Ⅳ类储集层 渗透率0.24 mD，岩性以细砂岩为主，平均填隙物含量为6.6%，胶结物以硅质和方解石为主，杂基以高岭石和泥质为主，平均杂基含量为4.1%.孔隙类型以原生粒间孔和剩余粒间孔为主，分别占51%和42%，粒内溶孔占7%.Ⅳ类储集层压汞曲线斜率最高，无明显平台，平均毛细管半径仅为0.4 μm，偏细歪度，小孔喉占比大，连通性最差（图3d，图4d）。

3 渗透率测井解释模型

3.1 渗透率与泥质含量关系

储集层分类结果表明，石南21井区头屯河组储集层渗透率与岩性有一定相关性，粗粒度砂岩储集层渗透率好于细粒度砂岩储集层，而不同岩性之间渗透率的差异主要在于微观孔隙结构的差异，通常随着填隙物的增加，孔隙结构变差。对于含泥质砂岩来说，泥质含量的增加是导致储集层孔隙结构变差的主要因素，渗透率随泥质含量增加逐渐变小。通过进一步研究石南21井区头屯河组岩心样品气测渗透率与泥质含量的关系发现，储集层渗透率与泥质含量整体呈负相关关系，对于孔隙度相近的储集层，渗透率与泥质含量也表现为明显负相关关系（图5）。

图5 石南21井区头屯河组储集层渗透率与泥质含量的关系

3.2 泥质含量解释模型

对于纯砂岩地层或者泥质含量较少的地层，常规测井模型解释渗透率效果较好，但对于泥质含量较多、颗粒偏细的储集层，常规测井模型解释渗透率精度明显较低。在评价含泥质砂岩储集层时，地层的泥质含量是一个重要的地质参数，准确计算泥质含量是测井地层评价中必不可少的环节。

反映泥质含量的主要测井曲线有自然电位、自然伽马和中子孔隙度[13-15]。分析表明，研究区自然伽马对泥质含量反应最为敏感，由测井自然伽马相对值与岩心室内测定的泥质含量交会图（图6）可以看出，二者呈正相关关系，相关系数为0.994 4，相关性好，说明在研究区运用自然伽马求取泥质含量最为可靠。由图6可得到自然伽马相对值与泥质含量关系，求得研究区目的层泥质含量。

式中 qAPI——目的层自然伽马相对值，无量纲；

qGR——目的层自然伽马测井值，API；

qmax——纯泥岩地层自然伽马测井值，API；

qmin——纯砂岩地层自然伽马测井值，API；

Vsh——泥质含量，%.

图6 石南21井区头屯河组油藏自然伽马相对值与岩心分析泥质含量关系图版

3.3 渗透率解释模型

渗透率是反映流体通过岩石能力的参数，目前还没有一个权威的通用的渗透率计算公式，因此测井解释中渗透率解释模型是最难确定的。研究表明，影响石南21井区头屯河组储集层渗透率的因素有2个：一是储集层有效孔隙度的大小；二是孔隙和喉道大小及连通性。由前面储集层分类可以看出，随着泥质含量的升高，储集层品质越来越差。因此建立孔渗关系时，可考虑按泥质含量分类建立孔渗模型，以提高解释精度。对于其他仅有测井资料数据的井，可通过测井数据计算出目的层自然伽马相对值，利用（1）式和（2）式计算泥质含量，并按泥质含量高低结合前文储集层分类结果，将4类储集层分别进行孔渗关系建模（图7，图8）。结果显示，分泥质含量渗透率解释模型较常规模型的相关系数有明显提高，均在0.9以上。

图7 石南21井区头屯河组油藏渗透率与泥质含量的关系

图8 石南21井区头屯河组油藏常规模型（a）和分泥质含量模型（b）渗透率与孔隙度交会图

4 应用效果

利用上述分泥质含量渗透率解释模型，对石南21井区XX01井进行测井渗透率解释，与常规模型计算渗透率对比发现（图9），常规模型解释渗透率与岩心实测渗透率误差较大。主要表现在当储集层孔隙度较低时，常规模型解释的渗透率低于岩心实测渗透率；而当储集层孔隙度较高时，常规模型解释渗透率又普遍高于岩心实测渗透率，特别是对于孔喉配置较差的储集层，其差异程度可达几个数量级。分泥质含量渗透率解释模型解释渗透率与岩心实测渗透率相关性较好，其解释结果能准确表征纵向上岩性变化快、非均质性较强的砂岩地层储集层渗透率。

为了验证分泥质含量渗透率解释模型的精度，用该模型对研究区另外16口取心井进行数字化处理，从表2可以看出，分泥质含量渗透率解释模型计算得到的渗透率与岩心分析结果基本一致，平均相对误差为9.6%，相对于常规模型的相对误差17.4%，提高了7.8个百分点，说明分泥质含量渗透率解释模型精度更高（表2）。

图9 石南21井区XX01井分泥质含量渗透率解释模型与常规模型渗透率解释结果对比

表2 石南21井区头屯河组油藏取心井岩心分析数据与测井解释数据对比

5 结论与认识

（1）从储集层微观孔喉结构出发，运用聚类方法，优选多项参数将储集层分为4类，研究区储集层以Ⅱ类和Ⅲ类为主。

（2）研究区储集层渗透率与泥质含量呈较好的负相关关系：砂岩储集层的渗透率与岩性有一定相关性，不同岩性之间渗透率的差异主要在于微观孔隙结构的差异，随着泥质含量增加，孔隙结构变差，渗透率降低。

（3）通过地质与测井相结合的方法，按泥质含量高低建立了4类储集层测井渗透率解释模型。实际应用显示本文模型计算渗透率结果与岩心分析数据吻合度更高，较常规模型计算误差降低了7.8个百分点。本文模型提高了渗透率计算的准确程度，适用于剖面上岩性变化较大的含泥质低渗透砂岩储集层，为其他类型油藏更准确地求取测井渗透率解释提供了新方法和新思路。

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