基于流動單元用多參數方法預測火山巖滲透率

吳一雄，張超謨，2，李瑋

（1.長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 荊州434023；2.油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，長江大學，湖北 荊州434023）

0 引 言

火山巖這種裂縫、孔洞發育、非勻質性強的儲層作為研究對象時，之前建立在均勻介質基礎上的理想巖石物理模型，以及由之推導的滲透率估算模型的應用效果并不理想［1］，火山巖滲透率估算這一問題一直沒有得到較好地解決。在充分認識火山巖巖石物性、滲流機理的基礎上，借鑒了Damsleth等人提出的2步建模法［2］。在取心井中利用巖心資料劃分儲層流動單元，建立不同流動單元的儲層滲透率模型，即利用巖心分析數據計算的流動分層指標劃分流動單元，在此基礎上利用儲層滲透率與有效孔隙度之間的關系，對每一流動單元建立對應的滲透率估算模型。在未取心井中利用多測井參數回歸分析法，確定一個針對火山巖儲層流動單元劃分的判別函數，利用該函數判別儲層的流動單元，然后將滲透率估算模型應用到相應的流動單元中，并對其應用效果進行討論分析。

1 儲層流動單元分類基本原理

對復雜巖性儲層，為提高其儲層參數預測準確性常常需要進行聚類分析。常用的方法有孔隙分類法［3］、地層巖性分類法［1］和流動單元法［4］等。本文采用能夠綜合反映孔隙介質性能和地層地質概況的流動單元進行分類。Kozeny－Carman在結合達西滲流定律和毛細管中的泊肅葉流體定律之后，針對不連續的孔隙介質加入平均孔隙半徑和迂曲系數后推導出

式中，K為滲透率，×10－3μm2；φe為有效孔隙度，%；Fs為孔隙幾何形狀指數；τ為孔隙空間迂曲度；Sgv為礦物顆粒比表面積，μm－1。

方程（1）可改寫為

這里，常數0.0314是換算系數，單位從μm2到mD＊非法定計量單位，1mD＝9.87×10－4μm2，下同，流動分層指標（IFZ）確定為

儲層品質指數（Irq）為

那么，方程（2）就變成

式中，K和φe分別表示滲透率和有效孔隙度；IFZ隨孔隙幾何形狀的變化而變化。在雙對數坐標軸中，當IFZ為常數時，Irq和φe的圖形是斜率為1的直線；當φz＝1，直線縱坐標值就是IFZ的平均值。

1.1 基于巖心資料的流動單元分類法

松遼盆地是一個白堊系發育的斷坳疊置盆地，長嶺斷陷位于松遼盆地中央斷陷的西南部［5］。鉆、錄井資料顯示該區深層火石嶺組、沙河子組、營城組發育有火山巖，以營城組為甚。該區巖心滲透率和孔隙度指數相關性差，且微裂縫發育（見圖1）［6］。

圖1 長嶺斷陷火山巖儲層孔隙度滲透率關系

圖1是長嶺斷陷3口相鄰井43顆巖心孔隙度滲透率關系圖。在相同孔隙度條件下，滲透率相差較大，常用的滲透率與孔隙度指數關系不適用，考慮采用流動單元分類法提高孔隙度滲透率關系。利用巖心數據計算出Irq和φz，在Irq和φz的雙對數圖形中作出斜率為1的直線組，這些直線將圖形劃分為5個區塊，劃分結構見圖2。圖2將儲層劃分為5個流動單元，滲流能力從差到好依次為a、b、c、d、e。

圖2 φz、Irq雙對數流動區域分類圖

1.2 分流動單元建立滲透率模型

由式（1）、式（3）得到對應流動單元滲透率模型

圖2中，直線在φz＝1時，對應的Irq軸截距即是IFZ在一定范圍內的平均值。確定IFZ平均值之后，由公式（7）可知各流動單元滲透率模型見表1。

表1 各流動單元滲透率解釋模型

1.3 多測井參數確定流動單元判別函數

在未取心井中流動單元研究的方法主要有6類［7］：孔隙幾何形狀分析法（即R35法）、流動分層指標（IFZ）法、多參數分析法、生產動態資料法、層次分析法和精細沉積巖相分析法。其中，R35法、IFZ法、多參數分析法是以定量研究為主的方法，也是目前應用最多的研究方法。R35法和IFZ法是建立在微觀孔隙結構的基礎之上來研究的，也就是需要知道儲層的孔隙度和滲透率這2項物性參數。因此，需要建立一種通過測井資料確定的流動單元判別函數進行流動單元劃分，即多參數分析法［8］。

首先，將與流動單元有較密切關系的測井數據之間進行單相關分析，選出獨立性強的參數。這些測井數據是在分析儲層流動特性影響因素基礎上進行挑選的，包括反映泥質含量、粒度中值的SP（自然電位）、GR（自然伽馬），反映地層孔隙度的DEN（地層密度）、φn（中子孔隙度）和 Δtc（縱波時差），反映地層裂縫發育情況的Δtst（斯通利波時差），反映地層電性的Rt（原狀地層電阻率）、Rxo（沖洗帶電阻率）以及反映地層滲透性的電阻率之比Rt／Rxo。各測井參數之間的相關系數見表2。

表2 儲層流動屬性測井參數單相關分析

由表2可見，φn、Δtc、Rt、Rxo和其他幾個參數相關性都較高，獨立性不夠；GR和SP相關性較高，二者擇一；Rt／Rxo參數不僅反映滲流能力，與流動單元密切相關，而且獨立性強。最終選取GR、DEN、Δtst、Rt／Rxo這4個指標以巖心流動分層指標為刻度進行回歸分析，得到最佳擬合效果，回歸方程

相關系數為0.912。

1.4 儲層有效孔隙度分析

火山巖儲層的儲集空間比較復雜，一般認為在火山巖形成時期，由于高溫的作用巖石中含有大量獨立存在的氣泡，但是由于巖漿冷凝收縮和成巖后的地質構造運動形成裂縫使巖體中的氣孔互相連通，這些裂縫和氣孔構成了火山巖儲層的主要儲集空間和油氣運移通道，更為特殊的是火山巖儲層孔隙結構非勻質性強，巖石成分復雜，對其儲層模型的研究多在探索階段［9］。

研究采用密度－核磁共振孔隙度模型（DNMR）［10］。核磁共振測井不受巖石骨架影響，避免了儲層巖性變化帶來的不利影響。由于儲層含氣含氫指數小，導致氣層核磁共振孔隙度（φICMR）偏小，而密度測井曲線由于儲層含氣密度值降低，導致密度孔隙度（φDEN）偏高。利用上述2組孔隙度數據，通過巖心孔隙度（φcore）刻度測井的方法進行權系數標定，可將含氣儲層有效孔隙度校正公式表示為

即φcore／φDEN、φTCMB／φDEN這2組數據擬合曲線的斜率值和截距分別為A、B。

圖3 φTCMB／φDEN與φcore／φDEN交會圖

圖3由3口取心井巖心的孔隙度進行刻度得到，由圖3得到有效孔隙度（此處巖心孔隙度即為有效孔隙度）公式為

2 應用實例

取相鄰地區1口井數據驗證回歸模型準確性。采用式（8）判斷流動單元，并與預測井的23顆巖心數據計算的流動單元進行了統計分析（見表3）。

表3 流動單元劃分與滲透率預測準確性分析

表3顯示總流動單元預測準確率達到了78.3%。有5個點的流動單元劃分有誤，導致用錯預測滲透率的模型，使預測滲透率與巖心滲透率差距加大，從一定程度上增加了預測的誤差。對于這一情況的處理，可以引入統計絕對誤差EG和統計相對誤差ED來作進一步分析，具體方法參考文獻［8］。

利用預測井資料求出密度孔隙度和核磁共振孔隙度后，采用方程（10）得到該井段有效孔隙度，代入表1中對應單元的滲透率計算模型中，求得該井的儲層滲透率。采用這種方法預測的滲透率與23顆巖心數據進行比較（見圖4）。

圖4 流動單元分類回歸方程預測滲透率準確性分析

圖4反映了全井段預測滲透率與巖心滲透率的關系，基本實現了全井段滲透率的準確預測。采用Timur（1968年）公式估算該井滲透率，其常規滲透率預測值見圖5。圖5可見，常規模型（Timur公式）在火山巖儲層滲透率的估算中誤差大。本文提到的依據巖心數據建立分流動單元的滲透率模型，在求準有效孔隙度和流動單元的準確判別基礎上，在火山巖儲層中有更強的實用性。

圖5 滲透率預測效果對比圖

3 結 論

（1）本文所提出的方法實現了確定復雜儲層滲透率模型問題的簡化。在判別流動單元的基礎上，利用密度－核磁共振測井數據共同確定含氣儲層的有效孔隙度直接求取滲透率，無需考慮火山巖儲層的復雜巖性和孔隙結構、組成類型等問題。

（2）利用IFZ將儲層進行流動單元劃分，在取心井中可以利用巖心數據直接計算，但是在未取心井中則需經過多測井參數進行回歸分析得到?；貧w參數及回歸方程的選取和確定決定著滲透率預測的準確性，否則會引起流動單元的誤判，增大誤差。

（3）針對火山巖巖性復雜，非勻質性強、次生孔隙、裂縫發育的特殊情況，綜合運用流動單元分類和多參數回歸分析，建立地區滲透率預測模型，結果表明應用效果較好。

［1］ 李慶華，李鶴升譯.用測井資料預測碳酸鹽巖儲層滲透率方法綜述［J］.測井技術信息，2004，17（6）：15－28.

［2］ Damsleth E Tjolsen C B，Omre H A.Two－Stage Stochastic Model Applied to North Sea Reservoir［J］.Journal of Petroleum Geology，1992，44（4）：402－408.

［3］ 楊興旺，趙杰，朱又清，等.利用孔隙分類法計算該研究區火山巖儲層滲透率的方法及其應用［J］.測井技術，2010，34（2）：164－167.

［4］ Maghsood Abbaszadeh，Hikari Fujii，Fujio.Permeability Prediction by Hydraulic Flow Units－Theory and Applications［J］.SPE Formation Evaluation，1996，12：263－270.

［5］ 鄧玉勝，王蘊，朱桂生，等.松遼盆地南部長嶺斷陷火山巖特性及其對油氣藏的控制［J］.中國石油勘探，2003，8（3）：31－37.

［6］ 劉合，閆建文，馮程濱，等.松遼盆地深層火山巖氣藏壓裂新技術［J］.大慶石油地質與開發，2004，23（4）：35－37.

［7］ 康立明，任戰利.多參數定量研究流動單元的方法［J］.吉林大學學報：地球科學版，2008，38（5）：749－756.

［8］ 袁新濤，彭仕宓，林承焰，等.分流動單元精確求取儲層滲透率的方法［J］.石油學報，2005，26（6）：78－81.

［9］ 長山，胨建文，游俊，等.火山巖儲層建模初探［J］.地學前緣，2000，7（4）：381－389.

［10］ 毛志強，張沖，肖亮.一種基于核磁共振測井計算低孔低滲氣層孔隙度的方法［J］.石油地球物理勘探，2010，26（1）：105－109.