一種基于孔喉結構特征的致密儲層分級評價標準劃分方法

一種基于孔喉結構特征的致密儲層分級評價標準劃分方法
【專利摘要】本發明涉及基于孔喉結構特征的致密儲層分級評價標準劃分方法，屬于非常規油氣勘探開發領域。包含以下幾步：1)基于力學平衡原理厘定致密儲層上限閥值；2)基于壓汞實驗的致密儲層孔喉結構分析；3)基于含油致密儲層的孔喉結構特征，厘定致密儲層含油性下限；4)致密儲層物性與產能關系，厘定富集致密油儲層物性下限；5)建立致密儲層孔喉結構與儲層物性關系，劃分致密儲層物性分級評價標準。本發明提供了一種系統的、有嚴格科學依據的、可操作的致密儲層分級評價標準厘定方法，依據該方法，可實現對致密儲層的分類評價，并刻畫出優質致密儲層的分布區。
【專利說明】
-種基于孔喉結構特征的致密儲層分級評價標準劃分方法
技術領域
[0001] 本發明設及基于孔喉結構特征的致密儲層分級評價標準劃分方法，屬于非常規油 氣勘探開發領域。
【背景技術】
[0002] 隨著油氣勘探開發技術的不斷進步W及能源需求的不斷加劇，全球油氣勘探開發 的目標逐漸由常規構造圈閉油氣藏向非常規領域的致密油氣、頁巖油氣轉變，運使得致密 儲層成為油氣地質研究中新的關注目標。近年來，國內外學者對于致密儲層的巖石學特征、 物性特征、成巖作用、孔喉結構特征W及成因機制等方面做了大量研究，且都認識到致密儲 層多發育納米一微米級多尺度的復雜孔喉系統，其運移方式、滲流機理、油氣聚集特征等方 面均有別于常規油氣。雖然目前諸多學者對致密儲層的上限和下限進行了研究和界定，但 并未對致密儲層進行一個系統的、依據充足的等級劃分，使得致密油氣在勘探開發過程中 對目標的選取缺乏有效指導。
[0003] 事實上，致密儲層的儲集性能和滲流能力主要受到儲層孔喉大小、分布、W及孔喉 連通性的影響，基于孔喉結構特征對致密儲層進行等級劃分，從機理上闡明了不同級別儲 層性能的差異，同時結合致密儲層含油性和產能與儲層物性的關系，將不同類別的致密儲 層賦予其地質意義。本項研究對致密儲層進行等級劃分，建立其分級評價標準，在一定意義 上明確了致密儲層"甜點區"、"有效區"、"低效區"的孔、滲界限，對致密油現階段的勘探開 發W及后期的戰略部署均有著重要的意義。

【發明內容】

[0004] 為了解決目前針對致密油氣勘探中優質儲層或甜點區優選所面臨的問題，本發明 提供了一種基于孔喉結構特征來建立致密儲層分級評價標準的建立方法。主要是通過建立 致密儲層孔喉半徑、含油氣性、產能與孔隙度、滲透率的關系，厘定不同級別致密儲層的物 性參數界限，從而建立一套系統的致密儲層分級評價標準。包括W下步驟：
[0005] 步驟1)、基于力學平衡原理厘定致密儲層上限閥值；
[0006] 步驟2)、基于含油致密儲層的孔喉結構特征，厘定有效致密儲層物性下限；
[0007] 步驟3)、致密儲層物性與產能關系，厘定致密油"甜點'區儲層物性下限；
[000引步驟4)、基于致密儲層孔喉結構特征，建立致密儲層物性分級評價標準。
[0009] 進一步的，上述步驟1)所開展計算油氣所受毛管阻力時所需的地層潤濕角和孔喉 半徑，需選取研究區典型致密儲層樣品，進行潤濕角檢測和壓隸實驗獲得;浮力計算所需的 地層傾角根據實際地質情況選取。根據毛管壓力和浮力隨喉道半徑變化曲線的交匯點確定 常規儲層和致密儲層喉道半徑的分水嶺，然后根據喉道半徑與孔隙度、滲透率關系厘定致 密儲層物性上限閥值，將儲層劃分為常規儲層和致密儲層。
[0010] 基于力學平衡主要是分析油氣所受的浮力和毛細管阻力，認為致密油氣藏的形成 機制主要是毛細管阻力大于油氣所受的浮力，致使在斜坡下傾方向或構造向斜區形成致密 油氣藏；
[0011] 油氣在地層中受到的浮力大小為：
[0012]
Cl)
[001引式中：F-浮力，N;巧一孔隙半徑，m; PW-水的密度，kg/m3; P-油或氣的密度，kg/ m3；g-重力加速度，m/s2;a-地層傾角，％
[0014] 油氣受到的毛管阻力是：
[0015] Pc =化 r2〇c〇s 目/。 (2)
[0016] 式中：化一毛管阻力，N;r-孔喉半徑，孔隙半徑，m;0-潤濕角，％O-油水 界面張力，〇.〇15N/m;
[0017] 當達到油水界面平衡狀態時，即浮力與毛管阻力相等，由式(1)和式(2)可W推出：
[0018] r2 = 3〇cos目/1 化0(Pw_P)g Sina (3)
[0019] 由（3)式可W看出，油氣上浮主要受孔喉半徑的影響，即存在一個臨界孔喉半徑， 當孔喉半徑大于臨界孔喉半徑時，油氣將向上運移;反之，油氣將不能向上運移。臨界孔喉 半徑與潤濕角、油水或氣水密度差、地層傾角均呈負相關。
[0020] 進一步的，上述步驟2)關鍵是致密儲層樣品既存在含油的樣品，也存在不含油的 樣品（最好是同一塊巖忍中同時存在含油區域和不含油區域，分別鉆取含油和不含油區域 的樣品），分別開展恒速壓隸實驗，分析含油和不含油樣品的孔喉大小、分布特征，界定含油 和不含油樣品的孔喉半徑分布的分水嶺，并根據孔喉半徑與孔隙度、滲透率的關系，標定孔 滲參數的閥值，定量表征兩類樣品的孔喉半徑分布。不用樣品的含油孔喉半徑下限可能存 在差異，W多個樣品的平均含油孔喉半徑下限為研究區的含油孔喉半徑下限閥值，從而厘 定致密儲層有效儲層物性下限界限。
[0021] 進一步的，上述步驟3)通過建立平均孔隙度、平均滲透率與每米致密儲層的平均 日產能之間的關系，根據拐點確定致密油"甜點"區的物性參數下限。其中致密儲層的產能 指的是單井產油段的平均每米每天的產油量，儲層物性是指該產油段的平均孔隙度和平均 滲透率。根據平均產油量突然快速增長拐點，定義對應的致密儲層物性為致密儲層"甜點" 的物性下限。該界限介于有效儲層下限與致密儲層上限之間，則將致密儲層劃分為優質致 密儲層和有效致密儲層。
[0022] 進一步的，上述步驟4)中主要是根據大量儲層的壓隸實驗結果，分析樣品的孔喉 半徑分布和進隸特征，所選取樣品的物性從好到壞需均有分布。根據儲層樣品不同孔喉半 徑對應的進隸量所占比例，將致密儲層的孔喉半徑分布劃分為一個主峰和多個次峰，并依 據孔喉半徑與物性關系，厘定孔隙度、滲透率的劃分闊值，根據主峰和次峰的分布差異將儲 層劃分為常規儲層、優質致密儲層、有效致密儲層、低效致密儲層。
[0023] 本發明的有益效果:實現了依據孔喉結構特征對致密儲層分級評價，將致密儲層 劃分為=個等級，并厘定了不同級別儲層的物性、孔喉半徑界限。該方法和結果可靠性強， 依據充足，且易操作，對于致密油勘探開發有著重要的指導意義。
[0024] 顯然，本領域技術人員基于本發明的宗旨所做出的修改和變化均屬于本發明的保 護范圍。
【附圖說明】
[0025] 當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整、更好地理解本發明， W及可W更好的闡述本發明的科學性和實用性，但此處所說明的附圖用來提供對本發明的 進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的實例說明用于解釋本發明，并不構成對本發明 的不當限定。
[0026] 圖1是浮力和毛阻力力學圖版，界定致密儲層上限。
[0027] 圖2a-圖2f是含油與不含油致密儲層孔喉半徑分布特征。
[0028] 圖3a-圖3b是致密儲層喉道半徑-孔隙度-滲透率關系。
[0029] 圖4a-圖4b是致密儲層單井平均每米每天產能與物性關系。
[0030] 圖5是基于孔喉半徑分布的儲層等級劃分，左側為孔喉半徑分布圖，右側為進隸特 征圖。
[0031] 圖6是儲層孔滲關系圖，根據圖5的等級劃分，劃分孔滲界限。
[0032] 圖7是致密儲層含油性與物性關系，驗證等級劃分與儲層含油性關系。
【具體實施方式】
[0033] 為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0034] 本發明主要提出了一種基于孔喉結構特征、進隸特征W及產能對致密儲層進行分 類評價的方法，從而厘定致密儲層孔喉半徑、孔隙度、滲透率的分類界限。
[0035] 基于力學平衡原理，基于式（1)、式(2)，建立油氣所受到的浮力和毛管阻力與孔喉 半徑的關系圖版（圖1)，當油氣所受的浮力小于毛管阻力時（即浮力與毛管阻力交匯點左側 區域），可形成致密油氣藏，反之則為常規油氣藏，浮力與毛管阻力的交匯點即為致密儲層 的物性上限。由圖1可知，當地層傾角為90°時，喉道半徑需小于0.3WI1時才能形成致密油氣 藏，而當地層趨于水平狀態時，喉道半徑僅需祉m即稱之為致密儲層。研究區目的層最大地 層傾角約為10%其對應的臨界喉道半徑約為0.祉m。基于喉道半徑與滲透率、孔隙度關系圖 版（圖3a-圖3b)，當喉道半徑為0.8WI1時，儲層滲透率為1.0 X 10-3WI12，孔隙度12 %。因此，定 義研究區目的層孔隙度小于12%、滲透率小于1.0 X 10-3皿2的儲層為致密儲層。
[0036] 根據恒速壓隸實驗，可分別獲得含油與不含油樣品的孔隙與喉道半徑分布特征。 如圖2a-圖2f所示，=口井同一深度下各自的=塊樣品，無論是否含油，其孔隙半徑的分布 范圍均無明顯差異，主要分布在100~200WI1之間，但喉道半徑的分布卻存在明顯差異。井I 的1號樣品和2號樣品均含油，其喉道半徑分布的主峰大于320nm，而3號樣品不含油，喉道半 徑主峰小于320nm;井n的1號樣品含油，其喉道半徑主峰大于280nm，2號和3號樣品不含油， 其喉道半徑主峰小于280nm;同樣，井虹的S塊樣品均含油，其喉道半徑主峰也均大于 28化m。運一現象不僅證實了恒速壓隸曲線特征所蘊含的喉道才是制約致密儲層是否含油 的關鍵，同時也掲示了研究區致密儲層含油下限。從9塊樣品含油的喉道半徑界限來看，不 同樣品存在一定的差異，運可能與原油充注時期的驅動力大小有關。當原油充注力較大時， 其下限會有所下降，因此，對于松迂盆地南部泉四段致密儲層而言，我們取其均值300nm為 致密儲層是否含油的喉道半徑下限。根據喉道半徑與滲透率W及滲透率與孔隙度關系圖 (圖3a-圖3b)，300nm對應的致密儲層滲透率約為0.04 X 10-3WI12，且對應的孔隙度約為6%。 故此，研究區目的層致密儲層含油的物性下限閥值為滲透率0.04X10-3M12、孔隙度6%。
[0037] 油藏產能受多種因素影響，包括儲層物性、含油性、油層厚度、含油面積等地質因 素 W及生產壓差、油嘴大小、壓裂改造等工程因素。如果不考慮工程因素 W及消除油層厚度 對產能的影響，即可反映出儲層物性對油藏產能的制約作用。建立單井每米儲層平均日產 量與平均孔隙度、滲透率的關系發現（圖4a-圖4b)，隨著儲層物性的增加，整體上每米儲層 平均日產量隨之增加，當平均孔隙度大于9%，滲透率大于0.1 X 10-3WH2時，每米儲層平均 日產量急劇增加，而運一界限正對應于優質致密儲層的物性下限。因此，在油源充足的條件 下，有足夠的理由將孔隙度大于9%、滲透率大于0.1 X 10-3皿2優質致密儲層定義為致密油 勘探開發的"甜點區"。
[0038] 根據砂巖樣品不同孔喉半徑對應的進隸量所占比例（圖5)，所有樣品的進隸量均 存在一個主峰和多個次峰(按孔喉半徑從大到小，依次劃分為第一次峰、第二次峰……），主 峰均分布在該樣品孔喉半徑較大的區域，隨著孔喉半徑的減小，各個次峰所蘊含的進隸量 逐漸減小。運說明在砂巖儲集體中，油氣的充注并非均勻分布在所有的不同尺寸的孔喉中， 而是優先進入較大孔喉的儲集空間內。雖然砂巖內儲集空間尺寸多樣，但存在W某一孔喉 尺寸范圍為主導，運也必然會造成砂巖儲集體存在等級劃分。
[0039] 如圖5A-1所示，該類樣品中注入的隸主要充注在半徑為0.4~1.6皿的孔喉中，此 類樣品最大進隸飽和度平均在88%左右，退隸效率均值約為38% (圖5A-2);圖5B-1中主峰 分布在半徑為0.063~0.4WI1的孔喉中，此類樣品最大進隸飽和度均值在86%左右，退隸效 率均值約為30 % (圖5B-2);圖5C-1中主峰分布在半徑為0.0063~0.063WI1的孔喉中，此類樣 品最大進隸飽和度均值為79%，退隸效率均值約為25% (圖5C-2);圖加中主峰分布在半徑 為0.0004~0.0063WI1的孔喉中，此類樣品最大進隸飽和度均值為68%，退隸效率均值約為 21 % (圖加-2);圖祀中主峰分布在半徑為小于0.0004WI1的孔喉中，此類樣品最大進隸飽和 度均值為61%，退隸效率均值約為18% (圖5E-2)。同時，根據砂巖孔喉半徑的分布特征，不 同類型砂巖進隸的主峰/次峰孔喉半徑分布范圍之間存在一定的聯系，如圖5A-1的第一次 峰對應于圖5B-1的主峰；圖5A-1的第二次峰對應圖5B-1的第一次峰，對應圖5C-1的主峰；圖 5A-1的第=次峰對應圖5B-1的第二次峰，對應圖5C-1的第一次峰，對應圖加-1的主峰。根據 W上分析，可將130個砂巖樣品劃分為5個等級:進隸主峰在孔喉半徑為0.4~1.6WI1為第I類 砂巖；進隸主峰孔喉半徑為0.063~0.4mi為第n類砂巖；進隸主峰孔喉半徑為0.0063~ 0.063皿為第虹類砂巖;進隸主峰孔喉半徑為0.0004~0.0063WI1為第IV類砂巖;進隸主峰孔 喉半徑小于0. 〇〇〇4]im為第V類砂巖。
[0040] 根據上述樣品的孔、滲數據，I類砂巖分布在孔隙度大于12%、滲透率大于1.0 X 10-3WH2區域（圖6)，運個界限正對應于常規儲層與致密儲層的界限，故此，I類砂巖為常規 砂巖儲層。n類砂巖孔隙度介于9%~12%、滲透率介于0.1~1 .OX 10-3]im2(圖6)，根據錄 井油氣顯示（按照中石油巖忍/巖屑含油級別從高到低分別為含油、油浸、油跡、油斑、巧 光），該范圍內致密砂巖主要為含油、油浸、油跡顯示（圖7)，因此，可定義n類砂巖為優質致 密儲層。虹類砂巖孔隙度介于6 %~9 %、滲透率介于0.05~0.1 X 10-3皿2(圖6)，與恒速壓 隸所得致密儲層含油的下限孔隙度6%、滲透率0.04X10-3WH2基本一致，且從錄井油氣顯 示來看，該范圍內致密砂巖主要W油斑為主（圖7)，可W認為m類儲層為有效致密儲層。IV 類砂巖孔隙度介于4%~6%、滲透率介于0.01~0.05X10-3wIl2(圖6)，雖然該范圍已經超 出肉眼觀察的含油下限，但從錄井結果可知，該范圍內的致密砂巖依然存在巧光顯示（圖 7)，因此該范圍內的致密砂巖依然可W歸納為儲層范疇，故定義為低效致密儲層。V類砂巖 孔隙度小于4%、滲透率小于0.01 X 10-3wii2(圖6)，該類砂巖非常致密，基本無油氣顯示。雖 然孔隙度小于4%的致密砂巖W納米孔為主，且仍賦存一定的資源，但由于開發成本高，經 濟開采難度大，資源品質較差，故此，運里將此類砂巖定義為非儲層。
[0041] 基于對致密儲層上、下限W及砂巖孔喉分布特征綜合評價，建立研究區目的層物 性分級評價標準，劃分為5類，其中將孔隙度介于4~12%、滲透率介于0.01~1.OX 10-3y m2、孔喉半徑小于介于0.0004~0.4WI1的砂巖定義為致密儲層，且將致密儲層劃分為優質致 密儲層、有效致密儲層和低效致密儲層=類。儲層分級評價表如下表所示。
[0042]
【主權項】
1. 基于孔喉結構特征的致密儲層分級評價標準劃分方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1)、基于力學平衡原理厘定致密儲層上限閥值； 步驟2)、基于含油致密儲層的孔喉結構特征，厘定有效致密儲層物性下限； 步驟3)、致密儲層物性與產能關系，厘定致密油"甜點"區儲層物性下限； 步驟4)、基于致密儲層孔喉結構特征，建立致密儲層物性分級評價標準。2. 根據權利要求1所述的基于孔喉結構特征的致密儲層分級評價標準劃分方法，其特 征在于:所述步驟1)中基于力學平衡主要是分析油氣所受的浮力和毛細管阻力，認為致密 油氣藏的形成機制主要是毛細管阻力大于油氣所受的浮力，致使在斜坡下傾方向或構造向 斜區形成致密油氣藏； 油氣在地層中受到的浮力大小為：) 式中：F-浮力，N;rp-孔隙半徑，m;Pw-水的密度，kg/m3 ;p-油或氣的密度，kg/m3 ; g-重力加速度，m/s2;a-地層傾角，％ 油氣受到的毛管阻力是： Pc = 23rr2〇cos0/rp (2) 式中：Pc-毛管阻力，N;r-孔喉半徑，m;rp-孔隙半徑，πι;θ-潤濕角，％ σ-油水界面 張力，〇.〇15N/m; 當達到油水界面平衡狀態時，即浮力與毛管阻力相等，由式(1)和式(2)可以推出： r2 = 3〇cos9/1250(pw-p)g sina (3) 由（3)式可以看出，油氣上浮主要受孔喉半徑的影響，即存在一個臨界孔喉半徑，當孔 喉半徑大于臨界孔喉半徑時，油氣將向上運移;反之，油氣將不能向上運移。臨界孔喉半徑 與潤濕角、油水或氣水密度差、地層傾角均呈負相關。3. 根據權利要求1所述的基于孔喉結構特征的致密儲層分級評價標準劃分方法，其特 征在于:所述步驟2)基于含油和不含油的致密砂巖樣品的恒速壓汞實驗，分析含油和不含 油樣品的孔喉大小、分布特征，界定含油和不含油樣品的孔喉半徑分布的分水嶺，并根據孔 喉半徑與孔隙度、滲透率的關系，標定孔滲參數的閥值。4. 根據權利要求1所述的基于孔喉結構特征的致密儲層分級評價標準劃分方法，其特 征在于:所述步驟3)通過建立平均孔隙度、平均滲透率與每米致密儲層的平均日產能之間 的關系，根據拐點確定致密油"甜點"區的物性參數下限。5. 根據權利要求1所述的基于孔喉結構特征的致密儲層分級評價標準劃分方法，其特 征在于:所述步驟4)基于常規壓汞資料，分析致密砂巖樣品的孔喉分布及壓汞特征，將致密 砂巖進行等級劃分，并依據孔喉半徑與物性關系，厘定孔隙度、滲透率的劃分閾值。
【文檔編號】G06F17/50GK106021788SQ201610378525
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】黃文彪, 盧雙舫, 肖佃師, 薛海濤, 王偉明, 李吉君, 王民, 陳方文
【申請人】中國石油大學(華東)