地球物理学进展  2016, Vol. 31 Issue (5): 2160-2165   PDF    
引用本文
王瑞飞, 何润华, 苏道敏, 等 . 2016. 深层砂岩油藏储层孔喉特征参数及预测模型. 地球物理学进展, 2016, 31(5): 2160-2165, doi: 10.6038/pg20160538  
WANG Rui-fei, HE Run-hua, SU Dao-min, et al . 2016. Feature parameters and prediction model of pore throat in deep section sandstone reservoir. Progress in Geophysics (in Chinese), 31(5): 2160-2165, doi: 10.6038/pg20160538   
深层砂岩油藏储层孔喉特征参数及预测模型
王瑞飞1, 何润华1, 苏道敏2, 曹原1, 池云刚1, 唐致霞1     
1. 西安石油大学石油工程学院, 西安 710065
2. 中国石油化工股份有限公司中原油田分公司, 濮阳 457001
收稿日期: 2015-12-09; 修回日期: 2016-05-03.
基金项目: 中国石油科技创新基金项目（2015D-5006-0106）和国家自然科学基金（51104119）联合资助.
作者简介: 王瑞飞, 男, 1977年生, 黑龙江兰西人, 博士, 博士后, 教授, 从事油气田开发地质、油气藏精细描述方面的教学与科研工作.(E-mail:sirwrf2003@163.com)
摘要: 储层微观孔隙结构是影响油气富集与油气田开发效果的内在因素.为探讨深层砂岩油藏储层孔喉参数特征及分布规律，应用铸体图像分析技术、高压压汞技术对渤海湾盆地东濮凹陷濮城油田沙河街组深层砂岩油藏储层孔喉特征参数进行了研究.铸体图像分析技术研究表明，储层物性与孔隙半径、喉道宽度呈正相关关系；面孔率参数与孔隙度、渗透率相关性较好，面孔率较相应的孔隙度参数小；比表面、形状因子与其储层物性参数不相关，储层孔隙、喉道形状无规律；由特低渗至高渗储层，孔喉比参数无明显变化趋势，孔喉配位数呈增大趋势，孔喉均质系数、分选系数、变异系数规律性不强.高压压汞资料分析研究表明，储层最大喉道半径、平均喉道半径、主流喉道半径、主流喉道半径下限值、最小可流动喉道半径等均与储层岩石的渗透率参数呈正相关关系；平均水力半径与平均喉道半径呈正相关关系；储层岩石比表面与渗透率参数呈负相关关系.基于高压压汞资料，建立了渤海湾盆地东濮凹陷濮城油田沙河街组深层砂岩油藏储层孔喉参数预测模型.
关键词： 深层砂岩油藏     孔喉特征参数     储层参数预测模型     渤海湾盆地     东濮凹陷     濮城油田    
Feature parameters and prediction model of pore throat in deep section sandstone reservoir
WANG Rui-fei1 , HE Run-hua1 , SU Dao-min2 , CAO Yuan1 , CHI Yun-gang1 , TANG Zhi-xia1     
1. College of Petroleum Engineering, Xi'an Shiyou University, Xi'an 710065, China
2. Zhongyuan Oilfield Company, SINOPEC, Puyang 457001, China
Abstract: The micro pore structure of reservoir is the intrinsic factor that affects the oil gas accumulation and the effect of oil and gas development. In order to study the characteristics and distribution of reservoir pore throat parameters in deep sandstone reservoir, the feature parameters of pore throat in deep section sandstone reservoir of Pucheng oilfield were analyzed with the technology casting image and the high pressure mercury penetration in Dongpu sag, Bohai Bay Basin. The research of casting image shows that the reservoir quality gets higher with the increase of Pore radius and Throat width. The relation between the surface porosity and the reservoir quality is good, and the surface porosity is lower the porosity. The relation between the specific surface area, shape factor and the reservoir quality is poor. The shape of pore and throat is no rule. From the ultra low permeability to high permeability reservoir, the variation of the pore-to-throat ratio is not obvious, and the variation of the coordination number is enlarged, and the regularity of the uniformity coefficient, separation factor and variation coefficient is no strong. The research of the high-pressure mercury injection method shows that the relation between the maximum throat radius, the average throat radius, the mainstream throat radius, the mainstream pore-throat radius, the minimum flow throat radius and the permeability is positive correlation. The relation between the mean hydraulic radius and the average throat radius is positive correlation. The relation between the rock specific surface and the permeability is negative correlation. Based on the high-pressure mercury, the prediction model of pore throat parameters of Deep Section sandstone reservoir were established in Shahejie formation in Pucheng oil feld, Dongpu Sag, Bohai Bay Basin.
Key words: deep section sandstone reservoir     feature parameters of pore throat     reservoir parameters prediction model     Bohai Bay Basin     Dongpu Sag     Pucheng oil field    
0 引言

储层岩石的微观孔隙结构特征决定储层宏观特征及宏观特性参数，储层孔隙结构也是控制油气藏采收率及剩余油气分布的重要因素(吴小斌等，2011；杨少春等，2012；张创等，2012；刘堂晏等，2013；邓继新等，2015).储层孔喉参数是储层孔隙结构的定量表征，目前对于储层微观孔喉参数的定量预测还未见报道(Weingarten et al., 1995; Radlinski et al., 2004; Ding and Kantzas, 2007; Petunin et al., 2011; 王瑞飞等，2012；陈萍等，2013).

本文以渤海湾盆地东濮凹陷濮城油田沙河街组深层砂岩油藏为研究对象，应用铸体图像技术、高压压汞技术探讨了深层砂岩油藏储层孔喉参数特征，并对孔喉参数进行了定量预测.研究区位于渤海湾盆地东濮凹陷中央隆起带北部，南与文留构造带相接，北与古云集-陈营构造相连，东与濮城洼陷相邻，西与卫城-户部寨构造隔洼相望(图 1).

图 1 濮城油田构造位置 Figure 1 Tectonic position of Pucheng oil field
1 储层物性特征

统计濮城油田沙河街组油层44口井6733组物性数据，得到孔隙度、渗透率的相关关系(图 2).分析图 2，渗透率与孔隙度总体呈指数函数的正相关关系.随孔隙度的增大，渗透率参数也增大.孔隙度分布范围有限，渗透率分布范围较宽.储层样品孔、渗关系的差异在于储层微观孔隙结构特征的不同.统计储层物性参数与填隙物含量的相关关系(图 3)，储层物性参数与填隙物含量有较好的相关性，填隙物含量与渗透率参数的相关性好于其与孔隙度参数的相关性.这也说明储层物性参数中渗透率参数较孔隙度参数敏感，与图 2孔隙度参数分布范围有限，渗透率参数分布范围较大相吻合.表征储层物性的孔隙度、渗透率两参数存在较大差异.孔隙度既不限制于砂岩孔隙系统壁上小规模粗糙度所给予流体的拖曳作用，也不限制于砂岩内两点间流体必须流经的长度，这两者或两者之一的变化均能改变渗透率而不改变孔隙度.这就是研究中经常发现，同样孔隙度具有不同的渗透率以及孔隙度变化较小而渗透率变化较大的现象.

图 2 孔隙度与渗透率的关系 Figure 2 Relation between the porosity and the permeability

图 3 濮城油田储层岩石填隙物含量与物性参数关系 Figure 3 Relation between the interstitial material content and the physical parameters
2 孔、喉类型

岩心样品铸体薄片、普通薄片镜下观测结果表明，岩石孔隙、喉道类型多样，分布不均匀，孔、喉大小相差悬殊.孔隙类型主要有残余粒间孔、溶孔、晶间孔.喉道类型主要有缩径型喉道、点状喉道、片状喉道三种.

3 孔喉特征参数 3.1 铸体图像技术

铸体图像技术研究孔隙结构是根据岩石颗粒和孔喉间颜色的差异描述孔喉大小及其配置情况，并进行数据处理与统计.根据29块样品的铸体图像分析资料(表 1)，其储层孔隙空间结构参数具有以下特征：①不同类型储层物性与其孔隙半径、喉道宽度呈正相关，且相关性较好(图 4).②面孔率与孔隙度、渗透率参数相关性较好.但面孔率数值均较相应的孔隙度参数小，这主要是由于孔隙迂曲度造成的，可能还与图像分析仪分辨率低、注环氧树脂压力低等有关.③比表面范围为0.32~0.47 μm-1，形状因子范围为0.56~0.69，比表面、形状因子与其物性参数不相关，说明储层岩石孔喉形状的无规律性.④从特低渗透到高渗透储层，孔喉比无明显变化趋势，孔喉配位数呈增大趋势，说明从特低渗透储层到高渗透储层，孔隙半径、喉道宽度变化不大，但有效喉道数量增多，致使有效孔隙增多，无效孔隙减少，孔喉连通性变好，平面非均质性减弱.⑤各类储层孔喉均质系数、分选系数、变异系数规律性不强，也说明储层微观非均质性强，储层特性参数规律性较弱.

表 1 铸体图像孔隙特征参数分析统计表 Table 1 The pore-throat parameters by the casting image

图 4 储层物性与孔隙半径(喉道宽度)的相关关系 Figure 4 Relation between the physical parameters and the pore radius (throat width)
3.2 高压压汞技术

毛管压力曲线是研究储层微观孔隙结构特征的一种较好方法(李海燕等，2012；毛伟和杜朋举，2012；赖锦等，2015)，有关储层孔喉的大部分特征参数都可由毛管压力资料确定，研究区样品高压压汞测试中最大进汞压力为45 MPa.

3.2.1 微观孔隙结构特征参数

根据研究区储层20块样品的高压压汞资料，最大喉道半径、平均喉道半径、主流喉道半径、主流喉道半径下限值、最小可流动喉道半径等均与储层岩石渗透率参数呈正相关关系，其相关性如图 5所示.

图 5 孔喉特征参数与渗透率的相关关系 (a)最大喉道半径与空气渗透率的关系；(b)平均喉道半径与空气渗透率的关系；(c)主流喉道半径与空气渗透率的关系；(d)主流喉道半径下限与空气渗透率的关系；(e)最小流动喉道半径下限与空气渗透率的关系. Figure 5 Relation between the pore-throat parameters and the permeability (a) Relation between the maximal radiuses of pore throats and the permeability; (b) Relation between the average pore throat radius and the permeability; (c) Relation between the mainstream throat radius and the permeability; (d) Relation between the lower limit of mainstream throat radius and the permeability; (e) Relation between the lower limit of the minimum flowing throat radius and the permeability.

研究中还进行了岩石平均水力半径(K/ϕ)1/2与平均喉道半径的对比，如图 6所示.研究表明，岩石平均水力半径(K/ϕ)1/2与平均喉道半径间以线性关系拟合精度为最高.设置常数项为零，其精度也很高，其统计规律公式为
图 6 平均喉道半径与平均水力半径的关系 Figure 6 Relation between the average throat radius and the average hydraulic radius

式中：K为空气渗透率，μm2；ϕ为孔隙度，%；R为平均喉道半径，μm.该式反映岩石平均水力半径与平均喉道半径呈正相关关系，由常规物性资料经系数校正后可估算岩石平均喉道半径.储层岩石比表面与渗透率呈负相关关系，如图 7.

图 7 比表面与空气渗透率的关系 Figure 7 Relation between the surface area and the air permeability

比较这些喉道特征参数~渗透率的相关性与喉道特征参数~平均水力半径的相关性.储层渗透率参数的差异主要体现在孔喉系统中喉道的差异(主要体现在喉道的几何形态和喉道数量方面)，这充分说明储层层间非均质程度和岩石微观非均质程度是由其油藏类型决定的.从绝对数值的角度分析，高渗透油藏的非均质程度明显高于低渗透油藏的非均质程度.但是，高渗透油藏的渗透率下限值远远高于低渗透油藏，这也是高渗透油藏驱油效率和采收率均高于低渗类型油藏的一个重要原因.

4 孔喉参数预测模型

应用毛管压力资料研究储层孔隙结构(王瑞飞等，2012；章海宁等，2015)，因受取心井所在区块、井点、层位等的限制，相当部分区块无压汞资料，给研究储层孔隙结构带来困难.本研究拟在毛管压力资料的基础上，建立地区性的储层孔喉参数预测模型.由毛管压力资料，不同类型储层岩心在相同的进汞压力下(即相同的喉道半径)，进汞饱和度相差很大，说明不同类型岩心对应的孔隙度大小不同；探讨不同类型储层，不同喉道半径下进汞饱和度的变化规律，可以揭示储层微观孔隙结构特征.

表 2 储层孔喉特征参数预测模型 Table 2 The prediction model of the pore-throat parameters

根据毛管压力资料，同一喉道半径下的汞饱和度与孔隙度、渗透率间有较好的相关关系，由压汞资料统计汞饱和度与空气渗透率参数的相关关系，得到研究区储层孔喉特征参数预测模型如表 2.

根据统计分析原理，在置于0.01显著水平上，n=20-2=18的相关系数至少应不低于0.5610.由表中的相关系数值分析可知，每个方程都满足统计意义.各类型储层样品实测压汞曲线与预测模型对比如图 8所示.分析对比结果，预测模型对低渗、特低渗样品符合程度较高，而与中高渗、高渗样品符合程度较低.由前述分析，储层趋于致密渗透性变差时孔喉比参数无明显变化趋势，即孔隙半径及喉道宽度变化不大；孔喉配位数减小，有效喉道数量减少，无效喉道数量增多，孔喉连通性变差，孔隙与喉道间的对应性变好.故渗透率越低，有效孔隙与有效喉道的关联性越强.高压压汞测试中，饱和度参数对应有效孔隙，渗透率参数对应有效喉道.故储层渗透率越低，预测模型与实测样品的符合程度越高.

图 8 高压压汞曲线与预测模型对比 (a)特低渗储层压汞曲线与预测模型对比；(b)低渗储层压汞曲线与预测模型对比；(c)中低渗储层压汞曲线与预测模型对比；(d)中渗储层压汞曲线与预测模型对比. Figure 8 Comparison of the high pressure mercury curve and the prediction model (a) Comparison of the high pressure mercury curve and the prediction model in Ultra-low permeability reservoir; (b) Comparison of the high pressure mercury curve and the prediction model in Low permeability reservoir; (c) Comparison of the high pressure mercury curve and the prediction model in Medium to Low permeability reservoir; (d) Comparison of the high pressure mercury curve and the prediction model in Medium permeability reservoir.
5 结论 5.1

应用铸体图像分析技术、高压压汞技术对深层砂岩油藏储层孔喉特征参数进行了研究.

5.2

铸体图像技术研究表明，储层物性与孔隙半径、喉道宽度呈正相关；面孔率与孔隙度、渗透率参数相关性好，面孔率参数较相应的孔隙度参数小；比表面、形状因子与其物性参数不相关，储层孔隙、喉道形状无规律；由特低渗到高渗储层，孔喉比无明显变化趋势，孔喉配位数呈增大趋势，孔喉均质系数、分选系数、变异系数变化的规律性不强.

5.3

毛管压力曲线资料分析表明，储层最大喉道半径、平均喉道半径、主流喉道半径、主流喉道半径下限值、最小可流动喉道半径等均与岩石渗透率参数呈正相关；平均水力半径与平均喉道半径呈正相关关系；储层岩石比表面与渗透率参数呈负相关关系.基于毛管压力资料，建立东濮凹陷濮城油田深层砂岩油藏储层孔喉参数预测模型.

致谢 感谢审稿专家的支持和编辑的辛勤工作.
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