储层孔隙结构测井评价技术

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1、1基于测井资料储层孔隙结构定量评价方法研究孙金浩长城钻探测井公司数解中心摘要：利用毛管压力曲线来评价储层孔隙结构评价是油藏评价的重要手段。但是实验室利用岩心分析得到的毛管压力曲线成本昂贵、周期长，压汞法采用有毒的汞，会对岩心造成永久破坏作用，并且取心井段有限，在层位上和平面上的分布不均匀等，都使得该方法的应用受限。测井曲线是储层评价的重要方法，价格低、速度快，并能在平面与纵向上实现对油藏连续评价。电阻率曲线、岩电参数、孔隙度、渗透率、核磁 T2谱都是储层孔隙微观结构的综合表现。通过对岩心实验分析数据的岩电参数、毛管压力曲线等与测井曲线构造建模，实现对储层孔隙结构的在不同测井系列情况下的评价，并

2、用实际岩心数据验证其可靠性。关键字：储层评价；测井评价；孔隙结构；毛管压力；导电理论；反演；核磁 T2谱；孔隙度；渗透率0. 前言随着主要含油气盆地勘探开发程度的不断深入，待探明石油资源的品位明显变差，低渗透油气藏储量占我国每年总探明储量的 80%以上。这类储层在微观上表现为孔隙结构复杂，在宏观上造成油气层勘探难度增大，影响试油获得率的提高。准确评价这类储层的储集性能、开采价值、采收率，进2而提高油气解释精度，解释人员十分有必要准确地掌握储层的孔隙结构，油藏的原始油柱高度、产能状况等信息。实验室利用岩心分析获取到的储层毛管压力曲线一直是储层孔隙结构研究的重要手段，它可以得到表征岩石孔喉大小及分

3、布情况。但是该方法成本昂贵，周期长，压汞法采用有毒的汞，且对岩心具有永久破坏作用，取心井段有限，样品在层位上和平面上的分布不均匀等，都使得该方法对储层的孔隙结构正确评价受限。既然储层孔隙结构参数是储层评价的重要参数，而实验室的评价方法费时费工，还不能连续评价，那么能否建立一个可靠的储层孔隙结构测井评价模型，来实现对储层孔隙结构的连续评价呢？这个问题是很多石油学家一直努力解决的问题。本文是在国内外关于该研究的基础上，综合多家所长，开展的基于测井资料储层孔隙结构定量评价方法研究，来实现不同测量系列条件下对储层孔隙结构的评价。1. 实验室孔隙结构评价方法储层孔隙结构评价的方法可分为实验室测试评价方法

4、和基于测井资料的间接评价方法。实验室的评价方法又可分为三大手段：间接测定法（毛管曲线法）、数字岩心法、直接观察法。数字岩心法和直接观察法，是比较精确而直观形象的孔隙结构鉴定方法，但是无法与测井资料建立关系。间接测定法，也称毛管压力法，有半渗透隔板、压汞、离心机、动力驱替、蒸汽压力这五种方法，其中压汞法速度快速，准确，而且压力可以较高，因此是目前测定岩石毛管压力的主要手段。32. 测井孔隙结构评价方法要想实现孔隙结构的测井方法评价，必须在测井资料蕴含孔隙结构微观结构的及本次研究就是基于压汞法毛管压力曲线数据为依据，与测井资料匹配，建立孔隙结构的定量评价模型。为了实现不同测量系列及不同精度对孔隙结

5、构评价的要求，设计出了对基于测井资料的三种级别的孔隙结构评价方法。基于测井资料的孔隙结构评价方法可分为电阻率法、常规孔渗法、核磁共振法。电阻率法评价孔隙结构，是建立在岩石导电物理模型和 Archie 公式的基础上，利用常规电阻率测井资料实现储层岩石孔隙结构的评价。常规孔渗法评价孔隙结构，根据同一沉积环境的储层孔隙结构应有着相似的微观特征，且不同的孔隙结构微观特征的储层其储层孔隙度、渗透率、电阻率、岩电参数等不同，运用神经网络、模糊聚类、概率统计等方法，建立毛管压力曲线和常规物性相关关系，从而实现纵向上连续地对储层的孔隙结构等方面的评价。核磁共振法是根据岩石在完全饱和水的情况下，孔隙内的驰豫特性

6、受到岩石孔隙结构的影响，会表现出不同的驰豫特征理论及核磁 T2 谱分布与岩石的孔径分布相似性，来构建毛管压力曲线，实现储层孔隙结构的评价。2.1. 电阻率法电阻率测井资料反映的是岩石复杂孔隙结构内在不同流体（油、气、水）时的电阻率，因此储层岩石不同的孔隙结4构特征一定会对电阻率测井相应产生影响。关于岩石的导电理论模型有毛管束模型、曲折度模型、电阻率网络模型等。本次研究采用毛管束模型（见图 1）来实现对岩石孔隙结构综合指数的定量评价。具体实现思路是：假设岩石的孔隙空间是有直径不等的毛细管组成，地层流体聚集在毛管中。设岩石的长度为 L，截面积为 A，毛管长度为 Lc，半径为R，则根据 电阻率并联导

7、电原理，即将岩石的电阻率视为岩石内各流体并联导电的结果。 222;11();(1)LcLctwogtwogAAgwoArrRRRSSS ； 即 ； ；假设油气的电阻率远大于地层水的电阻率，则：21 2;cwcttwcLARLRSLALS 由上两式可得到：毛管半径 R： wcdt=S()；毛管迂回度 S：weftS0.56( )；那么孔隙结构综合指数 P 定义为：00.10.20.30.40.50.60 50 100 150 200 250岩 心 分 析 渗 透 率孔隙结构综合指数图 2、孔隙结构综合指数与岩心渗透率的关系00.10.20.30.40.50.60.18 0.2 0.22 0.24

8、 0.26 0.28 0.3 0.32毛 管 半 径孔隙结构综合指数图 3、孔隙结构综合指数与岩心渗透率的关系图 1、毛管束模型5W0RP=.56() Sgh在结合阿奇公式，该公式可变为： 3 mWtwRP =0.56()P =0.56()Saghgh或ppm0mW1LcCFAK.()ghl 又 ， 且 、 与 渗 透 率 反 相 关 ，故 ： ； 进 而 ： 该孔隙结构综合指数反映了储层孔隙吼道的曲折程度及其大小。如果孔隙孔道越大越平直，P 越大， 说明储层条件越好；反之孔隙孔道越小越曲折，P 取值越小， 说明储层条件越差。图 24 孔隙结构综合指数与岩心分析渗透率、毛管半径、毛管迂回度的交

9、会图，可以看出相关性非常好；图 5 为利用孔隙结构综合指数实现储层评价的实例。图上第一道为自然电位、深侧向、浅侧向曲线；第二道曲线为中子伽马、声波时差曲线；第三道为孔隙结构综合指数与岩心分析的孔隙结构品质指数 的对比，两者k的相关性较差；第四道为岩心分析渗透率与孔隙结构品质指数的对比，两者相关性较好；第五00.10.20.30.40.50.60.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5毛 管 迂 回 度孔隙结构综合指数图 4、孔隙结构综合指数与岩心渗透率的关系图 5、孔隙结构综合指数与岩心渗透率的关系图 6、孔隙结构评价参数与孔隙结构指数的关系6道为储层建模所计算出的渗透率与与岩心分析渗透率

10、的对比，其下段有较好的相关性，但是上段的相关性较差。 通过对比分析，可以得出，应用孔隙结构品质指数 来实现储k层评价的效果较差，而孔隙结构综合指数可以较好地实现对储层的评价。2.2. 常规孔渗法在研究毛管压力分析的孔隙结构评价参数时发现，孔隙结构综合参数（孔喉半径平均值、排驱压力、汞饱和度 50%时进 汞压力等）与岩心分析的孔隙度和渗透率有一定的相关性见图 6；并且国内有多人发表了孔隙结构品质指数 构建毛k管压力曲线的论文，讨论了构建毛管压力曲线来实现储层孔隙结构评价的构想及方法，但是所设计的方法没有考虑到渗透率在实际井处理中较难求准等诸多的不足和缺陷。由电阻率法评价储层孔隙结构的研究得知，应

11、用孔隙结构综合指数比孔隙结构品质指数对储层孔隙结构评价效果会更加理想，并且可绕过渗透率的求不准的问题。图 7、常规孔渗法构建毛管压力曲线评价孔隙结构模型 1图 8、常规孔渗法构建毛管压力曲线评价孔隙结构模型 27其基本评价方法是：首先使用自研发的建模软件实现压汞法毛管压力数据函数化，然后结合孔隙结构综合指数对毛管压力数据进行聚类分析，生成标准化的孔径分布函数，再反生成标准化的毛管压力曲线数据，然后提取出不同进汞量（按照一定的进汞间隔）对应的孔喉半径数据，在加上其他关系参数，最终建立其孔径与进汞饱和度的关系模型。在实际的井处理时，根据合适的解释模型计算出的孔渗数据及孔隙结构综合指数，利用所建立的

12、模型，构建出孔喉分布数据，进而构建出伪毛管压力曲线，来实现储层岩石的孔隙结构的定量评价。本次研究融合了前面的孔隙结构综合指数，并克服了前人研究中的不足，重新设计了常规孔渗法构建毛管压力曲线评价孔隙结构的模型并实现了该模块的软件开发，该模块设计思路，有两种见图 7、8。两种算法各有利弊，关于这两种算法的优劣对比，将在具体项目中继续跟踪对比测试。本研究采用了动态变函数来拟合原始的毛管压力离散数据，比他人应用的双曲线等方法拟合更加准确，精度更高，建模研究时的数据提取更加方便准确、可靠（见图 9）。图 9、动态变函数拟合的原始毛管压力离散数据对比8本次研究，建模选用的岩心是辽河油田滩海地区的10 口探

13、井共 110 颗岩心分析的毛管压力等数据作为研究对象。60% 数据为中孔渗储层数据，15%数据为 低孔渗 数据，%25 数据为高孔渗数据。图 10为数学模型反演出的毛管压力曲线及孔径分布与原始数据的对比，可以看出其反演的数据和原始数据有很好的一致性，经统计，95%的反演数据与岩心分析数据几乎完全吻合。为了更进一步验证本研究的成果，本研究还选取了未参与建模且是其他油田区域的数据作对比。图 11-12 分别是辽河油田高升油田高 3 块及国外某油田的毛管压力及孔径分图 10、动态变函数拟合的原始毛管压力离散数据对比图 11、高 3 区的毛管压力及孔径分布数据与构建的数据对比图 12、国外某油田的毛管

14、压力及孔径分布数据与构建的数据对比9布数据与构建的毛管压力和孔径分布数据对比图，可以看出常规法建模构建的数据也有很好的一致性，进一步说明本研究的成果具有一定的普适性。2.3. 核磁毛管法核磁共振测井技术具有信息丰富、测量精度高和孔隙结构变化灵敏等特点，为准确获取储层参数，测井解释研究储层孔隙结构提供了新的途径。核磁共振 T2 分布与毛管压力曲线都反映岩石的孔隙结构，二者之间存在着必然的联系和相关性，这为利用核磁共振测井资料研究储层孔隙结构提供了理论依据。由物理学的毛管力理论可知，毛管压力与毛细管孔径之间关系为： 式中：pc 为毛管压力； 为流体界面张力，2cospr为润湿角，rc 为毛管半径，

15、对于汞来说一般采用 式。0.735cpr由核磁共振驰豫机制可知，在均匀磁场中测量横向驰豫时间 T2 为 ： 2()11111; ;2222 2GTDSETBDTSTBTVs 体 积 驰 豫 ： ； 表 面 驰 豫 ： 扩 散 驰 豫 ：通常 T2B 的数值在 3s 以上，要比 T2 值大的多，及T2B T2 ，在 TE 较小时，T2D 的数 值也较大，这样体积驰豫和扩散驰豫就可忽略不及，于是就有 。12STV如果假设孔隙是球体形，则 S/V=3/rc ；如果假设喉道是圆柱体形，则 S/V=2/rc；如果再假设孔隙与喉道半径成正比，则就有 (Fs 定义为孔隙因子)。由上式可以得出，孔隙1Fs2r

16、cT（ ）半径与 T2 值成正比，毛管 压力与 T2 成反比。 于是可以假定Pc c1T2-1,rc=c2*T2（线性关系）； Pcc 1/T2-m,rc=c2*T2m（非线性关系）。10依据上面的理论分析和数据推导，设计出两种核磁 T2分布谱储层岩石孔隙结构评价模型。第一种：区块存在岩心分析核磁 T2 分布谱 和岩心毛管压力数据，所设计的模型流程图如图 13；第二种：区块没有岩心分析核磁 T2 分布谱但有岩心毛管 压力数据，所设计的模型流程图如图 17。对于该模型，由于岩心分析数据有限，无法实现基于更多的数据进行深入的研究，比如油气校正等。2.3.1. 核磁毛管法模型 1：根据岩心毛管压力曲线和岩心核磁 T2 谱数据建立模型，先把岩心分析数据转换成孔喉半径分布，然后与核磁 T2 分布谱对比，运用等面积元、相关对比、误差和最小等最优化0.010.1110100020406