基于改进毛管压力曲线的非均质储层分级评价与应用

李新文，吴 华

(1.中国石化江汉油田分公司，湖北 潜江 433124；2.中国石化江汉油田分公司，湖北 武汉 430223)

0 引 言

储层分级评价作为油气勘探开发的主要研究内容，直接影响油藏资源量评价及剩余油开发方案优化调整[1-2]，开展精细有效的储层分级评价一直是油藏勘探开发的难点[3]。目前，国内外学者对储层分级(或分类)评价开展了大量的研究工作[4-10]，常用的研究方法为物性评价方法[5，8]、模糊数学综合评价方法及灰色聚类分析方法[7，10]，但受现场资料、工程技术因素、操作方式复杂、评价目标单一及工业化推广的限制[2，4]，这些方法无法实现整装油藏的储层定量精细划分。

毛管压力曲线作为一种定量表征微观孔隙结构的方法已被广泛应用到储层物性评价与分类领域，既可以研究储层微观孔隙结构类型、大小、分布特征及数量，还可以用来评价储层孔隙结构对储集性能及渗流能力的影响。毛管压力曲线从微观角度定义了储层分级评价的量化标准，实现了储层分级精细评价，具有良好的适用性和工业推广性，但其均是基于小体积岩心样品或一定数量岩样，无法有效代表整个油藏，具有一定局限性。因此，建立准确、适用的归一化毛管压力曲线是突破该方法局限性的有效手段。在前人储层分级评价研究的基础上，建立了毛管压力曲线特征参数与储层基础物性参数相结合的储层分级评价量化新标准，首次提出基于有效厚度的毛管压力曲线加权平均归一化方法，开展实际油藏储层分级评价，借助测井曲线及生产数据验证了量化标准的准确性及可靠性，形成了一套较完善的储层分级评价体系，并进行工业化应用，深化了对江汉盆地非均质油藏中各类储层的认识，为该类油藏的改善开发效果措施的制订提供了依据。

1 区域地质概况

江汉盆地主要位于湖北省中部和南部，包括江汉平原及其周围的丘陵地带及河谷地带，地层自下而上划分为多个油层组。其中，潜江组烃源岩分布广泛，主要分布于潜江凹陷、江陵凹陷和小板凹陷(图1)。潜江组自下而上可以划分为潜四下段、潜四上段、潜三段、潜二段和潜一段[11-12]，纵向上各储层叠合程度高、层间非均质性强，早期多采用合采合注，纵向储量动用不均衡。

2 基于毛管压力曲线的储层分级评价指标

目前储层分级评价主要是对储层渗透率、孔隙度、孔喉半径中值、平均喉道半径等主要物性参数进行划分[13]。由于常规储层分级评价忽略了微观孔隙结构的影响，导致参数之间关联性差，无法准确反映实际储层特征，影响后续开发调整。

高压压汞毛管压力曲线主要反映储层孔喉结构及分布特征[14-16]，是构建宏观物性参数与微观孔隙结构相结合评价体系的桥梁。典型毛管压力曲线可以划分为初始段、平缓段、上翘段3个阶段(图2)，由于毛管压力曲线初始段、上翘段进汞量相对较少，储层孔隙结构特征及非均质程度主要通过平缓段的高度、长度及斜率等来表征。因此，精确定量表征毛管压力曲线平缓段是实现储层分级评价的关键因素。

图2 典型毛管压力曲线示意图Fig.2 The schematic diagram of typical capillary pressure curve

为精细刻画毛管压力曲线平缓段储集能力和渗流能力，基于毛管压力曲线特征参数基本概念，提出用起点压力(pI)、饱和度中值压力(pc50)及转折压力(pcv)等评价参数来定量表征毛管压力曲线。根据毛管压力曲线特征参数可知，起点压力(pI)代表孔隙系统中最大连通孔隙喉道相对应的毛管压力值，饱和度中值压力(pc50)代表进汞饱和度为50%时相对应的毛管压力值[17]，这2个参数主要用来表征储层储集能力；转折压力(pcv)指的是平缓段与上翘段切线交点，代表非润湿相流体进入岩石微孔的难易程度。图3为江汉盆地潜江组储层转折压力与渗透率统计结果。由图3可知，随着储层渗透率降低，储层转折压力呈幂指数关系增大，说明转折压力可以直接反应储层渗流能力。因此，改进后毛管压力曲线量化评价指标可以从微观角度实现储集层储集能力和渗流能力定量评价。

图3 江汉盆地潜江组储层毛管压力曲线转折压力与渗透率关系曲线Fig.3 The relationship between transitional pressure and permeability of the capillary pressure curve of reservoir in Qianjiang Formation,Jianghan Basin

通过微观孔隙结构与宏观物性参数来划分非均质储层类型，包括筛选、粗分、细分3个步骤。首先，结合测井曲线解释结果筛选油层渗透率在渗透率下限以上的岩心，提高储层划分精度；其次，以岩心渗透率、毛管压力曲线起点压力(pI)对江汉油田19个区块储层进行初步划分，确定江汉油田非均质储层分级评价区间，结果如图4和表1所示。由于粗分精度低、实用性差，在储层初步分级评价基础之上，以中值压力、转折压力、渗透率对储层分级评价区间进行细分，确定不同类型储层特征参数范围，如图5所示。最终，将储层初步分级(粗分)指标与储层精细分级(细分)指标相结合，得到了新的储层分级评价量化指标(表2)。通过该储层分级评价量化指标，可以实现对目标油层精细划分。

表1 基于改进型毛管压力曲线非均质储层分级评价(粗分)指标Table 1 The indicators of heterogeneous reservoir classification evaluation (broad classification) based on improved capillary pressure curve

表2 基于改进型毛管压力曲线非均质储层分级评价量化指标Table 2 The quantitative indicators of heterogeneous reservoir classification evaluation based on improved capillary pressure curve

图4 基于改进型毛管压力曲线非均质储层分级评价区间Fig.4 The interval of heterogeneous reservoir classification evaluation based on improved capillary pressure curve

图5 潜江组非均质储层精细划分毛管压力曲线簇Fig.5 The capillary pressure curve family of detailed division of heterogeneous reservoirs in Qianjiang Formation

对比储层粗分与细分结果可知，潜江组非均质油藏在粗分的4种不同类型储层基础上可以进一步细分为6类储层，分别为：Ⅰ类特高渗、特高储储层，Ⅱ类高渗、高储储层，Ⅲ类中渗、中储储层，Ⅳ类低渗、低储储层，Ⅴ类特低渗、特低储储层，Ⅵ类超低渗、超低储储层。Ⅰ、Ⅱ类储层作为潜江组油藏最优质的储集层，具有最佳的渗流能力和储集性能，是潜江组油藏主力开发层系；Ⅲ、Ⅳ类储层是潜江组油藏中储集能力和渗流能力一般的储集层，是潜江组低渗油藏潜力开发层系；Ⅴ、Ⅵ类储层是潜江组油藏中开发潜力最差的储集层，常规开发方式无法有效建产，需进行大规模体积压裂才具有产能。

3 储层毛管压力曲线归一化新方法

目前毛细管压力曲线簇归一化方法主要包括Leverett方法和Brooks-Corey方法。这2种方法基本原理都是将毛管压力曲线无因次化后平均求取归一化的毛管压力曲线，得到储层代表性毛管压力曲线。但并未考虑含油储层实际开发状况，现场适用性和工业推广性不强。此外，由于部分含油储层中存在钙质、泥质等矿物质，导致储层局部孔渗条件变差，含油饱和度降低，造成含油储层产油量极低甚至为零，为无经济意义的非工业油气储层。因此，将实际产油储层厚度与对应毛管压力曲线相结合，提出考虑油层有效产油厚度加权的毛管压力归一化方法。为提升归一化毛管压力曲线实用性，通过将储层中具有工业产能的油层厚度归为有效厚度，以油层有效厚度为加权因子，对储层毛管压力曲线簇进行归一化处理。

基于储层有效厚度的加权平均毛管压力曲线归一化方法包括5个步骤：①通过对目标研究区块所有压汞曲线岩心基础物性数据、油层深度数据及测井曲线资料进行整理和对照，剔除非含油层岩心；②以渗透率、毛管压力曲线特征参数为筛选指标，对毛管压力曲线进行分类；③以单井小层为最小单元，统计各类岩心在含油层段内占比，依据油层有效厚度赋予权重，计算各类岩心总有效厚度，如式(1)所示；④以油层有效厚度为加权因子对同类岩心的毛管压力曲线簇进行处理，分别得到单井小层段、开发层系、开发单元的各类型毛管压力曲线归一化结果(式2)；⑤将单井小层段、开发层系、开发单元各类型曲线，按照其总有效厚度进行加权平均，同样可得该区块内单井小层段、开发层系、开发单元不同类型毛管压力归一化曲线(式3)。

(1)

(2)

(3)

为对比3种毛管压力曲线归一化方法实用性，选取潜江组某区块第V类储层开展研究(图6)，图中虚线为潜江组某区块第V类储层各岩心压汞曲线。从图6可看出，Leverett方法和Brooks-Corey方法归一化曲线形态已偏离整体毛管力曲线簇形态，主要是由于2种归一化方法中部分数据不符合幂指数关系所导致；而基于储层有效厚度的加权平均归一化曲线与第V类储层整体毛管压力曲线簇形态基本一致。说明有效厚度加权平均的毛管压力曲线归一化方法能够有效保留同类储层毛管压力曲线簇特征及相关物性参数，使得其能有效表征储层微观孔隙结构特征。

图6 3种毛管压力曲线归一化方法计算结果对比Fig.6 The comparison of calculation results of three normalization methods for capillary pressure curves

图7分析了3种归一化方法的标准偏差。对比3种方法各汞饱和度下对应进汞压力之间的标准偏差，可以发现有效厚度加权平均的归一化方法标准偏差最小，该方法归一化结果与储层毛管压力曲线簇离散程度越小。说明有效厚度加权平均的归一化方法基本有效保留了毛管压力曲线簇相关特征，归一化曲线具有较强的代表性，能够实现同类储层孔隙结构的精细刻画。

图7 3种毛管压力曲线归一化方法标准偏差Fig.7 The standard deviation of three normalization methods for capillary pressure curves

根据文中建立的非均质储层分级评价指标体系，对潜江组各类型储层进行分级评价。潜江组非均质油藏中Ⅰ类储层占比14.36%，Ⅱ类储层占比26.81%，Ⅲ类储层占比26.95%，Ⅳ类储层占比24.11%，Ⅴ类储层占比5.72%，Ⅵ类储层占比2.05%。其中Ⅱ类高孔高渗储层、Ⅲ类中孔中渗储层、Ⅳ类低孔低渗储层占比最多，3者之和占整个潜江组区块储层比例高达77.87%。图8为有效厚度加权毛管压力曲线归一化方法计算的潜江组油藏6类油藏毛管压力归一化曲线。由图8可知，整个潜江组油藏毛细管压力归一化曲线介于Ⅱ类储层至Ⅳ类储层之间，与Ⅲ类储层毛管压力归一化曲线接近，这说明占比最高的3类储层不仅决定了整个区块储层物性和开发效果，还直接影响整个区块毛管压力曲线归一化结果。因此，通过归一化方法可实现不同区块油藏微观孔隙结构定量对比分析，为新区块开发方案设计提供借鉴参考及预测分析。

图8 潜江组非均质储层精细划分毛管压力归一化曲线Fig.8 The normalized capillary pressure curve for fine division of heterogeneous reservoirs in Qianjiang Formation

4 储层分级评级标准验证

基于改进型毛管压力曲线的储层分级评价方法采用的岩心尺度小，是否符合实际油藏需进一步验证。潜江组油藏Z-X66井于2011年8月投入生产，投产层段井深为1 954.4～1 963.8 m、1 966.4～1 977.6 m、1 981.4～1 985.0 m，年均产油量为540 t/a，目前处于特高含水阶段，含水率为95.2%。对比测井渗透率与岩心渗透率发现(图9)，岩心渗透率曲线变化趋势与测井渗透率变化趋势基本一致，表明大量岩心基础参数变化规律可以有效反映实际储层中相对应物性参数变化特征，也说明基于岩心参数的储层分级评价指标体系具有矿场实用性。根据储层分级评价指标体系划分结果及产液剖面测试结果(表3)，储层单位有效厚度产油能力与储层类型好坏基本一致，这也证实了基于改进型毛管压力曲线的储层分级评价体系的准确性、可靠性和实用性。

图9 潜江组Z-X66井测井曲线及储层分级评价Fig.9 The logging curve and reservoir classification evaluation of Well Z-X66 in Qianjiang Formation

表3 潜江组Z-X66储层分类及产液剖面测试结果Table 3 The list of test results of classification and liquid production profile of Z-X66 Reservoir in Qianjiang Formation

5 矿场应用效果

潜江组油藏主要以多层非均质油藏为主，“十三五”期间，应用基于改进型毛管压力曲线的储层分级评价方法，对储层进行6类分级评价，针对Ⅰ、Ⅱ类储层结合采出程度、含油饱和度进行平面分区，高采出程度、低含油饱和度区域抽稀井网提液，低采出程度、高含油饱和度区域实施井网细分重组，高采出程度、中高含油饱和度区域实施流场调整，覆盖原油地质储量为3 166.0×104t；针对Ⅲ、Ⅳ类储层强化水动力学调整力度，实施仿强边水驱、脉冲注采等差异化水动力调整，覆盖原油地质储量为4 156.0×104t；针对Ⅴ、Ⅵ类储层强化压裂改造技术应用，实施单层多段压裂，覆盖原油地质储量为3 678.0×104t。

“十三五”期间江汉盆地油藏开展了层系细分精细注水开发调整，共覆盖原油地质储量为1.1×108t，新增经济可采储量为136.0×104t。自然递减率由“十三五”初的21.5%下降至目前的11.8%，综合含水率由87.4%降至目前的86.6%，取得了较好的应用效果。

6 结 论

(1)建立的整装油藏非均质储层量化指标分级评价体系能够精细划分单井、开发层系及开发单元的储层类型；该储层分级评价量化指标体系主要包含渗透率、起点压力、转折压力、中值压力、占比5类可量化指标。

(2)江汉盆地潜江组油藏可划分为6类储层，其中，Ⅰ、Ⅱ类储层作为潜江组低渗油藏中最优质的储集层，占比为41.17%；Ⅲ、Ⅳ类储层是潜江组低渗油藏中储集能力和渗流能力较差的储集层系，属于(特)低孔、(特)低渗储层，占比最高，达51.06%；Ⅴ、Ⅵ类储层占比为7.77%。

(3)考虑不同含油层系占比，基于有效厚度改进的毛管压力曲线簇归一化方法能够有效反映储层微观孔隙特征，为不同类型储层量化对比提供有效途径。