基於測井資料儲層
孔隙結構定量評價方法研究
孫金浩 長城鑽探測井公司數解中心
摘要：利用毛管壓力曲線來評價儲層孔隙結構評價是油藏評價的重要手段。但是實驗室利用岩心分析得到的毛管壓力曲線成本昂貴、周期長，壓汞法採用有毒的汞，會對岩心造成永久破壞作用，並且取心井段有限，在層位上和平面上的分布不均勻等，都使得該方法的應用受限。
測井曲線是儲層評價的重要方法，**低、速度快，並能在平面與縱向上實現對油藏連續評價。電阻率曲線、巖電引數、孔隙度、滲透率、核磁t2譜都是儲層孔隙微觀結構的綜合表現。通過對岩心實驗分析資料的巖電引數、毛管壓力曲線等與測井曲線構造建模，實現對儲層孔隙結構的在不同測井系列情況下的評價，並用實際岩心資料驗證其可靠性。
關鍵字：儲層評價；測井評價；孔隙結構；毛管壓力；導電理論；反演；核磁t2譜；孔隙度；滲透率
1. 前言
隨著主要含油氣盆地勘探開發程度的不斷深入，待探明石油資源的品位明顯變差，低滲透油氣藏儲量佔我國每年總探明儲量的80%以上。這類儲層在微觀上表現為孔隙結構複雜，在巨集觀上造成油氣層勘探難度增大，影響試油獲得率的提高。準確評價這類儲層的儲集效能、開採價值、採收率，進而提高油氣解釋精度，解釋人員十分有必要準確地掌握儲層的孔隙結構，油藏的原始油柱高度、產能狀況等資訊。
實驗室利用岩心分析獲取到的儲層毛管壓力曲線一直是儲層孔隙結構研究的重要手段，它可以得到表徵岩石孔喉大小及分布情況。但是該方法成本昂貴，周期長，壓汞法採用有毒的汞，且對岩心具有永久破壞作用，取心井段有限，樣品在層位上和平面上的分布不均勻等，都使得該方法對儲層的孔隙結構正確評價受限。
既然儲層孔隙結構引數是儲層評價的重要引數，而實驗室的評價方法費時費工，還不能連續評價，那麼能否建立乙個可靠的儲層孔隙結構測井評價模型，來實現對儲層孔隙結構的連續評價呢？這個問題是很多石油學家一直努力解決的問題。本文是在國內外關於該研究的基礎上，綜合多家所長，開展的基於測井資料儲層孔隙結構定量評價方法研究，來實現不同測量系列條件下對儲層孔隙結構的評價。
2. 實驗室孔隙結構評價方法
儲層孔隙結構評價的方法可分為實驗室測試評價方法和基於測井資料的間接評價方法。實驗室的評價方法又可分為三大手段：間接測定法（毛管曲線法）、數字岩心法、直接觀察法。
數字岩心法和直接觀察法，是比較精確而直觀形象的孔隙結構鑑定方法，但是無法與測井資料建立關係。間接測定法，也稱毛管壓力法，有半滲透隔板、壓汞、離心機、動力驅替、蒸汽壓力這五種方法，其中壓汞法速度快速，準確，而且壓力可以較高，因此是目前測定岩石毛管壓力的主要手段。
3. 測井孔隙結構評價方法
要想實現孔隙結構的測井方法評價，必須在測井資料蘊含孔隙結構微觀結構的及本次研究就是基於壓汞法毛管壓力曲線資料為依據，與測井資料匹配，建立孔隙結構的定量評價模型。為了實現不同測量系列及不同精度對孔隙結構評價的要求，設計出了對基於測井資料的三種級別的孔隙結構評價方法。
基於測井資料的孔隙結構評價方法可分為電阻率法、常規孔滲法、核磁共振法。電阻率法評價孔隙結構，是建立在岩石導電物理模型和archie公式的基礎上，利用常規電阻率測井資料實現儲層岩石孔隙結構的評價。常規孔滲法評價孔隙結構，根據同一沉積環境的儲層孔隙結構應有著相似的微觀特徵，且不同的孔隙結構微觀特徵的儲層其儲層孔隙度、滲透率、電阻率、巖電引數等不同，運用神經網路、模糊聚類、概率統計等方法，建立毛管壓力曲線和常規物性相關關係，從而實現縱向上連續地對儲層的孔隙結構等方面的評價。
核磁共振法是根據岩石在完全飽和水的情況下，孔隙內的馳豫特性受到岩石孔隙結構的影響，會表現出不同的馳豫特徵理論及核磁t2譜分布與岩石的孔徑分布相似性，來構建毛管壓力曲線，實現儲層孔隙結構的評價。
3.1. 電阻率法
電阻率測井資料反映的是岩石複雜孔隙結構內在不同流體（油、氣、水）時的電阻率，因此儲層岩石不同的孔隙結構特徵一定會對電阻率測井相應產生影響。關於岩石的導電理論模型有毛管束模型、曲折度模型、電阻率網路模型等。本次研究採用毛管束模型（見圖1）來實現對岩石孔隙結構綜合指數的定量評價。
具體實現思路是：假設岩石的孔隙空間是有直徑不等的毛細管組成，地層流體聚集在毛管中。設岩石的長度為l，截面積為a，毛管長度為lc，半徑為r，則根據電阻率併聯導電原理，即將岩石的電阻率視為岩石內各流體併聯導電的結果。
假設油氣的電阻率遠大於地層水的電阻率，
則： 由上兩式可得到：
毛管半徑r：
毛管迂迴度s：
那麼孔隙結構綜合指數p定義為：
在結合阿奇公式，該公式可變為：
該孔隙結構綜合指數反映了儲層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，說明儲層條件越好；反之孔隙孔道越小越曲折，p取值越小，說明儲層條件越差。
圖2～4孔隙結構綜合指數與岩心分析滲透率、毛管半徑、毛管迂迴度的交會圖，可以看出相關性非常好；圖5為利用孔隙結構綜合指數實現儲層評價的例項。圖上第一道為自然電位、深側向、淺側向曲線；第二道曲線為中子伽馬、聲波時差曲線；第三道為孔隙結構綜合指數與岩心分析的孔隙結構品質指數的對比，兩者的相關性較差；第四道為岩心分析滲透率與孔隙結構品質指數的對比，兩者相關性較好；第五道為儲層建模所計算出的滲透率與與岩心分析滲透率的對比，其下段有較好的相關性，但是上段的相關性較差。 通過對比分析，可以得出，應用孔隙結構品質指數來實現儲層評價的效果較差，而孔隙結構綜合指數可以較好地實現對儲層的評價。
3.2. 常規孔滲法
在研究毛管壓力分析的孔隙結構評價引數時發現，孔隙結構綜合引數（孔喉半徑平均值、排驅壓力、汞飽和度50%時進汞壓力等）與岩心分析的孔隙度和滲透率有一定的相關性見圖6；並且國內有多人發表了孔隙結構品質指數構建毛管壓力曲線的**，討論了構建毛管壓力曲線來實現儲層孔隙結構評價的構想及方法，但是所設計的方法沒有考慮到滲透率在實際井處理中較難求準等諸多的不足和缺陷。由電阻率法評價儲層孔隙結構的研究得知，應用孔隙結構綜合指數比孔隙結構品質指數對儲層孔隙結構評價效果會更加理想，並且可繞過滲透率的求不准的問題。
其基本評價方法是：首先使用自研發的建模軟體實現壓汞法毛管壓力資料函式化，然後結合孔隙結構綜合指數對毛管壓力資料進行聚類分析，生成標準化的孔徑分布函式，再反生成標準化的毛管壓力曲線資料，然後提取出不同進汞量（按照一定的進汞間隔）對應的孔喉半徑資料，在加上其他關係引數，最終建立其孔徑與進汞飽和度的關係模型。在實際的井處理時，根據合適的解釋模型計算出的孔滲資料及孔隙結構綜合指數，利用所建立的模型，構建出孔喉分布資料，進而構建出偽毛管壓力曲線，來實現儲層岩石的孔隙結構的定量評價。
本次研究融合了前面的孔隙結構綜合指數，並克服了前人研究中的不足，重新設計了常規孔滲法構建毛管壓力曲線評價孔隙結構的模型並實現了該模組的軟體開發，該模組設計思路，有兩種見圖7、8。兩種演算法各有利弊，關於這兩種演算法的優劣對比，將在具體專案中繼續跟蹤對比測試。本研究採用了動態變函式來擬合原始的毛管壓力離散資料，比他人應用的雙曲線等方法擬合更加準確，精度更高，建模研究時的資料提取更加方便準確、可靠（見圖9）。
本次研究，建模選用的岩心是遼河油田灘海地區的10口探井共110顆岩心分析的毛管壓力等資料作為研究物件。60%資料為中孔滲儲層資料，15%資料為低孔滲資料，%25資料為高孔滲資料。圖10為數學模型反演出的毛管壓力曲線及孔徑分布與原始資料的對比，可以看出其反演的資料和原始資料有很好的一致性，經統計，95%的反演資料與岩心分析資料幾乎完全吻合。
為了更進一步驗證本研究的成果，本研究還選取了未參與建模且是其他油田區域的資料作對比。圖11-，可以看出常規法建模構建的資料也有很好的一致性，進一步說明本研究的成果具有一定的普適性。
3.3. 核磁毛管法
核磁共振測井技術具有資訊豐富、測量精度高和孔隙結構變化靈敏等特點，為準確獲取儲層引數，測井解釋研究儲層孔隙結構提供了新的途徑。核磁共振t2分布與毛管壓力曲線都反映岩石的孔隙結構，二者之間存在著必然的聯絡和相關性，這為利用核磁共振測井資料研究儲層孔隙結構提供了理論依據。
由物理學的毛管力理論可知，毛管壓力與毛細管孔徑之間關係為：式中：pc為毛管壓力；σ為流體介面張力，θ為潤濕角，rc為毛管半徑，對於汞來說一般採用式。
由核磁共振馳豫機制可知，在均勻磁場中測量橫向馳豫時間t2為：
通常t2b的數值在3s以上，要比t2值大的多，及t2b>> t2 ，在te較小時，t2d的數值也較大，這樣體積馳豫和擴散馳豫就可忽略不及，於是就有。
如果假設孔隙是球體形，則s/v=3/rc ；如果假設喉道是圓柱體形，則s/v=2/rc；如果再假設孔隙與喉道半徑成正比，則就有(fs定義為孔隙因子)。由上式可以得出，孔隙半徑與t2值成正比，毛管壓力與t2成反比。於是可以假定pc＝c1t2-1,rc=c2*t2（線性關係）； pc＝c1/t2-m,rc=c2*t2m（非線性關係）。
依據上面的理論分析和資料推導，設計出兩種核磁t2分布譜儲層岩石孔隙結構評價模型。第一種：區塊存在岩心分析核磁t2分布譜和岩心毛管壓力資料，所設計的模型流程圖如圖13；第二種：
區塊沒有岩心分析核磁t2分布譜但有岩心毛管壓力資料，所設計的模型流程圖如圖17。對於該模型，由於岩心分析資料有限，無法實現基於更多的資料進行深入的研究，比如油氣校正等。
3.3.1. 核磁毛管法模型1：
根據岩心毛管壓力曲線和岩心核磁t2譜資料建立模型，先把岩心分析資料轉換成孔喉半徑分布，然後與核磁t2分布譜對比，運用等面積元、相關對比、誤差和最小等最優化匹配演算法原理，確定出兩者的轉換係數，進而建立起兩者的轉換關係，來實現孔徑分布到偽t2分布的轉換、t2分布到偽孔徑分布在到偽毛管壓力曲線的轉換。該模型實現後，總結其轉換係數和孔隙結構綜合指數的關係，進而實現核磁t2分布準確地反演毛管壓力曲線，來完成儲層岩石的孔隙結構評價。
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