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苏里格气田致密砂岩储层孔渗分布及地质意义

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里格 气田 致密 砂岩 储层孔渗 分布 地质 意义
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第41卷第3期 成都理工大学学报(自然科学版) 1 2014年6月 F F 014 [文章编号]1671—9727(2014)03—0293—09 苏里格气田致密砂岩储层孔渗分布及地质意义 魏 炜 ,罗顺社 ,魏新善 ,赵会涛 ,胡光明 ,何 岩 ,王 娟 (1.长江大学地球科学学院,武汉430100;2.中国石油长庆油田勘探开发研究院,西安710021; 3.长庆油田低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,西安710021) [摘要]通过分析鄂尔多斯盆地苏里格气田盒8段储层孔渗数据,开展孔隙度、渗透率分布的 研究。致密砂岩储层孔渗分布宏观上不具有正态分布或对数正态分布特征,但按岩性分别统 计,石英砂岩、岩屑石英砂岩和岩屑砂岩的孔隙度和渗透率均具有正态分布或对数正态分布特 征。结合6种正态分布参数对不同岩性储层的表征结果表明:石英砂岩储层物性较好,岩屑石 英砂岩储层物性次之,岩屑砂岩储层物性较差。岩屑砂岩表现出强非均质性,石英砂岩次之, 岩屑石英砂岩非均质性相对较弱。在天然气开发中,石英砂岩储层应为首选目标。建立储层 孔渗关系时,按岩性分别对孔渗数据的分布进行正态性检验,当孔渗数据的分布符合正态分布 时,建立的孔渗关系才是有效的。 [关键词]孔隙度;渗透率;正态性检验;盒8储层}苏里格气田 [分类号]3 [文献标志码]A 苏里格气田位于鄂尔多斯盆地西北部,主力 产气层为二叠系石盒子组第8段(简称“盒8段”) 和山西组第1段(简称“山1段”),探明天然气储 量达2.85×10 m。以上到2012年累计产气 量已达500×10 m。以上。在气田的勘探与开发 过程中,前人对储层特征从宏观到微观进行了研 究,并对成因进行了探讨,达到了一定程度的共 识,如储层砂体以辫状河和曲流河成因为主,具有 致密砂岩基本特征,孔隙以次生溶蚀孔为主,机械 压实和部分胶结作用形成了低孔低渗的储层背 景,在此基础上进一步胶结作用、充填作用使储层 进一步致密化,并对孔隙度和渗透率资料进行了 大量的一般性统计和分析 ]。但这些研究对储 层物性数据的有效性、分布特征缺乏科学的分析; 另外,由于盒8储层存在不同的砂岩类型,其储集 性能存在较大差异。 本文以苏里格气田盒8段储层为对象,在储 层特征综合分析基础上,利用多种数理统计方法 及相应软件对4 239个孑认为盒8段致密砂岩储层如果不分砂岩类型,其 孔隙度和渗透率不具有正态分布或对数正态分布 特征,这和传统观点中储层孔隙度具有正态分布、 渗透率具有对数正态分布相悖。但如果按不同的 砂岩类型统计,则各砂岩的孔隙度和渗透率具有 正态分布或对数正态分布特征,这一发现与认识 为储层精细表征提供了新的思路。 1 储层孔隙度和渗透率的分布形式 孔隙度和渗透率反映储层贮存流体和渗流能 力,是描述和评价储层特征的重要参数,为此前人 进行了大量的研究。早在1935年,质球型颗粒系统的理论孔隙度,认为正排列的 孔隙度占47.6%,菱形排列的孔隙度占25.9 , 并被国内多部教科书所引用 ]。大量油气田统计 [收稿日期]20134 [基金项目]国家科技重大专项(2011湖北省自然科学基金资助项目(2011[第一作者]魏炜(1988女,硕士研究生,研究方向:石油地质学,E—63.通信作者]罗顺~~(1961一),男,博士,教授,研究方向:储层沉积学,E—63.·294· 成都理工大学学报(自然科学版) 第41卷 数据表明,储层孔隙度一般在5 ~4O 之间,大 部分在10 ~2O ,油气储层的渗透率一般在 (O.1~1 000)×10 m 之间_】。。。对比孔隙度 和渗透率绝对值可以发现,渗透率分布可达4个 数量级差别,比孔隙度变化范围大得多。 由于油气勘探开发的需求,不仅要对储层孔 隙度、渗透率数值的分布进行研究,更重要的是研 究孑透率在储集体中的分布规律,并进行 定量统计描述。1944年,美国学者理统计分布与孔渗频率分布特征进行比较后发 现,孔隙度分布符合正态分布,渗透率分布符合对 数正态分布这一认识被大多数研究者所接 受。00个砂岩样品的统 计研究进一步证实,渗透率的分布近似于具有偏 右尖峰的正态分布特征。2002年,数在一定埋藏深度范围(或者是在一个相对小 的深度段内)的砂岩储层中,其孔隙度分布一般表 现为正态分布或对数正态分布[1引。对致密砂岩 储层进一步研究表明,孔隙度呈正态分布,渗透率 呈对数正态分布。唐俊伟等人(2003)利用储层物 性参数呈正态(或对数正态)分布这一特点,引人 一个新函数来表征储层参数的线性关系口 ;罗诗 薇(2007)报道了美国的东德克萨斯的德克萨斯的 渗透率为对数正 态分布口 ;唐海发等人(2007)对苏里格地区盒8 段储层进行研究时发现孔隙度呈双峰态分布,但 是每个峰态也呈正态分布_1引。由于正态分布是 自然界中的一种稳定的概率分布,是检验、方差分 析、相关性和回归分析等多种统计方法的理论基 础;因此,根据孔隙度、渗透率正态分布的特征可 以进行孔渗关系的统计回归分析,并进行数学定 量预测,这也是许多利用测井孔隙度进行渗透率 计算的基础 但是,也有学者提出不同的观点。1987)引用为渗透率分 布有正态分布、对数正态分布和指数分布这3种 可能 。。;卢颖忠(2000)报道了1995年大庆油田 882个渗透率样品的研究成果,渗透率1 000×10 m 时呈指数分布[21 ;1997年亚悉尼盆地三叠系霍克斯伯瑞砂岩南壁和西壁 露头岩心测得数据统计,孔隙度为近正态分布,渗 透率总体上表现为近双众数的对数正态分布,空 间变化程度符合 从上述实例中可以看出,孑布的情况也是很普遍的。随着孔隙度的降低, 孔、渗关系也越来越复杂;尤其是渗透率数值变化 范围较大,分布模式多样,不同的储层类型(如碎 屑岩、火山岩、碳酸盐岩等)其孔渗分布模式是不 同的,一套储层中不同部位的孔渗分布模式也是 有变化的就砂岩储层而言,同一层位但不同 的砂岩类型其储集性能、孔渗分布模式也存在一 定差别 。 。所以在研究孔渗关系之前需要对 孔渗分布进行正态性检验,若符合正态分布,则可 以进行下一步研究工作;若不符合正态分布,则需 要将数据按照研究区实际情况进行分类处理。 2 苏里格气田致密砂岩储层孔隙度 和渗透率分布的复杂性 按照统计学原理,一组数据是否为正态分布 需进行严格的统计检验J)法 就是一种正态检验方法,它是一种基于相关性的 算法,可得到一个相关系数,如果相关系数接近 1,则总体上呈正态分布。由于统计检验一般是一 个概率检验,常常需要利用多方法进行综合判定。 在利用般需结 合—r)。围介于0到1之间,按照数据的统计处理和解 释正态性检验国家标准(4882),数据P>O.100就表示正态分布成立。 本文对苏里格气田勘探开发过程积累的 4 239个孔隙度、渗透率数据进行统计作图分析, 从图1中的数据分布直方图及钟形拟合曲线特点 看,似乎具有正态分布特征;利用度、渗透率数据进行检验后发现,储层孔隙度的 86,也接近于正态分布;但是 0.100),综合判定不符合正态分布(图1一A )。储 层渗透率90,接近于对数正态分 布;但是P 0.100,符合正态分布(图2一A );渗透率介于 (0.007 3~28.95)×m。,平均值为1.40× 10_。肚m ,渗透率89,同时P> 0.100,符合对数正态分布(图2一B。)。岩屑石英 砂岩孔隙度介于3.45 ~15.2 之间,平均值为 8.52 ,孔隙度92,同时P> 0.100,符合正态分布(图3一渗透率介于 (0.041~7.13)×10_ m ,平均值为0.69× 10 m ,渗透率76,同时P> 0.100,符合对数正态分布(图3。岩屑砂岩 孔隙度介于0.7 ~1 之间,平均值为 8.69 ,孔隙度76,同时P> 0.100,符合正态分布(图4一A );渗透率介于 (0.007 5~34.55)×10_。 m ,平均值为0.91× 10 /渗透率95,同时P> 0.100,符合对数正态分布(图4一B )。 以上分岩类分析表明,石英砂岩、岩屑石英砂 岩、岩屑砂岩的孔隙度呈正态分布,渗透率呈对数 正态分布。 3 孔隙度和渗透率分布的意义 3.1利用正态分布进行储层表征 由于分岩石类型的孔隙度和渗透率呈正态分 布,因此,可以按照正态分布的均值、中位数、标准 差、变异系数、峰度、偏度等6种参数来表征孑布的集中趋势、离散程度和分布形态,配合孔隙 度和渗透率分布直方图及统计曲线,可以直接观 测孔隙度和渗透率分布特征,得到数据分布的统 计特征。 成都理工大学学报(自然科学版) 第41卷 、 ,。 、 孔隙度/% —— ,。 。、 1. —— .? —— —— ‘1. ? 1 ]\(B。) l\ h 一4 5 .3 —1 5 0 1.5 1n 图2石英砂岩孔隙度与渗透率正态性检验 of 隙度直方图正态拟舍曲线;(A )孔隙度正态性检验; (透率直方图正态拟舍曲线;(透率正态性检验 .厂 、 \(A。) 2 4 6 8 10 12 14 16 孔隙度/% __—— / f 求 孔隙度/% 图3 岩屑石英砂岩子 of 隙度直方图正态拟合曲线;(A )孔隙度正态性检验; (透率直方图正态拟合曲线;(透率正态性检验 第3期 魏 炜等:苏里格气田致密砂岩储层孔渗分布及地质意义 ·297· 厂 、\\ ./ ‘\ / \. / ‘\. (I} l 广 图4岩屑砂岩孔隙度与渗透率正态性检验 of A )孔隙度直方图正态拟合曲线;(A )孔隙度正态性检验; (B )渗透率直方图正态拟合曲线;(透率正态性检验 石英砂岩储层孔隙度较高,主要集中在9.6 ~9.8%之间,数据点较集中,分布均匀,主峰突 出,峰值所对应的孔隙度为1O ,数据在峰值附 近分布平坦,孑于均值右 边的数据比位于左边的多,低于均值的尾部数据 分布向左拖曳,说明少数孑于左偏态 分布(图2一A );石英砂岩储层渗透率较高,主要 集中在(0.434~0.5)×10~ m 之间,数据点分 散,分布不均匀,主峰不突出,数据在峰值附近分 布陡峭,渗透率均值小于中位数,位于均值右边的 数据比位于左边的多,高于均值的尾部数据分布 向右拖曳,说明少数渗透率很高,属于右偏态分布 (图2一B )。 与石英砂岩储层孔隙度相比,岩屑石英砂岩 储层孔隙度较小,主要集中在8 ~9 之间,数 据点集中,分布较均匀,峰值所对应的孑 ,数据在峰值附近分布平坦,孔隙度均值大于 中位数,位于均值右边的数据比位于左边的少,高 于均值的尾部数据分布向右拖曳,说明少数孔隙 度很大,属于右偏态分布(图3一A );岩屑石英砂 岩储层渗透率比较低,主要集中在(0.19~0.23) ×10_‘ m 之间,数据点集中,分布均匀,主峰突 出,峰值所对应的渗透率为0.109×10_。 m ,数 据在峰值附近分布平坦,渗透率均值大于中位数, 位于均值右边的数据比位于左边的少,高于均值 的尾部数据分布向右拖得较长,说明部分渗透率 较高,属于右偏态分布(图3一B )。 与石英砂岩储层孔隙度相比,岩屑砂岩储层 孔隙度较小,主要集中在7.8 ~8.1 之间,数 据点很分散,分布不均匀,峰值所对应的孔隙度为 6.7 9/6,数据在峰值附近分布陡峭,孔隙度均值大 于中位数,位于均值右边的数据比位于左边的少, 高于均值的尾部数据分布向右拖得很长,说明部 分孔隙度很大,属于右偏态分布(图4一A );岩屑 砂岩储层渗透率较低,主要集中在(0.335~0.4) ×10 “m。之间,数据点较分散,分布不均匀,主 峰不突出,数据在峰值附近分布平坦,渗透率均值 小于中位数,位于均值右边的数据比位于左边的 多,低于均值的尾部数据分布向左拖曳,说明少数 渗透率较小,属于左偏态分布(图4一B )。 孑,石英砂岩储层的物性相对较好,岩屑石英砂岩 ·298· 成都理工大学学报(自然科学版) 第41卷 储层的物性次之,岩屑砂岩储层的物性较差。从 孔渗标准差和变异系数分析,岩屑砂岩易形成强 非均质性储层,石英砂岩次之,岩屑石英砂岩非均 质性相对较弱。在低渗背景下,石英砂岩和岩屑 石英砂岩中易发育相对高渗储层;在低孔背景下, 岩屑石英砂岩和岩屑砂岩中易发育高孑这可能与岩屑易于溶蚀而产生次生溶孑3.2 基于孔隙度和渗透率储层分类中 储层分布趋势 结合苏里格气田盒8储层评价标准(表1), 石英砂岩储层孔隙度主要集中在9 ~12 ,所 占比例为47.19 ;其次集中在5 9,6~9 和 >12 ,所占比例分别为3O.34 和16.85 ; 1×10 p.m 和(0.5~1)×10 m ,所占比例分别为22.47 和20.22 ;12 区间,所占比例分别为33.33 和 13.89 ;1×10 p.m 者所占比例 为16.67 (图3一B )。 岩屑砂岩储层孔隙度值主要集中在5%~ 9 ,所占比例为34.21 9/6;其次集中在9 9,6~12 9,6 和>12 区间,所占比例分别为26.32 和 23.68 ;1×10_ 肛m ,所占比例分别为28.95 和 21.05 ;(0.5~1)×10 p.m 者所占比例为 18.42 (图4~B )。 综上所述,石英砂岩储层中储层 占42.70 ,Ⅲ类和Ⅳ类储层占57.3O ;岩屑石 英砂岩储层中工类和Ⅱ类储层占36.11 ,Ⅳ类储层占63.89 ;岩屑砂岩储层中工类和 Ⅱ类储层占39.47 ,Ⅲ类和Ⅳ类储层占6O.53% (表2)。因此,苏里格气田砂岩储层物性致密,Ⅲ 类、Ⅳ类储层占一半以上,所以在低孔低渗储层中 寻找高孔高渗部分难度较大。在天然气开发中, 按照类储层为天然气富集区筛选标准,石 英砂岩分布区应为首选目标;但岩屑砂岩也能形 成天然气富集区,在开发选区中应给于足够重视。 3.3利用孔隙度预测渗透率 测井解释储层孔隙度方法精确度相对较高, 但目前还没有成熟的方法进行渗透率解释。在储 层测井渗透率解释方法中,通过建立孔隙度与渗 透率良好的线性回归关系的方法求取渗透率是常 用的方法之一_2 驼]。按照多元线性回归理论基 础,只有正态分布数据体才符合条件,因此,对于 以苏里格气田为代表的致密砂岩气田,孔渗线性 回归分析应按岩石类型分别建立图版才有可能获 得较好的预测结果。 4 结论 数据符合正态分布特征是大部分地质统计方 法的理论基础。比如储层测井求取渗透率通常需 要建立孔渗回归关系,回归分析的前提就是孔隙 表1不同岩类孔隙度和透率渗正态分布参数 ! r0 nd of 位数 标准差 变异系数 偏度 峰度 最小值 最大值 样本数 ~O.835 1.541 1.591 O..853 —4.92O 3.366 89 一1.668 .003 0.636 一O.214 —3.186 1.964 36 7.755 4.741 O.546 0.745 O.132 0.700 19.910 38 一1.122 .313 一O.149 一O.497 —4.893 1.954 38 O 3 7 7 3 O ∞ 娼 7 2 O 0 6 5 ∞O∞ 踞 9 2 2 第3期 魏 炜等:苏里格气田致密砂岩储层孔渗分布及地质意义 ·299· 表2致密砂岩储层分类与岩性关系 of 、渗透率符合正态分布。传统观点认为储层孔 隙度具有正态分布,渗透率具有对数正态分布,但 是对苏里格气田致密砂岩储层进行研究后发现, 其孔渗分布具有特殊性,反映特殊的地质意义。 a.分类表征致密砂岩储层可以找到一定的孔 渗分布规律。苏里格地区大范围的宏观物性统计 不具有正态分布或对数正态分布特征,但按岩性 分别统计分析发现,孔隙度和渗透率具有正态分 布或对数正态分布特征。 b.孔渗数据的正态分布描述参数和直观图 形的结合可以对储层进行描述。结合分布直方图 及统计曲线,运用6种正态分布参数对不同岩性 的储层进行描述:均值和中位数反映石英砂岩储 层物性相对较好;标准差和变异系数分析得到岩 屑砂岩易形成强非均质性;对比不同岩性的偏度 和峰度,石英砂岩和岩屑石英砂岩渗透率呈右偏 态分布,在低渗背景下易发育高渗储层;岩屑石英 砂岩和岩屑砂岩孔隙度呈右偏态分布,在低孔背 景下易发育高孔隙储层。 C.苏里格气田砂岩储层物性致密,结合盒8 储层评价标准,基于物性对储层作出分类,工类、 Ⅱ类储层占36.11 ~42.7O ,其中石英砂岩的 类储层占42.7O 。按照工类、Ⅱ类储层 为天然气开发富集区筛选标准,石英砂岩分布区 应为首选目标,但岩屑砂岩也能形成天然气开发 富集区。Ⅲ类、Ⅳ类储层占57.3O 9/6~63.89 , 达到一半以上,所以在低孔低渗储层中寻找高孔 高渗部分难度较大。 d.精细表征储层可以为测井解释渗透率提供 有效的孔渗图版。分区块分岩性对致密砂岩储层 孔渗分布进行正态性检验,符合正态分布的前提 下建立的孔渗线性回归图版,有可能减小测井解 释储层渗透率的误差,才是有效的孔渗图版。 [ 参 考 文 献 ] [1]杨华,付金华,刘新社,等.苏里格大型致密砂岩气藏 形成条件及勘探技术[J].石油学报,2012,33(27 —35. , H, S,et of ].2012,33(27—35.(锐娥,李文厚,拜文华,等.苏里格庙地区盒8段高 渗储层成岩相研究[J].西北大学学报:自然科学版, 2002,32(6):667—671. 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