基于三元耦合的变质岩潜山产能预测方法与流程

本发明属于变质岩潜山评价领域，岩石物理参数领域，特别涉及一种基于岩性、裂缝、油气充注能力相耦合的变质岩潜山产能预测方法。

背景技术：

近年来，随着渤海深层潜山的突破，渤海研究重点目的层下移，越来越多的探井揭示裂缝性潜山储层。但在勘探评价中发现，实际测试的油气井产能与孔隙度、裂缝发育等情况存在不匹配性。在孔隙度较大时，实际测试效果却较差；在孔隙度较小时，实际测试产能却比较高，这给地质、测井研究工作者带来了较大疑惑。

储层产能预测技术，对评价油气田的勘探效果、开发井部署具有重要的指导意义。目前，国内外的产能预测技术主要针对砂岩、砂砾岩、致密层、碳酸盐岩等储层类型，依据测井资料进行估算。常用的产能预测方法主要依据常规测井、核磁共振测井、成像测井等方法。

基于常规测井资料开展的产能预测方法，主要针对浅层砂岩储层，孔隙结构简单，通过综合孔隙度、渗透率、饱和度和储层厚度等参数，从而进行产能预测。变质岩潜山岩性复杂，储层非均质性强，储集空间以缝、孔为主，储层渗透率、饱和度参数确定难度大，仅依靠常规测井进行产能预测带来较大误差。

基于核磁共振测井开展的产能预测方法，主要针对复杂孔隙结构储层，将实验室毛管压力曲线形态与试油产能相结合，建立基于毛管压力曲线形态的储层自然产能等级的直观分类标准。在直观分类的基础上结合实验室孔隙结构参数和试油产能结果，优选有效孔隙度、渗透率、排驱压力、孔隙吼道均值、分选系数、最大进汞饱和度作为储层分类标准，构建储层分类综合评价指数曲线。

式中：

zz为储层分类综合评价指数，无量纲；

为核磁共振测井计算有效孔隙度，％；、

k为核磁共振测井计算渗透率，md；

sp为基于核磁共振测井计算分选系数，无量纲；

smax为基于核磁共振测井计算最大进汞饱和度，％；

dm为基于核磁共振测井计算孔喉半径均值，无量纲；

pd为基于核磁共振测井计算排驱压力值，mpa。

基于储层分类综合评价指数，确定不同类型储层的产出能力，如表1。在变质岩潜山，受钻井液矿化度、井温等因素影响，核磁共振测井环境影响大，测井质量较差，难以满足产能预测需要。

表1储层分类评价标准表

基于成像测井资料开展的产能预测方法，主要针对碳酸盐岩储层，通过成像测井定量拾取裂缝，通过建立裂缝密度、裂缝孔隙度等参数与产能的关系，进行产能预测。由于拾取裂缝依靠手工进行，不同解释人员拾取产状和数量也不相同、且裂缝拾取过程时间久，造成该方法推广性差、产能预测结果也存在较大不确定性。

技术实现要素：

为了解决现有技术在变质岩潜山进行产能预测的不足的问题，本发明结合常规测井资料、测试资料、录井资料、成像测井等资料，提出了基于岩性、裂缝、油气充注能力相耦合的变质岩潜山产能预测方法，大大提高了变质岩潜山产能预测精度，为后续变质岩潜山勘探评价、开发井部署奠定基础。

本发明所述技术方案按照以下步骤进行操作：

步骤(1)获取密度、中子测井值，计算岩性表征系数；

步骤(2)依据电阻率测井，计算裂缝表征指数；

步骤(3)依据气测录井和钻井液比重，计算油气响应系数；

步骤(4)产能预测模型建立及产能预测。

其中步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)及步骤(4)所述的计算方法主要包括：

步骤(1)：变质岩潜山岩性表征系数lith确定

对于变质岩潜山，由于受原岩、岩浆热液、构造运动等作用的差异性，岩性复杂，测井响应特征杂乱。变质岩矿物组分基本上是以三种浅色矿物和一、二种暗色矿物为主；浅色矿物主要包括石英、碱性长石、斜长石，暗色矿物主要包括黑云母、角闪石、辉石。当岩石矿物组分中浅色矿物含量较高时，岩石脆性好，在构造应力作用下易产生裂缝和节理缝；当岩石矿物组分中暗色矿物含量较高时，岩石韧性强，不易产生裂缝。由于浅色矿物、暗色矿物其中子、密度测井响应特征值存在较大差异，因此，可以利用中子、密度曲线表征变质岩潜山矿物组分的差异。

式中：

lith为归一化的岩性表征系数，无量纲；

ρ为测井实测密度值，g/cm³；

ρmax为密度测井响应的最大值，g/cm³；

ρmin为密度测井响应的最小值，g/cm³；

为测井实测中子值，f；

为中子测井响应的最大值，f；

为中子测井响应的最小值，f。

步骤(2)：变质岩潜山裂缝表征指数kf确定

变质岩潜山储集空间以缝、孔(洞)为主，二者之间的配置关系直接影响潜山油气层的有效性，对产能贡献起决定性作用。根据以往经验裂缝摩擦系数与产出能力具有良好的指数关系，但裂缝拾取受解释人员、测井质量等因素影响，不确定性大。依据水槽模型实验，裂缝产状与双侧向测井存在较好地相关关系，因此，基于深、浅电阻率幅度差及中点响应值建立裂缝表征指数，可以有效判别变质岩潜山裂缝发育特征。

式中：

kf为归一化的裂缝表征指数，无量纲；

kf1为深、浅电阻率幅度差值，无量纲；

kf1max为深、浅电阻率幅度差值极大值，无量纲；

kf2为深、浅电阻率中点响应值，无量纲；

kf2max为深、浅电阻率中点响应值极大值，无量纲；

rd为深电阻率，ω·m；

rs为浅电阻率，ω·m；

rmax为电阻率测井的最大值，ω·m；

rmin为电阻率测井的最小值，ω·m。

步骤(3)：变质岩潜山油气响应系数gas确定

气测录井幅度值、形态变化是变质岩潜山油气运移响应的直接体现，但气测录井值受钻井液比重等因素影响较大。根据渤海已钻变质岩潜山的钻井液比重、气测录井等资料统计发现，当钻井液比重≤1.11g/cm³时，气测总烃值随钻井液比重降低明显增大，因此，需要对气测录井值进行校正。

tg＝tgas+10^{-7.6884*mw+8.2825}(6)

在此基础上，综合气测录井的幅度值、形态变化，建立变质岩潜山油气响应系数如下：

式中：

gas为归一化的油气响应系数，无量纲；

tg为校正后的气测录井总烃值，％；

tgas为气测录井实测的总烃值，％；

mw为钻井钻井液比重，g/cm³；

tgbase为校正后的气测录井总烃基质值，％；

tgmax为校正后气测录井总烃值的最大值，％；

tgmin为校正后气测录井总烃值的最小值，％。

步骤(4)：变质岩潜山产能预测模型确定

①基于常规测井、成像测井、阵列声波、生产测井，结合地层测试、钻井取心、化验分析等资料，最终可建立符合区域规律的有效厚度下限标准，即总孔隙度≥2％、纵波时差≥53us/ft、深电阻率≤510ω·m。依据上述标准，可以准确识别储层有效储层厚度h。

②变质岩潜山测试产能的高低取决于油气充注强弱、裂缝发育情况、岩性特征等多因素。在综合岩性、裂缝、油气充注能力的基础上，可实现产液能力定量化评价难题。

基于三元耦合系数，通过建立目标函数，确定产能预测模型为：

q＝0.0268*(f*h)^2.6326(r²＝0.9544)(9)

式中：

q为预测产能值，10⁴m³/d；

f为三元耦合系数，无量纲；

h为测井解释储层厚度，m；

r为相关系数，无量纲。

本发明的有效效果为：本发明提供了一种变质岩潜山未测试层段的产能预测计算方法。基于中子、密度曲线形态特征，建立了岩性表征系数，用以判断变质岩潜山脆性特征，指示裂缝发育和保存；基于双侧向测井的分开程度和中点位置特征，建立了裂缝表征指数，用以判断储层裂缝发育程度和储层渗透性；在考虑钻井液比重对气测影响的基础上，对气测总烃值进行校正，综合幅度、基值变化，建立了油气响应系数，用以表征油气充注响应特征；在上述研究基础上，将岩性、裂缝和油气充注进行三元耦合，建立了耦合系数与产能相关关系，用以预测变质岩潜山储层产能变化。本发明所述方法预测结果与实际井测试结果吻合较好，对后续变质岩潜山勘探评价、开发部署具有重要的指导意义。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种变质岩潜山产能预测技术流程图；

图2a为本发明实施例提供的混合花岗岩类中子、密度曲线与铁、镁元素含量关系图；

图2b为本发明实施例提供的片麻岩类中子、密度曲线与铁、镁元素含量关系图；

图2c为本发明实施例提供的角闪岩类中子、密度曲线与铁、镁元素含量关系图；

图3a为本发明实施例提供的深、浅电阻率比值与裂缝密度关系图；

图3b为本发明实施例提供的深、浅电阻率比值与裂缝孔隙度关系图；

图4为本发明实施例提供的w井电阻率测井图与产出剖面对比图；

图5为本发明实施例提供的x井气测录井图；

图6为本发明实施例提供的y井测试高产段气测录井图；

图7为本发明实施例提供的z井测试低产段气测录井图；

图8为本发明实施例提供的x井气测录井校正及油气响应系数图；

图9为本发明实施例提供的w井耦合系数成果图；

图10为本发明实施例提供的凝析气层产能预测图；

图11为本发明实施例提供的n井产能预测成果图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种基于三元耦合的变质岩潜山产能预测方法做出详细说明。

如图1流程所示，一种基于三元耦合的变质岩潜山产能预测方法，按照如下步骤进行操作：

步骤(1)获取密度、中子测井值，计算岩性表征系数；

步骤(2)依据电阻率测井，计算裂缝表征指数；

步骤(3)依据气测录井和钻井液比重，计算油气响应系数；

步骤(4)产能预测模型建立及产能预测。

其中步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)及步骤(4)所述的计算方法主要包括：

步骤(1)：变质岩潜山岩性表征系数lith确定

对于变质岩潜山，由于受原岩、岩浆热液、构造运动等作用的差异性，岩性复杂，测井响应特征杂乱。变质岩矿物组分基本上是以三种浅色矿物和一、二种暗色矿物为主；浅色矿物主要包括石英、碱性长石、斜长石，暗色矿物主要包括黑云母、角闪石、辉石。当岩石矿物组分中浅色矿物含量较高时，岩石脆性好，在构造应力作用下易产生裂缝和节理缝；当岩石矿物组分中暗色矿物含量较高时，岩石韧性强，不易产生裂缝。如图2所示，fe、mg元素比重小，表明暗色矿物含量低，中子、密度曲线呈“正差异”特征；随fe、mg元素比重增大，暗色矿物含量增高，中子、密度曲线呈“负差异”特征。因此，利用中子、密度曲线表征变质岩潜山矿物组分的差异。

式中：

lith为归一化的岩性表征系数，无量纲；

ρ为测井实测密度值，g/cm³；

ρmax为密度测井响应的最大值，g/cm³；

ρmin为密度测井响应的最小值，g/cm³；

为测井实测中子值，f；

为中子测井响应的最大值，f；

为中子测井响应的最小值，f。

通过公式(1)计算，当变质岩潜山暗色矿物含量较少，中子、密度曲线呈“正差异”时，计算的岩性表征系数lith取值是大于0.5；当暗色矿物含量较高，中子、密度曲线呈“负差异”时，计算的岩性表征系数lith取值是小于0.5。

步骤(2)：变质岩潜山裂缝表征指数kf确定

变质岩潜山储集空间以缝、孔(洞)为主，二者之间的配置关系直接影响潜山油气层的有效性，对产能贡献起决定性作用。根据以往经验裂缝摩擦系数与产出能力具有良好的指数关系，但裂缝拾取受解释人员、测井质量等因素影响，不确定性大。依据水槽模型实验，裂缝产状与双侧向测井存在较好地相关关系，同时，如图3所示，储层发育段的裂缝密度、裂缝孔隙度和深、浅电阻率比值存在较好的一致性关系。因此，基于深、浅电阻率幅度差及中点响应值建立裂缝表征指数，可以有效判别变质岩潜山裂缝发育特征。

式中：

kf为归一化的裂缝表征指数，无量纲；

kf1为深、浅电阻率幅度差值，无量纲；

kf1max为深、浅电阻率幅度差值极大值，无量纲；

kf2为深、浅电阻率中点响应值，无量纲；

kf2max为深、浅电阻率中点响应值极大值，无量纲；

rd为深电阻率，ω·m；

rs为浅电阻率，ω·m；

rmax为电阻率测井的最大值，ω·m；

rmin为电阻率测井的最小值，ω·m。

如图4所示，第4曲线道kf1为深、浅电阻率幅度差值，第5曲线道kf2为深、浅电阻率中点响应值，第6曲线道kf为归一化的裂缝表征指数。图中第6曲线道中归一化的裂缝表征指数kf与第7道产液剖面测井确定的各层段产出贡献能力吻合关系较好，产出能力高，对应裂缝表征指数kf值大。

步骤(3)：变质岩潜山油气响应系数gas确定

气测录井资料是油气田勘探开发评价过程中，发现油气层的直接依据。气测录井幅度值、形态变化是变质岩潜山油气运移响应的直接体现，但气测录井受钻井液比重、气测基质、钻井工程等因素影响较大。如图5所示，第2道mw为钻井液密度，tgas为气测录井总烃值；第5道c1、c2、c3分别为甲烷、乙烷、丙烷烃类气体组分。随钻井液比重降低，气测总烃值tgas和组分甲烷c1、乙烷c2、丙烷c3值增大。

根据渤海已钻变质岩潜山的钻井液比重、气测录井等资料统计发现，当钻井液比重≤1.11g/cm³时，气测总烃值随钻井液比重降低明显增大，因此，需要对气测录井值进行校正。

tg＝tgas+10^{-7.6884*mw+8.2825}(6)

式中：

tg为校正后的气测录井总烃值，％；

tgas为气测录井实测的总烃值，％；

mw为钻井钻井液比重，g/cm³。

同时，结合测试、录井等资料，测试产能高的井，气测录井起伏变化大，储层段气测总烃值高，组分齐全，如附图6所示；测试产能低的井，气测录井较差，或者总烃值、组分在储层段和致密段起伏变化小，如附图7所示。在此基础上，综合气测录井的幅度值、形态变化，建立变质岩潜山油气响应系数如下：

式中：

gas为归一化的油气响应系数，无量纲；

tgbase为校正后的气测录井总烃基质值，％；

tgmax为校正后气测录井总烃值的最大值，％；

tgmin为校正后气测录井总烃值的最小值，％。

通过公式(6)对气测录井总烃值进行了校正，通过公式(7)计算了油气响应系数。如图8所示，第3道tg为气测总烃校正值，第4道gas为归一化油气响应系数。

步骤(4)：变质岩潜山产能预测模型确定

①变质岩潜山受埋藏深度、母岩成分等因素影响，测井响应特征复杂，储层非均质性强，有效储层划分困难。根据电缆地层测试、取样、钻井取心等资料，结合常规测井、成像测井、阵列声波、元素测井，建立了变质岩潜山储层有效厚度下限标准，即总孔隙度≥2％、纵波时差≥53us/ft、深电阻率≤510ω·m。依据上述标准，可以准确识别储层有效储层厚度h。

②变质岩潜山测试产能的高低取决于油气充注强弱、裂缝发育情况、岩性特征等多因素。变质岩潜山岩性表征系数lith越高，即岩性暗色矿物越少，脆性越强，有利于裂缝发育和保存；裂缝表征指数kf越高，即裂缝发育越好，储层渗透性越好；油气响应系数gas越高，表面储层油气充注能力强。变质岩潜山测试产能的高低与油气充注强弱、裂缝发育情况、岩性特征成正比关系，在综合岩性、裂缝、油气充注能力的基础上，可实现产液能力定量化评价难题。

利用步骤(1)计算岩性表征系数lith，利用步骤(2)计算裂缝表征指数kf，利用步骤(3)计算油气响应系数gas，通过公式(8)计算耦合系数f。如图9所示，第9曲线道中f为计算的耦合系数，第10曲线道中qzi为产液剖面测井各段的产出能力。基于岩性、裂缝、油气充注能力计算的耦合系数f与产液剖面测井确定的各层段产出贡献能力qzi吻合关系一致性较好，详见w井产出能力与产能表征参数关系表2。

表2w井产出能力与产能表征参数关系表

基于三元耦合系数，通过建立目标函数，确定凝析气层产能预测模型为：

q＝0.0268*(f*h)^2.6326(r²＝0.9544)(9)

式中：

q为预测产能值，10⁴m³/d；

f为三元耦合系数，无量纲；

h为测井解释储层厚度，m；

r为相关系数，无量纲。

结合耦合系数与凝析气层无阻流量关系图版，如图10所示，可以对新钻井进行产能预测。图10第9曲线道为三元耦合系数计算结果，第10曲线道为有效储层划分结果，利用公式(8)计算的n井的耦合系数均值为0.0265，储层有效厚度为106.8m，利用公式(9)预测凝析气层无阻流量产能为0.41×10⁴m³/d，实际测试产能1.1×10⁴m³/d，无阻流量为0.03×10⁴m³/d,预测结果与实际测试结果相吻合。