一种校正页岩储层覆压物性的方法

摘要

本发明提供了一种校正页岩储层覆压物性的方法，属于石油天然气勘探领域。本方法以储层岩心覆压试验为基础，通过分析岩心覆压后的物性变化与覆盖压力变化之间的关系及规律，建立储层物性覆压校正模型，即储层孔隙度覆压校正模型和储层渗透率覆压校正模型；所述方法包括以下步骤：(1)开展岩心覆压实验，得到实验结果；(2)建立岩心物性覆压校正模型：根据步骤(1)所得的实验结果，分析岩心覆压物性值与覆压值的变化关系，建立每个岩心样品的覆压物性与覆压值变化之间的关系模型；(3)建立储层物性覆压校正模型：分析步骤(2)所建各个岩心物性覆压校正模型之间的差异，以及该差异与岩心地面常规物性值大小之间的变化规律。

说明书

技术领域

本发明属于石油天然气勘探领域，具体涉及一种校正页岩储层覆压物性的 方法，用于石油地球物理中的页岩油气藏勘探。

背景技术

页岩气是全球非常规油气资源的重要组成部分，页岩气资源比较丰富，资 源前景巨大，北美是目前全球唯一实现页岩气商业化开采的地区，油气资源的 紧缺促使中国加快了页岩气的勘探进程，目前页岩气的勘探开发已成为国内油 气勘探的热点。页岩气藏研究过程中直接反映储层物性特征的岩心孔、渗值通 常是在常温、常压下实验分析取得，而深埋地下储层由于受到地层压力等因素 影响导致地下孔、渗值与地面常规实验条件下岩心分析孔、渗值不一致，因此 需进行覆压校正才能准确的还原地下页岩储层的真实特征。

通过文献调研发现，现有的储层物性压力敏感性研究均认为地下储层孔隙 度、渗透率均与覆压关系密切，进行数学拟合相关性较高。如赵明跃等2001年 8月在《油气井测试》第10卷、第4期上发表的名为《储层参数压力敏感性研 究》的文章中提出储层压力变化会引起储层物性参数发生相应变化；岩石覆压 渗透率与净有效覆压呈指数递减关系，且渗透率变化不可逆；岩石覆压孔隙度 与净有效覆压成二次三项式递减关系，裂缝型地层与碎屑岩地层相比，压力敏 感性更强。吴凡等1999年在《西南石油学院报》第21卷、第4期上发表的名 为《孔隙度、渗透率与净覆压的规律研究和应用》提出油层孔隙度、渗透率与 净覆压的关系以一元二次方程最为密切；孔隙度与净覆压间按指数规律拟合时， 代表的物理意义更为明确，既能满足精度的要求，又能自动得出岩石的压缩系 数；岩石的压缩系数与岩石的平均水力半径间呈幂律关系；净覆压下油层的渗 透率与地面渗透率之比，仅与净覆压的大小有关，与地面渗透率的大小无关等 观点。但是，这些研究以及技术方法在实际运用过程中存在一些影响因素，主 要存在如下几个问题：

(1)直接运用实验结果进行简单的数据拟合校正，没有综合考虑储层物性 大小差异与覆压的变化规律。

(2)对于埋深顶底跨度较大的气藏其覆盖压力不断变化，使得在覆压校正 时须针对不同的覆压值进行试验以建立不同的校正模型，导致校正误差和实验 成本加大。

(3)目前形成经验主要建立在常规储层的实验基础上，而没有针对储层特 征差异明显的页岩储层。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种校正页岩储 层覆压物性的方法，能准确、快速的校正地下覆压页岩储层物性参数。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种校正页岩储层覆压物性的方法，以储层岩心覆压试验为基础，通过分 析岩心覆压后的物性变化与覆盖压力变化之间的关系及规律，建立储层物性覆 压校正模型，即储层孔隙度覆压校正模型和储层渗透率覆压校正模型；

所述方法包括以下步骤：

(1)开展岩心覆压实验，得到实验结果；

(2)建立岩心物性覆压校正模型：根据步骤(1)所得的实验结果，分析 岩心覆压物性值与覆压值的变化关系，建立每个岩心样品的覆压物性与覆压值 变化之间的关系模型；

(3)建立储层物性覆压校正模型：分析步骤(2)所建各个岩心物性覆压 校正模型之间的差异，以及该差异与岩心地面常规物性值大小之间的变化规律， 以消除物性大小变化对岩心覆压校正模型的影响，得到储层物性覆压校正模型；

(4)计算覆压储层物性：输入已知的地面储层物性值和相应的地下净覆压 Pe，运用所述储层物性覆压校正模型进行计算，获得地下覆压储层物性值。

所述步骤(1)是这样实现的：

统计区域储层段内所有岩心试验样品地面常规孔隙度和渗透率的分布情 况，选取一组物性值相对均匀分布在最高和最低值区间的岩心样品开展覆压实 验，并获取均匀递增覆压值下的实验结果，即每个岩心在不同覆压条件下的岩 心物性值及其对应的覆压数值。

所述步骤(2)是这样实现的：

①建立岩心孔隙度覆压校正模型

岩心孔隙度覆压校正通用模型如下：

φ＝A*Pe²+B*Pe+E

式中：φ为岩心覆压孔隙度，％；Pe为净覆压，MPa；A、B、E为回归系 数、常数项；

根据实验结果建立每个岩心的岩心渗透率覆压校正模型：

φ₁＝A₁*Pe₁²+B₁*Pe₁+E₁

φ₂＝A₂*Pe₂²+B₂*Pe₂+E₂

……

φ_n＝A_n*Pe_n²+B_n*Pe_n+E_n

式中：φ₁……φ_n为第1个至第n个岩心样品的岩心覆压孔隙度值，％； Pe₁……Pe_n为第1个至第n个岩心样品的净覆压，MPa；A₁……A_n为第1个至第n 个岩心样品覆压孔隙度校正模型的二次系数项；B₁……B_n为第1个至第n个岩心 样品覆压孔隙度校正模型的一次系数项；E₁……E_n为第1个至第n个岩心样品覆 压孔隙度校正模型的常数项；每个岩心样品通过步骤(1)得到一组不同覆压条 件下的孔隙度及覆压数据值，由该组数据单独拟合建立该岩心样品的多项式校 正模型，得到各个岩心样品的的系数项和常数项的值；

②建立岩心渗透率覆压校正模型

岩心渗透率覆压校正通用模型如下：

K＝C*pe^D

式中：K为岩心覆压渗透率，％；Pe为净覆压，MPa；C、D为回归系数、 次数项；每个岩心样品通过步骤(1)得到一组不同覆压条件下的渗透率及覆压 数据值，由该组数据单独拟合得到各个岩心样品的回归系数和次数项的值；

根据实验结果建立每个岩心的岩心渗透率覆压校正模型：

K₁＝C₁*pe₁^D1

K₂＝C₂*pe₂^D2

……

K_n＝C_n*pe_n^Dn

式中：K₁……K_n为第1个至第n个岩心样品的岩心覆压渗透率，％；Pe₁……Pe_n为第1个至第n个岩心样品的净覆压，MPa；C₁……C_为第1个至第n个岩心样品 覆压渗透率校正模型的系数项；D₁……D_n为第1个至第n个岩心样品覆压渗透率 校正模型的次数项。

所述步骤(3)是这样实现的：

(31)建立储层孔隙度覆压校正模型

提取步骤(2)中每个岩心样品对应的孔隙度覆压校正模型的二次系数项值 A₁……A_n，一次系数项值B₁……B_n，常数项值E₁……E_n；分别与模型对应岩心的 地面常规孔隙度值φ_面1……φ_面n进行拟合建模，用以确定步骤(2)中岩心孔隙 度覆压校正通用模型中二次项系数A、一次项系数B、常数项E随岩心地面常规 孔隙度变化的关系：

A＝a₁*φ_面+b₁

B＝a₂*φ_面+b₂

E＝a₃*φ_面+b₃

式中：φ_面为岩心地面常规孔隙度值，a₁、a₂、a₃分别为三个模型的系数项， b₁、b₂、b₃分别为三个模型的常数项，A、B、E分别为岩心孔隙度覆压校正通用 模型的二次系数项、一次系数项、常数项；

将上述所得关系式带入步骤(2)中岩心孔隙度覆压校正通用模型，即消除 孔隙度大小变化对岩心孔隙度覆压校正模型的影响，最终建立起储层孔隙度覆 压校正模型：

φ_地＝(a₁*φ_面+b₁)*pe²+(a₂*φ_面+b₂)*pe+(a₃*φ_面+b₃)

式中：φ_地为储层地下覆压孔隙度，Pe为净覆压，MPa；φ_面为储层地面 孔隙度；

(32)建立储层渗透率覆压校正模型

提取步骤(2)中每个岩心样品实验数据所建渗透率校正模型的常数项值 C₁……C_n，次数项值D₁……D_n，分别与模型对应岩心的地面常规渗透率K_面1……K _面n进行拟合建模，用以确定步骤(2)中岩心渗透率覆压校正通用模型中系数项 C、次数项D随岩心地面常规渗透率变化的关系：

C＝f*K_面^g

D＝h*1n(K_面)+i

式中：K_面为岩心地面常规渗透率值，f、g为模型系数、次数项，h、i为模 型系数、常数项，C、D分别为岩心渗透率覆压校正通用模型的系数项、次数项。

将上述所得关系式带入步骤(2)中岩心渗透率覆压校正通用模型，即可消 除渗透率大小变化对岩心渗透率覆压校正模型的影响，最终建立起储层渗透率 覆压校正模型：

式中：K_地为储层地下覆压渗透率，Pe为净覆压，MPa；K_面为储层地面渗透 率；f、g、h、i为步骤(31)所确定的已知数值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)利用本发明的校正方法可准确的进行页岩气储层物性的覆压校正，所 取得的地质效果比地面常规技术方法得到的储层孔隙度、渗透率更符合地下页 岩储层的真实特征。

(2)相对于传统的直接运用实验结果进行简单拟合校正来说，该方法结合 了地下储层物性及覆压的变化规律来进行校正，可有效减少实验数量，降低研 究费用，并且能得到更为准确、可靠的校正结果。

(3)建立的覆压校正方法能准确获取地下储层物性特征，从而提高页岩气 藏储量的评估精度，深化对页岩储层的认识；以南方勘探某页岩区块为例说明， 该覆压校正方法可有效运用于区块储量计算和储层研究，覆压校正成果与实际 情况吻合。

(4)本发明可推广，能为常规储层覆压校正提供借鉴。

附图说明

图1是本发明方法的步骤框图；

图2是本发明实施例中岩心孔隙度与覆压变化关系规律示例图；

图3-1是本发明实施例中地面孔隙度与A的规律示例图；

图3-2是本发明实施例中地面孔隙度与B的规律示例图；

图3-3是本发明实施例中地面孔隙度与E的规律示例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明是以储层岩心覆压试验为基础，通过分析岩心覆压后的物性变化与 覆盖压力变化之间的关系及规律，并利用规律建立覆压校正模型。

如图1所示，本发明方法包括以下步骤：

(1)开展岩心覆压实验

①统计区域储层段内所有岩心试验样品地面常规物性值(孔隙度、渗透率) 的分布情况。选取一组物性值相对均匀分布在最高和最低值区间的岩心样品开 展覆压实验，并获取均匀递增覆压值下的实验结果，即每个岩心在不同覆压条 件下的岩心物性值及其对应的覆压数值，例如：包括每个岩心分别在覆盖压力为 5、10、15、20、25、30、35、40MPa下的孔隙度值φ₅^/、φ₁₀^/、φ₁₅^/、φ₂₀^/、φ₂₅^/、 φ₃₀^/、φ₃₅^/、φ₄₀^/。

(2)建立岩心物性覆压校正模型

根据步骤(1)所得覆压实验结果，分析岩心覆压物性值与覆压值的变化关 系，建立每个岩心样品的覆压物性与覆压值变化之间的关系模型。具体如下：

①岩心孔隙度覆压校正模型

根据岩心覆压孔隙度实验结果分析可知，孔隙度覆压校正采用多项式模型 效果最好(多项式次数越多精度越高)，通常一元二次多项式已能满足精度。因 此，可将岩心孔隙度覆压校正通用模型示意如下：

φ＝A*Pe₂+B*Pe+E

式中：φ-岩心覆压孔隙度，％；Pe-净覆压，MPa；A、B、E-回归系数、 常数项。

并根据实验结果建立每个岩心的覆压孔隙度随覆压变化关系模型如下：

φ₁＝A₁*Pe₁²+B₁*Pe₁+E₁

φ₂＝A₂*Pe₂²+B₂*Pe₂+E₂

……

φ_n＝A_n*Pe_n²+B_n*Pe_n+E_n

式中：φ₁……φ_n-第1个至第n个岩心样品覆压孔隙度值，％；Pe₁……Pe_n- 第1个至第n个岩心样品的净覆压值，MPa；A₁……A_n-第1个至第n个岩心样 品覆压孔隙度校正模型的二次系数项；B₁……B_n-第1个至第n个岩心样品覆压 孔隙度校正模型的一次系数项；E₁……E_n-第1个至第n个岩心样品覆压孔隙度 校正模型的常数项。每个岩心样品通过步骤(1)覆压实验可得到一组不同覆压 条件下的孔隙度及覆压数据值，由该组数据单独拟合建立该岩心样品的多项式 校正模型，因此可得到各个岩心样品所建孔隙度模型以及相应的系数、常数值。

②岩心渗透率覆压校正模型

根据岩心覆压渗透率实验结果分析可知，渗透率覆压校正用幂律模型效果 最好。因此，可将岩心渗透率覆压校正通用模型示意如下：

K＝C*pe^D

式中：K-岩心覆压渗透率，％；Pe-净覆压，MPa；C、D-回归系数、次 数项。每个岩心样品通过步骤(1)覆压实验可得到一组不同覆压条件下的渗透 率及覆压数据值，由该组数据单独拟合建立岩心样品的幂律校正模型，因此可 得到各个岩心样品所建渗透率模型以及相应的系数、次数值。

并根据实验结果建立每个岩心的覆压渗透率随覆压变化关系模型如下：

K₁＝C₁*pe₁^D1

K₂＝C₂*pe₂^D2

……

K_n＝C_n*pe_n^Dn

式中：K₁……K_n-第1个至第n个岩心样品覆压渗透率值，％；Pe₁……Pe_n- 第1个至第n个岩心样品的净覆压值，MPa；C₁……C_n-第1个至第n个岩心样 品覆压渗透率校正模型的系数项；D₁……D_n-第1个至第n个岩心样品覆压渗透 率校正模型的次数项。

(3)建立储层物性覆压校正模型

分析步骤(2)所建各个岩心样品覆压校正模型之间的差异，以及该差异与 岩心地面常规物性值大小之间的变化规律，以消除物性大小变化对岩心覆压校 正模型的影响，即可得到储层物性覆压校正模型。具体内容如下：

①储层孔隙度覆压校正模型

提取步骤(2)中每个岩心样品实验数据所建孔隙度校正模型的二次系数项 值A₁……A_n，一次系数项值B₁……B_n，常数项值E₁……E_n；分别与模型对应岩心 的地面常规孔隙度值φ_面1……φ_面n进行拟合建模，用以确定步骤(2)中岩心孔 隙度覆压校正通用模型中二次项系数A、一次项系数B、常数项E随岩心地面常 规孔隙度变化的关系。通常均为线性关系，表达如下：

A＝a₁*φ_面+b₁

B＝a₂*φ_面+b₂

E＝a₃*φ_面+b₃

式中：φ_面-岩心地面常规孔隙度值，a₁、a₂、a₃-分别为三个模型的系数 项，b₁、b₂、b₃-分别为三个模型的常数项，A、B、E-分别为岩心孔隙度覆压校 正通用模型的二次系数项、一次系数项、常数项。

将上述所得关系式带入步骤(2)中岩心孔隙度覆压校正通用模型，即可消 除孔隙度大小变化对岩心孔隙度覆压校正模型的影响，最终建立起储层地面孔 隙度与储层地下覆压孔隙度之间的校正关系模型，储层孔隙度覆压校正模型如 下：

φ_地＝(a₁*φ_面+b₁)*pe²+(a₂*φ_面+b₂)*pe+(a₃*φ_面+b₃)

式中：φ_地-储层地下覆压孔隙度，Pe-净覆压，MPa；φ_面-储层地面 孔隙度；a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃-为上一步所确定的已知数值。

②储层渗透率覆压校正模型

提取步骤(2)中每个岩心样品实验数据所建渗透率校正模型的常数项值 C₁……C_n，次数项值D₁……D_n，分别与模型对应岩心的地面常规渗透率K_面1……K _面n进行拟合建模，用以确定步骤(2)中岩心渗透率覆压校正通用模型中系数项 C、次数项D随岩心地面渗透率变化的关系。通常系数项为幂律关系，次数项为 对数关系，表达如下：

C＝f*K_面^g

D＝h*1n(K_面)+i

式中：K_面-岩心地面常规渗透率值，f、g-模型系数、次数项，h、i-模 型系数、常数项，C、D-分别为岩心渗透率覆压校正通用模型的系数项、次数 项。

将上述所得关系式带入步骤(2)中岩心渗透率覆压校正通用模型，即可消 除渗透率大小变化对岩心渗透率覆压校正模型的影响，最终建立起储层地面渗 透率与储层地下覆压渗透率之间的校正关系模型，储层渗透率覆压校正模型如 下：

式中：K_地-储层地下覆压渗透率，Pe-净覆压，MPa；K_面-储层地面渗透 率；f、g、h、i-为上一步所确定的已知数值。

(4)计算覆压储层物性

输入已知的地面储层物性值和相应的地下净覆盖压力值Pe，运用所述储层 物性覆压校正模型进行计算，即可获得地下覆压储层物性值。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

1)选取储层物性在高～低值区间代表性强且分布范围广的岩心样品开展覆 压实验，实例中选取26个页岩岩心样品，其岩心地面常规孔隙度范围在2.9-8.6％ 之间，基本涵盖了该地区页岩储层孔隙度的最低和最高值。

2)将样品覆压实验结果取得的孔隙度与覆压做各种拟合分析，分析结果认 为一元二次模型拟合相关性较好，精度已满足要求(如图2所示)。模型如下：

φ＝A*pe²-B*pe+E

式中：φ-岩心覆压孔隙度，％；Pe-净覆压，MPa；φ_面-岩心地面孔隙 度，A、B、E-回归系数、常数项。

3)建立各个岩心样品所获实验数据的一元二次模型，各模型中系数项均与 其地面孔隙度φ_面密切相关，经过分析可知方程式中A、B、E值与孔隙度φ_面在进行线性拟合时均有最高的相关系数(如图3-1至图3-3所示)。其相应统计 公式如下：

A＝0.0000537305*φ_面+0.0002476540R²＝0.9521027296

B＝0.0037040439*φ_面+0.0206430712R²＝0.9516746118

E＝0.9832364568*φ_面-0.0197392685R²＝0.9996708326

式中：φ_面-岩心地面孔隙度，A、B、E-回归系数、常数项。

4)综合将前两步骤所建立的关系式相结合，建立起该地区页岩储层孔隙度 的覆压校正模型。模型如下：

φ_地＝(0.0000537305*φ_面+0.0002476540)*pe²-(0.0037040439*φ_面+ 0.0206430712)*pe+(0.9832364568*φ_面-0.0197392685)

式中：φ_地-地下储层覆压孔隙度，％；Pe-净覆压，MPa；φ_面-储层地 面孔隙度。

5)通过建立的页岩校正模型对J地区J1、J2、J3、J4井计算验证可知， 新建校正模型所计算的结果与30Mp实验数据计算的结果其相对误差在0.57～ 0.73％之间(实施例中新建模型校正孔隙度与实验数据校正孔隙度精度分析如表 1所示)，所有井误差均较小，说明运用本发明方法所建立的模型能准确、快捷 地进行页岩储层物性覆压校正。

表1

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言， 在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形， 而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是 优选的，而并不具有限制性的意义。