花岗岩储层储集性能定量评价方法及应用

谭伟雄王俊瑞邓 强秦 磊谭忠健

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452； 2.中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300452）

花岗岩储层储集性能定量评价方法及应用

谭伟雄1王俊瑞1邓 强1秦 磊1谭忠健2

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452； 2.中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300452）

常规录井、测井数据是钻探过程中了解地层真实情况的第一手资料，基于该类资料的储层储集性能评价是花岗岩潜山油气藏安全钻探和高效开发的基础，但常规录井、测井均有其局限性，应用该类参数直接进行储层评价的准确度不高。从地层岩石力学性质出发，深入分析了录井功指数和测井岩石力学参数评价模型的原理与应用特点，引入模糊数学理论将二者有机地结合起来，建立了测录综合评价体系，弥补了单一评价体系的不足，尤其是测录综合评价系数的确定可对花岗岩储层进行快速识别与评价。同时，该方法将原有多参数体系降维成单参数评价体系，消除了多参数造成的多解性，实现了花岗岩储层储集性能的定量评价。实际应用结果表明，该方法能够较好地满足矿场勘探要求，具有良好的应用前景。

花岗岩；储层储集性能；功指数；岩石力学参数；模糊数学；应用

花岗岩储层储集空间类型多为裂缝－孔隙型，具有较强的非均质性，对该类储层的评价存在较大困难［14］。目前常用的评价手段主要是根据测井、录井参数在裂缝或孔、洞处的响应特征来对其进行判识，在常规录井、测井解释结论的基础上结合钻井取心、成像测井等评价仪器来对花岗岩储层进行综合分析。但在实际应用中，地层评价仪器存在着一定的局限性（成本过高、仪器故障、操作环境受限等），常规录井、测井解释结论相互之间也时有矛盾［5－6］，这些方法对花岗岩储层储集性能定量评价的效果较差，因此须研制一套既应用方便又可取得良好效果的评价方法。

基于常规录井、测井资料对储层进行评价的方法主要包括功指数法［7］、录井钻时法［8］及测井岩石力学参数法等［9－11］，但这些方法均不能完好地评价花岗岩储层，指示其储集性能。笔者通过深入分析各种评价方法的原理及应用特点，引入了模糊数学计算方法，将各类评价参数有机结合，建立了测录综合评价曲线，最大程度地消除了各种评价方法的影响因素，并结合岩心、成像测井等资料对测录综合评价曲线进行刻度，明显提高了评价的准确性。

1 地质背景

渤海海域花岗岩潜山岩石矿物成分主要为长石、石英、云母及少许暗色矿物（图1），岩石矿物结晶较粗，主要呈块状构造、细粒花岗岩结构，岩石整体致密坚硬且性脆，碎裂作用较强，为储集层的形成提供了良好的物质基础；主要储集空间为裂缝及粒间、晶间溶蚀孔（洞），它们的发育程度直接影响着岩石的储集性能，其中裂缝以构造缝和溶蚀构造缝为主，是渤海海域花岗岩潜山最主要的储集空间类型，同时也是重要的连通通道。

该区花岗岩潜山储层主要分布特征受到古地貌位置和构造位置的控制，由上而下储层由好变差，具有明显的分带性［12－14］：潜山上部经过长期的风化淋滤，长石等不稳定矿物和胶结物等被侵蚀，导致溶蚀孔洞与裂缝交错分布，形成破碎带，此处储集空间最发育；中部溶蚀作用较弱，孔洞减少，溶蚀类缝、孔居多，伴有构造缝，储集性能一般；下部裂缝虽较发育，但由于充填物不易被溶蚀，所以溶蚀孔隙不再有优势，储集性能较差。

该区潜山储层储集性能控制着油气的富集，探寻潜山储集空间的分布规律是提高潜山勘探成效的重要手段［15－16］，这就需要运用相关技术有力评价潜山储层储集性能，根据储集性能的优劣变化来对潜山进行合理分带，进而指导现场勘探及后期开发作业。

图1 渤海海域花岗岩潜山岩石铸体薄片鉴定结果Fig.1 Identification results of granite buried hill rock’s casting thin sections in Bohai sea

2 常规录井、测井评价模型

2.1 录井评价模型——功指数模型

2.1.1 模型原理

钻头钻进的过程是其做功的过程，做功大小主要取决于地层岩石的可钻性。裂缝、孔洞的发育使花岗岩储层段岩石易破碎，地层可钻性增大，因此通过计算钻头在破岩过程中所做的功即可了解地层的真实信息，实现储层的识别。

钻头在破坏岩石时所做的功包含2个方向上的功，即垂直于井底的纵向力做功和平行于井底的剪切力做功［17］，其中纵向力包括静钻压YJ和冲击钻压YC，水平剪切力为扭矩N，令钻头每转一周的进尺量为hi，则钻头在破碎岩石过程中每进尺1个单位深度（1 m）其做功为

式（1）中：YJ为静钻压，kN；YC为冲击钻压，kN；R为转速，r/min；Z为钻时，min/m；D为钻头直径，m；hi为钻头每转一周的进尺深度，m；N为扭矩，kN·m；W1、W2、WZ分别为钻头纵向、横向做功和总功，kJ。

受地质和钻井工程多因素的影响，hi的值很难一致，远小于录井取样间隔，无法对其进行监测，而YC目前也尚无传感器能对其进行实时测量，致使现场无法准确获取钻头做功数据［17］。为此，不少学者通过分析钻头在钻进过程中的做功变化趋势即功指数Wm来替代WZ，实现在随钻过程中的储层评价［7，18］。功指数计算模型为

式（2）中：Wm为功指数，无量纲；a为区域统计最大钻压，kN；b为区域统计最大转速，r/min；c为调试数据，无量纲，具体调试方法见文献［18］。

在储层段功指数值通常会相应减小，但实际运用中由于钻井及地质环境的差异，不同井值的分布范围差异较大，因此须引入能够消除这一变化差异的评价参数，即功指数比值。功指数比值是指某一深度点上的功指数值与该点对应的功指数趋势线基值的比值，如式（3）所示。统计结果表明，功指数比值小于1即为储层段，且比值越小，地层储集性越好。

式（3）中：WN、WB分别为功指数趋势线基值和功指数比值，无量纲。

2.1.2 应用效果

图2显示了渤海PL－X1井在1 398～1 685 m井段的功指数评价结果，在1 398～1 445 m、1 503～ 1 536 m及1 603～1 677 m井段，功指数值均有明显降低，其值较功指数趋势线明显偏小，同时功指数比值均小于1，故认为此3段地层为储层段。这一识别效果较常用的钻时识别法有明显改善，与完钻测井解释结果较为吻合（测井解释分别为Ⅱ类、Ⅱ类、Ⅲ类储层），能够满足花岗岩储层随钻定性评价要求。

图2 渤海PL－X1井储层功指数曲线响应特征Fig.2 Response characteristic of work index for reservoir of PL－X1well in Bohai sea

通过对比分析PL工区功指数比值与地层综合解释结果（图3）可以看出，功指数比值可有效区分储层与非储层，但对储层储集性能的进一步评价效果较差，在PL工区对Ⅰ类和Ⅱ类储层不易区分，这主要是由于功指数易受工程因素干扰，影响其定量评价效果。

2.2 测井评价模型——岩石力学模型

2.2.1 模型原理

图3 渤海PL工区储层功指数比值定量分析Fig.3 Quantitative analysis of work index specific value for reservoir of PL work area in Bohai sea

岩石力学参数揭示了地质历史时期储层的成因类型、空间分布和形成的力学机理，在一定程度上反映了储层的发育程度。考虑储层的发育将导致岩石本身结合力的降低，本文基于杨氏模量、泊松比等岩石力学参数，通过引入能够反映储层发育特性的岩石完整性、破碎度以及稳定性等参数来对花岗岩储集性能进行逐点分析。

1）岩石完整性系数（Kv）。

式（4）、（5）中：Vp为测井得到的纵波声速，m/s；Vr为岩石骨架的理论声速，m/s，花岗岩骨架为6 100 m/s；AC为声波时差，μs/ft。

可以看出，Kv实际上是将实测地层岩石声速与纯岩石声速进行对比，反映了岩石的完整性情况。岩石越完整，2个声速值就越接近，Kv就越接近于1；当地层发育孔、洞及裂缝时，Kv将减小，且其越发育，地层就越破碎，Kv就越小。

2）岩石破碎度系数（RF）。

直接利用岩石弹性力学参数构建岩石破碎度系数计算模型，即

式（6）中：Ema为岩石骨架的理论杨氏模量，GPa，花岗岩的Ema为91.43 GPa；E为根据测井资料计算的动态杨氏模量，GPa。

研究表明，花岗岩储层越发育，E越小；Ema对同一种岩石来说是一个常数；储层越发育，RF越大。因此，RF消除了岩石本身性质对E的影响，突出了岩体的破碎程度。

3）岩石稳定系数（Rg）。

岩石稳定系数表征岩石在受到外力情况下稳定性的指数，可由体积模量和剪切模量推导出，即

式（7）中：VS为测井声波横波速度，m/s；G为剪切模量，MPa；Kb为体积模量，MPa；其他参数与计算的岩石力学参数计算方法见文献［19］。

裂缝与次生孔、洞的发育将使体积模量和岩石初始剪切模量减小，使岩石稳定系数降低。实际应用时，为使结果更加直观，对Kv、Rg和RF做归一化处理。

2.2.2 应用效果

图4显示了渤海JZ－S2井在1 285～1 444 m井段的测井综合评价结果，可以看出：1 401～1 407 m、 1 421～1 425 m和1 434～1 440 m井段的Kv和Rg明显增大，RF相对减小，表现为明显的致密层特征，测井综合解释均为干层；在其他层段则反映出良好的储集性能，与综合解释结论较为一致。

通过对比分析Kv、Rg和RF三参数与实际地层评价结果（图5）可以看出，各参数的响应特征与地层储集性能的优劣有较好的对应性，较功指数法有明显提升，可对储层储集性能进行较好评价。但该方法属于钻后评价，原始测井曲线易受钻井诱导缝的影响，实际应用时还须参考功指数结果对花岗岩储集性能进行综合分析。

图4 渤海JZ－S2井储层测井曲线响应特征Fig.4 Response characteristic of logging curves for reservoir of JZ－S2well in Bohai sea

图5 渤海JZ工区储层岩石力学参数定量分析Fig.5 Quantitative analysis of rock mechanics parameters for reservoir of JZ work area in Bohai sea

3 测录综合评价模型

鉴于上述评价模型各自存在的不足，笔者运用模糊变换原理［20］，使测井、录井评价模型相互耦合，建立测录综合评价系数，以期实现对花岗岩储层储集性能的精确评价。

3.1 测录综合评价系数的确定

本文主要选取录井和测井评价模型的计算结果（WB、Kv、Rg、RF）作为储层评价的主要影响因素，建立储层测录综合评价系数（曲线），在消除各评价方法环境因素影响的同时也减少了多参数评价多解性的问题，提高了储层评价的准确性。

1）参数归一化。

由于测井、录井方法的地质、物理响应机制不同，且不同仪器各自测量的状态也存在一定差异，造成各参数在量纲、数量级上也存在较为明显的差异。因此，在对测井、录井参数进行分析之前，必须根据储层对各自曲线的响应特征对它们进行归一化处理［21］。归一化以储层储集性越好其归一化值越趋近于1为原则，即

式（8）中：X′为RF的归一化值；X″为Kv、Rg和WB的归一化值；X为取样点曲线值；Xmin为曲线最小值；Xmax为曲线最大值。

2）评价矩阵的建立。

根据模糊数学原理，在计算各参数权值前须先构建一个评判矩阵，由于本文选用的为四参数评价模型，因此若假设有n个样品，则可建立一个4行n列的评判矩阵

3）权值系数计算。

上述4种参数在综合评价储层时，由于它们对储层的敏感程度不完全相同（即响应程度存在差异），因此在定量评价储层时，需要根据其重要性进行合理的权重分配。各曲线的权重计算公式为

式（10）中：ωij为第i条曲线，第j个取样点上的权值系数（i＝1～4，j＝1～n）；Xij为评判矩阵中的值；Wi为第i条曲线的权值系数；n为某一曲线取样点的总个数。

4）测录综合评价系数的确定。

利用式（10）即可构建出4条储层评价曲线的权值系数集A＝（W1，W2，W3，W4），按照乘积求和算法，即可求出潜山花岗岩地层每个取样点的地层测录综合评价系数值Bi。

根据Bi即可得到连续的测录综合评价曲线，从而直观、精确地反映储层储集性能的优劣。

3.2 储层储集性能评价

测录综合评价系数值越大，储层储集性能越佳；反之，则储层不发育。观察该系数在不同井段的响应特征，可对花岗岩储层进行快速识别与定性评价；计算研究区关键井的测录综合评价系数（曲线），结合相应的成像测井、岩心描述以及完井地质综合解释结果等资料对曲线进行刻度，即可建立区域地层储集性能定量评价标准，并根据此标准可高效、连续地对潜山地层进行精细评价。渤海PL构造花岗岩潜山的地层评价标准如表1所示。实际运用时，首先通过功指数和岩石力学评价模型得出各自的计算结果，再根据模糊数学理论随深度点逐步构建出测录综合评价曲线，最后将所得曲线值与表1进行匹配（不同工区，其分级标准不同），实现地层储集性能的定量评价。

表1 渤海PL工区花岗岩储层储集性能综合评价分级标准Table 1 Comprehensive evaluation classification standard of granite reservoir property of PL work area in Bohai sea

4 实际应用

图6为渤海PL－X7井储层综合评价结果。“测录综合评价”道显示综合评价曲线，用于储层识别和地层储集性能的定性评价，“储层发育程度”道分1～4等4个标准，对应的评价结果分别为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和致密层/干层，用于随深度定量评价地层储集性能。

1号层段成像测井呈高电导特性，面孔率平均值为0.34，测井解释为Ⅰ类储层；该段综合评价曲线值均较高，平均值为0.784，且多处指示为Ⅰ类储层，储集性能十分好，与测井解释结论十分吻合。

2号层段成像显示为高电阻区域，面孔率平均值为0.018，为典型的致密层；该段综合评价曲线值也极低，平均值为0.204，储层发育程度多指示为致密，储集性能较差。

3号层段成像面孔率平均值为0.18，测井解释为Ⅱ类储层；该段综合曲线平均值为0.55，整段可评价为Ⅱ类储层，随深度对其评价，储层发育指示结果为Ⅰ—Ⅲ类储层互层，储集性能较好。

图6 渤海PL－X7井储层储集性能综合评价结果Fig.6 Comprehensive evaluation result of reservoir property for PL－X7well in Bohai sea

1 651.60～1 655.50 m层段，测井解释为致密层段，但测录综合曲线指示该段地层为储层发育段，成像测井发现该段地层有裂缝发育，表明该方法较常规测井解释精度更高。

渤海JZ－S4井钻进至1 935 m后，地质录井无储层发育特征显示，对该井进行储层测录综合评价。图7为JZ－S4井储层储集性能综合评价与潜山分带结果，可以看出，该井在1 935 m之上储层较为发育，以Ⅰ—Ⅲ类储层为主；随着深度的增加，综合系数值逐渐减小，主要为致密层夹少许Ⅲ类储层，储集性能较差。JZ－S4井在1 935 m之后地层储集性能明显变差，表明进入潜山下部的致密基岩。

将测录综合评价结果与斯通利波（全波列测井所得）反演的地层渗透率结果进行对比，综合评价曲线指示地层储集性能较好井段，渗透率值均较高，反之则较低，二者结果具有良好的一致性。

5 结束语

常规录井、测井均有其局限性，应用该类参数直接进行储层评价的准确度不高，基于模糊数学理论构建的测录综合评价系数（曲线）最大程度地减小了单一常规评价方法的不足，同时克服了因测井、录井解释结论不一致而导致的多解性问题。该方法可逐点、逐深度对地层储集性能进行定量评价，结果与成像测井、岩心描述等资料具有良好的一致性，为花岗岩储层储集性能评价提供了一种新思路。

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Quantitative evaluation method for granite reservoir properties and its applications

Tan Weixiong1Wang Junrui1Deng Qiang1Qin Lei1Tan Zhongjian2
（1.CNOOC EnerTech－Drilling ＆Production Co.，Tianjin300452，China；2.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin300452，China）

Conventional drilling fluid logging and wireline logging data are the first hand information that is necessary to understand the actual condition of formations during drilling；granite reservoir property evaluation which is based on these data is the foundation of safe drilling and efficient development for buried－hill granite hydrocarbon reservoirs.Because of drilling fluid logging and wireline logging have their respective advantages and limits，using these parameters directly to evaluate formation will inevitably result in uncertainty of the result，and hence impact assessment accuracy.This paper，starting from the geomechanical properties of formation rocks，makes an in－depth analysis of the principle and application features of the evaluation model using mud logging work index and wireline logging rock mechanic parameters.Finally，these two types of data are organically combined through fuzzy mathematics theory，and comprehensive evaluation system which is based on drilling fluid logging and wireline logging has been established，making up for the shortcomings of simple evaluation system.Especially，the established comprehensive evaluation coefficient can quickly recognize and evaluate granite reservoirs.This method，meanwhile，transformed the original multi－parameter system to single－parameter evaluation system，consequently multiplicity of solution caused by multi－parameters were eliminated，with quantitative evaluation of granite reservoir property achieved.Field application shows that the method can meet the requirements of field exploration and has a good application prospect.

granite；reservoir property；work index；rock mechanic parameters；fuzzy mathematics；application

TE5122.2＋22

A

2014－06－12改回日期：2014－12－25

（编辑：冯 娜）

谭伟雄，王俊瑞，邓强，等.花岗岩储层储集性能定量评价方法及应用［J］.中国海上油气，2015，27（2）：31－38.

Tan Weixiong，Wang Junrui，Deng Qiang，et al.Quantitative evaluation method for granite reservoir properties and its applications［J］.China Offshore Oil and Gas，2015，27（2）：31－38.

1673－1506（2015）02－0031－08

10.11935/j.issn.1673－1506.2015.02.005

谭伟雄，男，高级工程师，主要从事随钻地层评价技术研究工作。地址：天津市经济技术开发区科技发展中心2号楼509室（邮编：300452）。E－mail：tanwx2＠cnooc.com.cn。