流体体积模量在渤海油田流体识别中的应用

陈红兵，崔云江，刘 欢，陆云龙，王 淼

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

随着渤海油田勘探开发逐渐深入，测井疑难层越来越多，复杂岩性和复杂流体关系给测井解释带来了很大困难，导致以常规电阻率、孔隙度为主的测井系列遇到挑战[1]，难以准确评价储层流体，易造成储层气、油、水层在测井解释上的误判，为此，需要寻找其他方法识别储层流体性质。以往的研究表明，不同流体体积模量具有一定的差别，当地层所含流体性质不同时，阵列声波所测量的纵波、横波时差及幅度会有所不同[2]。

Gaussmann方程可将岩石模量、骨架模量、流体模量联系在一起，因此，可以通过Gaussmann方程计算出流体模量来识别流体[3]。

1 流体体积模量

流体体积模量是流体体积压缩系数的倒数，从表1可以看出，气、油、水的体积模量是不同的，因此，通过流体体积模量可以很容易将气识别出来，油和水的体积模量差别较小。但是研究表明，当地层中的油含有一定量的溶解气时[4]，随着含气量的增加，油的体积模量会越来越小，油的体积压缩系数会越来越大，油和水的体积模量差异也越明显。对渤海油田97个原油高压物性数据的统计显示（图1），随着气油比的增加，原油体积模量逐渐变小，则体积压缩系数逐渐增大。原油体积模量与气油比之间存在如下关系式：

式中：Koil为原油体积模量，Pa；Rog为气油比。

表1 不同流体声学参数

图1 原油体积模量与气油比关系

2 骨架模量和干岩石模量求取

骨架体积模量的求取有多种方法（如V-R-H模量平均模型）[5-6]，都有不同的适用范围。本文以Gaussmann方程[7-8]为基础，通过水层反算，建立地层的干岩石模量和骨架模量模型。

Gaussmann方程（2）描述了岩石模量、骨架模量、流体模量、孔隙度之间的关系，干岩石模量与骨架模量之间的关系式可用（3）式描述，岩石体积模量与纵波速度、横波速度之间的关系可用（4）式描述。

式中：β为Biot系数[9]，取值为0～1，通常认为它是孔隙度的函数，用Biot、PRIDE等公式求取；Ks01为岩石体积模量，Pa；Kdry为干岩石体积模量，Pa；Kma为骨架体积模量，Pa；φ为孔隙度，%；Kfl为岩石孔隙流体体积模量，Pa；2为岩石密度，g/cm3；Vp为纵波速度，m/s；Vs为横波速度，m/s。

对于水层来说，水的体积模量是知道的，约为2.2 GPa；φ为孔隙度，可以通过测井解释获得；岩石体积模量Ks01可通过（4） 式导出；因此，通过（5）式可以求得水层的骨架体积模量Kma。

骨架体积模量Kma与矿物组分、各组分体积模量、矿物组分的分布形式等密切相关。本文所研究的地层为砂泥岩地层，骨架体积模量的大小主要由泥质含量大小决定；对水层段求取Kma后，利用水层段Kma与泥质含量进行回归，得到目标层段Kma的回归公式（图2），再用（3）式求得Kdry。

图2 岩石骨架模量与泥质含量关系

3 流体体积模量求取及方法验证

通过对阵列声波测井数据处理获得纵波、横波时差，利用（4）式计算得到岩石体积模量。由（2）式可知，若令，则流体体积模量可写成。因此，可用上述方法计算出流体体积模量，从而判别储层流体性质。用BX2X81井来验证此方法的可行性。该井钻遇气层、油层、水层（图3），从中子、密度测井上能看到气层具有明显的“镜像特征（中子小、密度低）”，油层和气层电阻率高，通过常规测井能明显区分储层流体性质。以Gaussmann方程为基础，用本文提出的方法计算出流体体积模量，可以看到气的体积模量最小，油的体积模量小于1 GPa，水的体积模量大于2 GPa，因此，通过流体模量识别储层流体性质的方法是可行的。

4 实例应用

4.1 低阻油层识别

利用常规测井识别流体主要是依靠电阻率和孔隙度测井系列，而对于低阻油层，却难以有效识别。当具有较高的气油比和较高的孔隙度时，可以通过求取储层流体体积模量来判别储层流体性质。从KL5井常规测井资料来看（图4），在2 126～2 137 m层段和2 150～2 154 m层段的电阻率均较低，且两层段储层物性差别不大，常规测井判别流体性质较困难。计算储层流体体积模量后，可以看到水层流体模量为2～3 GPa，油层的流体模量小于1 GPa，与上部储层对比分析，下部储层具有含油气特征，DST测试证实2 126～2 137 m层为水层，2 150～2154 m层为油层，油层气油比为106，利用（1）式计算得到原油体积模量为0.56 GPa。

4.2 凝析气层识别

Q油田是一个带油环的凝析气田，从图5可以看到利用中子-密度识别油层和凝析气层存在较大的不确定性。通过阵列声波测井获得的纵横波时差资料，再利用上述方法计算出储层的流体模量，帮助识别储层的流体性质。图5显示，随着深度的增加，流体模量逐渐增大。从流体模量曲线可以看到凝析气层的模量很小，油层的模量为0～1 GPa，水层的模量为2 GPa左右。利用流体模量确定的气油界面、油水界面得到了测压资料的证实。

5 结论

（1）本文统计了渤海油田原油高压物性数据，获得了原油体积模量与气油比的定量关系。随着地层原油所含溶解气的增加，原油的体积模量将逐渐变小，利用体积模量识别流体性质就成为可能。

（2）以Gaussmann方程为基础，利用水层反算获得骨架模量求取模型，为岩石骨架模量的求取提供了一种新的思路。

（3）实际应用效果表明，利用流体体积模量识别储层流体性质是可行的，为低阻油层、凝析气层等的识别提供了一种新的方法。

图3 流体体积模量识别储层流体性质验证

图4 流体体积模量在低阻油层识别中的应用效果

图5 利用流体模量识别凝析气层中的应用效果