机械比能在曹妃甸A油田储层有效性定量评价中的应用论文

 

　　关键词：机械比能,储层定量评价,曹妃甸A油田,石油化工

       0引言

 

　　砂砾岩扇体广泛存在于陆相断陷盆地陡坡带，为水下扇、扇三角洲等近源快速堆积产物，也是陆相盆地主要的勘探储层[1]。该类型储层因埋藏深、多期叠置，沉积厚度大、成分复杂、分选差、储层非均质性强等特点[2]，但因其分布广泛，成为油田增储上产的重要储集层类型，开发潜力巨大。但也面临一系列的开发难点，主要集中在储层物性精细刻画、孔隙连通性有效识别、流体运移分析、注采效率有待提高等方面，目前流行的中低孔渗砂砾岩储层的定量评价手段，主要以实验室定量评价为主，主要有岩心评价、地震资料分析、测井资料解释、油藏数值模拟、生产数据分析等综合运用[3]。这些手段的综合应用将有效、准确地评估储层的物性为储层的开发决策提供科学依据，但因其评价周期较长，制约油田的快速开发进度，因此现场寻求一种简便、快速、有效的定量评价手段，实现钻后及时对完井开发提供技术指导尤为重要。基于在砂砾岩评价中引入钻井机械比能实现对砂砾岩储层实时定量评价，解决了因资料采集周期长导致的开发效率缓慢的问题。

 

 

　　曹妃甸A油田位于石臼坨凸起西段陡坡带，紧邻渤中西次洼，古近系整体表现为依附于石南一号边界断层发育的大型断鼻构造，可分为陡坡带、断阶带两个构造带。古近系东营组东三段砂砾岩储层为该油田主力开发层位。东三段为石臼坨凸起近物源快速沉积的扇三角洲沉积体系，岩心观察发现，层理不发育，整体以混杂堆积的块状砂砾岩快速沉积为主，地震属性上表现为高角度的杂乱反射的前积相特征[4]。东三段储层岩性主要以岩屑长石砂岩为主，分选差，成熟度低，发育溶蚀粒间孔隙，长石多半蚀变为黏土矿物伊利石、高岭石、绿泥石等并充填在空隙中，进一步加剧了储层非均质性。根据岩心分析资料和测井解释结果，通过对东三段储层特征的专题研究，认为影响东三段储层物性的主控因素为岩性，测井解释孔隙度范围9.0%～22.5%，渗透率范围1.0～235.4 mD，具有中低孔、中低渗的物性特征。

 

　　为了提高东三段砂砾岩储层定量解释评价效果，更好地服务油田开发生产，调研发现，机械比能大小可以反映储集层胶结疏松与致密程度，胶结疏松的储层机械比能小，胶结致密的储层机械比能大，因此可以利用机械比能大小来定量评价储层的物性特征。

 

 

 

　　机械比能(MSE)定义为在一定钻压、扭矩条件下破碎单位体积岩石时单位时间所需的机械能。该模型最早由TEALE 1964年提出，机械比能通过钻井中的工程参数比如钻速、钻压、转速、扭矩、钻头直径等经计算而得。由于TEALE模型提出较早，更偏重定性分析，后期在运用中经不断完善，逐步发展为PESSIER模型、DUPRIEST模型、CHERIF模型、樊洪海模型和孟英峰模型，综合分析对比后，本文认为范洪海模型在常规井作业中应用效果更好。

 

　　其中樊洪海模型公式为：

 

 

　　式中：MSE为机械比能(MPa)；W为钻压(kN)；Ab为钻头面积(mm2)；N为转盘转速(r/min)；R为钻速(m/h)；Db为钻头直径(mm)；T为扭矩(kN·m)。

 

　　在本研究中，计算机械比能采用的公式均为樊范洪海模型计算。

 

 

　　钻头破坏岩石的过程也是消耗能量对地层做功的过程，在定向井钻头对岩石做功可以分为垂向功和切向功。垂向功即为钻头挤压岩石破碎做的功记为WH，切向功为钻头切削齿在转动情况下破碎围岩需要的功记为WL。计算公式为：

 

　　式(2)～式(3)中：Dd为钻头直径(mm)；N为转盘转速(r/min)；R为钻速(m/h)；T为扭矩(kN·m)。

 

　　由式(2)和式(3)可知，垂向功和切向功为机械比能分解而来。

 

 

　　针对曹妃甸A油田东三段储层，选取大量完钻井数据，并选取旋转钻进井段的钻井参数：钻压、扭矩、转速、钻头直径等，计算单井机械比能MSE、垂向功、切向功，并对其进行标准化处理，剔除假值与无效值。建立机械比能和功指数剖面柱状图，利用均一化机械比能，定性划分储层与非储层。依据东三段储层岩性与机械比能的对应关系可知，机械比能数值越低，储层物性越好，机械比能越高，储层物性越差。依据钻后分析，对东三段均一化机械比能在0～1.0 MPa区间内按照半幅点值为0.4 MPa设置，低于0.4 MPa为储层，高于0.4 MPa为非储层或干层。垂向功与切向功交汇均处于低幅值时，储层孔渗性好，处于高幅值时孔渗性差。通过综合对比后选取机械比能参数定量评价储层孔渗性。

 

　　选取东三段储层测井解释井段中对应的孔隙度、渗透率及机械比能代表值，分别作出机械比能与孔隙度、渗透率的拟合趋势线，孔隙度与机械比能线性拟合度为66.6%，渗透率与机械比能线性拟合度为80.5%。

 

　　利用机械比能求取孔隙度、渗透率的公式模型为：

 

　

 

　　式中：Y为孔隙度、渗透率；a、b分别为常数；cx为钻井参数均一化机械比能。

 

　　依据东三段测井解释区域经验值，结合a、b、c参数的取值区间，分别确定利用均一化机械比能求取孔隙度、渗透率的公式为：

 

 

　　式(5)～式(6)中：φ为机械比能孔隙度；K为机械比能渗透率(mD)；x为均一化机械比能。

 

　　利用钻井过程中的参数，通过均一化机械比能，定量计算储层的孔隙度和渗透率，并据此建立该矿区东三段砂砾岩储层定量评价标准，如表1所示，实现对储层的定量评价。

 

 

 

　　选取曹妃甸A油田A4井古近系东三段3 317.0~3 557.0 m井段钻井参数与测井解释数据，通过钻井参数计算该井段均一化机械比能，利用式(5)、式(6)分别计算对应的孔隙度、渗透率。依据测井储层解释段，分别计算对应孔隙度、渗透率的加权平均值，如表2所示，与测井孔隙度、渗透率分别做线性拟合，测井孔隙度与机械比能计算孔隙度拟合度为0.72，测井渗透率与机械比能渗透率拟合度为0.89，拟合程度高，模型真实可靠。依据机械比能计算的孔隙度、渗透率按照碎屑岩储层分类标准，建立该井东三段储层渗透率剖面，划分储层类型，实现钻后及时储层定量评价，有效识别差储层及干层，实现射孔井段优化，提高单井产量，A4井优化射孔后，实现日产油270 m3，日产气2.05×104 m3。

 

　

 

 

　　通过计算机械比能进而计算曹妃甸A油田东三段砂砾岩储层孔隙度、渗透率参数，可以实现井场对储层的快速定量评价，有效划分储层类型，识别干层及致密隔夹层，精选射孔井段，充分释放单井产能。

 

　　机械比能孔隙度、渗透率模型，让机械比能的应用从定性转换为定量研究，在此模型基础上可以根据不同的环境因素逐步修正模型的应用条件，在基于大数据井资料的基础上，可以利用核磁孔隙度、测压渗透率等井史数据，不断优化模型，使之更加准确，拓宽机械比能定量评价储层的适用范围。

       参考文献：

 

　　[1]李战奎，徐长贵，戴珩，等.渤海油田复杂砂砾岩储层油气层识别技术[J].石油钻采工艺，2018，40(增刊1)：36-40.

 

　　[2]赵鹏飞，孙藏军，康凯，等.石臼坨凸起西段东三段储层差异成岩演化及孔隙定量表征[J].海洋地质前沿，2022，38(10)：42-50.

 

　　[3]张欣，尚锁贵，张国强，等.基于多资料的砂砾岩储层有效性精细评价[J].石油钻采工艺，2018，40(增刊1)：70-72.

 

　　[4]周晓光，黄晓波，宋章强，等.环渤中凹陷西次洼东三段物源要素表征及其对砂体差异富集的控制[J].东北石油大学学报，2017，41(6)：9-14.