儲(chǔ)層巖石儲(chǔ)集流體的能力稱為孔隙性，而它在一定壓差下允許流體滲透的能力稱為滲透性，兩者合稱儲(chǔ)層物性。根據(jù)測(cè)井資料可定性判斷儲(chǔ)層的孔隙性和滲透性，也可以巖心分析值作為客觀標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算反映儲(chǔ)層孔隙性和滲透性的有關(guān)參數(shù) （巖心刻度測(cè)井）。

（一） 儲(chǔ)層物性相互之間的關(guān)系

儲(chǔ)層的巖性、沉積環(huán)境、埋藏深度及后期的地質(zhì)變化決定了儲(chǔ)層的地質(zhì)特征，而儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)之間又是相互關(guān)聯(lián)的。表5-6是儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，取自某油田的巖心分析資料。表中絕對(duì)值越大，說(shuō)明兩者關(guān)系越密切，反之關(guān)系越差；正值說(shuō)明一個(gè)參數(shù)隨著另一個(gè)參數(shù)的增加而增加，負(fù)值說(shuō)明一個(gè)參數(shù)隨另一個(gè)參數(shù)的增加而減小。如滲透率與粒度中值的相關(guān)系數(shù)為0.839，說(shuō)明相關(guān)性很好，束縛水飽和度與粒度中值的相關(guān)系數(shù)為-0.602，說(shuō)明兩者關(guān)系較好但為負(fù)相關(guān)的關(guān)系。

 

表5-6 儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系

 

 

（二） 儲(chǔ)層孔隙度

儲(chǔ)層的孔隙度是指其孔隙體積占巖石體積的百分?jǐn)?shù)。測(cè)井解釋中常用的孔隙度概念有總孔隙度、有效孔隙度、縫洞孔隙度。總孔隙度是指全部孔隙體積占巖石體積的百分?jǐn)?shù)；有效孔隙度是指具有儲(chǔ)集性質(zhì)的有效孔隙體積占巖石體積的百分?jǐn)?shù)；縫洞孔隙度是指縫洞孔隙體積占巖石體積的百分?jǐn)?shù)。

儲(chǔ)層孔隙度用孔隙度測(cè)井資料確定。孔隙度測(cè)井資料主要指聲波速度測(cè)井、密度測(cè)井或巖性-密度測(cè)井及中子孔隙度測(cè)井。在已知巖性和泥質(zhì)含量較少的情況下，用任何一種孔隙度測(cè)井的讀數(shù)和相應(yīng)的純巖石響應(yīng)方程，都可獲得較好的孔隙度值。對(duì)于泥質(zhì)含量較高的儲(chǔ)層孔隙度解釋，要進(jìn)行泥質(zhì)含量校正。這種方法對(duì)油、水層的孔隙度解釋精度較高；對(duì)含輕質(zhì)油或天然氣的儲(chǔ)層解釋效果不好，只有經(jīng)過(guò)油氣校正才能提高精度。

1. 密度、中子、聲波曲線確定孔隙度

（1） 純砂巖水層孔隙度公式

聲波孔隙度：

φS＝（△t-△tma）/（△tf-△tma）

密度孔隙度：

φD＝（ρb-ρma）/（ρf-ρma）

中子孔隙度：

φN＝（φN-φNma）/（φNf-φNma）

（2） 泥質(zhì)砂巖水層孔隙度的公式

聲波孔隙度：

φs＝（△t-駐波管吸聲系數(shù)測(cè)試△tma）/（△tf-△tma）-Vsh（△tsh-△tma）/（△tf-△tma）

密度孔隙度：

φD＝（ρb-ρma）/（ρf-ρma）-Vsh（ρsh-ρma）/（ρf-ρma）

中子孔隙度：

φN＝（φN-φNma）/（φNf-φNma）-Vsh（φNsh-φNma）/（φNf-φNma）

中子-密度交繪孔隙度φND的公式有：

 

 

油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)

 

式中：φS、φD、φN——用聲波時(shí)差、密度、中子孔隙度測(cè)井解釋的儲(chǔ)層孔隙度，小數(shù)；△t—要解釋儲(chǔ)層的聲波時(shí)差，μs/m；ρb——要解釋儲(chǔ)層的地層密度，g/cm3；φN——要解釋儲(chǔ)層的中子孔隙度，％；△tma——巖石骨架的聲波時(shí)差，μs/m；ρma——巖石骨架的密度，g/cm3；φNma——巖石骨架的中子孔隙度，％；△tf——流體的聲波時(shí)差，μs/m；ρf——流體的密度，g/cm3；φNf——流體的中子孔隙度，％；Vsh——泥質(zhì)含量，小數(shù)；△tsh——泥巖的聲波時(shí)差，μs/m；ρsh——泥巖的密度，g/cm3；φNsh——泥巖的中子孔隙度，％。

2. 骨架參數(shù)

（1） 由已知礦物含量求骨架參數(shù)

組成巖石的礦物一般為兩種或兩種以上，則骨架參數(shù)的求取方程為：

 

 

油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)

 

式中：V1，V2，…，Vn——n種礦物各自含量，％；△tma1，△tma2，…，△tman——n礦物各自的聲波時(shí)差，μs/m；ρma1，ρma2，…，ρman——n礦物各自的密度，g/cm3；φNma1，φNma2，…，φNman——n礦物各自的中子孔隙度，％。各種礦物的聲聲波分析波時(shí)差、密度、中子孔隙度值可查閱有關(guān)測(cè)井解釋手冊(cè)。

（2） 由已知孔隙度求骨架參數(shù)

以測(cè)井值為縱坐標(biāo)，以巖心分析的孔隙度為橫坐標(biāo)，建立相關(guān)直線，回歸出如聲波孔隙度方程，直線在孔隙度為零處的縱坐標(biāo)上的值即為骨架參數(shù)值。應(yīng)用這種方法計(jì)算骨架聲波時(shí)差時(shí)，條件是地層已被壓實(shí)。

（3） 利用實(shí)驗(yàn)室分析的密度和孔隙度值計(jì)算骨架密度值

空氣條件下，巖石的密度為ρb ＝φ&midDOt;ρg＋ （1-φ）ρma。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定時(shí)一般為抽真空的條件下，ρg＝0，則ρma＝ρb/（1-φ），因此當(dāng)孔隙度為零時(shí)對(duì)應(yīng)的密度為骨架密度值。

3. 聲波壓實(shí)系數(shù)的確定

對(duì)于未被壓實(shí)的地層，聲波時(shí)差求孔隙度的方程為：

φs＝（△t-△tma）/（△tf-△tma）·（1/Cp）

式中：Cp——壓實(shí)系數(shù)，隨深度增加而逐漸接近于1；其他參數(shù)同上。

求壓實(shí)系數(shù)一般采用如下方法：

（1） 根據(jù)泥巖聲波時(shí)差確定壓實(shí)系數(shù)

在正常沉積環(huán)境，深度約3000～3300m為泥巖壓實(shí)深度，聲波時(shí)差值約300～330μs/m左右，則壓實(shí)系數(shù)為Cp＝△t/300，300為泥巖壓實(shí)聲波時(shí)差，也可在300～330μs/m選一值。在我國(guó)東部斷陷盆地中，壓實(shí)程度與地層埋深密切相關(guān)，因此可以把計(jì)算出Cp與埋深建立關(guān)系，用于校正不同井的聲波時(shí)差計(jì)算孔隙度。如：某開(kāi)發(fā)區(qū)1500m以下求得的Cp與埋深的關(guān)系：

Cp＝1.3033-0.0001H

式中：H—埋深，m。

（2） 用聲波時(shí)差孔隙度與巖心孔隙度比值確定壓實(shí)系數(shù)由聲波時(shí)差孔隙度方程計(jì)算聲波孔隙度φS，相應(yīng)深度的巖心分析孔隙度為φcore，則比值φS/φcore為該深度的壓實(shí)系數(shù)，然后建立壓實(shí)系數(shù)與埋深的關(guān)系。如某開(kāi)發(fā)區(qū)1500m

以上的壓實(shí)系數(shù)與埋深的關(guān)系為Cp＝1.9453-0.0004H。

（3） 用密度孔隙度與聲波時(shí)差孔隙度確定壓實(shí)系數(shù)由聲波時(shí)差孔隙度和密度孔隙度公式確定聲波時(shí)差孔隙度φS和密度孔隙度φD。由于地層密度不受壓實(shí)作用影響，因此用密度計(jì)算的孔隙度可替代真實(shí)的地層孔隙度。由此可見(jiàn)，φS/φD為壓實(shí)系數(shù)。同樣，中子孔隙度也不受壓實(shí)作用影響，因此φS/φN也可以代

表壓實(shí)系數(shù)。

（三） 儲(chǔ)層滲透率

1. 國(guó)內(nèi)外廣泛采用的滲透率解釋模型用測(cè)井資料確定地下儲(chǔ)層滲透率是一種簡(jiǎn)便而有效的途徑。現(xiàn)有的方法基本上都是通過(guò)大量實(shí)際資料的統(tǒng)計(jì)，尋找出測(cè)井值或轉(zhuǎn)換后的某種地層參數(shù)與巖心分析的滲透率之間

的相關(guān)關(guān)系，然后將這種關(guān)系推廣到未知井的滲透率計(jì)算上。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)分析，普遍認(rèn)為決定儲(chǔ)層滲透率 （K） 的主要因素是孔隙度 （φ）、巖石比面 （Sv）、孔道彎曲度 （t） 及孔道半徑 （r），即：

K＝f（φ，Sv，t，r）

為了進(jìn)一步確定它們之間的確切關(guān)系，國(guó)內(nèi)外研究工作者曾進(jìn)行過(guò)大量的研究工作。

（1） 滲透率與孔隙度和巖石比面的關(guān)系

Kozeny （1927），F(xiàn)air＆ Hatch （1933） 最早研究了滲透率與孔隙度和巖石比面之間的關(guān)系，隨后提出的種種關(guān)系式，基本上都是在他們研究的基礎(chǔ)上發(fā)展的。一個(gè)較普遍的方程是Kozeny-Carman方程 （1956）：

 

 

油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)

 

式中：A——經(jīng)驗(yàn)系數(shù) （Kozeny常數(shù)）；Sv——單位體積巖石的顆粒表面積 （巖石比面）。

由于單位體積巖石孔隙度和巖石顆粒表面積可表示為：

 

 

油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)

 

式中：r——平均有效孔隙半徑；n——單位體積巖石中的孔道數(shù)目；le——有效孔隙長(zhǎng)度。

利用Kozeny-Carman方程式，可導(dǎo)出由孔隙度和有效孔隙半徑計(jì)算滲透率的關(guān)系式：

K=0.25AФ·r2

以上關(guān)系式表明，滲透率與孔隙度成正比，與巖石比面成反比，與有效孔隙半徑成正比。然而，這些關(guān)系式基本上都是理論上的或?qū)嶒?yàn)性的。在用測(cè)井資料估計(jì)滲透率時(shí)，更多的是應(yīng)用下面一種關(guān)系。

（2） 滲透率與孔隙度和束縛水飽和度的關(guān)系

確定這種關(guān)系的較早形式是Wyllie-Rose方程 （1950）：

 

 

油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)

 

式中：K——滲透率，10-3μm2；φ——孔隙度，％；Swi——束縛水飽和度，％；C1——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；C2——常數(shù)。

1968年Tixier統(tǒng)計(jì)得一個(gè)經(jīng)驗(yàn)方程：

 

 

油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)

 

式中：C——與油氣特性有關(guān)的系數(shù)。對(duì)于中等比重的油，C＝250；對(duì)于氣，C＝79。

后來(lái)，Timur （1972年） 根據(jù)北美3個(gè)油田155塊砂巖巖樣在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定滲透率、孔隙度和束縛水飽和度的結(jié)果，建立了一個(gè)類似的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：

 

 

油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)

 

該式被認(rèn)為是對(duì)Tixier方程的修正，并已編入斯侖貝謝測(cè)井解釋圖版集中。

然而，正如Coates ＆ Dumanoir（1974） 所指出的，Tixier方程和Timur方程都是在巖性較純的固結(jié)砂巖，孔隙度值為中等 （15％～25％） 的條件下建立的，它們對(duì)于與此情況不相符合的其他巖石并不完全適用。為了改善測(cè)井求得的滲透率值，他們提出了一個(gè)新的變量，即用一個(gè)與膠結(jié)指數(shù)m和飽和度指數(shù)n有關(guān)的參數(shù)w來(lái)作為φ/Swi的指數(shù)，所得關(guān)系式為：

 

 

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式中：w＝m＝n。

再進(jìn)一步考慮到影響滲透率的重要因素孔道彎曲度和毛管壓力還與膠結(jié)指數(shù)有關(guān)。于是，還可用w來(lái)調(diào)整C。通過(guò)試驗(yàn)，得出的較好關(guān)系式為：

 

 

油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)

 

式中： （ρh為油氣密度）。

以上分析基本上反映了國(guó)外利用孔隙度和束縛水飽和度估計(jì)巖石滲透率的大體進(jìn)展和研究現(xiàn)狀。盡管提出的方程形式各異，但基本上都可用一個(gè)統(tǒng)一的通式來(lái)表示：

 

 

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式中：系數(shù)C、指數(shù)a與b是一定的油氣類型、一定的地區(qū)及巖性的統(tǒng)計(jì)常數(shù)。可通過(guò)自由水面之上含油氣層的大量巖心分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)來(lái)確定。

圍繞這一基本關(guān)系式，國(guó)內(nèi)外各測(cè)井部門還提出了各自的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)公式，如德萊賽公司常用的公式是：

 

 

油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)

 

國(guó)內(nèi)大港油田新近系的關(guān)系式是：

 

 

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河南魏崗油田的關(guān)系式是：

 

 

油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)

 

以上說(shuō)明滲透率與孔隙度、束縛水飽和度的基本關(guān)系的存在，但無(wú)法找到一個(gè)普遍適用的方程。

2. 確定束縛水飽和度的方法

雖然人們對(duì)束縛水飽和度在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的重要作用早有認(rèn)識(shí)，但一直沒(méi)有一種能獨(dú)立評(píng)價(jià)束縛水飽和度的測(cè)井解釋方法。過(guò)去將經(jīng)試油證實(shí)的或綜合分析確有把握的產(chǎn)油氣而不產(chǎn)水的儲(chǔ)層作為束縛水飽和的儲(chǔ)層。在這種儲(chǔ)層中用油基泥漿取心測(cè)量的含水飽和度，就是束縛水飽和度。也可以把油氣層用深探測(cè)電阻率計(jì)算的含水飽和度作為束縛水飽和度。還可以根據(jù)油基泥漿巖心分析的含水飽和度和試油、測(cè)井資料的統(tǒng)計(jì)分析，按地區(qū)按層位定出判斷油氣層的含水飽和度標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)含水飽和度自然也認(rèn)為是束縛水飽和度。然而這些根據(jù)巖心和試油資料得出的束縛水飽和度，只是在一定巖性范圍內(nèi)束縛水飽和度的最大值，并不是儲(chǔ)層實(shí)際的束縛水飽和度，尤其不能代表巖性變化時(shí)實(shí)際的束縛水飽和度。而實(shí)際上，因巖性變化，束縛水飽和度變化范圍相當(dāng)大。表5-7是美國(guó)路易斯安那州海灣地區(qū)中新世砂巖束縛水飽和度最大值。從表中可以看到，不同的儲(chǔ)層，其束縛水飽和度與砂巖類型和孔隙度有關(guān)，變化范圍相當(dāng)大。由此可以看出，迫切需要有一種電阻率測(cè)井之外能獨(dú)立評(píng)價(jià)束縛水飽和度的方法。

 

表5-7 砂巖的束縛水飽和度最大值

 

 

因粒度中值和孔隙度對(duì)束縛水飽和度影響最大，粘土含量和巖石的潤(rùn)濕性也有一定影響，但粘土含量與粒度中值有一定相關(guān)性，因此，可以考慮根據(jù)粒度中值Md、孔隙度、潤(rùn)濕性建立束縛水飽和度經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。我國(guó)根據(jù)6個(gè)油田1774塊巖心分析數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析建立的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式如下：杭州愛(ài)華AWA6228+ 多功能聲級(jí)計(jì)

（1） 中到高孔隙度砂巖 （φ≥20％）

 

 

油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)

 

式中：Swi——束縛水飽和度，小數(shù)；φ——孔隙度，小數(shù)；Md——粒度中值，mm；A0，B0——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

實(shí)際資料分析表明，A0隨膠結(jié)程度變?nèi)酢⒖紫抖仍黾蛹坝H水性變強(qiáng)而減小，B0與此相反。對(duì)于高孔隙度 （25％≤φ≤40％）、弱到中等膠結(jié)的砂巖，A0＝0.36，B0＝0.114；對(duì)中等孔隙度 （20％≤φ≤30％）、中等膠結(jié)的砂巖，A0＝0.36，B0＝0.1；對(duì)強(qiáng)親水的高孔隙度（25％≤φ≤45％） 淺部疏松砂巖層，A0＝0.18，B0＝0.18。

（2）低孔隙度砂巖 （φ<20％）

 

 

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式中：B0——與壓實(shí)程度和潤(rùn)濕性有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般約為0.7～0.8，隨壓實(shí)程度增加而增加；其他參數(shù)同上。AWA6228+ 多功能聲級(jí)計(jì)