CN112943229A - 一种储气库盖层突破压力连续预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储气库盖层突破压力连续预测方法。主要解决了现有储气库建库参数设计中直接使用孔隙度和声波时差关联突破压力预测的不合理、不准确的问题。其特征在于：包括以下步骤：1）建立渗透率和孔隙度关系模型，搭建起渗透率和测井参数的关系；2）将渗透率与突破压力进行关联，建立突破压力和渗透率关系模型；3）建立突破压力与孔隙度关系模型；4）建立密度与孔隙度关系模型；5）建立测井参数密度与突破压力关系模型；6）实现盖层突破压力纵向和横向的连续预测。该方法真正反映了突破压力的主控因素渗透率和密度对盖层突破压力的影响，提高了盖层突破压力预测的准确性和可靠性。

Description

一种储气库盖层突破压力连续预测方法

技术领域

本发明涉及油田储气库设计密封性评价技术领域，特别涉及一种储气库盖层突破压力连续预测方法。

背景技术

国外储气库发展已有百年历史，总工作气量已达4160亿方，国内储气库建设起步较晚，从2000年第一座大张坨储气库投产以来，陆续建成9座库群。在储气库建设过程中，盖层的密封性是建库重要考虑因素，对建库参数的设计也具有重要影响。目前储气库盖层密封性研究方法很多，但这些研究一般主要针对盖层岩性、厚度和物性3个方面，侧重于定性评价，部分学者对盖层突破压力进行了定量研究，这些定量研究主要通过盖层岩心突破压力实验进行，但这些实验只能选取盖层某几处深度的样品，数量有限，目前迫切需要解决盖层突破压力连续预测的问题。

有文献报道盖层突破压力测试与预测方法，参见(1)吕延防等“盖岩排替压力研究”(大庆石油学院学报，1993年第4期)；(2)吕延防等“利用声波时差计算盖岩排替压力”(石油实验地质，1994年第2期)；(3)李明瑞等“鄂尔多斯盆地神木地区上古生界盖层物性封闭能力与石千峰组有利区域预测”(中国石油勘探，2006年第5期)；(4)牟敦山等“徐深气田盖层封气有效性研究”(沉积学报，2011年第1期)；(5)庞晶等“新疆H气田改建地下储气库的密封性评价”(天然气工业，2012年第2期)。上述(1)通过实验测试与理论推导，实现了饱和不同流体盖层排替压力的转换，导出了排替压力温度校正公式，提出了利用声波时差直接计算盖层排替压力的思路和方法；上述(2)在实验数据基础上，利用孔隙度建立了不同砂质含量泥质岩声波时差与排替压力的关系，并依据此关系，利用测井资料研究了大庆长垣以东地区盖岩排替压力剖面与平面的变化规律；上述(3)通过建立神木地区上古生界具体的排替压力与声波时差的关系式，实现了盖层排替压力的连续预测。通过对以上5篇文献的研究发现，这些文献虽然建立了盖层突破压力的连续预测方法，但都是以孔隙度参数为桥梁建立突破压力与声波时差的关系模型，通过测井参数声波时差与孔隙度的相关性和连续性来实现突破压力预测的连续性，其建立预测方法的假设前提是孔隙度大小与突破压力具有很好的正相关性，也即孔隙度越小，连通喉道越小，突破压力越大，孔隙度越大，连通喉道越大，突破压力越小。而众多岩心实验表明孔隙度大小只能反映盖层孔隙的大小，不能较好反映喉道的大小，而喉道大小才是决定突破压力大小的真正主控因素；基于这种原因，需要建立一种新的盖层突破压力连续预测方法。从而用来指导储气库建库参数的准确设计和安全设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服背景技术中存在的储气库建库参数设计中直接使用孔隙度和声波时差关联突破压力预测的不合理、不准确的问题，提供一种储气库盖层突破压力连续预测方法。该方法真正反映了突破压力的主控因素渗透率和密度对盖层突破压力的影响，同时也有效消除了实验测量盖层突破压力与地层条件下盖层真实突破压力之间的误差，提高了盖层突破压力预测的准确性和可靠性。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：该储气库盖层突破压力连续预测方法，包括以下步骤：

1)建立渗透率和孔隙度关系模型，搭建起渗透率和测井参数的关系：将钻取的盖层岩心进行孔隙度φ(％)和渗透率K(mD)测量，建立以实验为基础的渗透率K和孔隙度φ关系模型K＝f₁(φ)；

2)将渗透率与突破压力进行关联，建立突破压力和渗透率关系模型:将钻取的盖层岩心进行突破压力p_d(MPa)测量，建立以实验为基础的突破压力p_d和渗透率K关系模型p_d＝f₂(K)；

3)建立突破压力与孔隙度关系模型，将将孔隙度参数包含在渗透率参数之中，进而将孔隙度与突破压力关联：将步骤1)得到的渗透率K和孔隙度φ关系模型K＝f₁(φ)代入步骤2)，间接得到突破压力p_d和孔隙度φ关系模型p_d＝f₂(f₁(φ))；

4)建立密度与孔隙度关系模型：通过测井资料分析测井参数伽马、中子、密度、声波时差与盖层孔隙度的相关性，优选密度参数ρ(g/cm³)建立该参数与孔隙度φ关系模型φ＝f₃(ρ)；

5)建立测井参数密度与突破压力关系模型：将步骤4)建立的测井参数ρ与孔隙度关系模型代入步骤1)，建立以实验为基础的测井参数ρ与突破压力p_d关系模型p_d＝f₂(f₁(f₃(ρ)))；

6)通过不同深度的测井参数密度利用步骤5)建立的模型计算得到垂向上不同深度的盖层突破压力，得到以实验为基础的不同深度盖层突破压力的纵向分布；

7)将6)得到的盖层突破压力进行温度校正，得到不同深度地层条件下盖层突破压力，再通过插值法得到地层条件下盖层突破压力的横向分布。

本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：本发明利用盖层岩心突破压力实验测量、盖层岩心渗透率与孔隙度函数关系、盖层突破压力实验条件与地层条件转换，首次建立了火山岩气藏改建储气库盖层突破压力连续预测方法，弥补了前人对盖层突破压力连续预测的不足之处，克服了直接使用孔隙度和声波时差关联突破压力预测的不合理性，真正反映了突破压力的主控因素渗透率和密度对盖层突破压力的影响。同时也有效消除了实验测量盖层突破压力与地层条件下盖层真实突破压力之间的误差，提高了盖层突破压力预测的准确性和可靠性。也极大的弥补了盖层岩心突破压力实验样品数不足的缺点，并节省了大规模开展盖层岩心突破压力实验的成本。奠定了储气库运行上限压力、最大瞬时注入压力设计的理论依据和可靠性与安全性。本发明并以大庆升平储气库盖层突破压力连续预测为例进行了方法验证，得到了升平储气库运行最大瞬时注入压力为37MPa，比储气库原始地层压力32MPa高出5MPa，应用该发明方法将升平储气库运行上限地层压力由原始32MPa提升至34MPa，工作气量由上限地层压力32MPa条件下的26×10⁸m³进一步提升至上限地层压力34MPa条件下得30×10⁸m³。

附图说明

附图1为本发明实施例中升平储气库盖层岩心突破压力与渗透率交会图；

附图2为本发明实施例中升平储气库盖层岩心突破压力与孔隙度交会图；

附图3为本发明实施例中升平储气库盖层岩心渗透率与孔隙度交会图；

附图4为本发明实施例中升平储气库盖层测井孔隙度与伽马交会图；

附图5为本发明实施例中升平储气库盖层测井孔隙度与中子交会图；

附图6为本发明实施例中升平储气库盖层测井孔隙度与声波时差交会图；

附图7为本发明实施例中升平储气库盖层测井孔隙度与密度交会图；

附图8为本发明实施例中升平储气库盖层地下突破压力随深度变化分布图；

附图9为本发明实施例中升平储气库盖层地下突破压力平面变化分布图。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例将对本发明作进一步说明：

从以下几个方面详细说明本发明所述的一种储气库盖层突破压力连续预测方法。

一、储气库盖层突破压力连续预测方法

1、储气库盖层岩心突破压力实验测试方法

1)岩样用超声波清洗器后置于恒温烘箱中烘干8h后取出，放至室温。干岩样抽真空18h～24h，然后将脱气后的地层水饱和岩样，继续抽空2h以上，直至观察不到气泡为止。

2)将岩心和饱和液体，加压10.0MPa～20.0MPa并保持2h以上，使岩样充分饱和。

3)将饱和好的岩样装入岩心夹持器内，根据实验要求设定围压和温度，达到设定值后稳定30min。

4)接通气源至岩样进口端，设定起始压差和出口端压力。2h升高一次进口端压力，每次增大1.5MPa。测定中根据气泡检测装置检测岩样出口端，当气泡均匀连续逸出时，对应的岩样进、出口端压差值即为岩样的气体突破压力。

2、储气库盖层岩心突破压力连续预测方法

储气库盖层岩心突破压力连续预测方法是按下述步骤完成的：

1)将钻取的盖层岩心进行孔隙度φ(％)和渗透率K(mD)测量，建立以实验为基础的渗透率K和孔隙度φ关系模型K＝f₁(φ)；这一步引入渗透率这个参数，可以把突破压力与渗透率较好的相关性充分考虑进来，并通过建立孔渗关系模型，搭建起渗透率和测井参数的关系，从而为实现测井参数-渗透率-突破压力计算新方法打下基础，克服以往突破压力单纯用孔隙度来计算的局限。

2)将钻取的盖层岩心进行突破压力p_d(MPa)测量，建立以实验为基础的突破压力p_d和渗透率K关系模型p_d＝f₂(K)；由于盖层孔喉结构复杂，相同孔隙度条件下，孔隙和喉道的搭配关系不同，突破压力也会不同，而前人常常把突破压力与只反应孔隙大小的孔隙度进行关联，而没有关联更能反应流通能力的渗透率，这一步将渗透率与突破压力进行关联后，就能较好的克服以往用孔隙度直接关联突破压力的不足。

3)将步骤1)得到的渗透率K和孔隙度φ关系模型K＝f₁(φ)代入步骤2)间接得到突破压力p_d和孔隙度φ关系模型p_d＝f₂(f₁(φ))；这一步虽然也建立的是突破压力与孔隙度关系模型，但不是直接将孔隙度与突破压力关联，而是将孔隙度参数包含在渗透率参数之中，从而克服了直接通过孔隙度来计算突破压力压力缺点。

4)通过测井资料分析测井参数伽马、中子、密度、声波时差与盖层孔隙度的相关性，优选密度参数ρ(g/cm³)建立该参数与孔隙度φ关系模型φ＝f₃(ρ)；这一步通过分析四种测井参数与孔隙度的相关性，发现密度比声波时差与孔隙度的相关性更好，从而由传统的声波时差计算孔隙度改为密度计算孔隙度，进一步提高突破压力预测的可靠性。

5)将步骤4)建立的测井参数ρ与孔隙度关系模型代入步骤1)，建立以实验为基础的测井参数ρ与突破压力p_d关系模型p_d＝f₂(f₁(f₃(ρ)))；这一步建立了新测井参数密度-渗透率-突破压力关系模型，突破了传统的由声波时差-孔隙度-突破压力关系关系模型，实现了突破压力连续预测的新思路和新模型。

6)对盖层实验突破压力进行地层温度校正，得到真实地层条件下盖层突破压力；由于实验测试结果与地下条件的温度环境并不相同，因此需要进行地面和地下突破压力转换，从而得到与地下条件相符的突破压力结果。

7)通过不同深度的测井参数密度利用步骤5)建立的模型计算得到垂向上不同深度的盖层突破压力，再利用步骤6)进行地层温度校正，得到不同深度地层条件下盖层突破压力的纵向分布；由于测井参数能够实现盖层段各个深度的连续测量，因此通过测井参数密度就能够实现突破压力的纵向连续预测。

8)将步骤7)得到的地层条件下盖层突破压力，通过克里金插值得到相同深度地层条件下盖层突破压力的横向分布。在单井实现盖层突破压力纵向连续预测基础上，再通过插值法实现平面突破压力的连续预测。

实施例1

以下以大庆升平储气库盖层突破压力连续预测方法为例说明本发明方法的实施过程。

1、研究背景

大庆升平储气库由徐深气田升深2-1区块火山岩气藏改建而来，该气藏深层地层层序由下至上依次为古生界基底、侏罗系火石岭组、白垩系沙河子组、营城组、登楼库组和泉头组。该区块营三段顶面构造主体圈闭面积22.62km²，闭合线深度-2820m，最大构造幅度170m。在营城组储层发育12条断层，延伸长度一般小于2km，断距一般介于30～90m，总体以北北西向为主。营城组火山岩岩性主要为酸性岩，岩石类型有流纹岩、凝灰岩和火山角砾岩。该区块发育4种相类型：火山通道相、侵出相、爆发相和喷溢相，其中喷溢相分布范围最广，面积最大；其次是爆发相和火山通道相，分别发育在该区块的西部及北部，中部发育少量的侵出相。营城组火山岩储集空间类型主要为气孔，通过235块岩样分析表明：孔隙度值集中在3％～15％，平均孔隙度8.4％，渗透率值集中在0.01～2.0mD之间，平均为1.55mD。平均孔隙半径大于0.1μm的样品占50.46％，最大孔隙半径大于0.1μm占74.31％，表明储层以中小孔喉为主。营城组火山岩厚度介于400～700m之间，整体表现为西薄东厚，南部薄北部厚，储层有效厚度在40～120m，平均有效厚度50m，整体表现为中间厚，边部薄。气体分析结果表明：天然气以干气为主，相对密度0.57～0.60，甲烷含量介于88.25％～94.79％，乙烷含量介于0.87％～2.85％，氮气含量介于1.55％～3.95％，二氧化碳含量介于0.60％～5.40％，气体不含硫化氢。地层水水型以NaHCO₃为主，平均矿化度含量为15327mg/L，氯离子平均含量为2356mg/L。地层温度稳定在120℃左右，温度梯度介于3～4℃/100m，属于正常温度系统。原始地层压力31.78MPa，地层压力梯度0.15～0.17MPa/100m，属于正常压力系统。气藏属于同一个水动力系统，气水界面大致统一，海拔深度约-2840m，历年地层压力监测表明：气藏整体连通性较好。

升平储气库盖层岩性以暗色砂泥岩为主，表现为中高GR(砂60～90API，泥90～120API)、中低LLD/LLS(泥10～30Ωm，砂30～60Ωm)。盖层厚度介于94～167m，平均133.3m，其中泥岩厚度63.1～120.4m，平均86.32m；泥岩占盖层厚度百分比多数达70％以上。盖层物性结果表明：岩心分析孔隙度1.27％～5.0％，渗透率0.0003～0.1mD，测井解释孔隙度介于1.84％～3.02％，渗透率介于0.0073～0.011mD。应用高压压汞与恒速压汞评价盖层微观孔喉，14块盖层岩样分析结果表明盖层孔喉以微孔喉为主，介于0.053～0.089μm，样品数占比78.57％。

2、升平储气库盖层孔隙度与渗透率关系模型建立

将钻取的盖层岩心进行孔隙度φ(％)和渗透率K(mD)测量，建立以实验为基础的渗透率K和孔隙度φ关系模型，如图3所示：

K＝0.0053e^0.1423φ

(1)

3、升平储气库盖层突破压力与渗透率关系模型建立

将钻取的盖层岩心进行突破压力p_d(MPa)测量，建立以实验为基础的突破压力p_d和渗透率K关系模型，如图2所示：

p_d＝2.0342K^-0.3767

(2)

4、升平储气库盖层突破压力与孔隙度关系模型建立

将渗透率K和孔隙度φ关系模型(1)代入突破压力p_d和渗透率K关系模型(2)间接得到突破压力p_d和孔隙度φ关系模型，如图1所示：

p_d＝2.0342(0.0053e^0.1423Φ)^-0.3767

(3)

5、升平储气库盖层孔隙度与密度关系模型建立

如图4、5、6、7所示，通过测井资料分析测井参数伽马、中子、密度、声波时差与盖层孔隙度的相关性，优选密度参数ρ(g/cm³)建立该参数与孔隙度φ关系模型：

φ＝-18.728*ρ+51.807

(4)

6、升平储气库盖层孔隙度与密度关系模型建立

将建立的测井参数ρ与孔隙度关系模型代入步骤(3)，建立以实验为基础的测井参数ρ与突破压力p_d关系模型：

p_d＝2.0342[0.0053e^{0.1423(-18.728*ρ+51.807)}]^-0.3767

(5)

7、盖层实验突破压力进行地层温度校正

由于实验温度与地层温度不同，需要对实验条件测得的突破压力p_d0进行温度校正，从而得到地层温度条件下更符合实际的盖层突破压力p_d，转换模型如下：

式中：T——地层温度，K；T₀——地面实验温度，K。

8、盖层突破压力垂向上连续预测

通过不同深度的测井参数密度利用(5)建立的模型计算得到垂向上不同深度的盖层突破压力，再利用(6)进行地层温度校正，得到不同深度地层条件下盖层突破压力的纵向分布。计算结果表明盖层突破压力有增加的趋势，但盖层突破压力并不随深度严格增加，总体上，盖层突破压力在一定范围内波动，升平储气库区域盖层纵向上突破压力多数介于5～10MPa之间(如图8所示)。

9、盖层突破压力横向上连续预测

通过相同深度下各井点计算得到的地层条件下盖层突破压力，选取盖层底部各井计算突破压力值通过克里金插值得到相同深度地层条件下盖层突破压力的横向分布。计算结果表明，不同区域盖层突破压力横向上并不完全一致，升平储气库区域盖层横向上突破压力多数介于5.5～8.2MPa之间(如图9所示)。

以上通过实例具体说明了本发明进行储气库盖层突破压力连续预测与评价方法的全过程，该方法预测的盖层突破压力结果可用于储气库建库参数设计和运行参数优化中储气库运行上限压力、最大瞬时注入压力的设计。本发明具有下述特点：

(1)提出并建立了储气库盖层突破压力连续预测方法，主要是利用储气库盖层岩心突破压力实验分析、盖层岩心孔隙度与渗透率实验分析、盖层测井孔隙度与密度关系分析、地层突破压力与实验突破压力转换方法相结合、平面突破压力克里金插值方法实现盖层突破压力纵向和横向的连续预测，满足储气库建库参数上限运行压力、最大瞬时注入压力设计需求。

(2)首次建立了火山岩气藏改建储气库盖层突破压力连续预测方法，弥补了前人对盖层突破压力连续预测的不足之处，克服了直接使用孔隙度和声波时差关联突破压力预测的不合理性，真正反映了突破压力的主控因素渗透率和密度对盖层突破压力的影响。同时也有效消除了实验测量盖层突破压力与地层条件下盖层真实突破压力之间的误差，提高了盖层突破压力预测的准确性和可靠性。也极大的弥补了盖层岩心突破压力实验样品数不足的缺点，并节省了大规模开展盖层岩心突破压力实验的成本。

(3)该预测方法在大庆升平储气库建库参数设计中应用，得到了升平储气库运行最大瞬时注入压力为37MPa，比储气库原始地层压力32MPa高出5MPa，从而提升了储气库的库容和工作气量，极大提高了建库运行效率和经济效益。

(4)应用该发明方法将升平储气库运行上限地层压力由原始32MPa提升至34MPa，工作气量由上限地层压力32MPa条件下的26×10⁸m³进一步提升至上限地层压力34MPa条件下得30×10⁸m³。

Claims (6)

1.一种储气库盖层突破压力连续预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)建立渗透率和孔隙度关系模型，搭建起渗透率和测井参数的关系：将钻取的盖层岩心进行孔隙度φ和渗透率K测量，建立以实验为基础的渗透率K和孔隙度φ关系模型K＝f₁(φ)；

2)将渗透率与突破压力进行关联，建立突破压力和渗透率关系模型:将钻取的盖层岩心进行突破压力p_d测量，建立以实验为基础的突破压力p_d和渗透率K关系模型p_d＝f₂(K)；

3)建立突破压力与孔隙度关系模型，将将孔隙度参数包含在渗透率参数之中，进而将孔隙度与突破压力关联：将步骤1)得到的渗透率K和孔隙度φ关系模型K＝f₁(φ)代入步骤2)，间接得到突破压力p_d和孔隙度φ关系模型p_d＝f₂(f₁(φ))；

4)建立密度与孔隙度关系模型：通过测井资料分析测井参数伽马、中子、密度、声波时差与盖层孔隙度的相关性，优选密度参数ρ建立该参数与孔隙度φ关系模型φ＝f₃(ρ)；

5)建立测井参数密度与突破压力关系模型：将步骤4)建立的测井参数ρ与孔隙度关系模型代入步骤1)，建立以实验为基础的测井参数ρ与突破压力p_d关系模型p_d＝f₂(f₁(f₃(ρ)))；

6)通过不同深度的测井参数密度利用步骤5)建立的模型计算得到垂向上不同深度的盖层突破压力，得到以实验为基础的不同深度盖层突破压力的纵向分布；

7)通过相同深度下各井点计算得到的地层条件下盖层突破压力，再利用井间插值得到相同深度地层条件下盖层突破压力的横向分布。

2.根据权利要求1所述的储气库盖层突破压力连续预测方法，其特征在于：对步骤5)得到的盖层实验突破压力进行地层温度校正，得到真实地层条件下盖层突破压力。

3.根据权利要求1所述的储气库盖层突破压力连续预测方法，其特征在于：对步骤6)得到垂向上不同深度的盖层突破压力进行地层温度校正，得到不同深度地层条件下盖层突破压力的纵向分布。

4.根据权利要求1所述的储气库盖层突破压力连续预测方法，其特征在于：对步骤7)得到的各井点地层条件下盖层突破压力进行地层温度校正，得到相同深度条件下盖层突破压力的横向分布。

5.根据权利要求2或3或4所述的储气库盖层突破压力连续预测方法，其特征在于：对盖层实验突破压力进行地层温度校正的转换模型如下：

式中：T——地层温度，K；T₀——地面实验温度，K；p_d0——温度未校正前突破压力，MPa，p_d——温度校正后突破压力，MPa。

6.根据权利要求1所述的储气库盖层突破压力连续预测方法，其特征在于：步骤7)插值法为克里金插值法。

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