川西气田位于龙门山中段前缘由关口断裂与彭县断裂夹持的石羊–金马–鸭子河构造带，中三叠统雷口坡组四段上亚段属局限台地–潮坪相沉积环境，为川西气田海相领域油气勘探的重点层系^[1-2]。雷四上亚段受复杂构造运动和成岩作用的影响，形成了孔隙结构复杂、非均质性较强的白云岩储层^[3-6]，准确评价储层有效性的难度较大。

目前，国内外常采用沉积层序理论分析法、岩心定性分析法、物性参数判别法及地质建模法划分储层流动单元 ^[7-9]。J. O. Amaefule等人^[7]利用改进的Kozeney-Carman方程，建立了划分流动单元的流动层段指标FZI。周游等人^[9-11]分析了不同类别的岩石物理相–流动单元的测井响应特征及参数敏感性，建立了基于灰色理论的岩石物理相–流动单元定量综合评价指标体系，但岩心定性分析法无法对储层段进行连续有效的表征。直井中可利用丰富的测井资料计算孔隙度、渗透率等参数，结合岩相进行流动单元划分。然而，碳酸盐岩水平井仅有声波孔隙度曲线，孔隙度、渗透率的计算误差较大，难以满足流动单元划分精度，解释结果依赖个人经验导致存在较大误差，所以仅采用岩心分析结果、常规测井解释结果无法对碳酸盐岩水平井流动单元进行准确评价。针对这一难点，笔者利用雷四段白云岩岩心试验数据、常规测井资料分析了储层流动单元类别及其孔隙结构特征，根据核磁共振测井资料构建了伪毛细管压力曲线^[12-15]，为定量、连续计算孔隙结构参数提供了数据基础；并从伪毛细管压力曲线中提取拟合度较高的中值压力、排驱压力，作为依靠测井资料评价储层孔隙结构的桥梁，建立了基于中值压力和排驱压力的偏离程度系数——S指数和T指数，作为定量评价储层孔隙结构的参数，为碳酸盐岩储层流动单元的划分提供了技术途径。

1.   研究区概况

川西气田雷四上亚段包括上、下2套储层，成岩过程中受到多期构造运动作用的影响^[3-4]，岩性整体表现出较强的纵向非均质性。雷四上亚段岩石类型多样，上储层段岩性以藻粘结灰岩、藻砂屑灰岩、泥–微晶灰岩、云质（含云质）灰岩为主，灰质白云岩次之，见少量微–粉晶白云岩和砂屑白云岩；下储层段岩性则以粉晶白云岩、藻纹层白云岩、藻砂屑白云岩和藻凝块白云岩为主^[5]。雷四下亚段为膏盐层，无储层发育。

川西气田雷四段白云岩储层的储集空间类型复杂，主要发育孔隙、溶蚀洞穴和裂缝等3类^[5-6]。其中，裂缝主要受到构造运动和溶蚀作用的影响，分为构造缝、溶蚀缝和压实压溶缝；孔隙则主要分为晶间孔、粒间孔、残余粒内孔和铸模孔^[6]。雷四上亚段储层孔隙类型以针孔状溶孔为主，局部可见零星小尺寸溶洞与溶缝，孔隙度0.24%～23.70%，平均为6.01%，主要集中在孔隙度小于6.0%的区间范围内；储层渗透率0.001～18.400 mD，平均为1.352 mD，渗透率变化范围大，表明雷四上亚段储层孔隙结构复杂，非均质性强。

2.   雷四上亚段储层流动单元划分

以雷四上亚段岩心资料、录井资料、地震资料及开发数据分析为基础^{[7-11, 15-17]}，根据实验室压汞资料和岩心资料分析结果，将储层划分为4类流动单元，其地质特征见表1。

表  1  雷四上亚段储层流动单元地质特征

Table  1.  Geological characteristics of reservoir flow units in the upper part of the 4th member of Leikoupo Formation

流动 单元	岩性	孔隙度，%	渗透率/mD	排驱压力/MPa	中值压力/MPa	最大进汞 饱和度，%	孔渗特征	储集空间类型
Ⅰ类	藻白云岩、白云岩	2.3～9.4	0.59～80.20	0.07～0.70	0.08～2.20	≥75	中—低孔高渗	裂缝、溶蚀孔洞
Ⅱ类	藻粘结白云岩、含 灰白云岩	2.2～19.8	0.01～13.82	0.20～1.00	2.00～7.00	≥80	中—高孔中渗	粒间溶孔、晶间溶孔
Ⅲ类	灰质白云岩、白云 质灰岩	0.3～3.4	0.02～65.40	<0.02	0.10～10.00	≥75	低孔中—高渗	构造缝、溶蚀缝
Ⅳ类	残余藻粘结白云 岩、藻纹层白云岩、 微—细晶白云岩	2.0～9.2	0～0.20	0.70～2.00	7.00～30.00	50～90	中—低孔低渗	不规则溶孔、孤立溶孔
基岩	灰岩、白云质灰岩	0.5～2.0	0～0.09	≥2.00		≤50	极低孔极低渗

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雷四上亚段碳酸盐岩的储集空间类型复杂，使其压汞曲线表现出较大差异。排驱压力分布在0.005～7.340 MPa，中值压力分布在0.07～167.06 MPa，最大进汞饱和度分布在1.96%～99.29%，说明该区域孔隙结构的复杂性和多样性。

Ⅰ类流动单元储集空间以裂缝、溶蚀孔洞为主，且孔隙之间的连通性好，整体物性属于中—低孔高渗，多发育在藻白云岩、白云岩中。毛细管压力曲线表现为排驱压力低，一般分布在0.07～0.70 MPa，说明其孔喉多为大孔粗喉、大孔中喉；中值压力低，一般分布在0.08～2.20 MPa之间，说明其孔隙结构的分选性好，最大进汞饱和度表现出高值特征。

Ⅱ类流动单元储集空间以粒间溶孔、晶间溶孔为主，整体物性属于中—高孔中渗，多发育在藻粘结白云岩、含灰白云岩中。毛细管压力曲线表现为排驱压力偏低，一般分布在0.2～1.0 MPa，孔喉多为中孔中喉；中值压力偏低，一般分布在2.0～7.0 MPa，说明其孔隙结构的分选性良好。

Ⅲ类流动单元储集空间以构造缝、溶蚀缝为主，整体物性属于低孔中—高渗，多发育在灰质白云岩、白云质灰岩中。毛细管压力曲线表现为排驱压力很低，一般小于0.02 MPa；中值压力分布范围较大，一般分布在0.1～10.0 MPa，说明孔隙结构的分选性很差，主要为小孔中喉。

Ⅳ类流动单元储集空间以不规则溶孔、孤立溶孔为主，整体物性属于中—低孔低渗，多发育在残余藻粘结白云岩、藻纹层白云岩、微—细晶白云岩中。毛细管压力曲线表现为排驱压力较高，一般分布在0.7～2.0 MPa，孔喉多为中孔细喉、小孔细喉；中值压力较高，一般分布在7.0～30.0 MPa。

基岩的物性表现为极低孔极低渗，岩性多为灰岩或白云质灰岩，毛细管压力曲线表现为排驱压力较高，其最大进汞饱和度一般不大于50%，说明其孔隙空间的连通性很差。

3.   伪毛细管压力曲线构建

3.1   理论基础

由核磁共振测井原理可知，横向弛豫时间T₂可以表示为^[12]：

式中：T₂为横向弛豫时间，ms；T_2B为流体自由弛豫时间，ms；D为扩散系数，μm²/ms；γ为旋磁比；G为磁场梯度，nT/m；T_E为回波间隔，ms；ρ₂为岩石横向表面弛豫率，μm²/ms；S为孔隙表面积，μm²；V为孔隙体积，μm³。

水介质的T_2B为2 000～3 000 ms，$T_{2{\rm{B}}} \gg T_2$；当磁场很均匀（G很小）且T_E足够短时，对于一个完全饱和水的孔隙，T₂可近似表示为：

前人引入几何形状因子Fs这一概念，对T₂与平均孔隙半径Rc的关系进行了深入研究。假设孔隙由理想的球体组成，则S/V=3/R_c；假设喉道由理想的圆柱体组成，则S/V=2/R_c；假设孔隙半径与喉道半径成正比，则式（2）可以改写为^[18]：

式中：R_c为平均孔隙半径，μm；F_S为几何形状因子。球状孔隙，F_S=3；柱状管道，F_S=2。

由此可知，孔隙内流体的弛豫时间和孔隙空间的大小及形状有关，孔隙越小，比面积越大，表面相互作用的影响越强烈，T₂时间也越短。弛豫时间T₂和平均孔隙半径R_c是一一对应的，因此，可利用T₂的分布来评价孔隙孔径的分布。

毛细管压力与孔喉半径之间的关系为：

式中：p_c为毛细管压力，MPa；σ为流体界面张力，mN/m；θ为润湿接触角，（°）；r_c为孔喉半径，μm。

压汞实验中，a为常数，以31911号岩样为例，a=0.735 4（见图1）。

图  1  31911号岩样进汞压力与孔喉半径的关系

Figure  1.  Relationship between mercury inlet pressure and pore throat radius of Sample 31911

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何雨丹等人^[12]认为，孔喉半径r_c与平均孔隙半径R_c近似相等。笔者认为，二者之间不是直接相等的关系，其关系可以用幂函数来表示：

式中：k为常数；n为转换系数。

那么，联立式（3）、式（6）和式（7）可以得到：

令$m=k {(F}_{{\rm{S}}} {\rho }_{2}{)}^{n}$，则式（8）可改写为：

式中：m为转换系数。

从以上分析可以看出，核磁T₂分布与压汞实验的毛细管压力曲线均在一定程度上反映了岩石的孔隙结构，二者之间具有相关性。因此，可以通过确定转换系数，将核磁T₂转换为伪毛细管压力曲线。

3.2   确定伪毛细管压力曲线的转换系数

运华云等人^[18-19]对核磁T₂谱转换为伪毛细管压力曲线进行了研究，研究得出：通常利用核磁T₂谱与孔喉分布曲线之间的对应关系，根据最大相似性原理^[18]构建伪毛细管压力曲线；或者分大、小孔隙采用幂函数构建伪毛细管压力曲线^[13]。

本研究以PZ1井井深5 820.60 m处31911号岩样为例，将同一井深的核磁共振T₂谱与压汞实验的孔喉分布曲线进行对比分析，发现其分布特征存在明显的对应关系（见图2）。根据式（9），计算了研究区27个样品的转换系数m和n，发现m分布在0.000 6～0.003 0，n分布在0.80～0.98，综合分析后确定m=0.000 9，n=0.89。

图  2  31911号岩样核磁共振T₂谱与压汞实验孔喉分布曲线对比

Figure  2.  Comparison of NMR T₂ spectrum and pore throat distribution curves by mercury injection experiment of Sample 31911

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根据式（9）和确定的a，m和n，利用核磁共振T₂谱计算的伪毛细管压力曲线与实际压汞毛细管压力曲线具有较好的一致性。以31911号岩样为例，计算的伪毛细管压力曲线与压汞实验的毛细管压力曲线基本重合（见图3）。

图  3  31911号岩样伪毛细管压力曲线与压汞实验毛细管压力曲线对比

Figure  3.  Comparison of pseudo-capillary pressure curve and mercury injection experiment capillary pressure curve of sample 31911

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4.   流动单元评价系数

4.1   偏离程度系数——S指数、T指数

以31911号岩样为例，岩心进汞曲线可明确划分为2段（见图4）。从图4可以看出，进汞前，随着压力增大，进汞饱和度基本保持不变，一直为0；开始进汞后，随着压力增大，进汞饱和度逐渐增大。图4所示的半对数坐标系中，开始进汞后的饱和度与进汞压力近似呈线性关系，定义直线段的斜率为S指数，开始进汞时的启动压力为T指数，则压汞实验的毛细管压力曲线可以表示为：

图  4  偏离程度指数函数图

Figure  4.  Exponential function diagram of deviation degree

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式中：S_Hg为进汞饱和度。

S指数反映了中值压力相对于排驱压力的偏离程度（见图5）。S指数越小，中值压力与排驱压力越接近，即该岩样的渗流能力越强（物性好、渗透率高），即储层流动性越好；S指数越大，则该岩样的渗流能力越差。在T指数一定的条件下，S指数越大，偏离程度指数曲线越陡。

图  5  T=2时不同S指数的偏离程度曲线

Figure  5.  Curves of deviation degree under different S indexes at T = 2

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T指数反映了岩样进汞饱和所需要的压力强弱程度（见图6）。T值越小，岩样进汞饱和所需要的压力越小，即该岩样的孔喉半径越大，连通性越好，即流动性越好；T值越大，则该岩样的孔喉半径值越小，流动性越差。在S值一定的条件下，T指数越大，偏离程度指数曲线整体值越高。

图  6  S=0.04时不同T指数的偏离程度曲线

Figure  6.  Curves of deviation degree under different T indexes at S = 0.04

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根据图4，利用中值压力、排驱压力和与排驱压力对应的饱和度，可以计算偏离程度系数：

式中：p₅₀为中值压力，MPa；p_d为排驱压力，MPa；S_Hg,d为排驱压力对应的压汞饱和度。

4.2   建立储层流动单元划分标准

利用压汞实验结果，分别计算4类流动单元的S指数和T指数，并对研究区储层的流动单元进行分析与验证（见图7）。

图  7  S指数–T指数交会图

Figure  7.  S index-T index intersection

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图7中，Ⅰ类流动单元数据位于交会图左侧，表现出S指数低、T指数较高的特征；Ⅱ类流动单元数据位于交会图中部，表现出S指数中等、T指数中等特征；Ⅲ类流动单元数据位于交会图右下方，表现出S指数高、T指数极低的特征；Ⅳ类流动单元数据位于交会图中部上方，表现出S指数中等、T指数极高的特征。四类流动单元的S指数、T指数具体分布范围见表2。

表  2  研究区储层流动单元划分标准

Table  2.  Classification criteria of reservoir flow units in the study area

流动单元	岩性	S指数	T指数
Ⅰ类	藻白云岩、白云岩	<0.025	0.05～0.73
Ⅱ类	藻粘结白云岩、含灰白云岩	0.025～0.100	0.05～0.80
Ⅲ类	灰质白云岩、白云质灰岩	>0.040	<0.05
Ⅳ类	残余藻粘结白云岩、藻纹层 白云岩、微—细晶白云岩	0.025～0.100	>0.73

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5.   应用实例分析

根据压汞实验、岩心实验数据，对川西气田的关键井YS1井进行了流动单元划分，结果如图8所示。雷四上亚段流动单元分类结果表明：上储层（5 719.00～5 733.00 m）以Ⅲ类流动单位为主，占上储层的71.4%；少量分布Ⅱ类流动单元，占上储层的28.6%。下储层（5 756.50～5 836.50 m）Ⅰ类流动单元占21.3%，Ⅱ类流动单元占23.7%，Ⅲ类流动单元占13.8%，Ⅳ类流动单元占41.2%；下储层测试产能较高，达48.5×10⁴ m³/d。

图  8  YS1井储层流动单元划分结果

Figure  8.  Classification result of reservoir flow units in Well YS1

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该井下储层上部（5 756.50～5 798.50 m）以Ⅰ类、Ⅱ类流动单元为主，少量分布Ⅲ类流动单元；下储层下部（5 798.50～5 836.50 m）以Ⅳ类流动单元为主，局部分布Ⅲ类流动单元。研究认为，下储层产能的主要贡献应该是下储层上部。因此，后续钻井建议针对下储层上部的Ⅰ类、Ⅱ类流动单元开展水平井钻井。

邻井PZ3-4D井下储层上部（6 165～6 400 m）以Ⅰ类、Ⅱ类流动单元为主，少量分布Ⅲ类、Ⅳ类流动单元（见图9），建议对6 165～6 247，6 280～6 355和6 355～6 400 m等3个井段进行分段酸压、联合测试。该井在ϕ16.76 mm油嘴×35 mm孔板×2条的工作制度下，稳定油压28.48 MPa，计算天然气产量115.42×10⁴m³/d。

图  9  PZ3-4D井储层流动单元划分成果

Figure  9.  Classification results of reservoir flow units in Well PZ3-4D

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川西气田第一轮开发完钻的6口大斜度井（水平井）目的层均为雷四段上亚段下储层的上部，其中5口井采集了核磁共振测井资料。评价结果表明，水平段钻遇Ⅰ类、Ⅱ类流动单元的比例都大于50%，完井测试均获得了百万立方米以上的天然气无阻流量，Ⅰ类、Ⅱ类流动单元的钻遇比例与测试产能具有较好的正相关关系。应用表明，利用核磁共振测井资料获取的S指数、T指数划分雷四段潮坪相白云岩储层流动单元，提高了储层评价精度。

6.   结　论

1）川西气田雷四上亚段潮坪相白云岩储层岩性和储集空间类型较为复杂，压汞曲线表现出差异较大的特征。采用关键井压汞实验资料与常规岩心分析资料结合的方法，将研究对象的储层划分为4类流动单元，其中Ⅰ类、Ⅱ类流动单元的品质较好，主要位于雷四段上亚段下储层的上部，是气藏开发的主要目标。

2）利用关键井的核磁共振测井T₂谱拟合压汞孔喉分布曲线，推导出可用于定量评价潮坪相白云岩储层流动单元的S指数和T指数。利用S指数、T指数划分大斜度井（水平井）流动单元的测井评价方法，在川西气田取得了良好的应用效果。