普光氣田碳酸鹽巖儲(chǔ)層測井評(píng)價(jià)方法

徐維勝，何 川， 秦 關(guān),2

( 1. 北京大學(xué) 石油與天然氣研究中心，北京 100871； 2. 懷俄明大學(xué)，懷俄明 WY82071 )

0 引言

川東地區(qū)構(gòu)造的形成與演化主要受八面山、大巴山、米倉山3個(gè)方向的擠壓應(yīng)力構(gòu)成的非均一聯(lián)合應(yīng)力場控制，其局部構(gòu)造圈閉主要形成于燕山晚期-喜山期，而從加里東至印支期、燕山早期在盆地內(nèi)形成的大型隆拗及不同規(guī)模的斷層是局部構(gòu)造圈閉形成的背景條件，對(duì)構(gòu)造圈閉的形成起重要作用[1-3].普光氣田位于四川省宣漢縣境內(nèi)，屬于川東斷褶帶東北段雙石廟—普光NE向構(gòu)造帶上的一個(gè)鼻狀構(gòu)造，被普光3斷層分割為普光2和普光3斷塊[4-5].普光構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉兩翼不對(duì)稱，西翼略陡，東翼略緩，圈閉面積約為39.0 km2，圈閉幅度為620.0 m，長軸為12.0 km，短軸為4.5 km，含氣層位為下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組和上二疊統(tǒng)長興組[6-7].

根據(jù)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的測井評(píng)價(jià)實(shí)踐，復(fù)雜巖性分析程序CRA是廣泛應(yīng)用的方法.由于各地區(qū)客觀存在的儲(chǔ)層巖性的差異，在實(shí)際應(yīng)用中需要做出相應(yīng)的調(diào)整，但總體的思路和方法基本一致[8-9].針對(duì)普光氣田獨(dú)特的儲(chǔ)層孔隙和礦物特征，根據(jù)CRA解釋模型，計(jì)算儲(chǔ)層泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)、孔隙度(φ)、滲透率(K)、含水飽和度(Sw)等，利用多口井的巖心實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，并根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整.筆者通過多口井的測井評(píng)價(jià)實(shí)踐，總結(jié)普光氣田碳酸鹽巖儲(chǔ)層測井解釋方法，并在四川盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層測井評(píng)價(jià)中得到應(yīng)用.

1 碳酸鹽巖儲(chǔ)層四性分析

1.1 巖性特征

巖屑錄井和測井巖性分析表明，飛仙關(guān)組地層巖性主要是白云巖，夾少量的石灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖，儲(chǔ)層主要發(fā)育在鮞粒溶孔白云巖、顆粒砂屑溶孔白云巖、細(xì)粉晶白云巖及部分鮞?；?guī)r中.石灰?guī)r多為致密層，儲(chǔ)層不發(fā)育.儲(chǔ)層泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)較低，多數(shù)儲(chǔ)層泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)低于10%.長興組上部巖性主要為白云巖、灰質(zhì)白云巖，儲(chǔ)層較發(fā)育；下部以石灰?guī)r為主，儲(chǔ)層不發(fā)育.

1.2 物性特征

儲(chǔ)集空間主要以鮞?？缀腿芸兹芏礊橹?，孔隙類型主要為溶蝕孔隙(次生孔隙)，包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間溶孔及鑄?？祝浯螢樵牧ｉg孔、晶間孔等；溶洞通常是由粒間溶孔擴(kuò)大或沿裂縫局部溶蝕擴(kuò)大形成的，主要以中、小洞為多見，大洞少見.多口井的儲(chǔ)層巖心鑄體薄片和微電阻率成像測井圖反映溶蝕孔洞的發(fā)育(見圖1)[10-12].

圖1 PgX-1井儲(chǔ)層白云巖鑄體薄片顯示的溶蝕孔洞

1.3 電性特征

分析多井的測井資料，白云巖儲(chǔ)層和鮞?；?guī)r儲(chǔ)層具有不同的電性特征：

(1)白云巖儲(chǔ)層.雙側(cè)向電阻率在4 000 Ω·m以內(nèi)；對(duì)于孔隙較發(fā)育的鮞粒云巖儲(chǔ)層，雙側(cè)向電阻率可達(dá)10 000 Ω·m(孔隙度>10%)；如果孔隙度<2%且裂縫不發(fā)育的低孔層，雙側(cè)向電阻率>1 000 Ω·m時(shí)，即為非儲(chǔ)層.

(2)石灰?guī)r儲(chǔ)層.有效儲(chǔ)層下限標(biāo)準(zhǔn)為雙側(cè)向電阻率在10 000 Ω·m以內(nèi)；對(duì)于孔隙較發(fā)育的鮞粒灰?guī)r儲(chǔ)層，雙側(cè)向電阻率可達(dá)10 000 Ω·m(孔隙度>10%)；如果孔隙度<2%且裂縫不發(fā)育的低孔層，雙側(cè)向電阻率>1 000 Ω·m時(shí)，為非儲(chǔ)層.

1.4 含油氣性

對(duì)于含氣的石灰?guī)r、白云巖孔隙型儲(chǔ)層，測井曲線上表現(xiàn)為明顯的高時(shí)差、低中子、低密度的特征，含油氣性測井曲線特征將在氣、水層的識(shí)別中作詳細(xì)的分析.

2 氣、水層識(shí)別

川東北地區(qū)儲(chǔ)層等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)通常采用孔隙度和含水飽和度，標(biāo)準(zhǔn)：一類氣層，φ≥10%，Sw≤10%；二類氣層，5%≤φ<10%，10%

在普光氣田勘探開發(fā)過程中，一、二類氣層的識(shí)別相對(duì)簡單，而物性較差的三類儲(chǔ)層和氣水過渡帶附近的氣層識(shí)別難度很大，需要利用多種識(shí)別方法進(jìn)行綜合評(píng)估.

2.1 孔隙度-電阻率交會(huì)圖法

在判別碳酸鹽巖儲(chǔ)層流體性質(zhì)時(shí)，通常需要對(duì)電阻率和孔隙度進(jìn)行綜合考慮，只有在孔隙度較大或存在裂縫的儲(chǔ)層中，分析雙側(cè)向電阻率的差異關(guān)系和電阻率絕對(duì)值才有意義.因此，用孔隙度與電阻率交會(huì)圖可以消除物性的影響，判斷儲(chǔ)層流體的性質(zhì).

根據(jù)普光氣田研究結(jié)果，孔隙度≥5%的氣層的雙側(cè)向電阻率多為正差異，且深側(cè)向電阻率一般大于100 Ω·m；當(dāng)雙側(cè)向電阻率呈負(fù)差異，且電阻率低于100 Ω·m時(shí)，為水層.在鉆井液侵入較深、裂縫發(fā)育、儲(chǔ)層束縛水含量高的情況下，不能簡單套用此法，需要借助其他方法判斷.

通過試驗(yàn)示范，云天化復(fù)合肥14-8-20受到當(dāng)?shù)孛藁ǚN植戶的一致認(rèn)可。在試驗(yàn)示范田的跟蹤過程中觀察發(fā)現(xiàn)使用云天化復(fù)合肥的棉花植株莖稈粗壯、根系發(fā)達(dá)，分枝較和花蕾較多，葉片較厚且顏色較深；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了棉花的增產(chǎn)增收，給農(nóng)戶帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益，在當(dāng)?shù)刳A得了很好的口碑。

以PgY-1井飛仙關(guān)組儲(chǔ)層為例，從孔隙度-電阻率交會(huì)圖(見圖2)看出，電阻率絕對(duì)值在280～40×103Ω·m之間，且孔隙度大于2%的地層為天然氣儲(chǔ)集層.因此，該方法能夠準(zhǔn)確地判別氣層.

2.2 中子-聲波曲線重疊法

氣層一般引起聲波孔隙度增大，中子孔隙度減小，因此可以利用中子-聲波曲線重疊識(shí)別氣層.由于中子測井反應(yīng)的是地層中含氫指數(shù)，地層含天然氣時(shí)，將使中子測井值下降.主要是由于天然氣對(duì)快中子的減速能力有時(shí)比骨架還要小，等于降低巖石骨架的減速能力，中子擴(kuò)散到較遠(yuǎn)的地方，使探測器計(jì)數(shù)率增加，中子孔隙度讀數(shù)降低，即為挖掘效應(yīng).中子-聲波曲線按照灰?guī)r刻度重疊時(shí)，在含氣比較飽滿的氣層，聲波有比較顯著的增大，而中子測井值較小，呈交叉現(xiàn)象.在差氣層和致密層中，2條曲線基本重合或出現(xiàn)較小的差異.該方法在多口井的氣層識(shí)別中得到應(yīng)用.

圖2 PgY-1井飛仙關(guān)組孔隙度-電阻率交會(huì)圖

2.3 孔隙度-含水飽和度交會(huì)圖法

儲(chǔ)層的含水飽和度是由氣藏的含氣高度與孔隙度決定的，當(dāng)含氣高度大于某一定值時(shí)，含水飽和度基本是由儲(chǔ)層的孔隙度決定的.在含水飽和度Sw與孔隙度的直角坐標(biāo)系上，它們呈單邊雙曲線關(guān)系，因此能夠根據(jù)孔隙度-含水飽和度交會(huì)圖是否呈雙曲線判別儲(chǔ)層的流體性質(zhì).

圖3 PgY-2井Sw-φ交會(huì)圖

當(dāng)儲(chǔ)層含氣時(shí)，交會(huì)點(diǎn)呈現(xiàn)單邊雙曲線特征；而水層交會(huì)點(diǎn)將跳離這種關(guān)系，部分點(diǎn)在交會(huì)圖上呈散亂分布特征.根據(jù)PgY-2井飛仙關(guān)組碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙度-含水飽和度交會(huì)圖(見圖3)，孔隙度交會(huì)點(diǎn)呈現(xiàn)單邊雙曲線分布，表明該交會(huì)層段為含氣儲(chǔ)層.

2.4 聲波速度比值法

一般情況下，孔隙中含有天然氣時(shí)，縱波速度vp降低，但對(duì)橫波速度vs影響很小.因此，在巖石孔隙度一定的情況下，隨著含氣飽和度的增大，vp/vs降低.對(duì)白云巖和石灰?guī)r，該比值幾乎為常數(shù)，分別為1.80和1.90，在φ≥2%且含氣飽和度較高時(shí)，該比值小于1.75.因此，在普光氣田測井解釋中，通常從聲波全波列測井或者偶極子聲波成像測井?dāng)?shù)據(jù)中提取縱橫波速度，計(jì)算vp/vs，判斷氣層和水層.

3 碳酸鹽巖儲(chǔ)層測井評(píng)價(jià)

3.1 解釋模型的選擇

普光氣田碳酸鹽巖儲(chǔ)層測井解釋通常采用復(fù)雜巖性分析程序(CRA)計(jì)算孔隙度.CRA程序適用于復(fù)雜的碳酸鹽巖剖面，能夠計(jì)算孔隙度、泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)、飽和度等儲(chǔ)層參數(shù)[13-14].除砂巖、灰?guī)r、白云巖和硬石膏外，還可以加入4種附加礦物，能分離8種礦物.用5種方法求孔隙度和礦物體積，用6種方計(jì)算含水飽和度，并有較完善的油氣校正.

3.2 測井解釋模型的建立

在普光氣田多口探井和生產(chǎn)井測井解釋中，通常使用石灰?guī)r+白云巖+石膏+泥質(zhì)+孔隙的5組分巖石體積模型，求取有關(guān)儲(chǔ)層物性參數(shù).

采用5種測井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，但鑒于自然伽馬測井資料的普遍性和可靠性，通常用GR曲線數(shù)據(jù)計(jì)算，即

(1)

(2)

式中：SH為泥質(zhì)指數(shù)；φsh為泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)；GR為自然伽馬測井值；GRmin，GRmax分別為純巖性、純泥巖自然伽馬值；GCUR為地層參數(shù)，GCUR=2.

3.2.2 孔隙度

通常采用中子-密度交會(huì)法計(jì)算孔隙度，雙礦物交會(huì)計(jì)算孔隙度及礦物含量方程為

CNL=φshNsh+∑(φmaiNmai)+φNf,

(3)

DEN=φshDsh+∑(φmaiDmai)+φDf,

(4)

∑φmai+φsh+φ=1,

(5)

式中：CNL，Nsh，Nmai，Nf分別為中子的測量值、泥巖值、第i種礦物骨架值和流體值；DEN，Dsh，Dmai，Df分別為密度的測量值、泥巖值、第i種礦物骨架值和流體值；φmai為第i種礦物骨架體積分?jǐn)?shù).

另外，含水飽和度(Sw)和滲透率(K)分別采用Archie公式和Timur公式計(jì)算.

計(jì)算得出的PgX-2井的各儲(chǔ)層測井解釋數(shù)據(jù)見表1，根據(jù)四川盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)，得出各儲(chǔ)層的解釋結(jié)論.

表1 PgX-2井各儲(chǔ)層測井解釋數(shù)據(jù)(部分井段數(shù)據(jù))

3.3 測井計(jì)算與巖心分析的對(duì)比與修正

現(xiàn)場測井采集的儲(chǔ)層物理信息與真實(shí)的儲(chǔ)層地質(zhì)信息之間存在一定的差異，因此，以測井?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)的測井解釋與評(píng)價(jià)只能是近似于實(shí)際結(jié)果.另外，解釋模型參數(shù)的選擇主要是以地區(qū)的地層巖性特征和解釋經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，因此通過計(jì)算得到的物性參數(shù)并不是最終準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，需要結(jié)合儲(chǔ)層巖心的孔隙度和滲透率測試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)加以校正，使計(jì)算結(jié)果無限逼近于實(shí)測數(shù)據(jù)[15-16].

普光氣田碳酸鹽巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，小巖樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往不能準(zhǔn)確反映某深度點(diǎn)的孔隙度發(fā)育情況，通常采用全巖心測試孔隙度(見圖4).由測井孔隙度和巖心孔隙度數(shù)據(jù)建立二者的線性關(guān)系，并確定相關(guān)系數(shù).當(dāng)二者的相關(guān)性較差時(shí)，以巖心實(shí)測孔隙度為基準(zhǔn)，對(duì)測井解釋模型的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)具有較高的相關(guān)性.經(jīng)過多井計(jì)算結(jié)果和巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)交互驗(yàn)證和校正，最終得出模型參數(shù)，并應(yīng)用于該地區(qū)其他井的測井評(píng)價(jià).

圖4 PgX-3井巖心孔隙度和測井孔隙度對(duì)比

4 結(jié)論

(1)基于測井和錄井資料的儲(chǔ)層巖性特征、物性特征、電性特征和含油氣性分析，發(fā)揮測井和錄井資料各自的優(yōu)勢，互為補(bǔ)充，豐富儲(chǔ)層研究的內(nèi)容，并為區(qū)域的地層學(xué)和儲(chǔ)層研究提供可靠的資料和依據(jù).

(2)采用多種氣水層識(shí)別方法，發(fā)揮各種測井資料的優(yōu)勢，使氣層識(shí)別更加準(zhǔn)確可靠.

(3)應(yīng)用巖心測試數(shù)據(jù)，調(diào)整和校正CRA的模型參數(shù)，使模型參數(shù)更加準(zhǔn)確，計(jì)算結(jié)果反映儲(chǔ)層的物性特征.