致密砂巖氣層識(shí)別技術(shù)在大北地區(qū)的應(yīng)用

信 毅 （中石油塔里木油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆庫(kù)爾勒841000）

吳述林 （油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)），湖北荊州434023）

陳偉中 （中石油塔里木油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆庫(kù)爾勒841000）

章成廣 （油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)），湖北荊州434023）

致密砂巖氣層識(shí)別技術(shù)在大北地區(qū)的應(yīng)用

信 毅 （中石油塔里木油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆庫(kù)爾勒841000）

吳述林 （油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)），湖北荊州434023）

陳偉中 （中石油塔里木油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆庫(kù)爾勒841000）

章成廣 （油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)），湖北荊州434023）

理論和試驗(yàn)研究表明，聲波速度比與含氣飽和度有密切的關(guān)系，通過(guò)試驗(yàn)關(guān)系式獲得的含氣飽和度可作為氣層指示。由于利用聲波全波資料以聲波能量為基礎(chǔ)很難定量地識(shí)別氣層，重點(diǎn)介紹了利用縱橫波速度比和流體壓縮系數(shù)識(shí)別油氣層的方法，以及利用含氣飽和度指示、流體壓縮系數(shù)、時(shí)差比和巖石壓縮比綜合解釋氣層的方法。該方法在大北地區(qū)致密砂巖氣層識(shí)別中取得了較好的應(yīng)用效果。

縱橫波速度比；流體壓縮系數(shù)；油氣層識(shí)別；致密砂巖氣層

利用聲波全波資料識(shí)別氣層，由于以聲波能量為基礎(chǔ)的油氣識(shí)別方法受井眼等因素的影響大、關(guān)系復(fù)雜，很難準(zhǔn)確獲得流體參數(shù)特征，對(duì)于精確地識(shí)別氣層有很大的難度［1～3］。為此，筆者重點(diǎn)介紹了利用縱橫波速度比和流體壓縮系數(shù)識(shí)別油氣層的方法。該方法在大北地區(qū)致密砂巖氣層識(shí)別中取得了較好的應(yīng)用效果。

1 縱橫波速度比指示氣層的方法

縱橫波速度比的變化能夠定性指示氣的存在［4］，但是地層縱波、橫波速度比除了與飽和流體性質(zhì)存在密切關(guān)系外，同時(shí)也與巖性、壓實(shí)和膠結(jié)程度、覆蓋層的有效壓力和孔隙度等參數(shù)有關(guān)，以及受侵入效應(yīng)的影響有關(guān)［5］。為此，可以通過(guò)求準(zhǔn)完全飽和水時(shí)的縱橫波速度比與實(shí)測(cè)縱橫波速度比進(jìn)行比較指示氣層。

Gassman證明，在孔隙壓力均勻且與孔隙結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的條件下，干燥巖石與飽和水巖石的有效彈性模量之間存在唯一的相互關(guān)系：

根據(jù)彈性理論，飽和水地層縱橫波速度與彈性模量的關(guān)系有：

式中，Ks、Kd、Kma與Kf分別為飽和水巖石、干燥巖石、固體顆粒與孔隙流體的彈性模量，Pa；為巖石孔隙度，小數(shù)；Gs、Gd分別為飽和水巖石和干燥巖石的有效剪切彈性模量，Pa；Vp、Vs分別為縱波速度和橫波速度；m／s；ρ為巖石體積密度，kg／m3。把式（2）代入式（1），可得飽和水地層縱橫波速度比值：

把根據(jù)理論公式計(jì)算的飽和水地層的縱橫波速度比（以下簡(jiǎn)稱“理論值”）與實(shí)測(cè)波形提取的縱橫波速度比（以下簡(jiǎn)稱“實(shí)測(cè)值”）對(duì)比，就能判別氣層的存在。當(dāng)實(shí)測(cè)值＜理論值時(shí)為油氣層，當(dāng)實(shí)測(cè)值≥理論值時(shí)為水層。

圖1為大北地區(qū)W井白堊系（5540～5640m）縱橫波時(shí)差比（DTR）與橫波時(shí)差（DTS）、縱波時(shí)差（DTC）的關(guān)系圖（縱波時(shí)差＝1／縱波速度；橫波時(shí)差＝1／橫波速度）。從圖1中可以看出，該層段實(shí)測(cè)值大多數(shù)落在理論值（理論水線）以下，因此可判別為氣層。

圖1 大北地區(qū)W井（5540～5640m）縱橫波時(shí)差比與橫、縱波時(shí)差的關(guān)系

利用飽和水地層的聲波測(cè)量資料，可得到理論水線的關(guān)系式，再根據(jù)實(shí)際測(cè)量點(diǎn)在交會(huì)圖上的位置來(lái)判別氣、水層。如果測(cè)量點(diǎn)落在水線下方即為氣層，測(cè)量點(diǎn)落在水線附近或上方則為水層。大北地區(qū)的理論水線公式為：

2 流體壓縮系數(shù)識(shí)別氣層方法

在含氣地層中，往往是地層縱波速度減小明顯，而橫波速度變化很小，造成含氣地層的縱橫波速度比要比飽和水地層的縱橫波速度比小的多，利用這一性質(zhì)可以用來(lái)識(shí)別氣層［6］。孔隙中水相和氣相在聲學(xué)特性上有很大的差異，水的壓縮系數(shù)遠(yuǎn)小于氣的壓縮系數(shù)。因此只要獲得流體壓縮系數(shù)，就能做到定量或半定量地區(qū)分出水層、氣層或油氣層。

2.1 體積彈性模量求壓縮系數(shù)

體積彈性模量的倒數(shù)為壓縮系數(shù)，壓縮系數(shù)與流體性質(zhì)有關(guān)，若設(shè)含氣飽和度為Sg，則流體壓縮系數(shù)Cf可表示成：

式中，Kg為氣的體積彈性模量，Pa；Kw為水的體積彈性模量，Pa。從式（5）中可看出，在氣、水兩相地層中，知道了地層流體壓縮系數(shù)就可以反推出含氣飽和度。

地層壓縮系數(shù)CB可表示成地層固相各組分和流體相壓縮系數(shù)的加權(quán)平均之和：

式中，VSH為泥質(zhì)含量，小數(shù)；VCA為鈣質(zhì)含量，小數(shù)；KSA為砂巖彈性模量，Pa；KSH為泥質(zhì)彈性模量，Pa；KCA為鈣質(zhì)體彈性模量，Pa。

巖石體積壓縮系數(shù)也可由地層縱、橫波速度和密度獲得：

這樣流體壓縮系數(shù)可由式（7）反推獲得。由于體積彈性模量忽略了介質(zhì)間的相互影響，獲得的流體壓縮系數(shù)往往偏小。

2.2 Boit－Gassman關(guān)系式求流體壓縮系數(shù)

由式（5）～（7）和式（1）容易推得流體壓縮系數(shù)表達(dá)式：

串聯(lián)模式：

并聯(lián)模式：

式（10）中巖石骨架的縱波速度、橫波速度可取灰?guī)r或白云巖的骨架值，對(duì)于泥巖縱波速度可取100μs／ft，縱橫波速度比可取1.95。

3 資料處理與油氣層識(shí)別解釋

利用陣列聲波測(cè)井資料獲得的參數(shù)用于油氣識(shí)別，主要參數(shù)包括：

1）縱波、橫波和斯通利波時(shí)差（DTC，DTS，DTST）及縱橫波速度比（DTR）。

2）利用縱波、橫波時(shí)差、密度及泥質(zhì)和孔隙度資料計(jì)算了彈性模量和流體壓縮系數(shù)，提供了飽含水地層的縱橫波速度比（DTRW）、巖石楊氏模量（YME）、切變模量（G）、泊松比（PR）、巖石壓縮系數(shù)（CB）和流體壓縮系數(shù)，其中體積流體壓縮系數(shù)（CFV）是用體積彈性模量求得的，孔隙流體壓縮系數(shù)（CFG）用孔隙結(jié)構(gòu)模型求得的。

3）采用巖心聲波試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算了含氣飽和度指示參數(shù)，提供了含氣飽和度指示（SGI）。DTRW與實(shí)測(cè)DTR重疊，可定性識(shí)別油氣層；流體壓縮系數(shù)、巖石壓縮系數(shù)與泊松比二條曲線重疊，可定量或半定量識(shí)別油氣層［7，8］。一般水層的壓縮系數(shù)小于4GPa－1；油氣層的壓縮系數(shù)較高，一般大于8GPa－1以上，但往往由于孔隙結(jié)構(gòu)、巖石組分膠結(jié)物等因素的影響計(jì)算流體壓縮系數(shù)可能會(huì)偏低。因此用流體壓縮系數(shù)識(shí)別油氣層要參考水層值。

圖2為大北X井聲波氣層識(shí)別成果圖。從圖2中看出，聲波參數(shù)顯示的氣特征沒(méi)有前面幾口井好，在5078～5084m層段，聲波參數(shù)都指示了氣特征，以下層段盡管泊松比PR與巖石壓縮系數(shù)CB重疊、測(cè)量時(shí)差比DTR與完全含水時(shí)時(shí)差比（DTRW）重疊及氣指示值SGI對(duì)氣有一定顯示，但流體壓縮系數(shù)CFV都低于水值，而孔隙度、滲透率又顯示為儲(chǔ)層，說(shuō)明該層段含水。在5677～5687m層段試油為含水氣層，在5792～5802m層段試油為含氣水層，說(shuō)明聲波參數(shù)指示氣層解釋結(jié)果是正確的。

圖2 大北X井陣列聲波測(cè)井識(shí)別氣層成果圖

4 結(jié) 論

1）縱橫波速度比能夠定性地指示氣層，在大北地區(qū)致密砂巖地層中的應(yīng)用效果也比較好。但同時(shí)也要考慮地層縱橫波速度比受巖性、物性等各種因素影響。

2）流體壓縮系數(shù)能定量或半定量區(qū)分出水層和氣層或油氣層，能有效地提升儲(chǔ)層產(chǎn)能。

［1］Willis M E，Toksoz M N.Automatic P and S velocity determination form full waveform digital acoustic logs［J］.Geophysics，1983，48（12）：1631～1644.

［2］Schmitt D P，Bouchon M.Full－wave acoustic logging microseismograms and frequency－wave number analysis［J］.Geophysics，1985，50（11）：1756～1778.

［3］章成廣，江萬(wàn)哲，肖承文，等.聲波全波資料識(shí)別氣層方法研究［J］.測(cè)井技術(shù)，2004，28（5）：397～401.

［4］Winbow G A.A theotetical study of acoustic S－wave and P－wave velocity loggings with conventional and dipole source in soft formation［J］.Geophysics，1988，53（10）：1334～1342.

［5］張銀海，李長(zhǎng)文.縱波特性與巖石含水飽和度關(guān)系的試驗(yàn)研究［J］.測(cè)井技術(shù)，1995，19（1）：6～10.

［6］Winbow G.A compressional and shear arrivals in a multipole sonic log［J］.Geophysics，1985，50（9）：1119～1126.

［7］張銀海，李長(zhǎng)文.聲波參數(shù)識(shí)別含氣砂巖地層試驗(yàn)研究［J］.測(cè)井技術(shù)，2000，24（3）：194～197.

［8］喬文孝，閻樹(shù)文.用聲波測(cè)井資料識(shí)別油氣層［J］.測(cè)井技術(shù)，1997，21（3）：215～220.

［編輯］ 龍舟

90 Application of Compacted Sandstone Gas－zone Identification Technology in Dabei Region

XIN Yi，WU Shu－lin，CHEN Wei－zhong，ZHANG Cheng－guang

（First Authors Address：Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Tarim Oilfield Company，CNPC，Korla841000，Xinjiang，China）

Theoretical and experimental studies showed that acoustic velocity ratio was closely related with gas saturation，gas saturation obtained by using experimental correlation could be used as a gas－zone indicator.Acoustic full wave data based on the acoustic energy was difficult to quantitatively identify the gas reservoir.The method of P－wave and S－wave velocity ratio indication of oil and gas interpretation and the fluid compressibility coefficient are emphatically introduced for more accurately identifying the reservoir，gas saturation indication and fluid compressibility factor，time lag ratio and the rock compression ratio.It obtains good application result for identifying the compact sandstone reservoirs in Dabei Region.

P－wave and S－waves ratio；fluid compressibility；oil and gas reservoir identification；compacted sandstone gaszone

book=210,ebook=210

P631.84

A

1000－9752（2012）06－0090－05

2012－02－20

國(guó)家油氣重大專項(xiàng)（2011ZX05020－008）；油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題項(xiàng)目（00480080）。

信毅（1980－），男，2002年大學(xué)畢業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事測(cè)井資料解釋評(píng)價(jià)工作。