改進(jìn)的雙礦物模型在川東北地區(qū)陸相致密儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

司馬立強(qiáng)，高峰，閆建平 （西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川 成都610500）

張鳳生 （西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川 成都610500中國(guó)石油測(cè)井有限公司油氣評(píng)價(jià)中心，陜西西安710021）

梁曉宇 （中石油青海油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅 敦煌736200）

川東北地區(qū)大安寨段地層取心分析和試油資料表明，研究區(qū)儲(chǔ)層為特低孔低滲致密儲(chǔ)層，只有裂縫發(fā)育的井段才有油氣產(chǎn)生。這類(lèi)裂縫發(fā)育程度有限、孔隙度很低的孔隙－裂縫型儲(chǔ)集層，對(duì)測(cè)井技術(shù)要求很高，應(yīng)用效果較差［1］。目前常規(guī)的復(fù)雜巖性分析程序均是采用巖性孔隙度測(cè)井曲線交會(huì)圖技術(shù)確定礦物體積分?jǐn)?shù)和孔隙度［1～3］，研究區(qū)特低孔隙度特征導(dǎo)致巖性孔隙度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)確定孔隙度誤差較大，礦物體積分?jǐn)?shù)計(jì)算很難準(zhǔn)確。而研究人員提出的新的測(cè)井解釋方法，如基于巖心分析的多元統(tǒng)計(jì)方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等在勘探開(kāi)發(fā)早期巖心資料有限時(shí)應(yīng)用效果不佳［4］。近年來(lái)針對(duì)復(fù)雜巖性地層提出的最優(yōu)化測(cè)井解釋則是把眾多信息綜合成一個(gè)多維信息復(fù)合體，應(yīng)用最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法進(jìn)行多維處理，求出該復(fù)合體的最優(yōu)解，無(wú)論程序調(diào)試還是資料處理，均遠(yuǎn)比常規(guī)分析程序復(fù)雜得多［5，6］。針對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層特點(diǎn)，筆者在傳統(tǒng)的雙礦物測(cè)井解釋模型的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)的雙礦物模型，利用對(duì)巖性敏感的深側(cè)向電阻率曲線確定砂巖和灰?guī)r相對(duì)體積分?jǐn)?shù)，使用混合礦物骨架值計(jì)算基質(zhì)孔隙度。這種改進(jìn)的雙礦物測(cè)井解釋模型計(jì)算出的巖性剖面和基巖孔隙度與錄井描述巖心和巖心物性分析孔隙度符合較好，提高了解釋精度，且利用該模型編制的測(cè)井解釋程序操作簡(jiǎn)單，降低了解釋工作的難度。

1 儲(chǔ)層基本特征

1．1 巖性特征

從川北凹陷至大巴山前緣帶，大安寨段巖性由泥巖和介殼灰?guī)r過(guò)渡到含介殼的粉砂巖［7］。研究區(qū)位于川北凹陷內(nèi)，據(jù)鉆井資料顯示該區(qū)大安寨段地層主要發(fā)育有泥巖、頁(yè)巖與泥灰?guī)r、粉砂巖、細(xì)砂巖，局部發(fā)育介殼灰?guī)r，其中儲(chǔ)層段巖性以介殼灰?guī)r為主［8］。

1．2 物性特征

根據(jù)該區(qū)6口井的96塊巖心樣品物性分析孔隙度和滲透率統(tǒng)計(jì)，可知儲(chǔ)層的巖心孔隙度主要分布在1%～3%之間，平均值為1．89% （圖1）；滲透率主要分布在0．01～0．1mD，平均值為0．1788mD（圖2），研究區(qū)儲(chǔ)層屬于特低孔低滲致密儲(chǔ)層。

圖1 大安寨巖心孔隙度頻率分布直方圖

圖2 大安寨巖心滲透率頻率分布直方圖

1．3 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

孔隙空間是儲(chǔ)集巖的重要組成部分之一［9］。根據(jù)巖心、薄片分析資料 （圖3）表明大安寨儲(chǔ)集空間以微裂縫為主，其次為溶蝕孔隙。

1．4 孔喉結(jié)構(gòu)特征

研究區(qū)19塊樣品壓汞分析資料 （圖4）表明，孔隙排驅(qū)壓力pd大于10MPa；飽和度中值壓力pc50普遍大于20MPa；毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)表明分選好，孔隙喉道集中程度較高。壓汞樣品最大孔隙喉道半徑小于0．075μm；中值半徑小于0．0375μm。整體而言，大安寨段儲(chǔ)層滲流能力均較差。

圖3 Y2井粉晶介屑灰?guī)r微裂縫

圖4 Y6井大安寨段壓汞分析

通過(guò)以上分析可知，研究區(qū)巖性復(fù)雜，儲(chǔ)層屬于特低孔低滲微孔隙－微裂縫儲(chǔ)層，利用巖性孔隙度測(cè)井曲線難以準(zhǔn)確確定基巖孔隙度及礦物含量。因此在建立研究區(qū)地層測(cè)井解釋模型時(shí)應(yīng)考慮研究區(qū)儲(chǔ)層巖性復(fù)雜、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、孔隙度特低等特征，這樣才能全面準(zhǔn)確評(píng)價(jià)該地區(qū)儲(chǔ)層特點(diǎn)。

2 常規(guī)雙礦物模型

常規(guī)的雙礦物模型采用含水泥質(zhì)雙礦物巖石模型，可任選兩種孔隙度測(cè)井曲線組合，確定巖石礦物成分和孔隙度。圖5為密度孔隙度（Фd）－中子孔隙度（Фn）交會(huì)三角形示意圖，由上往下石英、方解石、白云石、硬石膏4個(gè)礦物點(diǎn)（C1、C2、C3、C4）與水點(diǎn)（C0）依次構(gòu)成3個(gè)三角形 （△1、△2、△3）。標(biāo)準(zhǔn)四礦物解釋法，就是資料點(diǎn)落在哪個(gè)三角形內(nèi)，就按哪個(gè)三角形的礦物解釋。指定雙礦物解釋法，不論指定哪兩種礦物，都應(yīng)分別填成礦物1和礦物2的參數(shù)，都按△1解釋。對(duì)Фd－Фn交會(huì)圖，按含水泥質(zhì)雙礦物巖石體積物理模型，其響應(yīng)方程為：

式中：Фe為有效孔隙度，1；φsh、φc1、φc2分別為泥質(zhì)、第1種礦物、第2種礦物體積分?jǐn)?shù)，1；ρb、ρf、ρc1、ρc2分別為測(cè)井、巖石內(nèi)流體、第1種礦物、第2種礦物的密度，g／cm3；Фnl、Фnf、Фnsh、Фnc1、Фnc2分別為測(cè)井、巖石內(nèi)流體、泥質(zhì)、第1種礦物、第2種礦物的中子孔隙度，1。

由以上分析可知，利用傳統(tǒng)雙礦物模型計(jì)算孔隙度和確定礦物成分，至少需要兩條孔隙度曲線，當(dāng)基巖孔隙度比較低，資料點(diǎn)落在接近于骨架值附近時(shí)，組成的三角形接近于直線，此時(shí)利用傳統(tǒng)雙礦物模型計(jì)算基巖孔隙度誤差較大，且很難準(zhǔn)確計(jì)算礦物成分。

3 改進(jìn)雙礦物模型

3．1 理論依據(jù)

據(jù)研究區(qū)X衍射資料分析元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與常規(guī)測(cè)井曲線交會(huì) （圖6）分析可知，鈣元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)w（Ca）與深側(cè)向電阻率（ρlld）相關(guān)性較好，研究區(qū)電阻率高值均由灰?guī)r或鈣質(zhì)引起。研究區(qū)巖性復(fù)雜，儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙度低，非均質(zhì)性極強(qiáng)，測(cè)井曲線影響因素較多，為了抓住儲(chǔ)層的主要規(guī)律，筆者在傳統(tǒng)雙礦物模型的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)的雙礦物測(cè)井解釋模型，利用對(duì)巖性敏感的深側(cè)向電阻率曲線確定礦物體積分?jǐn)?shù)。

圖5 Фd－Фn交會(huì)三角形示意圖

圖6 X衍射分析ρlld－w （Ca）交會(huì)圖

3．2 改進(jìn)的雙礦物模型實(shí)現(xiàn)過(guò)程

首先，采用深側(cè)向電阻率測(cè)井值計(jì)算出第1種礦物的相對(duì)體積分?jǐn)?shù)：

式中：φ1為第1種礦物相對(duì)體積分?jǐn)?shù)；ρmix、ρ1、ρ2分別為混合礦物、第1種、第2種礦物的深側(cè)向電阻率，Ω·m。

其次，根據(jù)計(jì)算出的礦物相對(duì)含量，按體積物理模型計(jì)算出混合礦物骨架值Δtma：

式中：Δtma1、Δtma2分別為第1種礦物、第2種礦物的聲波骨架值，μs／ft。

最后，根據(jù)混合礦物骨架值，利用單礦物模型計(jì)算基質(zhì)孔隙度：

式中：Δt、Δtf、Δtma、Δtsh分別為地層聲波時(shí)差測(cè)井值、流體、骨架礦物及泥質(zhì)的聲波時(shí)差，μs／ft。

改進(jìn)的雙礦物模型利用對(duì)巖性敏感的深側(cè)向電阻率測(cè)井曲線確定礦物體積分?jǐn)?shù)，有效地提高了測(cè)井曲線利用率。

3．3 實(shí)際測(cè)井資料應(yīng)用

利用Fortran語(yǔ)言編寫(xiě)改進(jìn)后的雙礦物模型處理框架，并掛接在Forward平臺(tái)下。實(shí)際處理過(guò)程中，在定性識(shí)別巖性和儲(chǔ)層的基礎(chǔ)上，排除泥質(zhì)、裂縫、井徑等非巖性因素的影響，選擇合適的參數(shù)和骨架值，利用上述模型對(duì)研究區(qū)測(cè)井資料進(jìn)行處理。

圖7為應(yīng)用上述方法處理的研究區(qū)A2井測(cè)井解釋成果圖，在3918．5～3925．5m井段，測(cè)井計(jì)算孔隙度與巖心分析孔隙度基本一致；應(yīng)用改進(jìn)后的雙礦物模型計(jì)算研究區(qū)大安寨段礦物體積分?jǐn)?shù)和基質(zhì)孔隙度準(zhǔn)確度更高，與地質(zhì)錄井結(jié)果符合較好，能較準(zhǔn)確地反映實(shí)際地層特征。

圖7 A2井測(cè)井解釋成果圖

由以上分析可知，對(duì)于研究區(qū)巖性變化較大的復(fù)雜層段，利用傳統(tǒng)的雙礦物模型使用巖性孔隙度曲線確定礦物含量效果較差，改進(jìn)的雙礦物模型則優(yōu)選對(duì)巖性敏感的測(cè)井曲線確定礦物體積分?jǐn)?shù)，比傳統(tǒng)的雙礦物模型更實(shí)用；并且基于該模型編制的軟件簡(jiǎn)單、易操作，降低了解釋工作的難度。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）研究區(qū)大安寨段微孔隙－微裂縫型致密儲(chǔ)層，使用改進(jìn)的雙礦物模型，優(yōu)選對(duì)巖性敏感的深側(cè)向電阻率測(cè)井曲線確定兩種礦物相對(duì)體積分?jǐn)?shù)，能準(zhǔn)確地計(jì)算巖石成分和基質(zhì)孔隙度。

2）經(jīng)過(guò)巖屑錄井和取心物性分析結(jié)果對(duì)比，改進(jìn)的雙礦物模型確定的礦物體積分?jǐn)?shù)和孔隙度精度較高，適用于對(duì)特低孔滲微孔隙－微裂縫致密型儲(chǔ)層進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

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