基于測井信息泥巖蓋層評價技術(shù)綜述

趙軍龍，高秀麗

(西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

0 引言

自20世紀(jì)70年代以來，隨著對天然氣藏賦存機(jī)理的深入研究，逐漸認(rèn)識到蓋層的重要性[1]。不同學(xué)者也提出了不同的評價方法。肖無然(1984年)首先提出用吸附法、壓汞法測得排替壓力;付廣(1992年)、黃志龍(1994年)認(rèn)為直接驅(qū)替法測得泥巖蓋層排替壓力更為準(zhǔn)確從而有效評價物性封閉的泥巖蓋層;陳章明(1995年)對實(shí)驗(yàn)室條件下測得的排替壓力進(jìn)行時間校正和溫度校正。付廣(1995年)、高哲榮(1996年)提出利用聲波時差測井?dāng)?shù)據(jù)預(yù)測、求取排替壓力，對泥巖蓋層的物性封閉質(zhì)量進(jìn)行評價[2-3]。劉方槐(1992年)的理論計算結(jié)果表明，壓力系數(shù)為1.3的超壓泥巖靠超壓封蓋的氣柱高度是靠毛細(xì)管封蓋的氣柱高度的11倍;當(dāng)壓力系數(shù)為2.0時，則可高出37倍，可見壓力封閉油氣的效率極高。黃志龍(1995年)建立了蓋層為烴源巖和非烴源巖條件下天然氣通過單位面積蓋層的擴(kuò)散量計算公式，作為衡量蓋層烴濃度封閉能力的相對標(biāo)準(zhǔn)。王振平(1996年)提出蓋層內(nèi)烴類的來源有蓋層自身生成和烴類運(yùn)移進(jìn)入蓋層并滯留其中等2種方式，通過蓋層內(nèi)烴類不同的垂向分布模式評價蓋層的封閉能力。

國內(nèi)外對蓋層的研究雖已進(jìn)入到宏觀定性與微觀參數(shù)相結(jié)合的階段[4]，但評價標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，且缺乏系統(tǒng)性。此外，大多數(shù)蓋層的評價方法要依附于取心和實(shí)驗(yàn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，大量取樣測試實(shí)踐比較困難且費(fèi)用較高。與此相比，測井資料不僅信息豐富，而且精度高，便于獲取。因此，加強(qiáng)泥巖蓋層的測井評價對提高泥巖蓋層評價效果意義重大。

1 蓋層的概念及封閉機(jī)理

1.1 蓋層的概念及分類

蓋層[5]的分類方法很多，張樹林等(1993年)、陳榮書(1994年)、鄭朝陽等(1996年)、何光玉(1997年)、柳廣弟(1999年)、張占文(1996年)等從不同的角度將蓋層分為不同的類型[5-10](見表1)。

表1 蓋層分類

Grunau H R(1987年)對世界上334個大油氣田進(jìn)行了研究，結(jié)果表明其中以泥質(zhì)巖為蓋層的占65%，膏巖類為蓋層占33%，其他蓋層僅占2%[11]。由于泥巖具有較低的孔隙度和滲透率，并且塑性大，不容易發(fā)生破裂，因此泥巖的封閉性能僅次于鹽巖和石膏，是作為優(yōu)質(zhì)蓋層的有利巖性。

1.2 泥巖蓋層封閉機(jī)理

研究表明，泥巖作為蓋層其封閉機(jī)理包括物性封閉機(jī)理、超壓封閉機(jī)理以及烴濃度封閉機(jī)理[9，12-19](見表 2)。

2 測井響應(yīng)特征及測井評價技術(shù)

2.1 泥巖蓋層的常規(guī)測井響應(yīng)特征

劉文碧(1995年)、侯連華(1996年)、馮瓊(2011年)等分析研究了典型泥巖蓋層的測井響應(yīng)特征[20-22](見表 3)。

表2 泥巖蓋層封閉機(jī)理

表3 典型泥巖蓋層的測井特征

2.2 泥巖蓋層測井評價技術(shù)

2.2.1 泥巖蓋層測井評價參數(shù)及其厘定方法

泥質(zhì)巖蓋層的封閉能力好壞主要反映在宏觀展布面積的大小和微觀封閉能力強(qiáng)弱2個方面。只有同時具備一定的宏觀展布范圍和較強(qiáng)的微觀封閉能力，才能在整體上具有較強(qiáng)的封閉性，并在區(qū)域上形成有效的、高質(zhì)量的蓋層。泥巖蓋層宏觀展布面積的大小主要受其單層厚度的制約，而反映微觀封閉能力的最直接參數(shù)是排替壓力，間接參數(shù)有含砂量、孔隙度、滲透率。因此，可以將厚度、含砂量、總孔隙度、有效孔隙度和排替壓力作為評價蓋層質(zhì)量的參數(shù)[16、23-35](見表 4)。

表4 泥巖蓋層評價參數(shù)

圖1 排替壓力與含砂量關(guān)系曲線[16]

圖2 排替壓力與總孔隙度關(guān)系曲線[16]

圖3 排替壓力與有效孔隙度關(guān)系曲線[16]

2.2.2 泥巖蓋層的評價標(biāo)準(zhǔn)

付廣等(1997 年、1998 年)[15、23]郝石生等(1991年)[36]研究得出泥巖蓋層封閉性等級劃分的標(biāo)準(zhǔn)(見表5)。

2.2.3 泥巖蓋層測井評價方法

(1)物性封閉的泥巖蓋層測井評價方法。泥巖的排替壓力與泥巖厚度、含砂量、孔隙度和滲透率具有很好的相關(guān)性[25-27]。因此，在評價泥巖蓋層的封閉能力時，根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)得到泥巖的厚度、含砂量、總孔隙度、有效孔隙度和滲透率等參數(shù)，再根據(jù)排替壓力與各個參數(shù)的關(guān)系計算出排替壓力，從而綜合判斷泥巖蓋層的有效性。

根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)研究蓋層封閉性時，常常采用聲波時差、密度測井等資料確定排替壓力[2、28、38-39]。利用巖心刻度的測井方法將蓋層排替壓力數(shù)據(jù)、孔隙度、滲透率等巖心數(shù)據(jù)與測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對比、回歸并進(jìn)行優(yōu)化，最終能用于蓋層封閉能力評價的測井計算模型[28]。

(2)超壓封閉的泥巖蓋層測井評價方法。超壓封閉一般僅存于有欠壓實(shí)孔隙流體的泥巖蓋層中，而泥巖有無比正常壓實(shí)泥巖異常高的孔隙度是確定超壓封閉是否存在的根本標(biāo)志。由于異?？紫读黧w壓力很難直接測得，因此，通常只能采用間接方法研究超壓封閉。一般是利用聲波時差代替孔隙度定性確定泥巖超壓是否存在，其封閉能力大小可以根據(jù)聲波時差值利用等效深度法計算得到[29]。

表5 泥巖蓋層等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

欠壓實(shí)地層在單位體積內(nèi)具有較高的含水飽和度，聲波傳播速度較慢，故其在測井曲線上的反映是聲波時差突然增大，偏離正常壓實(shí)下的泥巖聲波時差隨深度的變化趨勢，若下部地層中含氣，由于氣的侵入，更會加大這種偏離。偏離越多則證明欠壓實(shí)情況越嚴(yán)重，蓋層質(zhì)量越好，封閉性能也越好[16、31]。

李軍等(2003年)在吐哈盆地根據(jù)葡北1井和葡北101井的聲波時差測井?dāng)?shù)據(jù)找到了該區(qū)的欠壓實(shí)帶(見圖4)。

圖4 吐哈盆地欠壓實(shí)泥巖蓋層聲波時差特征[38]

(3)烴濃度封閉的泥巖蓋層測井評價方法。蓋層烴濃度封閉作用能力大小除主要取決于蓋層與下伏地層孔隙水中含氣濃度差大小外，還與蓋層本身巖石擴(kuò)散系數(shù)的大小有關(guān)。蓋層與下伏地層孔隙水中含氣濃度差越大，蓋層本身巖石擴(kuò)散系數(shù)越小，蓋層的烴濃度封閉能力越強(qiáng)，天然氣的擴(kuò)散損失量越小;相反，蓋層的烴濃度封閉能力越弱，天然氣的擴(kuò)散損失量越大[40-42]。根據(jù)付廣(1998年)的研究，利用聲波時差可求取蓋層與下伏地層孔隙水中含氣濃度差[42]。

3 泥巖蓋層測井評價新技術(shù)及展望

3.1 泥巖蓋層測井評價新技術(shù)

測井新技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛[42、45]，利用測井新技術(shù)進(jìn)行泥巖蓋層評價也將成為必然趨勢。核磁共振測井技術(shù)可以反映地層的孔隙結(jié)構(gòu)，計算孔喉半徑，也可以不受巖石骨架和泥質(zhì)的影響而測量巖石的有效孔隙度[43-44]。根據(jù)孔喉半徑可以計算毛細(xì)管壓力，而毛細(xì)管壓力差越大，物性封閉能力越強(qiáng)。有效孔隙度是泥巖蓋層評價的重要參數(shù)之一。

陣列聲波成像測井的一個主要應(yīng)用就是計算巖石的孔隙度和滲透率[43]。泥巖蓋層的孔隙度與其排替壓力具有明顯的反比關(guān)系，而排替壓力是評價泥巖蓋層最直接、最綜合的參數(shù);滲透率是泥巖蓋層評價的重要參數(shù)之一。

陣列感應(yīng)成像測井技術(shù)可真實(shí)反映地層電阻率[45]。泥巖蓋層的電阻率可以反映蓋層的含砂量，而含砂量是泥巖蓋層評價的參數(shù)之一。

井壁成像測井技術(shù)可以描述巖石的復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)，諸如裂縫、溶孔、溶洞、層理等，可用于沉積、構(gòu)造等地質(zhì)研究;偶極橫波成像測井技術(shù)也可有效地進(jìn)行巖石裂縫研究[45]。這2項新技術(shù)可用于泥巖蓋層宏觀展布特征的評價。

3.2 泥巖蓋層測井評價技術(shù)展望

泥巖蓋層評價不再局限在定性方面，而且已經(jīng)進(jìn)入定量評價階段，雖然泥巖蓋層的定量研究現(xiàn)在還是處在初級階段，但它直觀地體現(xiàn)影響泥巖蓋層的地質(zhì)參數(shù)、泥巖蓋層研究的綜合性、泥巖蓋層封閉性綜合評價指標(biāo)。因此，定量研究泥巖蓋層是發(fā)展的必然趨勢。筆者認(rèn)為泥巖蓋層評價發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢特征。

(1)應(yīng)加強(qiáng)對泥巖蓋層巖石物理特征研究，尤其應(yīng)開展不同封閉機(jī)理蓋層取心及巖心分析測試研究工作，探索更為有效的泥巖蓋層質(zhì)量評價參數(shù)。

(2)開展常規(guī)測井響應(yīng)特征與泥巖蓋層評價參數(shù)(包括新的評價參數(shù))的關(guān)系研究，建立多維的、非線性的(比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、灰色關(guān)聯(lián)技術(shù)等)泥巖蓋層參數(shù)測井預(yù)測模型，提高常規(guī)測井信息預(yù)測泥巖蓋層評價參數(shù)的效果。

(3)開展測井新技術(shù)應(yīng)用于泥巖蓋層質(zhì)量評價方法研究，充分發(fā)揮測井新技術(shù)的優(yōu)勢，提高泥巖蓋層質(zhì)量評價參數(shù)預(yù)測精度、增強(qiáng)泥巖蓋層質(zhì)量評價效果。

(4)將地層應(yīng)力場分布、壓力測試等動態(tài)生產(chǎn)資料與地質(zhì)、巖心及測井等靜態(tài)資料相結(jié)合，開展動靜態(tài)資料綜合研究，建立泥巖蓋層評價新技術(shù)體系(含新評價參數(shù)等)，提高泥巖蓋層質(zhì)量評價效果。

4 結(jié)論

(1)蓋層其封閉機(jī)理有物性封閉(毛細(xì)管封閉)、超壓封閉(壓力封閉)以及烴濃度封閉;泥巖蓋層的評價參數(shù)有厚度、含砂量、總孔隙度、有效孔隙度、滲透率以及排替壓力。

(2)泥巖蓋層測井響應(yīng)特征包括:其自然電位曲線靠近泥巖基線、自然伽馬曲線呈現(xiàn)為高幅值、擴(kuò)徑顯著、電阻率曲線和微電極曲線幅值低且微電極曲線沒有幅度差、聲波時差曲線呈現(xiàn)高幅值或曲線劇烈起伏、補(bǔ)償密度測井曲線為低幅值、補(bǔ)償中子曲線呈現(xiàn)最大值。

(3)泥巖蓋層測井評價的核心是建立泥巖蓋層評價參數(shù)測井解釋模型，利用常規(guī)測井信息預(yù)測泥巖蓋層評價參數(shù)、評價蓋層質(zhì)量;物性封閉、超壓封閉(壓力封閉)以及烴濃度封閉的泥巖蓋層測井評價的側(cè)重點(diǎn)有別。

(4)測井新技術(shù)方法為泥巖蓋層的精細(xì)評價提供了良好的技術(shù)支持;加強(qiáng)泥巖蓋層巖石物理特征研究，建立多維的、非線性的泥巖蓋層參數(shù)測井預(yù)測模型，將靜態(tài)及動態(tài)資料相結(jié)合完善泥巖蓋層評價技術(shù)體系意義重大。

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