一種考慮鄰近泥巖特征的油水層識(shí)別方法

鄭建東，王曉蓮，高吉峰

（大慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712）

0 引 言

塔木察格盆地南貝爾凹陷白堊系南屯組一段儲(chǔ)層，巖性以火山碎屑沉積巖為主，普遍含凝灰質(zhì)，孔隙結(jié)構(gòu)特征差異大、非均質(zhì)性強(qiáng)［1］；研究區(qū)以巖性－構(gòu)造油藏類(lèi)型為主，整體無(wú)統(tǒng)一油水界面，油藏埋藏深度范圍（1 400～2 900m井段）變化大；受壓實(shí)、成巖作用影響，測(cè)井響應(yīng)特征復(fù)雜，油水層電阻率對(duì)比度低［2］。應(yīng)用以往的各種經(jīng)驗(yàn)圖版在目標(biāo)區(qū)效果都不理想，流體性質(zhì)識(shí)別難度大。準(zhǔn)確判別儲(chǔ)層流體性質(zhì)成為南貝爾凹陷勘探、開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)和亟待解決的重點(diǎn)問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)地層應(yīng)力條件下泥巖測(cè)井響應(yīng)特征與油氣分布關(guān)系研究，形成了一種在儲(chǔ)層分類(lèi)基礎(chǔ)上考慮鄰近泥巖測(cè)井響應(yīng)特征的流體識(shí)別方法，提高了斷陷盆地復(fù)雜儲(chǔ)層流體識(shí)別精度。

1 地層應(yīng)力條件下泥巖測(cè)井響應(yīng)特征與油氣分布關(guān)系

1.1 泥巖測(cè)井響應(yīng)特征

研究發(fā)現(xiàn)，在地層應(yīng)力活躍區(qū)泥巖電阻率和聲波時(shí)差對(duì)地層應(yīng)力響應(yīng)敏感［3］。在正常壓實(shí)條件下，泥巖的聲波時(shí)差與電阻率隨深度呈指數(shù)變化規(guī)律，反映在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上是一條直線，這就是通常的正常壓實(shí)趨勢(shì)線。當(dāng)巖石受較強(qiáng)地層應(yīng)力作用時(shí)，會(huì)造成泥巖電阻率、聲波時(shí)差偏離正常趨勢(shì)線，即電阻率變大，聲波時(shí)差變小；欠壓實(shí)泥巖段由于壓實(shí)程度不夠，泥巖的孔隙度相對(duì)增大，密度相對(duì)較小，聲波時(shí)差變大，電阻率變小。前人研究表明［4］，在擠壓應(yīng)力較強(qiáng)的克拉2井區(qū)，泥巖電阻率的變化清晰地顯示出地層應(yīng)力在井筒方向上的變化。強(qiáng)擠壓應(yīng)力段泥巖電阻率達(dá)20～30Ω·m，與正常沉積區(qū)或弱擠壓應(yīng)力區(qū)泥巖電阻率（一般小于5Ω·m）相比，電阻率呈數(shù)量級(jí)增大，可見(jiàn)泥巖電阻率能夠較靈敏地反映地層應(yīng)力的存在與相對(duì)強(qiáng)弱。

Patchett J G［5］在研究具有高陽(yáng)離子交換能力蒙脫石膠體和低陽(yáng)離子交換能力的高嶺石膠體電阻率與孔隙度、介質(zhì)礦化度關(guān)系的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出孔隙度小于30%地層條件下泥巖電導(dǎo)率的響應(yīng)方程式

式中，B0、B1、B2、B3、B4、B5為常數(shù)；Csh為泥巖電導(dǎo)率；Δt為巖石聲波時(shí)差，μs／m；Δtma為非黏土礦物骨架聲波時(shí)差，μs／m；Z為深度或負(fù)載壓力，MPa；CEC為陽(yáng)離子交換能力，mmol／g；T為溫度，℃。

由式（1）可知，泥巖電導(dǎo)率主要與深度（溫度）、等效負(fù)載壓力、泥巖組分等有關(guān)。當(dāng)泥巖組分相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，地層應(yīng)力大小、埋藏深度（溫度）是泥巖電阻率變化的主要因素。

1.2 泥巖測(cè)井響應(yīng)特征與油氣分布關(guān)系

大量地區(qū)的統(tǒng)計(jì)表明，在泥巖電阻率高值背景下，擠壓應(yīng)力強(qiáng)，鄰近砂巖儲(chǔ)層物性很差，基本為干層或水層；而在泥巖電阻率較低處，擠壓應(yīng)力較弱或欠壓實(shí)狀態(tài)，往往發(fā)育高產(chǎn)能的油氣層［6］。理論上分析產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因，當(dāng)泥巖欠壓實(shí)帶富含有機(jī)質(zhì)時(shí)，由于異常地層壓力伴隨著地層溫度上升，有機(jī)質(zhì)更容易向烴類(lèi)轉(zhuǎn)化，可形成大量油氣；造成生油巖中孔隙流體壓力增高，在生油層與儲(chǔ)集層中產(chǎn)生流體壓力差，從而使泥（頁(yè)）巖中的烴類(lèi)較容易運(yùn)移進(jìn)鄰近的砂巖層內(nèi)，形成油氣層。由于砂巖顆粒被烴類(lèi)潤(rùn)濕后不易被膠結(jié)或充填，減少了成巖作用帶來(lái)的孔隙度損失，所以在泥巖欠壓實(shí)帶往往形成所謂的高孔隙帶儲(chǔ)層。同時(shí)，若泥巖層處于欠壓實(shí)，其相鄰砂巖層也會(huì)處于欠壓實(shí)狀態(tài)，使儲(chǔ)集層中流體排泄受阻而形成異常地層壓力，降低了巖石的破裂強(qiáng)度，一旦受到后期構(gòu)造作用的影響，巖石很容易產(chǎn)生破裂，能大幅提高儲(chǔ)層滲透性。

2 南貝爾凹陷泥巖測(cè)井響應(yīng)特征

塔木察格盆地南貝爾凹陷是中國(guó)貝爾凹陷向南的延伸部分，為多期改造的復(fù)式斷陷湖盆，整體呈現(xiàn)東斷西超、箕狀半地塹組合。南貝爾凹陷經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈構(gòu)造活動(dòng)，構(gòu)造演化劃分為斷陷、斷拗、拗陷、反轉(zhuǎn)拗陷4個(gè)成盆時(shí)期，包括初始斷陷、強(qiáng)烈斷陷、擠壓反轉(zhuǎn)、斷拗沉降、張扭拗陷、扭壓反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)拗陷等7個(gè)構(gòu)造演化階段［7］。南一段時(shí)期主要為強(qiáng)烈斷陷構(gòu)造演化階段，受持續(xù)的NW—SE向拉張應(yīng)力作用，有大量的NE向張性正斷層伴生；從南屯組二段開(kāi)始至大磨拐河組一段為擠壓反轉(zhuǎn)構(gòu)造演化階段，這一時(shí)期區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生了重要變革，由NW—SE向拉張應(yīng)力體制轉(zhuǎn)換為NW—SE向擠壓體制，使斷陷期沉積的地層遭受強(qiáng)烈改造。

圖1（a）中，塔 A井大磨拐河組層段（900～1 200m）泥巖聲波時(shí)差偏離正常趨勢(shì)線，呈減小趨勢(shì)；該段泥巖電阻率則明顯較大，表明在此層段擠壓應(yīng)力較強(qiáng)，這與該時(shí)期擠壓應(yīng)力作用相對(duì)應(yīng)。南一段儲(chǔ)層1 360～1 680m井段泥巖聲波時(shí)差顯著偏離正常趨勢(shì)線，呈增大趨勢(shì)；而泥巖電阻率則明顯減小，表明在該層段擠壓應(yīng)力明顯較小，為弱擠壓或張性應(yīng)力帶，這與該時(shí)期持續(xù)的拉張應(yīng)力作用有關(guān)。該層段也是該井油層的主要發(fā)育層段，共計(jì)油層有效厚度73.8m，試油3個(gè)層，分別日產(chǎn)1.36t（自然）、34.8t（壓裂后），顯示該區(qū)弱應(yīng)力擠壓帶產(chǎn)油能力可觀。塔B井南一段儲(chǔ)層埋藏較深，且位于凹陷邊部。圖1（b）中可以看到泥巖聲波時(shí)差減小，泥巖電阻率較大，達(dá)到10Ω·m，表明該井南一段擠壓應(yīng)力較強(qiáng)，該井在2 230.6m處試油，自然產(chǎn)能21.84m3水。

圖1 南貝爾凹陷南一段不同地層應(yīng)力條件下泥巖測(cè)井響應(yīng)隨深度變化關(guān)系圖

通過(guò)對(duì)南貝爾凹陷南一段76個(gè)層試油段的鄰近泥巖電阻率與泥巖聲波時(shí)差統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)圖2）可以看出油層往往發(fā)育在鄰近泥巖電阻率較低、聲波時(shí)差較大的砂巖儲(chǔ)層中，而水層則正好相反。從單井縱向連續(xù)測(cè)井剖面圖上也可以看出，泥巖電阻率越低，聲波時(shí)差越大，則鄰近砂巖儲(chǔ)層的物性、含油性越好?？梢?jiàn)，南貝爾凹陷南一段儲(chǔ)層鄰近泥巖的電阻率與聲波時(shí)差值的大小可較好地反映砂巖儲(chǔ)層含油性的好壞。

圖2 南貝爾凹陷南一段油水層鄰近泥巖電阻率與聲波時(shí)差關(guān)系圖

3 考慮鄰近泥巖特征的油水層識(shí)別方法

通過(guò)對(duì)測(cè)井地層應(yīng)力與油水層分布研究可知，泥巖電阻率越低，聲波時(shí)差越大，則鄰近砂巖儲(chǔ)層的含油性越好。根據(jù)這一點(diǎn)，借鑒電阻增大系數(shù)的思想，應(yīng)用油水層的鄰近泥巖測(cè)井響應(yīng)特征值定義校正視電阻率R′t（RLLd×Δt泥／RLLd泥），相對(duì)于深側(cè)向電阻率RLLd，R′t主要突出了砂巖儲(chǔ)層的含油性，使得油層、水層電阻率分得更加明顯，在油水層識(shí)別圖版上能較好地區(qū)別油層、油水同層和水層，有效提高了研究區(qū)的流體識(shí)別精度。通過(guò)對(duì)影響流體識(shí)別的其他主控因素分析，特別是儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的影響，研究采用分區(qū)塊（南洼槽、北洼槽），分層位（南二段、南一段）、分儲(chǔ)層類(lèi)別（Ⅲ類(lèi)、Ⅰ—Ⅱ類(lèi)）分別建立油水層識(shí)別圖版。

圖3 南貝爾凹陷北洼槽南一段儲(chǔ)層電阻率校正前后油水層識(shí)別圖版對(duì)比圖

圖4 南貝爾凹陷塔C井測(cè)井解釋綜合成果圖

以南一段為例，應(yīng)用研究區(qū)38口井75個(gè)層測(cè)井和試油資料，建立了北洼槽南一段油水層識(shí)別圖版［見(jiàn)圖3（a）］。其中油層54個(gè)層，油水同層7個(gè)層、水層14個(gè)層，圖版中油層誤出3個(gè)層，水層誤入油水同層區(qū)2個(gè)層，油水同層誤入油層區(qū)1個(gè)層，圖版精度92%。與電阻率校正前所建圖版對(duì)比［見(jiàn)圖3（b）］，油水層識(shí)別精度有了明顯的提高。

圖4為油水層識(shí)別方法在塔C井中的應(yīng)用效果圖。圖4中第7道的紅色實(shí)線為計(jì)算的校后視電阻率R′t曲線，藍(lán)色虛線為圖3中Ⅰ＋Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層區(qū)的油水同層與水層的界限線。當(dāng)R′t值大于水層線時(shí)，為含油層，兩者交會(huì)幅度差越大，含油性越好；當(dāng)R′t值小于水層線時(shí)，可判斷為水層。從圖4中可以看出，19、20號(hào)層2條曲線交會(huì)明顯，解釋為油層；21、22、23號(hào)層曲線未見(jiàn)明顯交會(huì)，解釋為水層。對(duì)上述2個(gè)層段分別進(jìn)行了試油，證實(shí)了該方法的準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 論

（1）泥巖電阻率和聲波時(shí)差對(duì)地層應(yīng)力反映靈敏，且與儲(chǔ)層物性和含油性關(guān)系密切，泥巖電阻率越低，聲波時(shí)差越大，則鄰近砂巖儲(chǔ)層的含油性越好。

（2）考慮鄰近泥巖測(cè)井響應(yīng)特征的油水層識(shí)別方法較適用于多物源、構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈、儲(chǔ)層埋深變化大的斷陷盆地和構(gòu)造應(yīng)力發(fā)育的山前擠壓構(gòu)造帶等地區(qū)，可有效提高斷陷盆地復(fù)雜儲(chǔ)層流體識(shí)別精度。

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