致密砂巖氣層測(cè)井評(píng)價(jià)新方法研究

張志虎，孫玉紅，金力鉆，李松林，黃 曉

(中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津 300452)

致密砂巖氣層測(cè)井評(píng)價(jià)新方法研究

張志虎，孫玉紅，金力鉆，李松林，黃 曉

(中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津 300452)

針對(duì)臨興區(qū)塊致密砂巖氣層的地質(zhì)特征及測(cè)井資料特點(diǎn)，提出利用密度測(cè)井響應(yīng)方程和中子測(cè)井響應(yīng)方程建立ρt—φN模型，利用該模型可在巖電參數(shù)、地層水電阻率不確定的情況下定量求取儲(chǔ)層含氣飽和度。通過(guò)多口井的實(shí)際資料處理和試氣結(jié)果驗(yàn)證，與常規(guī)解釋方法相比，ρt—φN模型計(jì)算的含氣飽和度在氣層與非氣層上差異更明顯，在辨別儲(chǔ)層流體性質(zhì)上，具有更高的分辨率。結(jié)果表明，建立的含氣飽和度模型可用于研究區(qū)致密砂巖氣層的定量評(píng)價(jià)。

致密砂巖;密度測(cè)井;中子測(cè)井;ρt—φN模型;臨興區(qū)塊

0 引言

臨興區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地東緣河?xùn)|煤田中部，前期勘探和試井生產(chǎn)顯示該區(qū)塊煤層氣、頁(yè)巖氣和致密砂巖氣具有良好的勘探開(kāi)發(fā)前景［1］。由于該區(qū)塊致密砂巖儲(chǔ)層的巖電參數(shù)和地層水電阻率難以確定，加上部分儲(chǔ)層電阻率對(duì)氣層響應(yīng)不明顯，利用阿爾奇方程求取的含氣飽和度與相滲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和試氣結(jié)果常常相互矛盾，給儲(chǔ)層定量評(píng)價(jià)造成了很大困難［2-4］。基于致密砂巖密度測(cè)井響應(yīng)方程和中子測(cè)井響應(yīng)方程建立的ρt—φN模型，可直接利用中子和密度曲線求取儲(chǔ)層含氣飽和度，且與相滲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和試氣結(jié)果吻合較好，從而達(dá)到了定量評(píng)價(jià)致密砂巖氣層的目的。

1 地質(zhì)概況

晚古生代早期，受海西運(yùn)動(dòng)影響，臨興區(qū)塊由陸表海開(kāi)始向近海平原沉積環(huán)境過(guò)渡，盆地北緣逐步抬高，發(fā)育了障壁海岸、三角洲前緣、三角洲平原、曲流河和辮狀河沉積體系，形成了多套不同成因的儲(chǔ)集砂體。儲(chǔ)層平均孔隙度小于10%，平均滲透率小于0.1×10-3μm2，屬于典型的致密砂巖儲(chǔ)層。

2 方法原理

2.1 致密砂巖密度測(cè)井響應(yīng)方程

設(shè)致密砂巖孔隙度為φ(%)，骨架含量為Vma(%)。致密砂巖的體積模型如圖1所示。

圖1 致密砂巖體積模型

其物質(zhì)平衡方程為:

致密砂巖密度測(cè)井響應(yīng)方程的推導(dǎo)是在假設(shè)密度測(cè)井值為巖石各組分貢獻(xiàn)之和的條件下進(jìn)行的。設(shè)致密砂巖的孔隙度為φ，骨架密度為ρma(g·cm-3)，地層溫度及壓力下的天然氣密度為ρg(g·cm-3)，地層中流體的密度為ρf(g·cm-3)，密度測(cè)井探測(cè)范圍內(nèi)總流體飽和度為Swd(%)，密度測(cè)井值為ρt(g·cm-3)。則致密砂巖密度測(cè)井響應(yīng)方程為:

2.2 致密砂巖中子測(cè)井響應(yīng)方程

同理，設(shè)致密砂巖骨架中子孔隙度為 φNma(%)，地層溫度及壓力下天然氣中子孔隙度為φNg(%)，地層中流體中子孔隙度為φNf(%)，中子測(cè)井探測(cè)范圍內(nèi)總流體飽和度為Swn(%)，中子測(cè)井值為φN(%)。則中子測(cè)井的響應(yīng)方程為:

2.3 ρt—φN模型的建立

由于致密砂巖儲(chǔ)層屬于低孔、低滲儲(chǔ)層，測(cè)井響應(yīng)受泥漿侵入影響小，則可認(rèn)為Swd近似等于Swn(%)［5-8］。假設(shè)地層流體飽和度為 Swf(%)，用其代替式(3)和式(5)中的Swd、Swn，聯(lián)立式(3)和式(5)消去φ，可得:

設(shè)地層含氣飽和度為Sg(%)，則:

3 含氣飽和度下限的確定

由于地層流體的黏度至少是氣體的50～100倍，因此，氣體比地層流體更容易流動(dòng)，在Sg較低時(shí)(Sg＜50%)，儲(chǔ)層仍可產(chǎn)氣［9-11］。選取研究區(qū)致密砂巖氣層6塊巖樣開(kāi)展氣水相滲實(shí)驗(yàn)，根據(jù)氣水相滲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的氣水相對(duì)滲透率曲線如圖2所示。當(dāng)Sg＞18%時(shí)，除巖樣2外，其余5塊巖樣的氣相相對(duì)滲透率均大于水相相對(duì)滲透率，因此，可將研究區(qū)致密砂巖氣層的含氣飽和度下限確定為18%。

圖2 氣水相對(duì)滲透率曲線

4 實(shí)例分析

LX-A井解釋成果圖如圖3所示，該井試氣井段為1 611.7～1 616.7 m，小型測(cè)試壓裂后試氣結(jié)果為氣量小，常規(guī)方法解釋31、32號(hào)層與對(duì)應(yīng)ρt—φN模型解釋31、32號(hào)層位于試氣井段內(nèi)。本段解釋的32號(hào)層，電阻率和聲波時(shí)差曲線數(shù)值明顯高于31號(hào)層，中子密度曲線重疊具有一定的包絡(luò)面積，含氣特征明顯。ρt—φN模型計(jì)算32號(hào)層含氣飽和度為44.6%，超過(guò)該區(qū)實(shí)驗(yàn)分析的含氣飽和度下限值18%，解釋為氣層;31號(hào)層計(jì)算含氣飽和度為0，解釋為干層。常規(guī)方法解釋的31號(hào)干層計(jì)算的含氣飽和度為37.1%，也超過(guò)該區(qū)含氣飽和度下限值18%?？梢?jiàn)，與常規(guī)解釋方法相比，ρt—φN模型計(jì)算的含氣飽和度在氣層與非氣層上差異更明顯，在辨別儲(chǔ)層流體性質(zhì)上，具有更高的分辨率。

圖3 LX-A井解釋成果

圖4 LX-B井解釋成果

LX-B井解釋成果如圖4所示，該井試氣井段為1 547.8～1 580.3 m，未壓裂試氣結(jié)果為日產(chǎn)氣107 520 m3/d，常規(guī)方法解釋34～39號(hào)層與對(duì)應(yīng)的ρt—φN模型解釋34～41號(hào)層位于試氣井段內(nèi)，各層解釋結(jié)果如下。

(1)常規(guī)方法解釋34號(hào)層(1 549.4～1 553.0 m)電阻率上部高，下部低，平均為29.8 Ω·m，計(jì)算含氣飽和度為51.4%，解釋為氣層。對(duì)應(yīng)ρt—φN模型解釋34、35號(hào)層，上部的34號(hào)層(1 549.5～1 551.3 m)電阻率為89.6 Ω·m，計(jì)算含氣飽和度為58.7%，解釋為氣層;下部的35號(hào)層(1 551.3～1 553.1 m)電阻率為13.4 Ω·m，計(jì)算含氣飽和度為35.7%，解釋為差氣層。

(2)常規(guī)方法解釋35號(hào)層(1 561.7～1 564.2 m)電阻率上部較低，底部較高，平均為17.8 Ω·m，計(jì)算含氣飽和度為43.9%，解釋為差氣層。對(duì)應(yīng)ρt—φN模型解釋36、37號(hào)層，上部的36號(hào)層(1 561.9～1 563.7 m)電阻率為11.3 Ω·m，計(jì)算含氣飽和度為0，解釋為干層;下部的37號(hào)層(1 563.7～1 564.4 m)電阻率為43.4 Ω·m，計(jì)算含氣飽和度為60.2%，解釋為氣層。

(3)常規(guī)方法解釋36號(hào)層(1 565.6～1 567.4 m)電阻率為30.4 Ω·m，計(jì)算含氣飽和度為34.5%，解釋為干層。對(duì)應(yīng)ρt—φN模型解釋38號(hào)層(1 565.8～1 568.8 m)電阻率為36.8 Ω·m，計(jì)算含氣飽和度為0，解釋為干層。

(4)常規(guī)方法解釋37號(hào)層(1 567.4～1 571.5 m)電阻率為41.7 Ω·m，計(jì)算含氣飽和度為54.8%，解釋為氣層。對(duì)應(yīng)ρt—φN模型解釋39號(hào)層(1 568.8～1 571.2 m)電阻率為77.8 Ω·m，計(jì)算含氣飽和度為46.3%，解釋為氣層。綜合電阻率曲線以及中子密度曲線的包絡(luò)面積，氣層頂界應(yīng)為1 568.8 m。

由于常規(guī)方法計(jì)算的含氣飽和度在氣層與干層上區(qū)分不明顯，導(dǎo)致氣層解釋厚度偏大。與常規(guī)解釋方法相比，ρt—φN模型解釋結(jié)論與電阻率等曲線更匹配，分層更精細(xì)，與測(cè)試結(jié)果相符。

5 結(jié)論

(1)當(dāng)?shù)貙訜o(wú)侵入或侵入很淺時(shí)，測(cè)井響應(yīng)受泥漿侵入影響小，Swd近似等于Swn，此時(shí)ρt—φN模型計(jì)算的含氣飽和度結(jié)果更精確，更有利于識(shí)別氣層，而致密砂巖屬于低孔、低滲儲(chǔ)層，正好滿足上述條件。

(2)基于致密砂巖密度測(cè)井響應(yīng)方程和中子測(cè)井響應(yīng)方程推導(dǎo)出的ρt—φN模型可利用密度、中子孔隙度直接定量計(jì)算出致密砂巖儲(chǔ)層含氣飽和度，省略了常規(guī)測(cè)井解釋中的部分環(huán)節(jié)，解決了巖電參數(shù)、地層水電阻率難以確定等疑難問(wèn)題。

(3)與常規(guī)的阿爾奇方程相比，ρt—φN模型求取儲(chǔ)層含氣飽和度與相滲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和試氣結(jié)果更吻合，是一種有效的定量求取致密砂巖氣層含氣飽和度的新方法。

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編輯劉兆芝

TE122.2

A

1006-6535(2015)05-0046-04

20150324;改回日期:20150511

中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司非常規(guī)技術(shù)研究院生產(chǎn)項(xiàng)目“臨興區(qū)塊先導(dǎo)性試驗(yàn)方案”(ZKFFWLXKF-14-013)

張志虎(1986-)，男，工程師，2010年畢業(yè)于東北石油大學(xué)勘查技術(shù)與工程專(zhuān)業(yè)，2013年畢業(yè)于該校地球探測(cè)與信息技術(shù)專(zhuān)業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事石油勘探工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.09