HQ地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖石物理相分類與油層有效厚度研究

張景皓, 張予生, 景成, 孫萬明, 葉志紅, 王博

(1.延長(zhǎng)油田杏子川采油廠, 陜西 延安 717400; 2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司吐哈事業(yè)部, 新疆 哈密 838202;3.中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院, 山東 青島 266580; 4.長(zhǎng)慶油田第五采氣廠, 陜西 西安 710016)

0 引 言

HQ地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層居于低孔隙度、低滲透率、低電阻率、復(fù)雜巖性、復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的滑塌濁積扇儲(chǔ)層,特低滲透儲(chǔ)層致使泥漿對(duì)地層侵入作用弱,泥餅難以形成,亦使得微電極電阻率曲線在滲透層上的正幅度差異不明顯;直觀指示油氣層和水層的深、中、淺電阻率在常規(guī)儲(chǔ)層的有序排列基本消失;發(fā)育在儲(chǔ)層中的微裂縫呈現(xiàn)的不規(guī)則擴(kuò)徑使測(cè)井曲線背景值失真;測(cè)井響應(yīng)指示的與油氣有關(guān)的信息少,造成無效層段與低孔隙度儲(chǔ)層之間的測(cè)井響應(yīng)差異很小。一般情況下,這類“三低”儲(chǔ)層中烴類在巖層總體積中所占比例不足8%,加之不同孔隙結(jié)構(gòu)及鉆井液對(duì)井壁的高侵影響,以及儲(chǔ)層成巖壓實(shí)、膠結(jié)作用強(qiáng)烈,次生溶蝕孔隙和次生黏土礦物發(fā)育,導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng),有效孔喉在總孔喉中所占比例低,致使儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)十分復(fù)雜,確定有效儲(chǔ)層及其厚度難度很大[1-5]。

Chopra A K等[6-7]1987年曾嘗試?yán)脻B孔比劃分儲(chǔ)集層的巖石物理相;Spain D R等[8]提出在單井剖面上劃分巖石物理類型;Amaefule J O等和許多國(guó)內(nèi)學(xué)者[9-13]相繼進(jìn)行儲(chǔ)層巖石物理相的分類、劃分。采用的方法主要是流動(dòng)層帶指標(biāo)法及其模式識(shí)別法。但是,采用單一或局部參數(shù)值不能準(zhǔn)確表征儲(chǔ)層巖石物理相特征。本文試圖利用該區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層各類測(cè)井、巖心和試油資料研究巖石物理相的多種信息,分析建立不同類別巖石物理相油層有效厚度參數(shù)下限的差異、特征及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),有效提取儲(chǔ)層巖石物理相分類表征參數(shù)確定特低滲透油層有效厚度,從不同角度顯示該區(qū)儲(chǔ)層滲流、儲(chǔ)集及非均質(zhì)性等巖石物理相特征,集中反映該區(qū)特低滲透儲(chǔ)層中相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的地質(zhì)特點(diǎn)。

1 儲(chǔ)層巖石物理相特征及其評(píng)價(jià)劃分

巖石物理相分類集中體現(xiàn)出巖性等地質(zhì)因素對(duì)儲(chǔ)層巖石物理相的控制作用,巖石物理相分類的測(cè)井儲(chǔ)層參數(shù)處理則主要是通過規(guī)則化消除孔隙流體的影響[11-13]。其中同類巖石物理相儲(chǔ)層具有相似的巖石學(xué)和沉積—成巖作用特征,儲(chǔ)層中成巖孔隙類型、結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)滲流、儲(chǔ)集特征趨于一致。特別是同類儲(chǔ)層巖電關(guān)系、測(cè)井響應(yīng)特征趨于吻合且特征明顯[12-14]。因此,儲(chǔ)層巖石物理相是控制特低滲透儲(chǔ)層“四性”關(guān)系和測(cè)井響應(yīng)特征的主導(dǎo)因素,在其普遍存在早-中成巖期的壓實(shí)壓溶及膠結(jié)作用,使得長(zhǎng)6儲(chǔ)層原生孔隙由35%～40%下降為8%～13%,由于強(qiáng)烈的成巖作用大大改變了原始孔隙結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,形成了以剩余粒間孔、成巖溶孔為主、多孔隙類型共存的混合型儲(chǔ)集特征;大部分孔隙被細(xì)小喉道所控制,造成儲(chǔ)層退汞效率低,難采體積大。依據(jù)HQ地區(qū)砂巖儲(chǔ)層巖石物理相形成的地質(zhì)條件,分析目的層段砂巖儲(chǔ)層沉積、成巖作用和巖性、物性、孔隙類型、孔隙結(jié)構(gòu)及測(cè)井響應(yīng)特征,在研究區(qū)劃分出較為有利的滲砂型、較差的低滲砂型、致密砂型等Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類巖石物理相類型[14-17]。

Ⅰ類較為有利的滲砂層巖石物理相儲(chǔ)層處于三角洲前緣湖底滑塌濁積分支水道有利相帶中,水淺水動(dòng)力條件強(qiáng),形成以中-細(xì)粒砂巖為主的長(zhǎng)石砂巖沉積,是沉積物中最粗的部分。該類巖相底界與下伏巖層為沖刷接觸,通常底部為中-細(xì)粒砂,含泥礫,向上變?yōu)榧?xì)砂。成巖中壓實(shí)、膠結(jié)作用相對(duì)較弱,使部分原生孔隙得以保存,從而使儲(chǔ)層中易溶組分溶蝕得以改善,形成了較為有利的中-細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖粒間孔-溶孔型巖石物理相儲(chǔ)層。該類巖相具有較好的物性和孔隙結(jié)構(gòu)特征,滲透率一般大于0.15 mD*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,孔隙度大于10%,孔徑大于30 μm,壓汞曲線處于中部呈較寬平臺(tái)型,排驅(qū)壓力小于0.5 MPa,中值壓力小于3.0 MPa,最大孔喉半徑大于3.0 μm,中值半徑大于0.3 μm。測(cè)井響應(yīng)相對(duì)于泥巖呈現(xiàn)“四低兩微低兩增大”特征,即自然電位低、自然伽馬低、光電吸收截面指數(shù)低、密度低、聲波時(shí)差和中子孔隙度微低、微電阻率差異和井徑增大,反映出較為有利的滲砂層巖石物理相成因單元。

Ⅱ類較差的低滲砂層巖石物理相儲(chǔ)層處于三角洲前緣湖底滑塌濁積扇較為有利分支水道微相中,巖性以細(xì)砂巖及粉-細(xì)砂巖為主,常夾有薄層湖相泥巖或泥質(zhì)粉砂巖,形成原生粒間孔、長(zhǎng)石、濁沸石溶孔及少量微孔隙發(fā)育的巖石物理相儲(chǔ)層。該類巖相直接控制較低滲透率儲(chǔ)層物性和孔隙結(jié)構(gòu)特征,滲透率0.06～0.25 mD,孔隙度8%～11%,孔徑10～30 μm,壓汞曲線處于偏上呈緩坡型,排驅(qū)壓力0.5～1.5 MPa,中值壓力3.0～10.0 MPa,最大孔喉半徑1.0～3.0 μm,中值半徑約0.05～0.3 μm。測(cè)井響應(yīng)相對(duì)泥巖呈現(xiàn)“兩低四較低兩較高”特征,即自然伽馬低、光電吸收截面指數(shù)低,自然電位、密度、聲波時(shí)差、中子孔隙度較低,微電阻率差異和井徑較為增大,反映出相對(duì)較差的低滲砂層巖石物理相成因單元。

Ⅲ類致密砂層巖石物理相儲(chǔ)層處于三角洲前緣湖底滑塌濁積扇分支水道間或無水道前緣席狀砂微相中,巖性以致密細(xì)砂巖、粉砂巖或細(xì)-粉砂巖為主,常與泥巖組成薄互層。該類巖相砂層薄、物性差、次生孔隙不發(fā)育,形成了晶間孔、微孔發(fā)育的超低滲致密砂巖巖石物理相儲(chǔ)層,其滲透率小于0.1 mD,孔隙度小于9%,孔徑小于10 μm,壓汞曲線處于偏上呈斜坡型,排驅(qū)壓力大于1.5 MPa,中值壓力大于10 MPa,最大孔喉半徑小于1.0 μm,中值半徑小于0.05 μm。測(cè)井響應(yīng)相對(duì)泥巖呈現(xiàn)“四低兩微低和兩微高”特征,即自然伽馬低、光電吸收截面指數(shù)低、聲波時(shí)差低、中子孔隙度低,自然電位、密度微低,微電阻率差異和井徑微增大,反映出超低滲致密砂層巖石物理相成因單元。 上述3種不同類別巖石物理相處于不同沉積成巖儲(chǔ)集相帶環(huán)境中,儲(chǔ)層具有不同巖性、物性、孔隙類型、孔隙結(jié)構(gòu)特征,反映出不同類別儲(chǔ)層參數(shù)及其相應(yīng)測(cè)井響應(yīng)參數(shù)分布特征與差異。巖石物理相分類的測(cè)井響應(yīng)集中體現(xiàn)出巖性等地質(zhì)因素對(duì)儲(chǔ)集層巖石物理相的控制作用。采用單一流動(dòng)層帶指標(biāo)IFZ或局部測(cè)井響應(yīng)參數(shù)值都不能準(zhǔn)確表征儲(chǔ)集層巖石物理相特征,例如流動(dòng)層帶指標(biāo)IFZ值實(shí)際上是由孔隙度、滲透率參數(shù)決定的[17],同一地區(qū)相對(duì)的高孔隙度、高滲透率或低孔隙度、低滲透率韻律段儲(chǔ)集層都有可能導(dǎo)致同一IFZ值。利用該區(qū)儲(chǔ)層巖石物理相分類的測(cè)井響應(yīng)特征,結(jié)合流動(dòng)層帶指標(biāo)IFZ對(duì)不同類別巖石物理相特征分析,利用灰色理論對(duì)分類巖石物理相進(jìn)行統(tǒng)計(jì),采用統(tǒng)計(jì)平均數(shù)據(jù)列為巖石物理相評(píng)價(jià)劃分標(biāo)準(zhǔn),再以標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)絕對(duì)差大小為評(píng)價(jià)準(zhǔn)確率,以標(biāo)準(zhǔn)離差平方和的方根大小為評(píng)價(jià)分辨率,利用準(zhǔn)確率和分辨率組合分別賦予各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)以不同權(quán)系數(shù)[17-19]。該區(qū)長(zhǎng)6特低滲透儲(chǔ)層巖石物理相評(píng)價(jià)劃分標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)系數(shù)見表1。

為評(píng)價(jià)上述Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類巖石物理相類別,采用表1中9種測(cè)井響應(yīng)特征性參數(shù)和計(jì)算的流動(dòng)層帶指標(biāo),利用灰色理論綜合評(píng)價(jià)方法,進(jìn)行被評(píng)價(jià)井點(diǎn)數(shù)據(jù)的綜合分析處理。采用矩陣分析、標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)絕對(duì)差的極值加權(quán)組合放大技術(shù),利用灰色理論集成和綜合多種測(cè)井信息,確定、劃分出該區(qū)較為有利的滲砂層、較差的低滲透率砂層和超低滲透率致密砂層的3個(gè)類巖石物理相[19-21]。

表1 研究區(qū)特低滲透儲(chǔ)層巖石物理相評(píng)價(jià)劃分標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)系數(shù)

2 特低滲透油層有效厚度下限標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)井響應(yīng)可以評(píng)價(jià)劃分含油氣層,但不同類別巖石物理相儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)及其反映出的孔隙度、滲透率、含油飽和度大小主要取決于組成巖石顆粒大小、孔隙類型、組織結(jié)構(gòu)及所含流體性質(zhì)等,明顯反映出不同類別巖石物理相儲(chǔ)層參數(shù)及油層分布概率差異[21-23]。Ⅰ類巖石物理相巖性以中-細(xì)長(zhǎng)石砂巖為主,粒級(jí)相對(duì)較粗,孔隙類型主要為殘余粒間孔、次生溶孔,孔喉組合以中、小孔-細(xì)喉為主,其油層的孔隙度、滲透率、含油飽和度(含相應(yīng)測(cè)井響應(yīng)參數(shù))的分布及標(biāo)準(zhǔn)趨于相對(duì)集中的較高范圍;Ⅱ類巖石物理相巖性以細(xì)砂巖及粉細(xì)長(zhǎng)石砂巖為主,粒級(jí)降低,孔隙類型為殘余粒間孔、次生溶孔和少量微孔隙,孔喉組合以小孔-微細(xì)喉為主,其油層的孔隙度、滲透率、含油飽和度(含相應(yīng)測(cè)井響應(yīng)參數(shù))的分布及標(biāo)準(zhǔn)趨于相對(duì)集中的較低范圍,明顯反映出不同類別巖石物理相油層有效厚度的參數(shù)下限差異特征[23-27]。因此,必須研究巖石物理相分類才能準(zhǔn)確建立特低滲透油層有效厚度下限標(biāo)準(zhǔn)。

利用巖心分析和試油資料確定油層孔隙度、滲透率有效厚度下限標(biāo)準(zhǔn);利用測(cè)井和試油資料確定油層含油飽和度、電阻率、自然電位減小系數(shù)、自然伽馬減小系數(shù)、密度、聲波時(shí)差、中子孔隙度及光電吸收截面減小系數(shù)有效厚度下限標(biāo)準(zhǔn);利用巖心分析和鑒定資料,確定巖性有效厚度下限標(biāo)準(zhǔn)為細(xì)砂巖級(jí)、巖心含油性下限標(biāo)準(zhǔn)為油斑級(jí)。結(jié)合夾層分析研究方法和開采工藝實(shí)際,確定油層有效厚度起算下限0.4 m,夾層扣除下限0.2 m。利用不同巖石物理相類別建立起該區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層有效厚度下限標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 研究區(qū)分類巖石物理相油層有效厚度下限標(biāo)準(zhǔn)

表2中長(zhǎng)6儲(chǔ)層Ⅰ類巖石物理相滲透率下限取0.12 mD時(shí),在滲透率頻率分布圖上可查得累積產(chǎn)能丟失4%;在滲透率0.12 mD對(duì)應(yīng)的孔隙度頻率分布圖中孔隙度為10.5%,相應(yīng)丟失儲(chǔ)能3.5%。相應(yīng)儲(chǔ)能、產(chǎn)能丟失不大,因此確定Ⅰ類巖石物理相孔隙度下限10.5%,滲透率下限0.12 mD。

表2中長(zhǎng)6儲(chǔ)層Ⅱ類巖石物理相滲透率下限取0.06 mD時(shí),滲透率頻率分布圖上查得累積產(chǎn)能丟失3.5%;滲透率0.06 mD對(duì)應(yīng)的孔隙度頻率分布圖中,孔隙度為8%,相應(yīng)丟失儲(chǔ)能7.5%。相應(yīng)儲(chǔ)能、產(chǎn)能丟失不大,因此確定Ⅱ類巖石物理相孔隙度下限8%、滲透率下限0.06 mD。

如果不進(jìn)行分類,滲透率下限都取0.12 mD,Ⅰ類巖石物理相產(chǎn)能丟失4%,Ⅱ類巖石物理相產(chǎn)能可能丟失45%;同樣,孔隙度下限取10.5%,Ⅰ類巖石物理相儲(chǔ)能丟失3.5%,Ⅱ類巖石物理相儲(chǔ)能可能丟失達(dá)47%。特別是累計(jì)產(chǎn)能和累計(jì)儲(chǔ)能丟失是采用試油(單試)資料統(tǒng)計(jì)確定的,它們顯示不同類別巖石物理相滲透率、孔隙度下限的差異很大。顯然,巖石物理相分類后才能準(zhǔn)確建立不同類別油層有效厚度滲透率、孔隙度下限標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)圖1、圖2的Ⅰ、Ⅱ類巖石物理相油層有效厚度下限進(jìn)行對(duì)比,Ⅰ、Ⅱ類巖石物理相密度下限分別為2.55 g/cm3、2.64 g/cm3,電阻率下限分別為30 Ω·m、20 Ω·m,它們的不同類別也明顯差異較大。同樣利用巖石物理相分類后才能有效地建立不同類別油層有效厚度密度、電阻率下限標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 長(zhǎng)6儲(chǔ)層Ⅰ類巖石物理相密度與電阻率關(guān)系圖

圖2 長(zhǎng)6儲(chǔ)層Ⅱ類巖石物理相密度與電阻率關(guān)系圖

利用特低滲儲(chǔ)層巖石物理相特征的分類評(píng)價(jià)和有效劃分,集中體現(xiàn)了巖性等地質(zhì)因素對(duì)儲(chǔ)層巖石物理相的控制作用,形成了評(píng)價(jià)特低滲透儲(chǔ)層“四性”關(guān)系和測(cè)井響應(yīng)的主導(dǎo)因素。采用分類巖石物理相建立的油層有效厚度下限標(biāo)準(zhǔn),可以準(zhǔn)確表達(dá)不同類別巖石物理相油層有效厚度及其參數(shù)變化和差異。

3 特低滲透油層有效厚度精細(xì)評(píng)價(jià)解釋

基于上述特低滲透油層巖石物理相分類確定的有效厚度下限標(biāo)準(zhǔn),采用分類巖心、試油資料刻度儲(chǔ)層巖性、物性、含油性及測(cè)井曲線建立下限,明顯改善和提高了測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)擬合的均勻程度及其線性關(guān)系;利用不同類別油層有效厚度參數(shù)下限的差異、特征及標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)將非均質(zhì)、非線性問題轉(zhuǎn)化為相對(duì)均質(zhì)、線性問題解決。通過該區(qū)32口井長(zhǎng)6的49個(gè)層段綜合評(píng)價(jià)解釋,其中有42個(gè)層段評(píng)價(jià)解釋結(jié)果與試油結(jié)果相吻合,測(cè)井解釋與試油結(jié)果符合率達(dá)到85.7%,有效確定劃分出不同類別巖石物理相油層有效厚度,提高了測(cè)井評(píng)價(jià)特低滲透油層的解釋精度和實(shí)用效果[24-27]。

圖3的白169井長(zhǎng)63的2 193.0～2 229.0 m儲(chǔ)層規(guī)模較大,其中2 196.5～2 220.0 m和2 222.5～2 229.0 m上下2個(gè)段在儲(chǔ)層中除自然電位減小外,密度明顯減小,聲波時(shí)差、中子孔隙度増高,伴隨雙感應(yīng)八側(cè)向電阻率較高值變化,計(jì)算得出其巖性(細(xì)砂巖以上)、物性(孔隙度在10%以上、滲透率在0.2～0.5 mD以上)、含油性(含油飽和度在50%以上),達(dá)到Ⅰ類巖石物理油層有效厚度下限標(biāo)準(zhǔn),綜合評(píng)價(jià)為Ⅰ類巖石物理相滲砂油層。圖3中的2 193.0～2 196.5 m和2 220.0～2 222.5 m的2個(gè)段在儲(chǔ)層中除自然電位、自然伽馬都有減小外,密度相對(duì)増高,聲波時(shí)差、中子孔隙度減小,伴隨雙感應(yīng)電阻率變化,計(jì)算巖性(細(xì)砂巖)、物性(孔隙度8%以上,滲透率0.1 mD以上)、含油性(含油飽和度44%以上),達(dá)到Ⅱ類巖石物理相油層有效厚度下限標(biāo)準(zhǔn),綜合評(píng)價(jià)為Ⅱ類巖石物理相低滲砂油層。該井在Ⅰ類巖相的2 203.0～2 209.0 m井段射孔試油,日產(chǎn)油9.1 t,證實(shí)了測(cè)井綜合評(píng)價(jià)劃分Ⅰ、Ⅱ類巖石物理相油層有效厚度的準(zhǔn)確性及其合理性。

圖3 白169井長(zhǎng)63巖石物理相分類測(cè)井綜合評(píng)價(jià)解釋成果圖

4 結(jié) 論

(1) 巖石物理相分類主要基于儲(chǔ)層沉積、成巖作用特點(diǎn)和孔隙類型、孔隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn),同時(shí)考慮多種測(cè)井資料及其可識(shí)別性,利用灰色理論從不同角度對(duì)儲(chǔ)層巖性、物性、孔隙類型結(jié)構(gòu)和含油氣特征進(jìn)行全面分析,以其測(cè)井響應(yīng)特征及其差異提取不同類別巖石物理相的多種信息,集中反映該區(qū)特低滲透儲(chǔ)層不同巖石物理相形成的地質(zhì)特點(diǎn)。同一種巖石物理相形成具有相同的沉積、成巖作用和條件,它們具有相似的巖性、物性、微觀孔隙類型結(jié)構(gòu)及測(cè)井響應(yīng)特征。利用巖石物理相分類準(zhǔn)確評(píng)價(jià)儲(chǔ)層實(shí)質(zhì)上是將非均質(zhì)、非線性問題轉(zhuǎn)化為相對(duì)均質(zhì)、線性問題解決,成為提高非均質(zhì)特低滲儲(chǔ)層測(cè)井解釋的有效途徑。

(2) 利用各類測(cè)井、巖心和試油資料,進(jìn)行儲(chǔ)層含油性、物性和電性關(guān)系分析,基于巖石物理相分類建立起該區(qū)特低滲透油層有效厚度下限標(biāo)準(zhǔn)。闡明了分類確定的參數(shù)下限變化表達(dá)出不同類別巖石物理相油層有效厚度下限差異及特征,避免測(cè)井評(píng)價(jià)中有效儲(chǔ)能和產(chǎn)能丟失,為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)劃分特低滲透油層有效厚度提供了有效方法。

(3) 通過實(shí)例分析提取特低滲透油層巖石物理相分類測(cè)井表征參數(shù),闡明了不同類別巖石物理相背景的近井帶油層自然電位、自然伽馬、密度、聲波時(shí)差、中子孔隙度、電阻率曲線特征及其巖性、物性、含油性差異,有效確定、劃分不同類別特低滲透油層有效厚度。

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