應(yīng)用陣列聲波測井資料定量評(píng)價(jià)碳酸鹽巖儲(chǔ)層滲透性

張蕾, 成志剛, 程玉梅, 林偉川, 尤世梅, 任小鋒

(1.中國石油集團(tuán)測井有限公司, 陜西 西安 710077; 2.中國石油長慶油田分公司勘探部, 陜西 西安 710018)

0 引 言

碳酸鹽巖地層沉積環(huán)境、成巖作用類型復(fù)雜,儲(chǔ)集空間類型多樣,晶間孔、晶間溶孔、溶孔、微裂隙并存,孔滲關(guān)系、孔喉配置關(guān)系復(fù)雜,常表現(xiàn)出低孔隙度-高滲透率、高孔隙度-低滲透率等相對(duì)特殊的雙向孔滲關(guān)系特征,滲透率的準(zhǔn)確求取一直是困擾碳酸鹽巖儲(chǔ)層測井評(píng)價(jià)的一大難題[1]。傳統(tǒng)方法多采用孔隙度-滲透率建模方法進(jìn)行求取,其巖石物理模型基于基質(zhì)孔隙類型建立,對(duì)于裂縫發(fā)育的碳酸鹽巖儲(chǔ)層雖采用分區(qū)、分層等多種細(xì)分手段,仍不能解決滲透率的準(zhǔn)確求取問題。

低頻斯通利波(又稱為管波)穿過滲透性地層,孔隙中的流體會(huì)導(dǎo)致斯通利波衰減,同時(shí)還發(fā)生頻散。這種衰減和頻散與地層的滲透率、基質(zhì)及天然裂縫有關(guān)。因此,可以根據(jù)斯通利波時(shí)差進(jìn)行滲透率估算[2]。利用斯通利波估算地層滲透率的常規(guī)方法是依據(jù)TANG等提出的簡化Biot-Rosenbaum模型,通過波場分離、正演模擬、滲透率反演等步驟實(shí)現(xiàn)[2-4],該方法需處理井段內(nèi)有確定的滲透率參考點(diǎn),且處理流程較為繁瑣。本文基于測井聲學(xué)理論基礎(chǔ),從油田生產(chǎn)實(shí)際需求出發(fā),根據(jù)巖心分析資料建立適用于研究區(qū)的利用流體移動(dòng)指數(shù)估算碳酸鹽巖儲(chǔ)層滲透率的解釋模型。該建模方法直觀有效,可方便地應(yīng)用于實(shí)際測井資料的處理解釋。

1 斯通利波評(píng)價(jià)地層滲透性的理論基礎(chǔ)

理論和實(shí)踐計(jì)算表明[5-7],地層的滲透性與斯通利波的時(shí)差、衰減等參數(shù)有密切關(guān)系。通過對(duì)斯通利波等參數(shù)的提取與處理能夠定量和定性反映地層的滲透性大小,為儲(chǔ)層物性參數(shù)研究提供非常有效的方法。

前人通過對(duì)斯通利波與孔隙流體的相互作用進(jìn)行分解研究斯通利波與滲透性之間的關(guān)系,并通過理論推導(dǎo)得到孔隙地層低頻斯通利波的慢度表達(dá)式[5-7]

(1)

(2)

式中,S為斯通利波時(shí)差,μs/ft*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同;ρf為泥漿密度,g/cm3;Kf為泥漿體積模量,MPa;μ為地層剪切模量,MPa;ω為頻率,Hz;R為井徑,cm;η為流體粘滯度,mPa·s;D為粘滯流體的擴(kuò)散率,m2/s;K1、K0均為變型的第二類貝塞爾函數(shù);κ0為頻率趨于0時(shí)的動(dòng)態(tài)滲透率,mD*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同;ρ為地層密度,g/cm3;Δts和Δtf分別為地層和泥漿的時(shí)差,μs/ft。

可以看出,斯通利波的慢度跟地層的滲透性有著直接的聯(lián)系,同時(shí)跟地層的密度、體積模量、剪切模量、流體密度、井徑變化、泥餅和各向異性等也有相應(yīng)的關(guān)系,這些關(guān)系共同決定了斯通利波的時(shí)差。因此,可以將地層的斯通利波時(shí)差看作2部分,一部分是受地層滲透率影響產(chǎn)生的斯通利波時(shí)差;另一部分是由于非滲透性參數(shù)影響產(chǎn)生的斯通利波時(shí)差,有

(3)

(4)

式中,Se為理論上的斯通利波時(shí)差,μs/ft;Sp為滲透性斯通利波時(shí)差,μs/ft。

實(shí)際測井過程中得到的總斯通利波時(shí)差與理論斯通利波時(shí)差Se的差值反映了地層是否存在滲透性,這個(gè)差值通常稱為流體流動(dòng)指數(shù)QFM

QFM=S-Se

(5)

流體流動(dòng)指數(shù)QFM指示了地層的滲流能力和裂縫的連通性,為滲透性和裂縫的評(píng)價(jià)提供了方便的途徑,是一種半定量的滲透性指示標(biāo)志,適用于碳酸鹽巖等裂縫性儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)。QFM越大,不一定就有裂縫存在,但是有裂縫存在,QFM一定很大。

2 處理解釋思路流程

利用斯通利波流體移動(dòng)指數(shù)估算碳酸鹽巖儲(chǔ)層滲透率的流程主要包括時(shí)差提取、流體移動(dòng)指數(shù)計(jì)算、滲透率計(jì)算3部分。首先利用陣列聲波處理軟件從陣列聲波波形數(shù)據(jù)中提取縱波、橫波和斯通利波時(shí)差;其次,結(jié)合密度等曲線根據(jù)理論斯通利波時(shí)差公式計(jì)算出地層不存在滲透性時(shí)的斯通利波時(shí)差,綜合提取的斯通利波時(shí)差通過式(5)計(jì)算得到流體移動(dòng)指數(shù);根據(jù)巖心分析資料、測井資料建立流體移動(dòng)指數(shù)與地層有效滲透率之間的關(guān)系,并利用該關(guān)系計(jì)算地層滲透率。

3 流體移動(dòng)指數(shù)評(píng)價(jià)方法測試及應(yīng)用

根據(jù)上述理論方法,通過程序編寫實(shí)現(xiàn)了流體移動(dòng)指數(shù)的連續(xù)計(jì)算,對(duì)現(xiàn)場測井資料進(jìn)行了處理。處理結(jié)果與電成像測井、斯倫貝謝解釋成果的對(duì)比驗(yàn)證了本文方法和處理結(jié)果的可靠性。

圖1是S373井馬五5碳酸鹽巖儲(chǔ)層利用斯通利波計(jì)算的流體移動(dòng)指數(shù)解釋成果圖。圖1中4 055～4 059 m、4 062～4 074 m儲(chǔ)層段流體移動(dòng)指數(shù)呈現(xiàn)數(shù)據(jù)增大的明顯趨勢(shì),說明該深度段儲(chǔ)層具有較好的滲透性。電成像成果圖指示該儲(chǔ)層段孔洞發(fā)育,與解釋成果一致。對(duì)4 054～4 058 m、4 062～4 067 m、4 079～4 081 m儲(chǔ)層段進(jìn)行射孔合試,產(chǎn)氣43 018 m3/d,產(chǎn)水5.4 m3/d。試氣結(jié)果與解釋評(píng)價(jià)結(jié)果吻合較好,由此驗(yàn)證了該方法的有效性。

L17井是斯倫貝謝公司處理解釋的一口井,采用本文自編程序?qū)υ摼M(jìn)行了流體移動(dòng)指數(shù)的重新計(jì)算和處理,計(jì)算的流體移動(dòng)指數(shù)與斯倫貝謝提供的流體移動(dòng)指數(shù)具有一致性的趨勢(shì)(見圖2),二者數(shù)值差主要是由于計(jì)算過程中參數(shù)的單位不一致造成的,后續(xù)滲透率建模過程中需統(tǒng)一對(duì)參數(shù)進(jìn)行重新計(jì)算。

4 滲透率建模

滲透性地層滲透率對(duì)斯通利波會(huì)產(chǎn)生2個(gè)方面的影響,包括能量進(jìn)一步衰減和傳播速度減慢,測量波列的中心頻率會(huì)向低頻移動(dòng),傳播時(shí)間出現(xiàn)滯后現(xiàn)象[8]。將理論計(jì)算的滲透性斯通利波與具有滲透性地層實(shí)際測量的斯通利波對(duì)比,可得到地層由于受滲透性影響造成的斯通利波差異;利用這些差異進(jìn)行反演,估算目的層滲透率[9]。

研究以巖心的物性分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用斯通利波時(shí)差計(jì)算的流體移動(dòng)指數(shù)對(duì)儲(chǔ)層滲透性的敏感反映,分層位建立流體移動(dòng)指數(shù)與滲透率的關(guān)系模型,為碳酸鹽巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供可靠依據(jù)。表1為滲透率建模所用到的各層位物性資料井?dāng)?shù)及樣本點(diǎn)。

圖1 S373井流體移動(dòng)指數(shù)解釋成果圖

圖2 L17井流體移動(dòng)指數(shù)評(píng)價(jià)效果對(duì)照

層位井?dāng)?shù)樣本點(diǎn)馬五51789馬五6969馬五7229

對(duì)研究區(qū)內(nèi)28口井進(jìn)行巖心分析數(shù)據(jù)歸位,分層段讀取對(duì)應(yīng)的流體移動(dòng)指數(shù)值,采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法,建立了馬五5、馬五6、馬五7儲(chǔ)層巖心分析滲透率與流體移動(dòng)指數(shù)的解釋模型(見圖3、圖4、圖5)。

圖3 馬五5滲透率-流體移動(dòng)指數(shù)模型

馬五5滲透率—流體移動(dòng)指數(shù)模型

(6)

馬五6滲透率—流體移動(dòng)指數(shù)模型

(7)

馬五7滲透率—流體移動(dòng)指數(shù)模型

(8)

式中,K為巖心分析滲透率,mD。

圖4 馬五6滲透率—流體移動(dòng)指數(shù)模型

圖5 馬五7滲透率—流體移動(dòng)指數(shù)模型

利用所建模型對(duì)T45井馬五段儲(chǔ)層進(jìn)行滲透率計(jì)算。圖6為T45井利用流體移動(dòng)指數(shù)進(jìn)行滲透率定量評(píng)價(jià)成果圖。圖6中利用流體移動(dòng)指數(shù)計(jì)算的滲透率值與巖心分析值吻合度較高,證實(shí)了該模型在碳酸鹽巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中存在較高的計(jì)算精度和較好的應(yīng)用效果。

5 應(yīng)用效果及生產(chǎn)支撐作用

表2 部分井產(chǎn)能指數(shù)與產(chǎn)出情況的對(duì)比分析表

圖6 T45井利用流體移動(dòng)指數(shù)進(jìn)行滲透率定量評(píng)價(jià)成果圖

將研究成果應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn),共處理解釋40口井,其中對(duì)下古中組合試氣的井有24口,通過對(duì)曲線進(jìn)行歸一化處理,建立包含流體移動(dòng)指數(shù)在內(nèi)的產(chǎn)能指數(shù),對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)出情況進(jìn)行評(píng)估。

產(chǎn)能指數(shù)=AC×QFM×Rf

(9)

表2為部分井產(chǎn)能指數(shù)與產(chǎn)出情況的對(duì)比分析表。從表2可以看出,隨著產(chǎn)能指數(shù)的增大,采氣強(qiáng)度也呈現(xiàn)增大的趨勢(shì),而產(chǎn)氣量參數(shù)則略有出入。由此可以證明,建立的產(chǎn)能指數(shù)對(duì)單位厚度儲(chǔ)層的產(chǎn)氣情況具有一定的指示作用,可對(duì)油田生產(chǎn)實(shí)際中的產(chǎn)能評(píng)估提出建議。

6 結(jié) 論

(1) 根據(jù)Biot巖石物理理論模型推導(dǎo)出反映儲(chǔ)層滲流能力和裂縫連通性的敏感參數(shù)——流體移動(dòng)指數(shù),當(dāng)儲(chǔ)層滲透性較強(qiáng)或連通裂縫發(fā)育時(shí),流體移動(dòng)指數(shù)呈現(xiàn)高值,為儲(chǔ)層滲透性及裂縫評(píng)價(jià)提供了半定量的指示依據(jù)。

(2) 根據(jù)物性分析滲透率資料、流體移動(dòng)指數(shù),分層系構(gòu)建巖心分析滲透率與流體移動(dòng)指數(shù)的解釋模型,形成了基于斯通利波的碳酸鹽巖儲(chǔ)層滲透率定量評(píng)價(jià)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了測井解釋精度從半定量到定量的提升。

(3) 對(duì)構(gòu)建的流體移動(dòng)指數(shù)進(jìn)行深化應(yīng)用,代替滲透率在儲(chǔ)層產(chǎn)能評(píng)估中的作用,形成基于測井儲(chǔ)層參數(shù)的綜合評(píng)估因子,對(duì)儲(chǔ)層的產(chǎn)出情況進(jìn)行綜合判識(shí)。

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