基于vp／vs定量計(jì)算碳酸鹽巖儲(chǔ)層參數(shù)方法探討

廖元塏，何傳亮

（中石化西南石油工程有限公司測(cè)井分公司，四川 成都610100）

0 引 言

YB氣田位于四川盆地東北部，目的層位為二疊系長(zhǎng)興組碳酸鹽巖礁灘相儲(chǔ)層，其主要巖性為亮晶生屑灰?guī)r及亮晶生屑白云巖［1］，黏土礦物含量低，單井天然氣產(chǎn)量普遍較高。目前該氣田已進(jìn)入產(chǎn)能建設(shè)階段，基于測(cè)井解釋提供的精確儲(chǔ)層參數(shù)是單井儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及開發(fā)方案決策的重要依據(jù)。由于開發(fā)需要，完井方式普遍為水平井篩管完井，具有造斜率大、井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、井眼尺寸較小等特點(diǎn)。目的層埋深普遍超過(guò)6000m，且具有高溫、高含硫化氫、中含二氧化碳的特征［2］，導(dǎo)致測(cè)井難度及風(fēng)險(xiǎn)極大，測(cè)井項(xiàng)目?jī)H有自然伽馬、聲波時(shí)差及雙側(cè)向電阻率。因此，極其有限的測(cè)井資料給碳酸鹽巖儲(chǔ)層的巖性識(shí)別及儲(chǔ)層參數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算帶來(lái)很大困難。

由于工區(qū)內(nèi)目的層橫向非均質(zhì)性強(qiáng)［3］，且縱波時(shí)差受含氣性影響大，傳統(tǒng)方法計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性欠佳。利用有限的測(cè)井資料解決這一難題，為氣藏精細(xì)評(píng)價(jià)提供可靠的儲(chǔ)層參數(shù)，具有非常重要的意義?；诖?，本文利用vp／vs開展了川東北地區(qū)YB氣田的碳酸鹽巖儲(chǔ)層參數(shù)的計(jì)算方法探討。

1 思路及可行性分析

基于雙礦物體積模型采用2種孔隙度測(cè)井曲線交會(huì)法求解礦物含量以及孔隙度。如中子聲波交會(huì)法，設(shè)V1、V2、φ分別為2種礦物的體積含量和儲(chǔ)層孔隙度，建立體積模型

在已知聲波和中子測(cè)量值的情況下，求解方程組可獲得V1、V2、φ；但在YB氣田開發(fā)井中僅有聲波測(cè)井曲線的條件下，直接利用該交會(huì)方法不現(xiàn)實(shí)。由該體積模型可知，在有聲波測(cè)井資料的前提下，若能夠確定V1、V2、φ中任一未知量，則可聯(lián)立式（1）和式（2）獲取其余未知量，測(cè)井記錄的聲波全波列測(cè)井信息為解決這一難題提供了可行途徑。

聲波全波列測(cè)井可以提取縱波和橫波時(shí)差，縱橫波速度比vp／vs可有效識(shí)別碳酸鹽巖的巖性。在YB氣田，通過(guò)對(duì)多口井取心段的白云石含量與vp／vs值對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，其含量與vp／vs值具有很好的相關(guān)性。以YB123井為例（見圖1），該井通過(guò)中子密度測(cè)井交會(huì)處理的物性剖面（分別為第4、第5道）與巖心分析數(shù)據(jù)吻合很好，黏土礦物含量很低；聲波變密度測(cè)井圖像（第9道）與地層特征對(duì)應(yīng)，提取的縱波、橫波時(shí)差（第8道）及計(jì)算的vp／vs值（第7道）可靠，并且與巖性剖面中的白云石含量（第6道）具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于目的層為二疊系長(zhǎng)興組礁灘相儲(chǔ)層，其巖性為亮晶生屑灰?guī)r及亮晶生屑白云巖［1］。因此，通過(guò)對(duì)聲波全波列測(cè)井信息進(jìn)行處理，提取縱、橫波時(shí)差，再利用不同巖性vp／vs的變化規(guī)律［4］，可建立vp／vs與V1及V2之間的定量關(guān)系，結(jié)合雙礦物體積模型進(jìn)行長(zhǎng)興組碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙度和礦物含量的定量計(jì)算是完全可行的。

圖1 YB123井長(zhǎng)興組儲(chǔ)層巖心分析及測(cè)井資料成果圖

2 儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算模型

2．1 YB氣田長(zhǎng)興組vp／vs 特征

對(duì)YB氣田內(nèi)已完鉆井vp／vs與縱波時(shí)差Δtc關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，YB氣田長(zhǎng)興組地層vp／vs與巖性、物性和含氣性具有如下特征（見圖2）。

（1）致密純灰?guī)rvp／vs值較集中地分布于1．90～1．94之間，平均1．92；致密純白云巖vp／vs值較集中分布于1．78～1．82之間，平均1．80；過(guò)渡巖性vp／vs值分布于1．80～1．91，且vp／vs值隨白云化程度增高而減小。

（2）vp／vs受儲(chǔ)層含氣性影響較大，隨著含氣性變好，縱波時(shí)差逐漸增大，vp／vs逐漸減小，當(dāng)減小到1．58左右，變化趨勢(shì)逐漸趨于平緩。

（3）通常，儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙的發(fā)育情況受白云化程度控制，白云化程度越高，其含量越高，則孔隙越發(fā)育，儲(chǔ)層含氣性也越好，vp／vs值減小越顯著。

圖2 YB氣田長(zhǎng)興組儲(chǔ)層vp／vs特征

2．2 vp／vs 影響因素分析

理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，巖石的聲速和巖石的成分、孔隙度 和 流 體 性 質(zhì) 有 關(guān)［5］。 楚 澤 涵［6］指 出，vp／vs隨孔隙度的變化不大；在孔隙度0～20%時(shí)，vp／vs比值可能不變或僅有很小的變化，在孔隙度數(shù)值較大時(shí)，孔隙度對(duì)vp／vs的影響不能忽略［7］；縱波對(duì)氣體含量敏感，橫波對(duì)氣體含量不敏感，含有少量氣體時(shí)即可使縱波速度顯著減小，對(duì)橫波速度影響不大，當(dāng)儲(chǔ)層含氣時(shí)，vp／vs會(huì)顯著減小［8］。YB氣田長(zhǎng)興組生物礁儲(chǔ)層具有中孔隙度、高滲透率特征，平均孔隙度4．77%［9］。因此，YB氣田內(nèi)長(zhǎng)興組儲(chǔ)層的孔隙度對(duì)vp／vs值影響較小，巖性、含氣性是影響vp／vs值的主要因素，利用vp／vs計(jì)算礦物含量則需要進(jìn)行含氣性校正。

2．3 vp／vs 含氣性校正

利用vp／vs定量計(jì)算礦物含量時(shí)首先需要消除儲(chǔ)層含氣性對(duì)vp／vs影響，保留巖性響應(yīng)信息，然后建立與礦物含量的關(guān)系，從而求取白云巖及灰?guī)r含量。由不同巖性的vp／vs規(guī)律［4］可知，致密灰?guī)r的vp／vs為1．9左右，致密白云巖vp／vs為1．8左右，隨白云化程度增高，vp／vs從1．9附近逐漸減小到1．8左右。根據(jù)巖石物理理論數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)取心段的純灰?guī)r及純白云巖進(jìn)行刻度，可得到與白云巖含量直接相關(guān)的純碳酸鹽巖vp／vs的理論曲線C；結(jié)合YB氣田長(zhǎng)興組儲(chǔ)層實(shí)測(cè)vp／vs數(shù)據(jù)建立理論曲線C與實(shí)測(cè)vp／vs的含氣性校正關(guān)系模型。

理論曲線C反映了純碳酸鹽巖的vp／vs，能直接反映白云石含量，但與含氣性無(wú)關(guān)。選取長(zhǎng)興組氣層，其實(shí)測(cè)vp／vs受到儲(chǔ)層含氣性影響。理論曲線C與實(shí)測(cè)vp／vs二者之間建立的關(guān)系式可認(rèn)為是對(duì)實(shí)測(cè)vp／vs的含氣性影響校正。實(shí)現(xiàn)的具體步驟如下。

（1）理論曲線C的建立。設(shè)白云石含量為VDol（單位為%），建立方程

當(dāng)白云石含量VDol＝0時(shí)，令C＝1．92（純灰?guī)rvp／vs比值）；當(dāng)VDol＝100%時(shí)，令C＝1．80（純白云巖vp／vs比值），系數(shù)a＝0．0012，b＝1．92。純碳酸鹽巖的vp／vs理論曲線C為

（2）vp／vs含氣性校正關(guān)系式。根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析的白云巖及灰?guī)r體積，利用式（5）正演獲得理論曲線C；結(jié)合測(cè)井獲得的vp／vs建立二者的關(guān)系模型，并用于vp／vs的含氣性影響校正（見圖3）。校正式為

圖3 vp／vs含氣性校正關(guān)系

圖4 含氣性校正前后（vp／vs）—Δtc 交會(huì)圖

（3）vp／vs含氣性校正。依據(jù)式（6）將測(cè)井獲得的vp／vs進(jìn)行校正，得到與巖性相關(guān)的曲線。圖4為含氣校正前后的（vp／vs）—Δtc交會(huì)圖。可以看出，校正前的vp／vs受到巖性和含氣性的共同影響，交會(huì)數(shù)據(jù)點(diǎn)（藍(lán)色）分布較廣；利用上述模型進(jìn)行含氣性校正后的交會(huì)點(diǎn)（紅色）介于1．8～1．92之間，基本消除了含氣性影響，主要反映巖性特征，與實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)吻合。

2．4 儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算

上述對(duì)vp／vs進(jìn)行天然氣影響校正是通過(guò)刻度白云巖含量間接實(shí)現(xiàn)的，因此，將理論曲線C刻度到區(qū)間0～100%后，利用式（4）和式（6）反演即可獲得白云巖含量。在體積模型中，在聲波曲線已知的情況下，將其代入式（1）和式（3）可獲得方解石含量及孔隙度φ。

實(shí)際應(yīng)用中，通常是在利用自然伽馬準(zhǔn)確計(jì)算地層泥質(zhì)含量基礎(chǔ)上，通過(guò)泥質(zhì)校正將泥質(zhì)雙礦物巖石模型變換成純雙礦物巖石模型，再進(jìn)行求解。確定巖石礦物含量和孔隙度后，結(jié)合前期建立的滲透率及飽和度模型，可完成滲透率、飽和度等其他儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算。

3 應(yīng)用效果分析

利用建立的基于vp／vs儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算模型，在YB氣田長(zhǎng)興組儲(chǔ)層開展了處理解釋應(yīng)用。圖5為YB272－1井測(cè)井處理成果與實(shí)鉆分析成果圖。利用該方法處理計(jì)算的巖性剖面、物性參數(shù)等與實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)及地質(zhì)錄井成果對(duì)應(yīng)很好。測(cè)井計(jì)算的白云石含量與XRF元素分析［10］的白云化程度相吻合，測(cè)井計(jì)算孔隙度與巖屑核磁共振孔隙度基本一致，說(shuō)明該方法計(jì)算的儲(chǔ)層參數(shù)成果較準(zhǔn)確可靠。另外，校正前后的vp／vs重疊區(qū)間與錄井全烴顯示對(duì)應(yīng)好，該重疊區(qū)間可定性指示儲(chǔ)層含氣性，在測(cè)井資料有限的情況下，可作為指示儲(chǔ)層含氣性的有效方法。

圖5 YB272－1井長(zhǎng)興組處理成果圖

4 結(jié)論

（1）利用聲波全波列提取地層的縱橫波時(shí)差信息，分析總結(jié)了區(qū)域內(nèi)vp／vs特征及影響因素，研究了對(duì)vp／vs的含氣性影響校正，探索性提出了基于vp／vs定量計(jì)算該氣田長(zhǎng)興組碳酸鹽巖儲(chǔ)層參數(shù)的方法和模型。

（2）通過(guò)在長(zhǎng)興組儲(chǔ)層中的應(yīng)用實(shí)踐表明，該方法具有較高的計(jì)算精度，較好地解決了有限測(cè)井資料情況下的儲(chǔ)層參數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算和測(cè)井解釋難題，為川東北地區(qū)YB氣田長(zhǎng)興組儲(chǔ)層開發(fā)及儲(chǔ)量計(jì)算提供了可靠的依據(jù)。

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