大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼水平井測井解釋評價

吳吉元，王立新

(中國石化華北油氣分公司，河南鄭州 450006)

大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼水平井測井解釋評價

吳吉元，王立新

(中國石化華北油氣分公司，河南鄭州 450006)

摘要：通過對大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼碳酸鹽巖儲層分類及裂縫的測井響應(yīng)特征研究認(rèn)為，風(fēng)化殼碳酸鹽巖儲層主要分為裂縫-溶洞型、裂縫型和孔隙型三類；并根據(jù)儲層類型和裂縫識別敏感參數(shù)建立了裂縫識別技術(shù)及相應(yīng)的裂縫型儲層測井解釋模型，確定了儲層物性下限；同時根據(jù)水平井測井特點，利用綜合測井處理解釋技術(shù)，確立了風(fēng)化殼儲層水平井測井解釋方法，建立了氣、水層測井解釋識別標(biāo)準(zhǔn)，為風(fēng)化殼水平井的測井解釋評價奠定了基礎(chǔ)。該方法在大牛地氣田取得了較好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：大牛地氣田；奧陶系；風(fēng)化殼；碳酸鹽巖；水平井；測井解釋

1區(qū)域地層特征

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的北部，地處陜西和內(nèi)蒙交界。下馬家溝組在沉積旋回上由一個向上變淺的沉積旋回組成，巖性在縱向上大體表現(xiàn)為上覆泥巖到灰?guī)r、白云巖、膏、鹽巖組成的由淺到深的半閉塞蒸發(fā)環(huán)境的沉積序列，為一個海進、海退儲蓋組合；上馬家溝組由兩個向上變淺的沉積旋回組成，以石灰?guī)r發(fā)育為主，向上漸變?yōu)榘自茙r、泥云巖、膏云巖、石膏巖甚至鹽巖，一個為沉積相帶交替式儲蓋組合，另一個為風(fēng)化殼儲蓋組合。大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼層位以馬五2亞段、馬五3亞段為主，僅局部保存了馬五1亞段下部地層，溶蝕溝谷處甚至為馬五4亞段，風(fēng)化殼儲層主要分布在馬五1+2亞段、馬五41亞段、馬五5亞段三個層段內(nèi)[1-4]。

2儲層類型劃分

大牛地氣田馬家溝組馬五段巖石類型以海相碳酸鹽巖為主，包括白云巖、石灰?guī)r以及灰質(zhì)云巖和云質(zhì)灰?guī)r等中間過渡巖石類型，另有凝灰?guī)r、蒸發(fā)巖以及極少量碎屑巖，馬五1+2段儲層孔隙度主要集中在2.0%～8.0%，滲透率大部分小于0.1×10-3μm2，為低孔低滲致密儲層，物性整體較差，而裂隙發(fā)育會導(dǎo)致儲層物性整體向好。馬五5段具有與馬五1+2段同樣的儲層物性特征。馬五1+2段儲層當(dāng)孔隙度小于2.0%、密度大于2.80 g/cm3為干層；孔隙度為2.0%～3.5%、密度2.75～2.80 g/cm3為低產(chǎn)氣層；孔隙度大于3.5%、密度小于2.75 g/cm3為氣層；馬五1+2段孔隙度2.0%，對應(yīng)的滲透率值為0.025 ×10-3μm2(圖1～圖2)。馬五5段具有與馬五1+2段相同的特征。

圖1　馬五1+2段孔隙度-密度交會圖

圖2　馬五1+2段巖心分析孔隙度-滲透率交會圖

利用聲波時差和密度綜合表征裂縫發(fā)育情況進行裂縫識別，結(jié)合確定的儲層物性下限，做了馬五1+2段聲波時差和密度交會圖(圖3)，從中可看出明顯的不同產(chǎn)狀和類型的裂縫響應(yīng)。

圖3　馬五1+2段儲層分類情況

大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼儲層主要分為三類：裂縫-溶洞型(圖4)、裂縫型和孔隙型儲層，其中，裂縫型儲層又分為Ⅰ類裂縫和Ⅱ類裂縫層，具體分類標(biāo)準(zhǔn)見表1。圖4為裂縫-溶洞型，井眼不規(guī)則，自然伽馬值低，平均為15.8 API；三孔隙度曲線變化大，聲波時差與中子值由頂部至底部逐漸升高，密度值則由頂部至底部逐漸降低，該層物性向下變好；雙側(cè)向電阻率曲線是高阻背景下的低阻，深側(cè)向電阻率值為365.0 Ω·m。根據(jù)聲成像圖可以直觀地看出該層存在多條裂縫，并發(fā)育溶蝕孔洞。測井解釋該層泥質(zhì)含量為2.9%，孔隙度為9.1%，滲透率為5.29×10-3μm2，含氣飽和度為74.3%，綜合解釋結(jié)論為裂隙氣層。2 917.50～2 921.50 m井段測試產(chǎn)氣26 317 m3/d。

圖4　D61X井裂縫型儲層常規(guī)及成像測井圖

3水平井測井解釋評價

在奧陶系風(fēng)化殼碳酸鹽巖氣藏中鉆探水平井，能有效地提高單井產(chǎn)量和氣藏開發(fā)效益。已部署完鉆的奧陶系風(fēng)化殼水平井，鉆遇和測試效果都較好，無阻流量最高達52×104m3/d。對于該類氣藏水平井開發(fā)而言，水平井軌跡評價、水平井測井孔滲飽參數(shù)的求取以及裂縫的位置、產(chǎn)狀等是評價的關(guān)鍵。

表1　大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼馬五1+2段碳酸鹽巖儲層分類

裂縫發(fā)育段直井測井曲線響應(yīng)特征有：電阻率值明顯降低，密度明顯降低，聲波時差和中子明顯增大；雙井徑曲線值均大于鉆頭直徑(擴徑)的地層為泥巖或疏松易塌層，1條井徑曲線大于鉆頭直徑，指示可能有高角度縫(包括直劈縫)及溶洞發(fā)育。提取聲波時差、密度和中子三個裂縫識別敏感參數(shù)，建立裂縫識別技術(shù)及相應(yīng)的裂縫型儲層測井解釋模型，確定了儲層物性下限，并根據(jù)聲波時差、密度和中子之間的相關(guān)關(guān)系對裂縫型儲層進行了分類，結(jié)合測試成果和測井解釋成果資料，建立了馬五1+2段的氣水層測井解釋標(biāo)準(zhǔn)(表2)。裂縫識別敏感參數(shù)中，聲波時差、密度對碳酸鹽巖儲層裂縫更為敏感。

3.1水平井測井響應(yīng)特征

3.1.1雙側(cè)向電阻率水平井測井響應(yīng)特征[4]

為了更好地識別洞縫，風(fēng)化殼水平井電阻率測井項目以側(cè)向為主。由于水平井井軸方向和雙側(cè)向儀器電流方向的改變，直井中的研究模型及特征規(guī)律已不適應(yīng)于水平井。因此，針對水平井環(huán)境，有必要開展雙側(cè)向測井響應(yīng)的正演數(shù)值模擬研究，以指導(dǎo)水平井碳酸鹽巖裂縫型儲層的解釋。

水平井中雙側(cè)向測井響應(yīng)的理論基礎(chǔ)是：在裂縫發(fā)育的碳酸鹽巖地層中，裂縫大多呈帶狀分布，使得裂縫型儲層的電測井參數(shù)具有復(fù)雜的各向異性。在水平井中，碳酸鹽巖裂縫型儲層的雙側(cè)向測井響應(yīng)主要與裂縫張開度、裂縫間垂直距離、基巖電阻率、裂縫中流體電阻率和裂縫傾角有關(guān)。采用基于變分原理的有限元方法來計算雙側(cè)向測井響應(yīng)。

表2　研究區(qū)馬五1+2段測井解釋識別標(biāo)準(zhǔn)

通過水平井中雙側(cè)向測井響應(yīng)數(shù)值模擬實現(xiàn)雙側(cè)向的求取。具體要建立水平井裂縫孔隙度與雙側(cè)向測井響應(yīng)的關(guān)系、裂縫中流體電阻率與雙側(cè)向測井響應(yīng)的關(guān)系、基巖電阻率與雙側(cè)向相應(yīng)的關(guān)系、裂縫傾角與雙側(cè)向測井響應(yīng)的關(guān)系、泥漿侵入半徑與雙側(cè)向測井響應(yīng)的關(guān)系。根據(jù)儲層地質(zhì)特征，進行了水平井測井響應(yīng)特征地層電阻率側(cè)向測井與地層不同視傾角下的數(shù)值模擬，隨視傾角增大，雙側(cè)向曲線受地層邊界、圍巖的影響較大，數(shù)值降低，曲線平緩。

3.1.2地層與井眼軌跡接觸關(guān)系的響應(yīng)特征

視傾角僅確定了井眼軌跡與地層界面的法向夾角，還不能確定井眼軌跡與地層的空間關(guān)系，必須有方位信息，因為井眼軌跡自下而上穿過地層與自上而下穿過地層時，視傾角存在相同的情形，而方位密度與伽馬成像可以解決這一問題。井眼自地層上部到下部再到上部的成像信息，通過井眼與地層的成像投影，以井眼上部穿過地層為頂界面，井眼下部穿過地層為底界面，成像結(jié)果沿井眼頂部剖開就可以得到成像信息，這一信息可以反映井眼與地層的方位。另外，成像信息還可以獲得地層的傾角及裂縫信息，可以增加水平井解釋的精度。按照電阻率的測井響應(yīng)模型，同樣也可以對成像特征進行模擬，與實際的成像特征進行對比，以符合地質(zhì)模型特征。如果沒有成像信息，可通過區(qū)域的地質(zhì)特征及地震資料也可以對地層的方位進行大致判斷，實現(xiàn)水平段的地質(zhì)模型的交互識別。

3.1.3風(fēng)化殼碳酸鹽巖邊界處的雙側(cè)向電阻率響應(yīng)特征

分析圍巖、地層層厚對雙側(cè)向測井的影響，采用上述建立的模型，模擬在水平井井眼軌跡距地層邊界不同的距離。井眼軌跡位于泥巖中，地層真電阻率為幾十歐姆米，隨著逐漸靠近碳酸鹽層段，數(shù)值逐漸增大，深側(cè)向由于探測深度大，數(shù)值高于淺側(cè)向。當(dāng)井眼軌跡位于地層邊界，數(shù)值為碳酸鹽巖與泥巖的中間值。井眼軌跡位于風(fēng)化殼碳酸鹽巖中，地層真電阻率最大，可達上萬歐母米隨著遠離層界面段，數(shù)值明顯增大，顯示碳酸鹽巖特性。同樣由于深側(cè)向探測深度大，受上部泥巖影響，數(shù)值低于淺側(cè)向，隨著孔洞、裂縫的發(fā)育，雙側(cè)向電阻率明顯減少。

3.2水平井測井解釋的基本流程

(1)利用導(dǎo)眼井建立地質(zhì)模型，以約束水平段的測井解釋。

(2)由于測井曲線受上下圍巖的影響，為取得真正的地層模型特征，必須對地層模型進行圍巖校正。

(3)水平段地層模型的交互識別是來調(diào)整導(dǎo)眼井的地質(zhì)模型以匹配水平段的測井曲線響應(yīng)，在交互識別的過程中需要依據(jù)地震剖面的信息，一方面確定地層與井眼軌跡的接觸關(guān)系，另一方面來確定井眼軌跡與地層法向向量的夾角視傾角的大小，最終確定井眼軌跡與地層的空間關(guān)系，確定風(fēng)化殼碳酸鹽巖頂板或底板的位置。

(4)在調(diào)整完地層模型之后，必須進行電阻率的響應(yīng)模擬，將實測的電阻率值與側(cè)向電阻率進行對比，如果一致性好，表明水平段模型較為可靠；如果不一致，則模型需要進一步調(diào)整，再正演擬合，直至響應(yīng)結(jié)果一致。

(5)含水飽和度為基本的解釋參數(shù)，是儲層流體解釋與識別的基本依據(jù)。水平井測井曲線反映的是剖面的二維信息，尤其是在靠近儲層頂界面的位置時，測井響應(yīng)并不反映真實的儲層特征，而受上圍巖的影響，導(dǎo)致測井曲線失真，特別是探測深度較大的雙側(cè)向曲線，容易受儲層垂向的影響，聲波時差也會發(fā)生一定的變化。因此，必須對電阻率和聲波值進行校正，以獲取更為貼近地層真實的孔隙參數(shù)及含水飽和度值。

4水平井測井解釋應(yīng)用效果

對大牛地氣田碳酸鹽巖水平井測井解釋時，提取了聲波時差、側(cè)向電阻率和補償中子等敏感參數(shù)，并對補償中子與補償密度進行了相關(guān)性分析，建立了識別標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

根據(jù)水平井試氣成果得到的深電阻率和聲波時差圖版(圖5)、中子-密度交匯圖等，可得到水平井的氣、含氣、水層等解釋標(biāo)準(zhǔn)。將新鉆水平井測井解釋評價參數(shù)點到圖板上，即可評價出水平井解釋的各類儲層性質(zhì)及含氣性。

圖5　水平井深電阻率和聲波時差交會圖

圖6為PGX井馬五1+2段測井解釋成果圖，巖性為灰質(zhì)白云巖，有明顯的裂縫響應(yīng)特征，自然伽馬整體值低，均值為16.0 API；自然電位呈明顯的負(fù)異常顯示，裂縫的存在大大改善了滲透性；局部雙側(cè)向曲線呈明顯正差異；局部聲波時差值受裂縫影響值較高，裂縫發(fā)育段的物性較好。第44層和第46層解釋為裂隙氣層，第47層解釋為氣層，含氣飽和度達73.5%。第46層和47層聲波時差均值分別為171.3 μs/m和169.7 μs/m，綜合分析認(rèn)為第46層裂縫發(fā)育規(guī)模較小，為裂縫型Ⅱ類儲層，第43層161.1 μs/m，補償中子值分別為7.5%，深側(cè)向電阻率值分別為133.1 Ω·m和238.8 Ω·m，綜合分析認(rèn)為該井是高產(chǎn)氣井，經(jīng)試氣日產(chǎn)氣47.2×104m3。

對大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼碳酸鹽巖儲層已完鉆的7口水平井進行了測井解釋評價，其中解釋單井氣層合計大于500 m的井有5口，單井試氣評價無阻流量每天達27.3×104m3，較好地解決了風(fēng)化殼水平井測井評價問題。

5結(jié)語

(1)通過儲層巖性、物性、裂縫、含氣性等方面研究，建立了較為完善的測井解釋圖版和奧陶系風(fēng)化殼碳酸鹽巖儲層類型的分類標(biāo)準(zhǔn)。

(2)運用測井資料對奧陶系風(fēng)化殼水平井解釋方法和流體性質(zhì)識別和評價方法進行了研究，建立了完整的評價體系。

圖6　PGX井馬五1+2段測井解釋成果

(3)實踐證明，該研究方法在大牛地風(fēng)化殼儲層氣層識別和評價上是可行的，較好地解決了風(fēng)化殼碳酸鹽巖儲層水平井測井評價問題。

參考文獻

[1]龍勝祥，朱虹，朱彤，等.中國石化天然氣勘探前景展望[J].天然氣工業(yè)，2008，28(1)：17-21.

[2]李功強，張國成，李保華.鄂爾多斯盆地東北部碳酸鹽巖地層的測井巖性剖面研究[J].石油地質(zhì)與工程，2008，22(1)：40-44.

[3]劉行軍，劉穎卓，金仁高，等.鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖儲層分類及氣層識別[J].石油地質(zhì)與工程，2015，29(04)：73-76.

[4]劉迪仁，夏培.水平井碳酸鹽巖裂縫型儲層雙側(cè)向測井響應(yīng)特征[J].巖性油氣藏，2012，24(3)：1-4.

編輯：劉洪樹

文章編號：1673-8217(2016)01-0084-04

收稿日期：2015-09-09

作者簡介：吳吉元，高級工程師，1965年生，1984年畢業(yè)于武漢地質(zhì)學(xué)院石油地質(zhì)專業(yè)，從事油氣勘探開發(fā)研究與生產(chǎn)工作。

中圖分類號：P631.8

文獻標(biāo)識碼：A