電成像測(cè)井資料評(píng)價(jià)火山巖儲(chǔ)層的方法及應(yīng)用

王新龍, 羅安銀, 徐洪明, 蘇敏

(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司華北事業(yè)部, 河北 任丘 062552; 2.中國(guó)石油吉林油田公司, 吉林 松原 138000)

0 引 言

松遼盆地南部火山巖儲(chǔ)層巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造變化快,非均質(zhì)性強(qiáng);儲(chǔ)集空間多樣,有效儲(chǔ)層難識(shí)別;氣水關(guān)系復(fù)雜,產(chǎn)能低,流體性質(zhì)識(shí)別難度大[1]。常規(guī)測(cè)井資料響應(yīng)特征影響因素眾多,在解決火山巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的難點(diǎn)問(wèn)題時(shí)存在一定的局限性。火山巖儲(chǔ)層按儲(chǔ)集空間類(lèi)型分為孔隙性、孔隙裂縫型、裂縫孔隙型和裂縫型4類(lèi),主要以前3類(lèi)為主。電成像測(cè)井資料在解決裂縫型為主的特殊巖性儲(chǔ)層中能夠定量計(jì)算儲(chǔ)層的裂縫參數(shù),并在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用,但對(duì)氣孔、溶蝕孔為主的孔隙型、孔隙裂縫型儲(chǔ)層為主的火山巖儲(chǔ)層,定性識(shí)別為主,精細(xì)評(píng)價(jià)程度不如裂縫型儲(chǔ)層深入,次生孔隙定量評(píng)價(jià)成果主要依托核磁共振及常規(guī)測(cè)井資料。利用電成像測(cè)井豐富的信息,可以有效識(shí)別火山巖巖性、巖相,解決儲(chǔ)層有效性定量評(píng)價(jià),氣水層判別等火山巖儲(chǔ)層中的技術(shù)難題。

1 巖性、巖相識(shí)別

1.1 巖性識(shí)別

火山巖儲(chǔ)層巖性變化快,非均質(zhì)性強(qiáng),自然伽馬、密度等測(cè)井曲線反映巖性規(guī)律性差,很難準(zhǔn)確判斷。將巖心、井壁取心、薄片等巖性特征與成像資料對(duì)比標(biāo)定,逐一刻畫(huà),遴選出具有地質(zhì)意義的圖片和典型巖性成像圖片數(shù)據(jù)庫(kù),為火山巖結(jié)構(gòu)分析、測(cè)井相模式建立、有效儲(chǔ)層的定量計(jì)算奠定基礎(chǔ)[2]。

圖1 典型巖性電成像與鏡下特征對(duì)比圖

通過(guò)×斷陷15口井電成像與巖心等對(duì)比分析,從火山熔巖類(lèi)、火山碎屑熔巖類(lèi)、火山碎屑巖類(lèi)共識(shí)別出粗安質(zhì)火山巖、安山質(zhì)火山巖、流紋質(zhì)火山巖、沉火山碎屑巖4類(lèi)14種巖性。熔巖類(lèi)包括流紋巖、安山巖、粗安巖、粗面巖、玄武巖;碎屑巖類(lèi)包括凝灰?guī)r、角礫巖、沉角礫巖。研究區(qū)主要以粗安質(zhì)火山巖為主,包括粗安巖、粗安質(zhì)(凝灰)火山角礫巖、粗安質(zhì)(凝灰)角礫熔巖;流紋質(zhì)火山巖巖性以流紋巖、流紋質(zhì)角礫巖為主;沉火山碎屑巖巖性以沉凝灰?guī)r、角礫巖為主;含量較多的還有安山質(zhì)火山巖。該區(qū)代表性巖性鏡下特征、電成像特征見(jiàn)圖1。

1.2 巖相識(shí)別

不同結(jié)構(gòu)、構(gòu)造其成像特征不同。利用電成像測(cè)井資料,結(jié)合區(qū)域火山巖巖相序列模式,可以識(shí)別不同巖性火山巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征,通過(guò)這些相標(biāo)志進(jìn)一步確定火山巖巖相、亞相。

通過(guò)該斷陷22口井火山巖成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造模式與巖心、薄片對(duì)比綜合分析,×斷陷發(fā)育4種相9種亞相。火山巖相包括噴溢相、爆發(fā)相、火山沉積相、火山通道相。研究區(qū)巖性、巖相橫向變化快,西北部區(qū)塊以噴溢相為主,東部區(qū)塊以爆發(fā)相為主。

電成像測(cè)井資料可以對(duì)火山巖巖相、火山巖結(jié)構(gòu)和構(gòu)造進(jìn)行識(shí)別。該斷陷粗安質(zhì)火山巖氣藏巖相以噴溢相、爆發(fā)相為主;亞相以中部亞相、下部亞相、熱碎屑流亞相、上部亞相為主。氣層主要發(fā)育在熱碎屑流亞相、噴溢相上部亞相。爆發(fā)相的碎屑熔巖結(jié)構(gòu)、熔結(jié)碎屑結(jié)構(gòu)、角礫結(jié)構(gòu),其構(gòu)造具有粒序?qū)永?、顆粒支撐等特點(diǎn),電成像圖像整體色調(diào)均勻,以亮色為主;熔結(jié)結(jié)構(gòu)壓扁拉長(zhǎng)特征明顯,氣孔較發(fā)育,具有塊狀模式特征。

火山碎屑巖氣藏巖性以沉凝灰?guī)r、沉角礫巖為主,巖相以火山沉積相為主,其次為爆發(fā)相。亞相以含外碎屑火山碎屑沉積巖再搬運(yùn)火山碎屑沉積亞相、熱碎屑亞相為主?；鹕匠练e相為沉火山碎屑結(jié)構(gòu),由于碎屑含量較高,電成像圖像上顏色明暗相間,構(gòu)造上具有粒序、交錯(cuò)層理等特征。

流紋質(zhì)火山巖氣藏巖性以流紋巖、流紋質(zhì)角礫巖為主;巖相以爆發(fā)相、噴溢相為主。亞相以空落亞相、中部亞相、下部亞相為主。噴溢相的熔巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征為塊狀構(gòu)造、流紋構(gòu)造。塊狀構(gòu)造圖像為高電阻率亮色分布,被裂縫切割,氣孔發(fā)育,氣孔被礦物充填,形成氣孔和杏仁構(gòu)造;流紋構(gòu)造成像特征為條帶狀明暗相間的條紋,條紋為一些暗色礦物或氣孔。變形流紋構(gòu)造在成像圖上整體為雜色,中低電阻率橙色基質(zhì)明暗相間,呈現(xiàn)揉皺狀流紋構(gòu)造[3]。不同相帶儲(chǔ)集空間類(lèi)型不同,該區(qū)上部亞相孔隙最為發(fā)育,下部亞相裂縫較發(fā)育。

2 孔隙度譜處理分析評(píng)價(jià)技術(shù)

2.1 孔隙度譜處理技術(shù)

利用Archie公式,將所有電導(dǎo)率曲線轉(zhuǎn)換為孔隙度曲線

(1)

式中,Ri為第i條電阻率曲線;Rmf為濾液電阻率;φi為第i條孔隙度曲線。

然后對(duì)每條孔隙度計(jì)算值進(jìn)行刻度,得到平均值等于有效孔隙度,形成孔隙度頻譜。對(duì)于孔隙半徑大、孔隙空間類(lèi)型以氣孔和溶蝕孔為主的火山巖地層,通過(guò)孔隙度譜能反映出孔隙的分布和尺寸的大小,區(qū)分原生孔隙與次生孔隙比率,從而實(shí)現(xiàn)孔隙度譜精細(xì)描述,孔洞、裂縫參數(shù)定量計(jì)算,視地層水電阻率譜判斷氣水層等可視化精細(xì)描述及定量參數(shù)計(jì)算[4]。

利用軟件對(duì)圖像實(shí)現(xiàn)快速分離孔、洞、裂縫和基巖背景。通過(guò)對(duì)電成像逐個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),確定原生孔隙與次生孔隙比率。從各掃描點(diǎn)對(duì)應(yīng)孔徑大小的累計(jì)頻率結(jié)果看,它不是連續(xù)狀的,而是呈2個(gè)或3個(gè)分離的峰狀,且小孔徑對(duì)應(yīng)峰的累計(jì)頻率高,變化范圍大;大孔徑對(duì)應(yīng)峰的累計(jì)頻率低,變化范圍小。反映了原生孔與次生孔的孔徑之間不是連續(xù)變化的,而是有較明顯的躍變;原生孔小而多,孔徑變化范圍較大且連續(xù),次生孔大而少,孔徑變化小,但不連續(xù)。對(duì)累計(jì)頻率圖包絡(luò)線所包圍的面積積分,可分別求得原生孔和各種次生孔的孔隙度。

在轉(zhuǎn)換為孔隙度圖像后,利用二維小波變換方法按原圖像的像素灰度值的平均值作為分割閾值進(jìn)行圖像分割,分離出主要反映孔洞、裂縫的子圖像。應(yīng)用圖像分割方法得到分割閾值T后就可以算出孔洞、裂縫的面積為

(2)

式中,SA為目標(biāo)面積;f(x,y)為圖像分割計(jì)算函數(shù);T為圖像的分割閥值。

通過(guò)對(duì)圖像上的孔隙度頻率統(tǒng)計(jì),確定出基質(zhì)孔隙與相對(duì)大孔隙的比率,從而反映出孔隙的分布和尺寸的大小,確定出孔隙度譜主峰所在位置即主頻孔隙度、主峰右側(cè)寬度與右側(cè)方差等孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)。把反映次生孔隙發(fā)育程度的參數(shù)通過(guò)孔隙度譜主峰右側(cè)的寬度與方差表征。主峰右側(cè)的譜寬越大、方差越大,表明次生孔隙越發(fā)育;主峰右側(cè)累積頻率越高,方差越大,孔洞氣孔越發(fā)育,儲(chǔ)層類(lèi)型以孔洞型、孔隙裂縫型為主;隨著累積頻率的降低,方差減小,儲(chǔ)層類(lèi)型逐漸向裂縫孔隙型過(guò)渡。

通過(guò)與巖心資料對(duì)比分析,核磁共振能反映酸性火山巖孔隙結(jié)構(gòu),對(duì)基性火山巖則效果較差。電成像孔隙度譜則對(duì)基性酸性火山巖孔隙結(jié)構(gòu)都能進(jìn)行評(píng)價(jià)。由酸性火山巖孔隙度譜圖像和核磁共振T2圖像對(duì)比可以看出,電成像測(cè)井的孔隙度圖譜特征與核磁共振測(cè)井T2譜特征相關(guān)性較好,均能反映孔隙結(jié)構(gòu)的變化。對(duì)于頻譜分布更寬、孔隙空間類(lèi)型以氣孔為主、碎屑間孔較少的火山巖地層,孔隙度頻譜分布既能反映孔隙度的大小,又能反映孔隙尺寸大小及分布[5],能夠刻畫(huà)氣孔、溶蝕孔、裂縫的細(xì)節(jié),對(duì)原生、次生孔隙進(jìn)行識(shí)別、計(jì)算,尤其適用于火山巖雙孔隙系統(tǒng)儲(chǔ)層,解決了電成像測(cè)井資料火山巖地層次生孔隙難以定量評(píng)價(jià)的技術(shù)難題。

2.2 孔隙度譜特征對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分類(lèi)

孔隙度頻率分布曲線的形態(tài)包括單峰、雙峰和多峰?？紫抖阮l率譜的形狀特征解釋有5種情況:地層孔隙度很低,孔隙度譜上表現(xiàn)為窄的單峰;次生孔隙分布較均勻,而基質(zhì)孔隙較少時(shí),孔隙度譜上表現(xiàn)為后移的單峰;當(dāng)層狀連通的次生孔發(fā)育段與不發(fā)育段交互出現(xiàn)時(shí),孔隙度譜上則分層出現(xiàn)寬峰與前端窄峰;當(dāng)分布多個(gè)尺度的氣孔、溶蝕孔時(shí),孔隙度譜上表現(xiàn)為較寬的雙峰或多峰;當(dāng)連通的次生孔中發(fā)育充填裂縫時(shí),孔隙頻率分布譜上表現(xiàn)為較寬的雙峰背景上局部峰前移(見(jiàn)圖2)。

火成巖孔隙空間類(lèi)型主要有原生氣孔、剩余氣孔、次生溶蝕孔和裂縫。根據(jù)火山巖孔隙度譜特征把儲(chǔ)層類(lèi)型劃分為3類(lèi)。

Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層。原生氣孔、次生溶蝕孔發(fā)育,孔隙度圖譜展布較寬,譜峰左右都有,主峰幅度高,峰充填顏色成分多且飽滿,向右偏移大孔徑孔隙方向分布較多,反映原生氣孔、次生孔隙、裂縫均發(fā)育,為復(fù)合型儲(chǔ)層,多為氣層。

圖2 電成像孔隙度譜儲(chǔ)層分類(lèi)圖

Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層。原生氣孔、裂縫較發(fā)育,孔隙度圖譜左邊峰明顯,右邊峰次之,較寬的雙峰,基質(zhì)孔隙、裂縫孔隙均發(fā)育,反映有原生孔隙和一定的次生裂縫孔隙,但孔隙度不一定很大,為孔隙裂縫型成裂縫孔隙型儲(chǔ)層,以差氣層為主。

Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層。以原生孔隙為主,孔隙度圖譜較為集中,展布較窄,呈單峰分布,較為均一,左邊峰峰值高,右邊峰不明顯,溶蝕孔不發(fā)育,為原生孔隙型儲(chǔ)層,以無(wú)效非產(chǎn)層為主。

3 儲(chǔ)層有效性定量評(píng)判

3.1 孔隙、裂縫參數(shù)定量計(jì)算

根據(jù)該區(qū)試氣資料,結(jié)合有效厚度,將平均有效孔隙度、平均次生孔隙度作為評(píng)價(jià)儲(chǔ)層有效性的重要指標(biāo)參數(shù)。同時(shí)按儲(chǔ)集空間類(lèi)型及裂縫、孔隙發(fā)育程度,將儲(chǔ)層級(jí)別劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(lèi)(見(jiàn)表1)。

根據(jù)該區(qū)13口井試氣結(jié)果及成像處理成果分析,儲(chǔ)層的平均有效孔隙度大于6.0%,儲(chǔ)層產(chǎn)量達(dá)到工業(yè)產(chǎn)能;當(dāng)平均有效孔隙度大于4.0%時(shí),儲(chǔ)層為有效儲(chǔ)層。儲(chǔ)層厚度達(dá)到3.0 m以上,壓裂后可獲得低產(chǎn);累計(jì)有效厚度5.0 m以上,一般能達(dá)到工業(yè)產(chǎn)能。巖性不同,物性標(biāo)準(zhǔn)存在差別。粗安巖孔洞發(fā)育物性最好,孔隙度一般5.0%～9.0%,平均6.7%;流紋巖孔隙類(lèi)型為氣孔、溶蝕孔,裂縫較發(fā)育,總孔隙度一般5.0%～8.0%,滲透率一般0.02～0.1 mD*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,物性較好;火山碎屑巖基質(zhì)微孔、微裂縫、溶蝕孔較發(fā)育,儲(chǔ)層孔隙度一般3%～10%,

表1 電成像儲(chǔ)層分類(lèi)定量劃分參數(shù)表

滲透率一般0.02～0.1 mD,為中孔隙度特低滲透率儲(chǔ)層;凝灰?guī)r孔隙微裂縫發(fā)育,物性較差。復(fù)合型儲(chǔ)層及氣孔溶孔型儲(chǔ)層效果好;基質(zhì)孔不發(fā)育以微裂縫為主的裂縫型儲(chǔ)層應(yīng)用效果相對(duì)較差。

圖3 孔隙度譜參數(shù)交會(huì)圖

3.2 主峰右寬度、均方根差評(píng)價(jià)儲(chǔ)層有效性

對(duì)于孔隙空間類(lèi)型以氣孔和溶蝕孔為主、裂縫相對(duì)較少的火山巖地層,裂縫參數(shù)不能完整地表達(dá)儲(chǔ)層的好壞和有效性?？紫抖茸V能較好地反映不同孔徑孔隙在地層中所占的比重及其分布結(jié)構(gòu)特征。通過(guò)與巖心資料對(duì)比分析,孔隙度低時(shí)譜為很窄的單峰;孔隙分布較均勻且孔徑較大時(shí),為后移的單峰;當(dāng)次生孔隙不均勻分布并具有高導(dǎo)縫時(shí),為較寬的雙峰,但孔隙度不一定很大;當(dāng)分布多個(gè)尺度的孔洞時(shí),為較寬的多峰。通過(guò)孔隙度譜處理,提取譜主峰右寬度和均方根差2個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。譜主峰右寬度越大,均方根差越大,次生孔隙越發(fā)育[6]。

通過(guò)×氣田電成像孔隙度譜對(duì)比分析及定量計(jì)算,結(jié)合常規(guī)測(cè)井、陣列聲波、ECS等測(cè)井資料綜合評(píng)價(jià),形成了不同巖性孔隙度譜參數(shù)定量評(píng)價(jià)圖版,建立了有效儲(chǔ)層判別指標(biāo)(見(jiàn)圖3)。根據(jù)4類(lèi)巖性,12口井統(tǒng)計(jì)分析:粗安巖Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層孔隙度譜面積大于300.0,主峰右寬度大于9.0,主峰右均方根差大于3.0;流紋巖Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層孔隙度譜面積大于260.0,主峰右寬度大于8.0,主峰右均方根差大于2.0;火山碎屑巖Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層孔隙度譜面積大于200.0,主峰右寬度大于7.5,主峰右均方根差大于1.4;安山質(zhì)火山巖在該區(qū)發(fā)育較少,暫未建立區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 有效儲(chǔ)層定量評(píng)價(jià)

火山巖儲(chǔ)層自然產(chǎn)能低,通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行有效性定量評(píng)價(jià),可準(zhǔn)確識(shí)別有效儲(chǔ)層,降低壓裂成本。

×井,2 720.0～2 770.0 m段,巖性為英安巖、安山巖,電阻率相對(duì)較低,三孔隙度相差不大。通過(guò)電成像資料處理成果分析,儲(chǔ)層類(lèi)型以孔隙-裂縫型為主,孔隙度圖譜展布相對(duì)較寬,主峰幅度較高,反映有原生氣孔和一定的次生裂縫孔隙。成像孔隙區(qū)間計(jì)算的有效孔隙度為3.2%～5.9%,次生孔隙度為1.05%～1.22%,裂縫孔隙度為0.1%～0.16%,裂縫寬度200～271 μm,裂縫密度5.0～6.35條/m,裂縫長(zhǎng)度5.0～6.1 m/m2。綜合分析新劃分儲(chǔ)層2層13.6 m,解釋為差氣層。相對(duì)低電阻率是由于氣孔、溶蝕孔連通性好,裂縫較發(fā)育。電成像孔隙度譜及計(jì)算結(jié)果能清晰地劃分儲(chǔ)層,增加了有效儲(chǔ)層厚度。該段酸化壓裂后獲得工業(yè)氣流(見(jiàn)圖4)。

4 視地層水電阻率譜判斷氣水層

火山巖地層不同巖性骨架值差別較大,不同儲(chǔ)層類(lèi)型電性差別大,一般計(jì)算的含氣飽和度誤差較大?；鹕綆r流體性質(zhì)判別是測(cè)井面臨的一大技術(shù)難題。根據(jù)水層與氣層存在正態(tài)分布特征通過(guò)淺側(cè)向測(cè)井資料刻度電成像資料,在給定的圖像框內(nèi),計(jì)算出一定長(zhǎng)度的窗口內(nèi)視地層水電阻率,通過(guò)直方圖頻率統(tǒng)計(jì)生成視地層水電阻率頻率分布曲線,得到反映流體性質(zhì)的視地層水電阻率圖譜,其分布規(guī)律能較好地反映地層中不同儲(chǔ)集類(lèi)型氣水層的導(dǎo)電性,判斷流體性質(zhì)。

圖4 ×井綜合處理成果圖

對(duì)于氣層,視地層水電阻率譜分布圖其主峰位置將向大的方向偏離,視地層水電阻率中值較大,相對(duì)水層平均值較高,分布范圍寬;對(duì)于水層,成像上其顏色較氣層的要暗一些,視地層水電阻率分布圖其主峰向小的方向偏離,電阻率頻譜中值較低,頻率分布較窄,較集中[7]。研究區(qū)純水層視地層水電阻率均值在3.0～4.5 Ω·m之間,主峰右均方根差小于1.3;氣層視地層水電阻率均值大于5.0 Ω·m,均方根差大于2.2;差氣層視地層水電阻率均值在4.0～5.0 Ω·m之間,均方根差在1.5～2.5之間。利用這些差異能較好的區(qū)分氣層與水層。

圖5 ×1井電成像處理成果圖

×1井,3 226.0～3 255.0 m段,巖性為粗安巖,深淺電阻率差異明顯,數(shù)值較低。孔隙度圖譜展布較寬,譜峰較平緩,譜峰左右都有,峰充填顏色成分多且飽滿,中等孔隙發(fā)育。孔隙度分布在6.0%左右,為氣孔、溶孔以及微孔隙的混合,發(fā)育少量裂縫。視地層水頻率分布主峰向增大方向偏移,視地層水電阻率均值為6.0 Ω·m,均方根差為2.6,且分布區(qū)間較寬,呈尖峰狀,為氣層特征。3 470.0～3 479.0 m段,視地層水電阻率譜靠左,主峰值向小的方向偏離,視地層水電阻率均值3.5 Ω·m,均方根差為2.6,分布較窄,數(shù)值較低,為水層特征(見(jiàn)圖5)。該層段采用14.0 mm油嘴,日產(chǎn)天然氣16 900 m3、日產(chǎn)水699 m3。

5 結(jié) 論

(1) 電成像測(cè)井資料在研究區(qū)×斷陷共識(shí)別刻畫(huà)出粗安質(zhì)火山巖、安山質(zhì)火山巖、流紋質(zhì)火山巖、沉火山碎屑巖4類(lèi)14種巖性,4種相,9種亞相。巖性、巖相的正確識(shí)別為不同氣藏、不同儲(chǔ)層類(lèi)型的劃分準(zhǔn)確,精細(xì)評(píng)價(jià)提供了正確的依據(jù)。

(2) 孔隙度譜及次生孔隙參數(shù)有助于對(duì)不同儲(chǔ)集類(lèi)型的準(zhǔn)確劃分及定量判別,解決了不同巖性、不同儲(chǔ)集類(lèi)型儲(chǔ)層有效性定量評(píng)價(jià)的技術(shù)難題。

(3) 電成像視地層水電阻率譜是火山巖儲(chǔ)層氣水層判別的有效方法,為火山巖儲(chǔ)層流體性質(zhì)識(shí)別提供了新的技術(shù)手段。

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