王 迪,戚家振,陳 現(xiàn),唐 浩,楊科夫,呂 鵬
(1. 中國(guó)石化上海海洋油氣分公司勘探開發(fā)研究院,上海 200120; 2. 川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司,四川 成都 610213;3. 中國(guó)石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆 庫(kù)爾勒 841000)
東海N氣田低阻氣層成因分析及飽和度定量評(píng)價(jià)
王 迪1,戚家振1,陳 現(xiàn)1,唐 浩2,楊科夫3,呂 鵬1
(1. 中國(guó)石化上海海洋油氣分公司勘探開發(fā)研究院,上海 200120; 2. 川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司,四川 成都 610213;3. 中國(guó)石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆 庫(kù)爾勒 841000)
N氣田H3c層上部發(fā)現(xiàn)了典型的低阻氣層,且具有一定的儲(chǔ)量規(guī)模。該低阻氣層的電阻率接近水層的電阻率,且低阻成因認(rèn)識(shí)不清,給測(cè)井解釋模型的選擇和飽和度準(zhǔn)確計(jì)算帶來了較大的難度。針對(duì)這些問題,采用微觀分析和宏觀分析相結(jié)合的思路,使用了X-衍射、壓汞等巖心分析化驗(yàn)和隨鉆電阻率、電成像和核磁共振測(cè)井等資料,運(yùn)用和相鄰常規(guī)氣層對(duì)比的方法,對(duì)H3c上部形成低阻氣層的原因進(jìn)行了分析,認(rèn)為造成低阻的原因?yàn)楦卟粍?dòng)水飽和度和粘土附加導(dǎo)電作用,并在此基礎(chǔ)上選用了可以定量體現(xiàn)出粘土附加導(dǎo)電作用的W-S飽和度模型對(duì)低阻氣層進(jìn)行測(cè)井評(píng)價(jià),取得了良好的效果。
低阻氣層 W-S飽和度模型 粘土礦物附加導(dǎo)電性 核磁共振測(cè)井
N氣田位于東海盆地西湖凹陷Z背斜帶中北部,鉆井揭示地層自上而下依次為新生界第四系全-更新統(tǒng)東海群,上新統(tǒng)三潭組,新近系中新統(tǒng)龍井組、玉泉組、柳浪組,古近系漸新統(tǒng)花港組,其中主要的含氣層位花港組是在始新世斷陷作用之后向坳陷轉(zhuǎn)變階段沉積充填的產(chǎn)物,屬于陸相背景下的淺水湖泊-三角洲沉積體系。始新世末期,太平洋板塊進(jìn)一步俯沖,東海陸架盆地由強(qiáng)烈斷陷逐步向坳陷轉(zhuǎn)變,海水退去,陸架外緣隆起,大量沉積物由隆起區(qū)直接進(jìn)入湖泊,形成了花港組巨厚的粗碎屑建造。根據(jù)前人的研究成果和本地區(qū)的多種地質(zhì)資料,認(rèn)為花港組氣藏主要屬于辮狀河-三角洲沉積體系,形成的砂體具有厚度大、巖性粗、河道多期疊加的特征。
花港組主要的目的層為花三段b砂組(H3b)、c砂組(H3c)和花四段b砂組(H4b),N氣田的低阻層段位于H3c頂部,鉆遇H3c的三口探井的低阻層段平均厚度達(dá)17 m,具有一定的儲(chǔ)量規(guī)模。然而,一方面,H3c低阻氣層的電阻率接近甚至低于區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)水層的電阻率,使得用常規(guī)方法難以準(zhǔn)確計(jì)算含氣飽和度,另一方面,H3c段巖心分析化驗(yàn)資料較少,且整個(gè)西湖凹陷缺乏對(duì)低阻氣層評(píng)價(jià)的先例,這給測(cè)井定量解釋模型的選取工作帶來了較大困難。
N氣田H3b和H3c段主要為三角洲平原-三角洲前緣亞相沉積,儲(chǔ)層巖性以淺灰色細(xì)砂巖為主,部分為中砂巖和粉砂巖,局部含礫。從礦物組成看,H3b和H3c段以長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖、長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖為主,不穩(wěn)定組分含量在35%~45%,反映了離物源較近的特征。磨圓度次棱—次圓,分選中等或中等—好,顆粒接觸方式為點(diǎn)-線或線接觸。表1為區(qū)域典型井N-2井三個(gè)層段——H3b、H3c上部低阻段和下部高阻段的巖心、壁心的礦物類型,三個(gè)層段的礦物類型較為接近(H3b中的純氣層均為高阻氣層,因該層段巖心分析化驗(yàn)資料豐富,故用作與H3c的對(duì)比分析)。
表1 巖石骨架礦物成分含量統(tǒng)計(jì)
從圖1中可以看出,H3b儲(chǔ)層孔隙度區(qū)間為7%~15%,滲透率區(qū)間為(0.5~50)×10-3μm2,為特低—低孔、特低—低—中滲儲(chǔ)層,局部存在滲透率大于100×10-3μm2的中孔、高滲儲(chǔ)層。H3c底部高阻氣層段孔滲關(guān)系與H3b接近,主要為特低—低孔、特低—低滲儲(chǔ)層,而H3c上部低阻氣層段的孔滲關(guān)系和其他相鄰層段存在明顯差別,主要為低—中孔、特低—低滲儲(chǔ)層,在相同的孔隙度條件下,滲透率明顯偏低。
圖1 巖心、壁心孔-滲關(guān)系
圖2顯示,儲(chǔ)層段砂巖的自然伽馬值為55~80 gAPI,密度值為2.31~2.52 g/cm3,而電阻率值上下呈現(xiàn)出明顯的差異,頂部氣層氣測(cè)全烴值飽滿,但電阻率僅為7~9 Ω·m,而下部電阻率普遍大于30 Ω·m,物性好、天然氣充注飽滿處(如X634 m,密度2.31 g/cm3,壓降流度490.6×10-3m2/cP)電阻率最高可達(dá)79 Ω·m,呈現(xiàn)出典型的“上部低阻,下部高阻”的特征。
N-2井H3c在X606.5 m(低阻段)進(jìn)行了MDT泵抽取樣,泵抽時(shí)氣體很快突破且氣體純度很高,烴類氣體中C1占92.3%,泵抽后期水段塞電阻率無明顯升高,故證實(shí)了H3c上部為低阻氣層。
通過資料的調(diào)研,總結(jié)得到造成油氣層低阻的原因主要有以下幾種[1-4]:
高不動(dòng)水飽和度:不動(dòng)水主要包括巖性細(xì)導(dǎo)致的不動(dòng)水、泥質(zhì)重引起的不動(dòng)水、復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)形成的不動(dòng)水等,而高飽和度不動(dòng)水會(huì)明顯改善巖石導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),造成油氣層低阻;
粘土附加導(dǎo)電作用:不同的粘土礦物,附加導(dǎo)電能力存在明顯的差異,若油氣層中存在陽(yáng)離子交換能力較強(qiáng)的粘土礦物時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致油氣層低阻;
鉆井液侵入:當(dāng)使用鹽水鉆井液鉆井時(shí),泥漿濾液侵入儲(chǔ)層,會(huì)造成沖洗帶、侵入帶電阻率明顯降低,若鉆進(jìn)時(shí)過平衡明顯或浸泡時(shí)間長(zhǎng),可能會(huì)導(dǎo)致原狀地層電阻率降低;
油氣層與水層地層水礦化度不同:由于成巖作用或構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等原因?qū)е掠蜌鈱拥牡貙铀?不動(dòng)水)礦化度明顯高于水層自由水礦化度時(shí),會(huì)導(dǎo)致低對(duì)比度油氣層的形成;
砂泥巖薄互層:由于電阻率測(cè)井儀器存在一定的縱向分辨率(如深淺雙側(cè)向的縱向分辨率約0.6 m,深、中感應(yīng)、陣列感應(yīng)深電阻率的縱向分辨率≥1 m)[1],當(dāng)砂泥互層頻繁時(shí),會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層電阻率受泥巖或泥質(zhì)夾層的影響,導(dǎo)致低阻特征的形成;
導(dǎo)電礦物存在:當(dāng)儲(chǔ)層中導(dǎo)電礦物(如黃鐵礦)富集時(shí),會(huì)導(dǎo)致電阻率降低。
圖2 N-2井H3c測(cè)井綜合數(shù)據(jù)
如上一節(jié)所述,造成儲(chǔ)層低阻主要有以上6大類原因,下面通過排除法來確定造成N氣田H3c頂部氣層低阻的原因。
N-2井使用了隨鉆測(cè)井儀器測(cè)量?jī)?chǔ)層電阻率,儀器零長(zhǎng)約3.5 m(即鉆頭至電阻率儀器的距離)。從圖2中可以看出,低阻層鉆進(jìn)時(shí)鉆速約為8~17 m/h,即地層從揭開到被電阻率儀器測(cè)量,時(shí)間僅為12~25 min(鉆井液密度1.2 g/cm3),在如此短的時(shí)間內(nèi),認(rèn)為泥漿濾液的侵入作用并不顯著,同時(shí)深、中、淺隨鉆電阻率曲線幾乎不存在差異也可證實(shí)這一點(diǎn)。并且,H3c下部物性較好的幾個(gè)層段,鉆速為4~9 m/h,在浸泡時(shí)間比上部長(zhǎng)的情況下,電阻率仍明顯高于上部,故認(rèn)為鉆井液侵入并不是造成儲(chǔ)層低阻的原因。
由于海上鉆井成本昂貴,對(duì)時(shí)效要求較高,故N氣田幾口探井均未對(duì)H3c水層作DST測(cè)試,而且泵抽亦未獲得純凈地層水(含泥漿濾液),因此無法直接判斷H3c上部低阻層是否由地層水礦化度變化導(dǎo)致。
圖2顯示,H3c上部和下部并無明顯隔層,上下地層水可以進(jìn)行離子交換,由此推測(cè),認(rèn)為上下地層水礦化度不同并不是導(dǎo)致H3c頂部形成低阻氣層的主要原因。
N-2井H3c未進(jìn)行鉆井取心,因此無法通過巖心描述分析是否存在明顯的砂泥互層現(xiàn)象。圖3a、3b、3c分別為H3c上部低阻段(X603.5~X606.5 m,GR約60 gAPI)及下部高阻段(X631~X634 m,GR約62 gAPI,X657~X660 m,GR約53 gAPI)的電成像動(dòng)態(tài)圖像,三個(gè)組段雖然局部泥質(zhì)偏重,但無明顯的砂泥頻繁互層現(xiàn)象。有模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)單砂體厚度超過0.5 m時(shí),由砂泥互層造成的低阻特征已不明顯[1],故認(rèn)為H3c頂部低阻并不是由于泥質(zhì)夾層或砂泥互層造成的。
圖3 H3c部分井段電成像動(dòng)態(tài)圖像
通過薄片分析、X-衍射實(shí)驗(yàn),并未發(fā)現(xiàn)H3c上部?jī)?chǔ)層含有黃鐵礦等導(dǎo)電礦物,故認(rèn)為H3c頂部低阻并不是由于導(dǎo)電礦物造成。
為分析高不動(dòng)水飽和度是否為造成H3c上部低阻原因之一,分別作H3b、H3c上部低阻氣層、H3c下部高阻氣層孔隙度與平均孔隙直徑(鑄體薄片分析結(jié)果)、平均喉道半徑(壓汞分析結(jié)果)、束縛水飽和度(壓汞分析結(jié)果)的關(guān)系圖,如圖4a、4b、4c。其中,束縛水飽和度可以直接體現(xiàn)不動(dòng)水含量,而平均孔隙直徑和平均喉道半徑參數(shù)也與不動(dòng)水含量密切相關(guān)。
為排除其他因素(如壓實(shí)作用強(qiáng)弱)影響,選取的H3b巖心數(shù)據(jù)點(diǎn)來自N-3井,該井H3b取心段的垂深與X-2井H3c垂深接近。
圖4 H3c不同深度段參數(shù)關(guān)系
圖4中,平均孔隙直徑、平均喉道半徑及束縛水飽和度與孔隙度的關(guān)系,H3c下部與H3b均十分接近,而H3c上部與其他兩個(gè)層位相比均有明顯的差異。在相同的孔隙度條件下,H3c上部?jī)?chǔ)層平均孔隙直徑、平均喉道半徑明顯偏小,而束縛水飽和度明顯偏大。
核磁共振測(cè)井可以反映不同大小的孔隙分布,從而體現(xiàn)出儲(chǔ)層中不動(dòng)水含量[5-6]從圖5中可以看出,上部低阻段儲(chǔ)層T2譜頻帶較寬且多峰特征明顯,落在T2截止值左側(cè)的面積較大,說明束縛水飽和度相對(duì)較高,且物性非均質(zhì)性較差。而下部高阻段中大孔隙特征明顯,T2譜峰大多落在截止值右側(cè),且均質(zhì)性相對(duì)較好。因此,H3c上部氣層低阻與不動(dòng)水飽和度密切相關(guān)。
a.H3c上部 b.H3c下部
圖5 H3c核磁共振T2譜圖
圖6 伊蒙混層與綠泥石含量交會(huì)
為分析低阻與粘土附加導(dǎo)電作用強(qiáng)弱是否相關(guān),分別統(tǒng)計(jì)了上述三個(gè)層段巖心粘土礦物中伊-蒙混層、伊利石、高嶺石和綠泥石含量,發(fā)現(xiàn)H3c低阻段伊-蒙混層含量高,達(dá)40%以上,H3b伊-蒙混層含量很低,大都低于15%,而綠泥石含量很高(圖6)。H3c下部高阻段伊-蒙混層含量高于H3b,而綠泥石明顯偏低,說明H3c的沉積環(huán)境與H3b已存在明顯不同,但H3c上下部分的粘土礦物成分仍存在明顯差異,下部伊-蒙混層含量明顯低于上部低阻段。需要說明的是,為排除其他因素(如不同成巖階段)的影響,選取的H3b巖心數(shù)據(jù)點(diǎn)來自N-3井,該井H3b取心段的垂深與X-2井H3c垂深接近。H3c井壁心數(shù)據(jù)點(diǎn)來自N-2、N-4兩口井。
粘土礦物中,蒙脫石的CEC(陽(yáng)離子交換能力,指單位質(zhì)量巖樣中可交換陽(yáng)離子的數(shù)量,可定量表征粘土附加導(dǎo)電作用強(qiáng)弱)最高,而綠泥石最低,高嶺石和伊利石居于兩者之間[7]。由于伊-蒙混層中含有蒙脫石成分,故H3c頂部低阻段的粘土附加導(dǎo)電能力明顯高于其它層段。為定量比較三個(gè)層段粘土附加導(dǎo)電能力強(qiáng)弱,需獲取巖心CEC值,但由于N氣田無巖心CEC分析化驗(yàn)實(shí)驗(yàn),故只能根據(jù)每種粘土礦物CEC理論值[7](如表2),結(jié)合其比例關(guān)系,估算出每個(gè)層段巖心粘土礦物的陽(yáng)離子交換能力CEC值。其中伊蒙混層的CEC值根據(jù)伊利石、蒙脫石以及其混層比進(jìn)行估算。
表2 不同類型粘土礦物CEC理論值及計(jì)算取值
圖7 伊-蒙混層與粘土CEC交會(huì)
圖7中粘土CEC值受伊-蒙混層含量影響較大。H3b層巖心粘土CEC值平均僅約0.08 mmol/g,H3c下部平均約為0.17 mmol/g,而H3c上部低阻段平均約為0.26 mmol/g,即假設(shè)在粘土含量相同、其他因素相近的條件下,H3c上部低阻段的粘土附加導(dǎo)電能力比H3c下部和H3b分別高出53%和225%,故證實(shí)粘土附加導(dǎo)電能力也是導(dǎo)致H3c上部氣層低阻的原因。
通過上述分析,證實(shí)粘土類型的不同是導(dǎo)致H3c上部形成低阻的重要原因。因此,為準(zhǔn)確進(jìn)行低阻氣層飽和度計(jì)算,需要使用能夠體現(xiàn)不同成分粘土的附加導(dǎo)電能力不同的測(cè)井解釋模型來計(jì)算飽和度[7-9]。為此,采用了基于陽(yáng)離子交換能力的W-S模型[10]。W-S模型的基本形式如式(1):
(1)
其中,Ct為泥質(zhì)砂巖電導(dǎo)率,(Ω·m)-1;Cw為地層水電導(dǎo)率,(Ω·m)-1;Sw為含水飽和度,v/v;F*為純砂巖的地層因素,或認(rèn)為是Cw足夠高時(shí)泥質(zhì)砂巖的地層因素;I*為純砂巖的電阻率增大系數(shù);B為陽(yáng)離子的當(dāng)量電導(dǎo)率,S·cm3/(mmol·m);Qv為泥質(zhì)砂巖的陽(yáng)離子交換容量,mmol/cm3。
其中,Qv可由CEC計(jì)算得到,如式(2):
(2)
其中,CEC為陽(yáng)離子交換能力,mmol/g巖樣;φt為總孔隙度,v/v;ρv為巖石顆粒密度,g/cm3;Qv為陽(yáng)離子交換能力,mmol/cm3。
若需要對(duì)低阻氣層進(jìn)行飽和度精確計(jì)算,B值和Qv值需要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定,但由于本地區(qū)無該兩項(xiàng)目的巖心分析化驗(yàn)資料,故可使用理論值或借鑒經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于Qv,使用表2中的數(shù)據(jù),計(jì)算出各巖樣的CEC和Qv值,然后選取各層段巖心的Qv平均值,作為該層段計(jì)算飽和度時(shí)所使用的Qv的特征值。
B值受溫度影響較大,使用不同溫度下的B值計(jì)算出的飽和度會(huì)存在一定差異。周燦燦等人以W-S模型為理論基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得到了不同溫度條件下B值的大小[11]。關(guān)系式如式(3)~(6):
(3)
Bmax=4.51+0.101 8T+2.85×10-5T2
(4)
WA=4.17+0.097T+6.57×10-5T2
(5)
γ=1.07+0.017T+4.55×10-5T2
(6)
一方面,上述實(shí)驗(yàn)是對(duì)W-S公式中的基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行的溫度關(guān)系實(shí)驗(yàn),另一方面,該組公式已在60余口井獲得良好的應(yīng)用效果,因此具有一定的普適性。故針對(duì)N氣田的低阻氣層飽和度研究,使用了上述公式計(jì)算B值。經(jīng)對(duì)比,25℃條件下,運(yùn)用上式計(jì)算出來的B值為6.8,而140℃條件下B值為13.3,增大近1倍,說明其對(duì)溫度敏感性強(qiáng),從而證明了使用上述方法計(jì)算隨溫度變化的B值的必要性。
從式(1)中可以看出,BQv(B參數(shù)與巖樣Qv的乘積)是W-S模型與傳統(tǒng)阿爾奇公式的最重要的差異,它與Cw的比值反映了地層水導(dǎo)電能力與粘土陽(yáng)離子交換作用導(dǎo)電能力的相對(duì)大小。為定量衡量使用W-S模型進(jìn)行低阻校正的效果,取Cw=5,地層溫度T=140℃,運(yùn)用式(2)和式(3)~(6)計(jì)算出H3c頂部低阻氣層的BQv值為7.4,與Cw的比值為1.48,即該層段粘土附加導(dǎo)電能力強(qiáng)于地層水導(dǎo)電能力,說明對(duì)于H3c低阻氣層段,粘土附加導(dǎo)電能力對(duì)地層導(dǎo)電性能的貢獻(xiàn)更大,從而證實(shí)了使用W-S飽和度模型的必要性。
圖8為N-2井H3c測(cè)井解釋成果圖。其中第6道為使用W-S模型計(jì)算的含水飽和度和使用阿爾奇公式計(jì)算的含水飽和度的對(duì)比,第5道為使用W-S模型計(jì)算的含水飽和度和使用核磁共振資料計(jì)算的束縛流體飽和度(T2截止值法)的對(duì)比。從圖中可以看出,使用W-S模型計(jì)算出的含水飽和度,與CMR束縛流體飽和度接近,尤其是在上部低阻氣層段,兩條曲線吻合度很高,說明使用W-S模型計(jì)算低阻氣層飽和度具有較高的精度。同時(shí),分別使用W-S模型與阿爾奇公式,在H3c下部高阻氣層計(jì)算出來飽和度較為接近,說明對(duì)于常規(guī)氣層,兩種模型都有較高的適用性,但是在上部低阻氣層,阿爾奇公式計(jì)算出的含水飽和度高達(dá)97%(1、3號(hào)層)和81%(4號(hào)層),說明對(duì)于由粘土附加導(dǎo)電能力變化導(dǎo)致的低阻氣層,使用W-S模型計(jì)算飽和度的必要性。需要注意的是,運(yùn)用CMR資料得出H3c上部低阻層的束縛水飽和度可達(dá)55%~65%,而下部相近孔隙度條件下的層段,束縛水飽和度僅有35%~40%,故從測(cè)井角度上證實(shí)了不動(dòng)水飽和度高也是導(dǎo)致H3c上部形成低阻氣層的重要原因。
圖8 N-2井H3c層飽和度解釋成果
(1)巖心壓汞、薄片、X-衍射、成像測(cè)井、核磁共振測(cè)井資料和電纜測(cè)壓取樣資料在低阻氣層的驗(yàn)證和成因分析方面有非常重要的作用,運(yùn)用上述巖心和測(cè)井資料,經(jīng)分析得到高不動(dòng)水飽和度和粘土附加導(dǎo)電能力的變化是使H3c上部形成低阻氣層的重要原因;
(2)使用可以體現(xiàn)粘土附加導(dǎo)電能力差異的W-S模型計(jì)算低阻氣層飽和度,取得了良好的效果,同時(shí)從測(cè)井角度驗(yàn)證了高不動(dòng)水飽和度是形成低阻氣層的原因之一。
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Formingreasonanalysisandsaturationquantitativeevaluationoflow-resistivitygaslayerinNGasfieldofDonghaiSea
WANG Di1, QI Jiazhen1, CHEN Xian1, TANG Hao2, YANG Kefu3, LYU Peng1,
(1.InstituteofExplorationandDevelopment,ShanghaiOffshoreOil&GasCompany,SINOPEC,Shanghai200120,China;2.GeophysicalProspectingCompany,CCDC,Chengdu, 610213,China;3.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,TarimOilfieldCompany,PetroChina,Korla841000,China)
Typical low-resistivity gas layers were found in the upper H3c layer of N Gasfield, which has a considerable reserve scale. The resistivities of these layers are very close to those of aqueous layer. In addition, the forming reason is confused. As a result, it is very hard to choose a suitable logging interpretation model and calculate the saturation of gas layer. In order to solve these problems, based on the thinking of combining microcosmic analysis with macrocosmic analysis, with the use of core analysis such as X-ray diffraction, mercury injection, and so on, and logging data just like LWD resistivity, imaging and magnetic resonance, the forming reason of low-resistivity gas layers in the top of H3c was analyzed by comparing with adjacent conventional gas layers. It is considered that the low resistivity is caused by high irreducible water saturation and the additional conductivity of clay. On the basis of above analyses, the W-S saturation interpretation model, which can reflect the additional conductivity of clay quantitatively, was used to evaluate the low-resistivity gas layer. So a good effect was acquired.
low-resistivity gas layer;W-S saturation model;additional conductivity of clay mineral; magnetic resonance logging
TE133
A
10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.04.002
2017-09-25;改回日期2107-10-09。
王迪(1989—),碩士,工程師,主要從事油氣地質(zhì)及測(cè)井綜合解釋工作。E-mail:wangdi.shhy@sinopec.com。
中國(guó)石化上海海洋油氣分公司科研項(xiàng)目“N氣田可動(dòng)用儲(chǔ)量及氣藏工程概念方案研究”(編號(hào):34000002-15-ZC0613-0001)資助。
(編輯 楊芝文)