定北地區(qū)盒1段致密砂巖氣層測井識別與評價(jià)研究

李 陽

（中國石化華北油氣分公司采氣二廠，陜西咸陽 712000）

1 研究區(qū)概況

定北地區(qū)地理上位于鄂爾多斯盆地中西部，構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地天環(huán)向斜與伊陜斜坡兩個一級構(gòu)造交界處，面積888.4 km2。該區(qū)上古生界發(fā)育煤系烴源巖，晚侏羅世-早白堊世末期，生、排烴達(dá)到高峰期，大量的氣態(tài)烴生成排出，在中燕山運(yùn)動期通過異常高壓、浮力等動力開始初次運(yùn)移、聚集，于喜馬拉雅運(yùn)動期完成天然氣的二次運(yùn)移。目前已在上古生界發(fā)現(xiàn)了六套含氣層系，其中二疊系下石盒子組盒1段是該區(qū)的主力氣層之一，已提交控制地質(zhì)儲量615×108m3。但研究區(qū)下石盒子組盒1段氣層埋深約3 735 m，巖性為陸相辮狀河三角洲前緣水下分流河道沉積的石英砂巖，儲層具有特低孔-特低滲（孔隙度6.8%、滲透率0.43×10-3μm2）、非均質(zhì)強(qiáng)的特點(diǎn)，造成了測井對這種致密砂巖氣層的識別與評價(jià)難度較大。

隨著天然氣勘探開發(fā)程度的不斷深入，特低滲致密砂巖氣層已成為測井識別與評價(jià)的主要對象[1]。定北地區(qū)上古生界二疊系下石盒子組盒1段特低滲致密砂巖氣層、水層分布情況復(fù)雜，常具有低阻氣層與高阻水層共存，運(yùn)用測井識別與評價(jià)難度較大。本文主要對研究區(qū)目的層致密砂巖儲層“四性”關(guān)系進(jìn)行研究，采用幾種不同的方法對氣層進(jìn)行識別，并且對致密砂巖氣層進(jìn)行分類評價(jià)。

2 致密砂巖儲層 “四性”關(guān)系特征

儲層“四性關(guān)系”是指儲層的巖性、物性、電性以及含油氣性之間的相關(guān)性，其中巖性起著控制作用，物性是儲層內(nèi)在微觀聯(lián)系的宏觀反映，而電性則是巖性、物性以及含油氣性的綜合反映。

2.1 巖性與物性、含氣性的關(guān)系

（1）巖性與物性的關(guān)系。研究區(qū)盒1段致密砂巖儲層以巖屑石英砂巖為主，其碎屑顆粒按粒度可劃分為含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖以及細(xì)砂巖四類，而像粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等以下級別的顆粒在特低滲致密砂體中不具有天然氣的運(yùn)移、富集、成藏條件，文中不做統(tǒng)計(jì)研究。對研究區(qū)28口天然氣勘探井盒1段砂巖樣品的巖性、物性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析表明，盒1段致密砂巖儲層孔滲具有較好的相關(guān)性，呈指數(shù)正相關(guān)（圖1），而物性與巖性也表現(xiàn)出一種內(nèi)在的相關(guān)性，即隨著巖性顆粒粒度的不斷增大物性越來越好（圖1、表1），其變化規(guī)律也符合一般儲層巖性-物性的變化特征。

圖1 定北地區(qū)盒1段致密砂巖儲層孔隙度與滲透率交匯圖

表1 不同巖性與物性含氣性統(tǒng)計(jì)

（2）巖性與含氣性的關(guān)系。一般而言，代表儲層巖性的巖石顆粒大小、分選、磨圓、成熟度等特征參數(shù)和巖石顆粒之間的接觸、膠結(jié)關(guān)系直接制約著儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，而影響儲層宏觀物性參數(shù)決定著天然氣的運(yùn)移、聚集和成藏。研究區(qū)儲層的巖性與含氣性具有很好的相關(guān)關(guān)系，隨著致密砂巖碎屑顆粒粒徑的不斷增大，砂巖儲層的含氣飽和度（Sg）呈增大的趨勢（表1）。通過對試采資料進(jìn)行分析，粗砂巖-中砂巖儲層多為產(chǎn)氣層或產(chǎn)液量較低氣水層，而細(xì)砂巖儲層試氣多為產(chǎn)液量較高的氣水層或含氣水層。

2.2 電性與巖性、物性的關(guān)系

（1）電性與巖性的關(guān)系。在電性與巖性關(guān)系的分析過程中，對四類不同粒徑的儲層砂巖進(jìn)行劃分，研究區(qū)砂巖普遍具有低自然伽馬（GR）、低補(bǔ)償中子（CNL）、低密度（DEN）的特征。

從交匯圖（圖2）可以看出，GR能很好劃分不同粒徑的致密砂巖，粗砂巖以上級別的砂巖GR＜50 API，中砂巖GR主要為50～65 API，細(xì)砂巖65 API＜GR＜80 API。而聲波時(shí)差（AC）、CNL、DEN受巖石成分、含氣性的影響，不能很好地區(qū)分砂巖的粒級，但總體上AC隨砂巖粒級的增大而增大、DEN隨粒級的增大而減小，不同粒級的砂巖顆粒CNL幾乎在同一范圍內(nèi)。

圖2 定北地區(qū)盒1段致密砂巖儲層電性與巖性交匯圖

（2）電性與物性的關(guān)系。三孔隙度測井是常規(guī)測井系列中最能反映儲層物性的，但對于致密砂巖儲集層而言，聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子、密度受巖石骨架、地層流體類型、孔隙結(jié)構(gòu)等因素影響較大。在研究儲層電性與物性關(guān)系之前，筆者通過對儲層兩個主要物性參數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)儲層孔隙度和滲透率具有很好的指數(shù)正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)0.97），即滲透率隨著孔隙度的增大而增大。因此，在后面只選取了物性孔隙度參數(shù)進(jìn)行與電性關(guān)系的研究。由物性與電性交匯圖（圖3）可以看出，孔隙度與GR、AC以及DEN具有很好的相關(guān)性；而前面研究表明，儲層GR與巖石粒級相關(guān)（GR隨粒徑越小而增大），因此可以認(rèn)為孔隙度與儲層巖石粒級具有一定的相關(guān)。整體上看，表現(xiàn)為粒徑越大、聲波時(shí)差越大，密度越小，儲層孔隙度越大。

通過上述研究發(fā)現(xiàn)，測井的電性特征能夠很好地反映儲層巖性、物性、含氣性[2]；自然伽馬測井參數(shù)能夠?qū)訋r性進(jìn)行解釋；自然伽馬、聲波時(shí)差、密度參數(shù)能夠?qū)游镄赃M(jìn)行解釋，而自然伽馬對物性的解釋其實(shí)是巖性對物性的控制作用；巖性與儲層含氣性具有很好的相關(guān)性，間接地反映出儲層物性和含氣性也存在著一定的內(nèi)在關(guān)系。

3 致密砂巖氣層識別

由于定北地區(qū)盒1段致密砂巖儲層以特低孔特低滲為特征，運(yùn)用常規(guī)的氣層測井解釋已經(jīng)不能滿足此類氣層的識別，因此，本文主要采用交匯圖版和三孔隙度組合識別的方法，在逐步識別的基礎(chǔ)上，對氣層進(jìn)行綜合評價(jià)。

3.1 交匯圖版法

交匯圖版法是利用單層試氣資料的測井參數(shù)進(jìn)行交匯來識別氣層和非氣層的經(jīng)驗(yàn)方法[3]，該方法能夠?qū)鈱舆M(jìn)行定性、半定量的評價(jià)。本文選取盒1段試氣氣層、測井解釋氣層（含氣層）以及測井解釋干層作為研究對象，對選取層的測井參數(shù)進(jìn)行交匯，得到相應(yīng)層的測井參數(shù)極限值。

定北地區(qū)盒1段目前試氣總計(jì)32井次，53個層點(diǎn)。本文對相應(yīng)層點(diǎn)的測井及解釋參數(shù)繪制了AC—ILD、CNL—ILD、DEN—CNL、DEN—ILD等一系列交匯圖（圖4），并根據(jù)其結(jié)果確定了氣層的電性下限（表2）。

圖3 定北地區(qū)盒1段致密砂巖電性與物性交匯圖

圖4 定北地區(qū)盒1段測井參數(shù)交匯圖

表2 定北地區(qū)盒1段氣層電性下限標(biāo)準(zhǔn)

3.2 三孔隙度組合識別法

由于天然氣的含氫指數(shù)與體積密度比油或水的小得多[4-7]，因此，當(dāng)儲層空間聚集或充滿天然氣時(shí)，氣層的密度要小于油層或水層，中子測井在氣層中表現(xiàn)為低值，聲波孔隙度測井出現(xiàn)高幅。

盒1段32井次試氣層段的測井資料顯示，氣層或氣水層相對于其它砂巖段儲層而言，呈現(xiàn)出相對較低的密度和中子特征，聲波時(shí)差曲線明顯出現(xiàn)高幅段；試氣、試采效果越好，中子測井值相對較低。因此，將中子與密度測井曲線以相反的方向進(jìn)行刻度，密度值向左增大，中子值向左減小，在氣層處密度曲線右偏、中子曲線左偏，兩條曲線之間有明顯的幅度差，在圖上形成明顯的閉合區(qū)域（圖5）。盒1段測試氣層段大部分都可用此法識別出來。

圖5 盒1段測井識別氣層成果

4 致密砂巖氣層分類評價(jià)

致密砂巖儲層無論宏觀上還是微觀上物性均較差，非均質(zhì)性較強(qiáng)；而在致密砂巖氣層中儲層的物性又是天然氣成藏和富集的主控因素。在試氣（試采）過程中發(fā)現(xiàn)，即使在同一圈閉中不同位置的氣井試氣（試采）產(chǎn)氣、產(chǎn)液以及壓力等各方面都存在很大的差別，因而在對氣藏進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)之前，要對氣層進(jìn)行分類評價(jià)，尋找高產(chǎn)“甜點(diǎn)”。

依照上述氣層識別的方法，根據(jù)氣層巖性、物性、電性等參數(shù)，結(jié)合單井試氣（試采）特征，將定北地區(qū)盒1段儲層劃分為三類，并得到三類氣層相對應(yīng)的測井分類標(biāo)準(zhǔn)（表3）。

表3 定北地區(qū)盒1段氣層評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

Ⅰ類氣層。這類氣藏儲層一般壓裂改造后，可獲得中–中高產(chǎn)氣流、達(dá)到工業(yè)氣流，其中直井產(chǎn)氣量在1.0×104m3/d以上、水平井產(chǎn)氣量在2.0×104m3/d以上，且產(chǎn)液量較低。

Ⅱ類氣水層。這類氣藏儲層一般壓裂改造后，可獲得一定的氣流，但產(chǎn)氣量較小、產(chǎn)液量較高，其中產(chǎn)液量直井在4.0 m3/d以上、水平井在10.0 m3/d以上，液氣比可達(dá)到2 /104。

Ⅲ類致密層。這類砂巖層在目前工程工藝條件下不具有開發(fā)價(jià)值。

根據(jù)上述評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對研究區(qū)盒1段試氣（試采）的 53個層點(diǎn)進(jìn)行分類評價(jià)，其中Ⅰ類氣層16個，Ⅱ類氣水層31個，Ⅲ類致密層6個。以上數(shù)據(jù)顯示，研究區(qū)盒1段主要分布為Ⅱ類氣水層，但其較高的產(chǎn)液量制約著其開發(fā)效果，很難作為理想的高效開發(fā)陣地，Ⅰ類氣層雖然具有較好的工業(yè)氣流，但分布規(guī)模卻相對較小。因此，定北地區(qū)盒1段氣藏具有一定開發(fā)潛力，但要加大對基礎(chǔ)地質(zhì)的研究，明確高產(chǎn)氣層（Ⅰ類氣層）的分布規(guī)律。

5 結(jié)論

（1）定北地區(qū)盒1段致密砂巖儲層巖性、粒度和孔隙結(jié)構(gòu)是影響儲層物性和含氣性的主要因素，儲層具有巖性控制物性、物性控制含氣性的基本特征。儲層受其控制因素的影響，巖性較好的粗粒砂巖儲層物性、電性和含氣性明顯好于細(xì)粒砂巖儲層。

（2）利用交匯圖版法和三孔隙度組合法可以較好地識別研究區(qū)盒1段氣層。其中三孔隙度組合法可以快速直觀地對氣層進(jìn)行定性識別，而利用圖版法得到的氣層電性下限標(biāo)準(zhǔn)，雖識別過程有些繁瑣，但符合率較高。

（3）根據(jù)儲層巖性、物性、電性等參數(shù)，結(jié)合單井試氣（試采）特征，將定北地區(qū)盒1段氣層劃分為三類，建立了三類氣層的測井參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明，研究區(qū)盒1段可理想高效開發(fā)的Ⅰ類氣層分布規(guī)模相對較小，應(yīng)以高產(chǎn)液開發(fā)效果較差的Ⅱ類氣水層開發(fā)為主。

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