測(cè)井評(píng)價(jià)的“九性”關(guān)系及其研究方法

張晉言

(中石化勝利石油工程有限公司測(cè)井公司, 山東 東營(yíng) 257096)

0　引　言

早在20世紀(jì)60年代,基于電測(cè)井系列,大慶油田提出巖性、物性、含油性、電性的“四性”關(guān)系分析作為測(cè)井解釋的基本內(nèi)容。長(zhǎng)期以來(lái),中國(guó)各大油氣田一直把“四性”關(guān)系研究列為儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)最基礎(chǔ)、最重要的內(nèi)容,取得了顯著的效果。20世紀(jì)90年代,以復(fù)雜儲(chǔ)層評(píng)價(jià)為目標(biāo),特別是低電阻率油氣層的評(píng)價(jià),孫建孟[1]將“四性”關(guān)系推演為以巖性、物性、含油性、水性、測(cè)井屬性的“五性”關(guān)系。張晉言等[2]提出對(duì)泥頁(yè)巖油氣評(píng)價(jià)的“五性”指標(biāo),即礦物組分含量、地化參數(shù)指標(biāo)、儲(chǔ)層物性、含油氣量和可壓裂性,并系統(tǒng)介紹了“五性”指標(biāo)的計(jì)算方法,測(cè)井特性與“五性”指標(biāo)組合成為新“六性”關(guān)系,在泥頁(yè)巖測(cè)井評(píng)價(jià)的生產(chǎn)和科研實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。張作清等[3]針對(duì)頁(yè)巖氣給出了測(cè)井屬性的概念,并研究頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)“六性”關(guān)系。孫建孟[1]從非常規(guī)勘探與開(kāi)發(fā)一體化的角度提出了測(cè)井屬性表征巖相與礦物組分特性、地化特性、物性與孔隙結(jié)構(gòu)特性、地層壓力與流體特性、射孔與壓裂優(yōu)化完井特性、含氣與產(chǎn)氣特性等新“七性”關(guān)系為基本內(nèi)容的煤層氣、頁(yè)巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)體系。趙良孝等[4]針對(duì)復(fù)雜儲(chǔ)層(如碳酸鹽巖等)測(cè)井評(píng)價(jià)中的矛盾,提出儲(chǔ)層空隙空間幾何特性與巖性、物性、含流體性和電性的“五性”關(guān)系,進(jìn)一步闡釋了復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)在測(cè)井測(cè)井評(píng)價(jià)中的作用和意義。

本文從測(cè)井評(píng)價(jià)的生產(chǎn)科研實(shí)踐出發(fā),以常規(guī)和非常規(guī)油氣藏勘探開(kāi)發(fā)一體化為目標(biāo),整合梳理提出了新“九性”關(guān)系,并對(duì)其分析方法進(jìn)行探討,以期提高測(cè)井評(píng)價(jià)的整體技術(shù)水平。

1　測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)面臨的新挑戰(zhàn)

隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程的推進(jìn),新發(fā)展的常規(guī)油氣藏測(cè)井評(píng)價(jià)之“五性”關(guān)系、非常規(guī)油氣藏之“七性”關(guān)系主要面臨以下新挑戰(zhàn)。

1.1　井筒環(huán)境變化急需與時(shí)俱進(jìn)的測(cè)井評(píng)價(jià)思路和技術(shù)

近年來(lái)鉆井技術(shù)飛速發(fā)展,大斜度井、水平井、分支井以及新型鉆井液(氮?dú)狻⒖諝?、微泡、甲酸鹽、復(fù)合鹽、聚合物等)等占的比例越來(lái)越高,使得井筒環(huán)境發(fā)生較大變化,往往引起測(cè)井響應(yīng)異常。如果不深入研究分析,其結(jié)果要么認(rèn)為測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集失敗,導(dǎo)致多次重復(fù)驗(yàn)證測(cè)井,拖延了鉆井周期和測(cè)井時(shí)效;要么認(rèn)為是地質(zhì)異常引起,誤導(dǎo)了對(duì)地下儲(chǔ)層的客觀認(rèn)識(shí),給后續(xù)工作帶來(lái)失誤和巨大的浪費(fèi)。例如,在空氣基鉆井液和水基鉆井液井筒環(huán)境下完井測(cè)井的HS201井(見(jiàn)圖1),該井段為致密火成巖非儲(chǔ)層段,但雙側(cè)向有明顯的侵入特征,核磁共振測(cè)井資料也有一定的可動(dòng)孔隙度,多極子陣列聲波幅度衰減明顯,3項(xiàng)測(cè)井資料都表現(xiàn)出儲(chǔ)層的異常特征,現(xiàn)場(chǎng)計(jì)劃更換裝備先進(jìn)的測(cè)井隊(duì)重新測(cè)井驗(yàn)證,但通過(guò)有關(guān)專家綜合分析認(rèn)為是空氣基鉆進(jìn)破巖產(chǎn)生的微裂縫所致,決定不進(jìn)行重新測(cè)井驗(yàn)證,大大提高了鉆井和測(cè)井時(shí)效,節(jié)約了鉆探投資。該異?，F(xiàn)象得到了后續(xù)鉆探井印證。

圖1　HS201測(cè)井曲線圖*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

1.2　井壁以遠(yuǎn)復(fù)雜地質(zhì)體三維特性亟待刻畫(huà)

常規(guī)測(cè)井一般探測(cè)井壁及近井壁地層,對(duì)井壁以遠(yuǎn)及儲(chǔ)層的三維特性測(cè)量困難,難以反映地下儲(chǔ)層的全貌。偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)是近幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)重要聲學(xué)遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井技術(shù),它把常規(guī)測(cè)井技術(shù)的測(cè)量范圍從井周1 m左右提高到數(shù)10 m,在井旁裂縫和孔洞等地質(zhì)體的探測(cè)中取得了較好的應(yīng)用效果[5-10]。可以預(yù)期,聲波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井技術(shù)將會(huì)在井筒及以遠(yuǎn)縫洞地質(zhì)異常體精細(xì)描述、壓裂改造選層、側(cè)鉆井方案支持、優(yōu)化鉆完井設(shè)計(jì)及提升井震結(jié)合水平等方面產(chǎn)生較大的作用。

圖2　T105井聲波遠(yuǎn)探測(cè)儀器遠(yuǎn)探測(cè)成像圖

圖2為勝利測(cè)井公司研制的多分量橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像測(cè)井儀器在T105井應(yīng)用的具體實(shí)例。該井近井筒測(cè)錄井信息反映該段油氣顯示不明顯。為將地質(zhì)異常體描述完整,在遠(yuǎn)探測(cè)結(jié)果中將上行波與下行波進(jìn)行了疊合,形成井外100 m范圍遠(yuǎn)探測(cè)成像圖,左右兩側(cè)均為上下行波疊合圖像。由圖2可知,近東西向偏振遠(yuǎn)探測(cè)成像圖中,5 992～6 017 m、6 024～6 085 m處見(jiàn)強(qiáng)反射信號(hào),距離井軸10～40 m范圍,推測(cè)為溶洞邊界;在5 992～6 015 m、6 027～6 055 m、6 056～6 070 m處見(jiàn)較強(qiáng)反射信號(hào),距離井軸45～60 m,推測(cè)為溶洞內(nèi)幕或者其他溶洞邊界,而近南北向偏振遠(yuǎn)探測(cè)成像圖中地質(zhì)異常體顯示不明顯,綜合分析,推測(cè)地質(zhì)異常體發(fā)育在南北方向上。該井酸化壓裂完井后測(cè)試,7 h內(nèi)產(chǎn)油近400 t。

1.3　頁(yè)巖氣等非常規(guī)儲(chǔ)層使測(cè)井評(píng)價(jià)面臨新的挑戰(zhàn)

王世謙[11]指出,南方復(fù)雜構(gòu)造區(qū)下古生界海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖普遍表現(xiàn)為含氣但壓不出氣,或者有氣流但無(wú)產(chǎn)能,僅根據(jù)頁(yè)巖地質(zhì)參數(shù)特別是現(xiàn)場(chǎng)解析氣量或含氣量來(lái)評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣資源前景或圈定開(kāi)采有利區(qū)存在極大的不確定性和勘探風(fēng)險(xiǎn)。這些頁(yè)巖氣區(qū)塊由于多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)變形強(qiáng)度大,褶皺斷裂極為發(fā)育,頁(yè)巖氣保存條件差,優(yōu)越的疏導(dǎo)條件使頁(yè)巖中殘留的游離氣多已散失,資源規(guī)模較小,開(kāi)采潛力并不大。目前的頁(yè)巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)其多期次多旋回構(gòu)造擠壓作用所引發(fā)的頁(yè)巖氣散失、泄壓與保存問(wèn)題研究甚少。換言之,測(cè)井評(píng)價(jià)含氣性和保存條件的研究還是一個(gè)十分薄弱的環(huán)節(jié)。目前單井頁(yè)巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)還難以表征頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的產(chǎn)能以及經(jīng)濟(jì)開(kāi)采儲(chǔ)量。

2　“九性”關(guān)系的提出及內(nèi)涵

面對(duì)新挑戰(zhàn),從測(cè)井評(píng)價(jià)的生產(chǎn)科研實(shí)踐出發(fā),以常規(guī)和非常規(guī)油氣藏勘探開(kāi)發(fā)一體化為目標(biāo),整合梳理提出新“九性”關(guān)系,即測(cè)井屬性與井筒、地層的3大類特性之關(guān)系,主要包括測(cè)井屬性、筒環(huán)境特性、巖性(結(jié)構(gòu)、礦物組分)、物性(基質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)、次生孔隙)、地化特性、含油氣性與產(chǎn)能特性、地層壓力與流動(dòng)和保存特性、地層三維非均質(zhì)性(縱向、徑向、周向)和儲(chǔ)層可改造特性的新“九性”關(guān)系(見(jiàn)表1)。該“九性”關(guān)系對(duì)原測(cè)井屬性的概念進(jìn)行了拓展,定義為單項(xiàng)及組合測(cè)井信息,以及經(jīng)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)或變換得到新測(cè)井物理量,如小波變換、積分屬性、頻譜屬性、統(tǒng)計(jì)屬性、形態(tài)屬性等。

3　“九性”關(guān)系的研究方法

從單井處理解釋到多井區(qū)塊研究以及綜合性的測(cè)井評(píng)價(jià)研究課題,“四性”關(guān)系分析均是至關(guān)重要的環(huán)節(jié),是測(cè)井建模的基礎(chǔ)。“九性”關(guān)系是面對(duì)新環(huán)境、新條件和綜合目標(biāo)對(duì)象的豐富和發(fā)展。

3.1　“九性”關(guān)系分析中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

“九性”關(guān)系研究前提是需要高精度和多尺度的測(cè)井系列,也可針對(duì)要解決的主要矛盾定制套餐式的測(cè)井采集方案,其研究?jī)?nèi)容可對(duì)應(yīng)進(jìn)行取舍?！熬判浴标P(guān)系的研究?jī)?nèi)容包括測(cè)井屬性的表征,以及“九性”之間的關(guān)系分析。所謂測(cè)井屬性主要包括單項(xiàng)及組合測(cè)井信息以及經(jīng)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)或變換得到測(cè)井新物理量。

研究“九性”關(guān)系首先要解析每項(xiàng)測(cè)井屬性反映地層特性的能力。例如,自然電位測(cè)井(SP)可反映21種地層特性,包括但不限于滲透性等物性、泥質(zhì)、水性-礦化度反轉(zhuǎn)、水淹、厚度、油氣、顆粒粒徑、巖性劃分、非滲透高阻層、侵入帶+枯竭層-動(dòng)電(流動(dòng))電位、鋸齒型地下水流層間交叉流、儀器干擾、電纜磁化、大地電流、海洋干擾(海浪、潮汐、船舶、真正接地等)、人工干擾(電潛泵、高壓線、帶電鐵軌、地下電氣火車等)、油氣運(yùn)移、氧化還原電位—流體感生電流、磁暴、北極光等地層特性的反映。其解析每項(xiàng)測(cè)井屬性反映地層特性的能力就是在具體環(huán)境和條件下,分析多項(xiàng)反映地層特性的取舍及主次矛盾定性和定量化的過(guò)程。

測(cè)井資料采集也可看作一項(xiàng)大型的巖石物理實(shí)驗(yàn)(試驗(yàn))。井筒環(huán)境特性就是該實(shí)驗(yàn)的重要外部條件,它在某種程度上決定了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此,“九性”關(guān)系中井筒環(huán)境特性關(guān)系研究是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。還可開(kāi)展各類復(fù)雜環(huán)境條件下的測(cè)井響應(yīng)異?，F(xiàn)象解析研究,如,以正演模擬結(jié)果為基礎(chǔ),分析不同的測(cè)井響應(yīng)異常現(xiàn)象,并結(jié)合井眼條件等進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｕ?。同時(shí),正確分析并區(qū)分這些異?，F(xiàn)象對(duì)于指導(dǎo)測(cè)井作業(yè)施工、節(jié)約鉆井成本和測(cè)井時(shí)效都有重要的意義。

研究“九性”關(guān)系一定要考慮各屬性參數(shù)的代表性以及相互耦合關(guān)系。如每項(xiàng)測(cè)井信息探測(cè)范圍不同,探測(cè)體亦十分復(fù)雜,又可分為扇狀、柱狀、柱體殼狀等,并且隨著地層巖性、物性及非均質(zhì)性的變化。巖心刻度測(cè)井之巖心實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)也隨著巖心收獲率、巖樣尺度、儲(chǔ)層非均質(zhì)性及實(shí)驗(yàn)設(shè)備和條件不同而變化。非測(cè)井資料的測(cè)試資料應(yīng)用,其實(shí)質(zhì)也是一種地下實(shí)驗(yàn)(試驗(yàn)),滲透率等參數(shù)分析其關(guān)系代表動(dòng)態(tài)滲透率之外,其條件性不可忽視。

3.2　“九性”關(guān)系研究思路

研究“九性”之間的關(guān)系,戰(zhàn)略上只要進(jìn)行模式細(xì)分就沒(méi)有解決不了的問(wèn)題[12]。戰(zhàn)術(shù)上要“三確一綜一創(chuàng)新”,即收集資料之準(zhǔn)確、處理計(jì)算之精確、結(jié)論推演之合理正確,綜合全面分析,創(chuàng)新思維。同時(shí),一定要注意特征和規(guī)律的不同[13]。

“九性”關(guān)系研究思路可借鑒中西方文化及中西醫(yī)結(jié)合之啟發(fā)。中醫(yī)與西醫(yī)的碰撞與交融可以說(shuō)是中西文化產(chǎn)生、發(fā)展形成的具有代表性的獨(dú)特景觀,更是自然科學(xué)在不同文化域表現(xiàn)之典例[14-15]。

西方測(cè)井信息分析技術(shù)多重?cái)?shù)據(jù)處理、輕經(jīng)驗(yàn)和測(cè)井解釋的最后的結(jié)論,而中國(guó)的測(cè)井解釋卻相反。因此,可將中西方文化、中西方哲學(xué)、中西醫(yī)結(jié)合等啟示應(yīng)用于“九性”關(guān)系研究。

“九性”關(guān)系研究從系統(tǒng)學(xué)和復(fù)雜性科學(xué)上分析,應(yīng)是地學(xué)上的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。① 從整體性出發(fā)依據(jù)科學(xué)理論、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和對(duì)實(shí)際問(wèn)題的了解,對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行全面分析,提出定性判斷,結(jié)合各類地質(zhì)或地層模式,依據(jù)巖性、沉積微相、流動(dòng)單元等進(jìn)行測(cè)井評(píng)價(jià)模式細(xì)分,細(xì)分后的模式應(yīng)具有相對(duì)一致的九性關(guān)系。② 采用“三確一綜一創(chuàng)新”工作要求,根據(jù)理論方法、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和有關(guān)信息資料選擇和建立相應(yīng)關(guān)系,借助計(jì)算機(jī)得出定量結(jié)果。③ 分析結(jié)果,結(jié)合經(jīng)驗(yàn)及多學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行綜合集成,從修改模型、調(diào)整參數(shù)、到綜合集成,可重復(fù)循環(huán),直到滿意為止。該過(guò)程中注意特征和規(guī)律的不同,最后做出“九性”關(guān)系結(jié)果或結(jié)論。它的特點(diǎn):定性與定量相結(jié)合,理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合,多學(xué)科相結(jié)合,宏觀研究與微觀相結(jié)合。

4　結(jié)束語(yǔ)

測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)發(fā)展以高效勘探開(kāi)發(fā)為目標(biāo),以油氣藏和各類礦床為對(duì)象,以井筒、地層與測(cè)井屬性三者之間賦予的“九性”關(guān)系研究?jī)?nèi)涵為基礎(chǔ),以巖心刻度測(cè)井為手段,以數(shù)字巖心、數(shù)字井筒(數(shù)字巖石物理學(xué))為抓手,以測(cè)井信息分析方法論為指導(dǎo),以人工智能測(cè)井評(píng)價(jià)專家系統(tǒng)為載體,最終全面提升中國(guó)勘探開(kāi)發(fā)測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)水平,建立起中國(guó)特色測(cè)井解釋學(xué)。