偶極橫波遠(yuǎn)探測技術(shù)在X油田的驗(yàn)證及應(yīng)用

武衛(wèi)鋒,劉樹鞏

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司,北京100027;2.中國海洋石油國際有限公司,北京100027)

0 引 言

國外進(jìn)行了大量聲波成像[1-5]研究工作,Schlumberger和Baker Hughes公司開發(fā)了反射波成像測井儀和相應(yīng)的處理軟件。因?yàn)閱螛O子聲源無方向性,無法反映反射體的方位,唐曉明[6]第1次將偶極子聲源引入遠(yuǎn)探測聲波成像技術(shù)中。偶極子聲源由于使用比單極子聲源頻率低的2～5 kHz頻率,因此,偶極子橫波法與單極子縱波法相比有較深的橫向探測深度。另外,采用四分量的偶極發(fā)射和接收,還可以確定反射體的方位。2009年,唐曉明等利用四分量偶極數(shù)據(jù)對井旁裂縫和鹽丘內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行了成像,取得了顯著的應(yīng)用效果。中國測井工作者為探測井旁地層界面、斷層、裂縫、孔洞等地質(zhì)特征,進(jìn)行了大量的遠(yuǎn)探測聲波成像研究[7-10]工作。中海油田服務(wù)有限公司研制了偶極橫波遠(yuǎn)探測測井儀器[11-14]和相應(yīng)的處理軟件,可以探測井旁的斷層、裂縫、孔洞等地質(zhì)現(xiàn)象。

X油田生產(chǎn)中面臨的主要問題是地層產(chǎn)水量增加導(dǎo)致油井停噴關(guān)井。確定X油田的出水原因從而控水成為解決問題的關(guān)鍵。巖心資料顯示該油田裂縫發(fā)育,發(fā)育的裂縫是否能引起C油組及以下地層的水上竄至其上部地層沒有定論。在X-24井嘗試用偶極橫波遠(yuǎn)探測等測井資料、巖心資料、地質(zhì)錄井資料認(rèn)識(shí)X油田裂縫、孔洞的發(fā)育情況獲得成功,證明了A、B、C等3個(gè)油組裂縫或孔洞都比較發(fā)育,3個(gè)油組之間是連通的,后續(xù)完鉆X-26井C油組及以下地層的流體上竄證實(shí)了連通通道的存在。

通過偶極橫波遠(yuǎn)探測等測井資料、巖心資料、地質(zhì)錄井資料的相互驗(yàn)證解決了X油田的問題,也證實(shí)了偶極橫波遠(yuǎn)探測技術(shù)在探測地層裂縫、孔洞方面的能力。

1 偶極橫波遠(yuǎn)探測技術(shù)

1.1 偶極橫波遠(yuǎn)探測測井成像原理

偶極橫波遠(yuǎn)探測測井技術(shù)采用偶極子聲源在井中向井外發(fā)射橫波,探測從井旁的裂縫、孔洞、斷層等地質(zhì)體反射回井中的橫波,并對井周的這些地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行聲波成像,雖然反射信號(hào)比沿井傳播的聲波要小很多,但經(jīng)過專門的數(shù)字信號(hào)處理,可以提取其中的微弱反射波信號(hào)并得到井旁反射體的位形。

單極聲源頻率一般在10 kHz左右,較高頻率造成其探測范圍有限,約為幾米到十幾米的范圍,而且單極子聲源無方向性,因而不能確定反射體的方位。偶極聲源由于頻率較低(約為2～5 kHz)、波的能量衰減弱,該方法有較深的橫向探測距探測距離(可達(dá)70 m)。由于偶極子聲源具有方向性,采用多分量四分量的偶極發(fā)射器和接收器,偶極子聲源的這些優(yōu)良特性使得偶極橫波法不但能確定反射體距井筒的距離,還能確定其方位。

1.2 偶極橫波遠(yuǎn)探測測井解釋模型

采用正反演相結(jié)合的方式建立了典型地質(zhì)體反射體解釋模型。根據(jù)實(shí)際井中出現(xiàn)的反射現(xiàn)象,分析建立可能的地質(zhì)模型,然后依據(jù)地質(zhì)模型進(jìn)行正演模擬,得到理論的反射特征。如果理論反射特征與井的反射現(xiàn)象相一致,證明建立的地質(zhì)體模型可靠,把成像圖上出現(xiàn)的反射現(xiàn)象建立為地質(zhì)解釋模型,這樣就建立了一些典型地質(zhì)構(gòu)造體的解釋模型,這些解釋模型為以后的遠(yuǎn)探測解釋提供了一種模式,即可以通過正演模擬驗(yàn)證的方法為解釋遠(yuǎn)探測反射現(xiàn)象提供依據(jù)。圖1為典型地質(zhì)體解釋模型示例。

圖1 典型地質(zhì)體的解釋模型

2 偶極橫波遠(yuǎn)探測測井技術(shù)X油田的應(yīng)用

X油田開發(fā)的目的層為第三系地層,由上至下分為A、B、C等3個(gè)油組,各個(gè)油組之間分布廣泛的泥巖,B和C油組之間的泥巖厚度6～30 m左右,因?yàn)闆]有泥巖不能作為隔層的證據(jù),X油田定為層狀邊水構(gòu)造油藏。X油田為欠飽和油藏,泡點(diǎn)壓力2 450 psi[注]非法定計(jì)量單位,1 psi=6 894.76 Pa,下同,原始地層壓力為4 730 psi,氣油比為103,油層主要分布在A和B這2個(gè)油組,C油組只在構(gòu)造高部位有油層發(fā)育。該油田1976年開始生產(chǎn),射孔井段主要為A油組和B油組的上部,個(gè)別井射孔段包括B油組的下部油層。

2010年重新研究發(fā)現(xiàn)一些生產(chǎn)井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)不符合層狀邊水構(gòu)造油藏的特點(diǎn),而是符合底水油藏的出水規(guī)律,為解決該油田這一油藏特征的問題,在X-24井進(jìn)行完井測井時(shí)采集了偶極橫波遠(yuǎn)探測測井資料,資料采集及處理由中海油田服務(wù)有限公司完成,并在A油組及B油組上部井段進(jìn)行連續(xù)取心,通過研究認(rèn)為X油田地層存在裂縫為塊狀油藏。

2.1 X-24井偶極橫波遠(yuǎn)探測測井成果的驗(yàn)證

2.1.1 硬石膏段偶極橫波遠(yuǎn)探測測井成果驗(yàn)證

偶極橫波遠(yuǎn)探測資料顯示硬石膏段存在裂縫,通常認(rèn)為硬石膏為理想的蓋層,裂縫不應(yīng)該發(fā)育。但是氣測錄井資料顯示在對應(yīng)的硬石膏存在裂縫的井段有氣測異常,即有氣體從該井段流出(見圖2),硬石膏為化學(xué)沉積形成的巖石,沒有原始孔隙,只有硬石膏地層存在裂縫的情況下油氣才能運(yùn)移進(jìn)地層,鉆入該地層時(shí)則形成氣測異常,所以硬石膏井段氣測異?？梢宰C明偶極橫波遠(yuǎn)探測的裂縫顯示可信。

圖2 硬石膏段偶極橫波遠(yuǎn)探測裂縫發(fā)育和氣測異常對照圖

硬石膏段為該區(qū)的蓋層,之上地層為異常高壓,之下地層則為正常壓力,鉆井時(shí)要求用飽和鹽水的重鉆井液鉆入硬石膏段1～2 m即下套管封住高壓段,改用1.2 g/cm3左右的鉆井液繼續(xù)鉆進(jìn),以防出現(xiàn)因?yàn)闆]有控制好鉆入硬石膏段深度造成井報(bào)廢的情況。

從偶極橫波遠(yuǎn)探測資料看硬石膏段頂部有5 m左右裂縫不發(fā)育(見圖2),這5 m左右及上次下套管前鉆穿的硬石膏為上下2個(gè)壓力系統(tǒng)的分割層,其上為高壓系統(tǒng),其下的裂縫發(fā)育段和油層段為正常的壓力系統(tǒng),上述井報(bào)廢是因?yàn)橛弥劂@井液鉆入正常壓力的硬石膏裂縫發(fā)育段地層造成的,這一現(xiàn)象是該段地層存在裂縫的又一個(gè)證據(jù)。該研究前只知道鉆進(jìn)該硬石膏段需要盡快調(diào)整鉆井液密度,通過研究知道了需要盡快調(diào)整鉆井液密度的原因。

2.1.2 A油組井段偶極橫波遠(yuǎn)探測測井成果驗(yàn)證

A油組的地層主要為白云巖,偶極橫波遠(yuǎn)探測資料顯示A油組井段地層發(fā)育裂縫和孔洞,縫洞發(fā)育情況與典型地質(zhì)體解釋模型中“孔洞+裂縫群”的特征近似,上部裂縫和孔洞比下部發(fā)育。

巖心取自井眼位置對應(yīng)的地層,偶極橫波遠(yuǎn)探測測井探測的是井壁以外的地層,因?yàn)閹r心與測井探測的地層距離較近,地層的特點(diǎn)較為接近,可以用巖心裂縫及孔洞的發(fā)育情況驗(yàn)證偶極橫波遠(yuǎn)探測測井資料。

該井段連續(xù)取心段,巖心觀察到的裂縫和孔洞發(fā)育情況與偶極橫波遠(yuǎn)探測資料顯示基本一致,巖心中發(fā)育大量的裂縫和孔洞(見圖3),巖心中的裂縫規(guī)模較小,裂縫長度在25 cm內(nèi),裂縫產(chǎn)狀以高角度裂縫為主;巖心薄片資料顯示裂縫寬度大多數(shù)為0.02～0.07 mm,孔洞直徑通常小于10 mm,所以,巖心資料驗(yàn)證了A油組地層偶極橫波遠(yuǎn)探測測井資料顯示的裂縫和孔洞發(fā)育情況。

圖3 A油組偶極橫波遠(yuǎn)探測和巖心裂縫、孔洞對比圖

2.1.3 B油組井段偶極橫波遠(yuǎn)探測測井成果驗(yàn)證

圖4 B油組偶極橫波遠(yuǎn)探測和巖心裂縫、孔洞對比圖

B油組的地層主要為灰?guī)r,頂部和底部有少量砂泥巖地層,偶極橫波遠(yuǎn)探測資料顯示B油組井段地層也存在裂縫和孔洞,縫洞發(fā)育情況與典型地質(zhì)體解釋模型中“孔洞+裂縫群”的特征近似,上部裂縫和孔洞比下部略發(fā)育,高孔隙度的灰?guī)r和砂巖井段裂縫和孔洞發(fā)育較差。在該層段的上部進(jìn)行了鉆井取心,巖心觀察到的裂縫和孔洞發(fā)育情況與偶極橫波遠(yuǎn)探測資料顯示基本一致(見圖4)。

B油組巖心中發(fā)育了1條長度85 cm的裂縫,其他裂縫長度則在30 cm內(nèi),裂縫產(chǎn)狀以高角度裂縫為主;巖心薄片資料顯示裂縫寬度大多數(shù)為0.02～0.08 mm,孔洞直徑通常小于8 mm,所以巖心資料驗(yàn)證了B油組地層偶極橫波遠(yuǎn)探測測井資料顯示的裂縫和孔洞發(fā)育情況。

2.2 偶極橫波遠(yuǎn)探測測井成果應(yīng)用

硬石膏井段偶極橫波遠(yuǎn)探測資料顯示的裂縫用氣測異常得到了驗(yàn)證,A油組和B油組偶極橫波遠(yuǎn)探測資料顯示的裂縫和孔洞通過巖心資料得到了驗(yàn)證,即可認(rèn)為偶極橫波遠(yuǎn)探測資料可以反映了地層的真實(shí)情況。

上面論述證明了該井的偶極橫波遠(yuǎn)探測結(jié)果是可信的,則偶極橫波遠(yuǎn)探測資料顯示C油組泥巖段發(fā)育的裂縫和孔洞同樣可信(見圖5),縫洞發(fā)育情況與典型地質(zhì)體解釋模型中“孔洞+裂縫群”的特征近似,X-24井偶極橫波遠(yuǎn)探測資料顯示的裂縫和孔洞形成了A、B、C等3個(gè)油組之間的流體流動(dòng)通道,從而證明該油藏是塊狀油藏。

圖5 測量井段偶極橫波遠(yuǎn)探測裂縫、孔洞發(fā)育情況圖

2.3 偶極橫波遠(yuǎn)探測測井成果驗(yàn)證

X-24井偶極橫波遠(yuǎn)探測資料顯示的裂縫和孔洞形成了A、B、C等3個(gè)油組之間的流體流動(dòng)通道,證明該油藏是塊狀油藏。為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述結(jié)論,在油藏高部位X-1井附近鉆了1口新井,新鉆的X-26井C油組對應(yīng)X-1井油層的海拔深度的儲(chǔ)層變?yōu)樗畬?水淹)(見圖6),因?yàn)樵撚吞锏腃油組沒有射孔生產(chǎn),C油組的油只能通過A、B、C等3個(gè)油組之間的流體流動(dòng)通道流到A、B油組產(chǎn)出,從而獲得了C油組的油通過C油組泥巖段流動(dòng)的證據(jù),則進(jìn)一步驗(yàn)證C油組泥巖段發(fā)育有裂縫和孔洞,A、B、C等3個(gè)油組之間是連通的,所以該油田是塊狀油藏。

圖6 投產(chǎn)前后油水層的變化情況圖*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m; 1 mD=9.87×10-4 μm2;下同

3 結(jié)束語

(1)偶極橫波遠(yuǎn)探測測井是一項(xiàng)全新的技術(shù),該技術(shù)在X油田的檢驗(yàn)性應(yīng)用在解決油田問題的

同時(shí)又證明了該技術(shù)解決地層裂縫和孔洞問題的能力,利用偶極橫波遠(yuǎn)探測測井技術(shù)探測地層的裂縫和孔洞發(fā)育情況是可行的。

(2)偶極橫波遠(yuǎn)探測測井技術(shù)可以在低孔隙度、低滲透率儲(chǔ)層的裂縫評價(jià)中發(fā)揮較好的作用。今后應(yīng)在儲(chǔ)層評價(jià)特別是低孔隙度、低滲透率儲(chǔ)層、頁巖氣的評價(jià)中廣泛應(yīng)用

(3)X油田A、B、C等3個(gè)油組發(fā)育的裂縫和孔洞形成了3個(gè)油組之間流體的流動(dòng)通道。該油田是塊狀油藏,C油組發(fā)育裂縫、孔洞的泥巖和硬石膏裂縫段也是儲(chǔ)層。該油田的儲(chǔ)量大于之前按層狀邊水油藏評價(jià)的結(jié)果。

(4)從C油組的泥巖裂縫獲得一點(diǎn)啟示,在測井資料處理程序中有個(gè)泥巖截止值SHCT參數(shù),當(dāng)泥質(zhì)含量大于SHCT時(shí),該層就作為非儲(chǔ)層處理并被忽視了,這樣就可能漏掉了一些裂縫性泥巖油氣層。在油田內(nèi)尋找漏掉的裂縫性泥巖油氣層可作為油田挖潛的一種手段。偶極橫波遠(yuǎn)探測測井技術(shù)的應(yīng)用可以避免漏掉的裂縫性泥巖油氣層。