電阻率比值法在蘇里格低電阻率氣層測井解釋中的應(yīng)用

趙璐陽,孫越,趙自民,黃勝,周萌,張潤

(中國石油集團測井有限公司華北分公司,河北任丘062552)

0 引 言

蘇里格氣田位于靖邊氣田西側(cè)的蘇里格廟地區(qū),整體上是一個大單斜的構(gòu)造背景,構(gòu)造幅度3～8 m/km,發(fā)育多排低緩鼻狀隆起。氣藏類型為構(gòu)造巖性氣藏,因而氣水分布主要受沉積相和儲層物性控制,沒有統(tǒng)一的氣水界面[1-5]。同時,目的層埋深3 000 m以下,成巖作用強烈,巖石骨架以及黏土礦物成分復(fù)雜,非均質(zhì)性強,高地層水礦化度及高束縛水飽和度的特點具有有利的低電阻率氣層形成條件。實際資料表明,部分氣層電阻率接近區(qū)域水層或與水層電阻率相當(dāng),具有明顯的低電阻率氣層特點[6-9],使用常規(guī)測井資料難以準確識別氣水層。再加上少量高電阻率水層夾雜其間,容易造成解釋失誤,導(dǎo)致部分井、層出現(xiàn)不同程度的產(chǎn)水,直接影響了新井部署和氣田開發(fā)效果。

大量測井工作者對提高蘇里格低電阻率氣層、高電阻率水層解釋的符合率進行了深入研究。以常規(guī)測井資料評價為例,從曲線重疊圖技術(shù)、交會圖圖版技術(shù)、半定量及定量評價技術(shù)等方面進行全方位探討[10-15],提出了適用于中國致密砂巖地層的一些識別與評價方法,見到了一定效果。但是,由于蘇里格致密儲層的特殊性,具有孔隙類型多樣、孔隙結(jié)構(gòu)變化大、非均質(zhì)性強、含氣不飽滿等特點,使得測井曲線對巖性的響應(yīng)容易掩蓋對含氣性的響應(yīng),導(dǎo)致一些比較好的含氣性評價方法如中子—密度重疊法、聲波時差差值法等使用效果不好。此外,一些方法由于從原理上就不具備識別低電阻率氣層的依據(jù),實際應(yīng)用中解決不了問題。如自然電位—聲波時差曲線重疊法,該方法主要反映儲層物性,用來評價儲層含氣性沒有效果。還有使用單電阻率曲線的一些重疊圖及交會圖,由于電阻率的高低已經(jīng)不代表儲層的含氣性,用這些方法評價低電阻率氣層,其效果并不明顯。本文對低電阻率氣層評價方法繼續(xù)探索,進一步提高蘇里格氣田低電阻率氣層的解釋符合率,具有較大的現(xiàn)實意義。

1 蘇里格低電阻率氣層的成因分析及評價難點

國內(nèi)外許多巖石物理學(xué)家對低電阻率油氣層的成因進行研究[16-21]。主要有5點:①高束縛水飽和度可形成低電阻率油氣層;②高、極高地層水礦化度可形成低電阻率油氣層;③含有導(dǎo)電泥質(zhì)條帶或?qū)щ姷V物可形成低電阻率油氣層;④鉆井液侵入可形成低電阻率油氣層;⑤裂縫孔隙發(fā)育可形成低電阻率油氣層。在蘇里格氣田,經(jīng)過前人研究,已基本清楚了該區(qū)塊低電阻率氣層的成因機理。結(jié)果表明:高束縛水飽和度是蘇里格氣田形成低電阻率氣層的最主要原因,由于致密儲層微孔隙發(fā)育,在氣源不豐富時毛細管壓力的作用會導(dǎo)致天然氣在運移的過程總是先進入孔徑比較大、初始排替壓力較小的孔隙當(dāng)中。而儲層中的微中、小孔隙中的水無法排出,使得致密儲層的束縛水含量高,從而形成低電阻率油氣層[6]。其次,當(dāng)伊利石在孔隙中存在“橋式”分布模式時,可形成附加導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),能產(chǎn)生低電阻率氣層[22]。再次,高礦化度地層水及鉆井液侵入也能產(chǎn)生低電阻率氣層,蘇里格地層水分析資料統(tǒng)計,水型CaCl2的總礦化度主要分布在25～70 g/L之間,地層水電阻率為0.08 Ω·m左右,是產(chǎn)生低電阻率氣層的基礎(chǔ)。

當(dāng)儲層含氣所導(dǎo)致的電阻率升高遇到高束縛水孔隙和黏土附加導(dǎo)電性孔隙時,電阻率總體表現(xiàn)為低電阻率特征,高電阻率是油低電阻率是水的傳統(tǒng)評價方法已無法解決這一問題,這是當(dāng)前低電阻率氣層評價的難點。還有其他除電阻率以外的方法也能較好評價儲層含氣性,如中子—密度曲線重疊法、氣測等,但蘇里格氣田的天然氣充注不飽滿所形成低飽和氣藏及復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)儲層導(dǎo)致這些方法也存在局限性,并不能可靠的對氣層進行識別。

因此,在總結(jié)傳統(tǒng)評價方法的基礎(chǔ)上創(chuàng)新提出一些新認識。如當(dāng)前對阿爾奇公式的使用條件有了進一步認識,張潔等[23]認為電阻率和電阻變化率之間存在密切關(guān)系,為評價復(fù)雜孔隙的有效性提供依據(jù)。楊克兵等[2]認為低電阻率油氣層與常規(guī)油氣層的巖電參數(shù)有明顯不同,巖電參數(shù)的不同才是導(dǎo)致計算失誤,影響低電阻率油氣層評價的關(guān)鍵因素,深化了對電阻率評價油氣水層的認識。還有研究人員對使用電阻率評價油氣層的方法進行總結(jié),提出了不需要巖電參數(shù)、地層水電阻率、孔隙度等參數(shù)就能進行含油氣性評價的方法。如楊克兵等[24]提出的電阻率比值法,該方法能評價低電阻率油氣層,盡管理論上比較先進,但尚未獲得廣泛認可,其應(yīng)用效果還有待于進一步檢驗。

針對蘇里格低電阻率氣層的評價難點,目前在常規(guī)測井資料領(lǐng)域也沒有較好的方法,作為一個試驗,該研究對電阻率比值法進行了實際應(yīng)用,取得了很好的效果。結(jié)果表明,使用電阻率比值法,能夠解決蘇里格低電阻率氣層、高電阻率水層的評價問題,氣水層解釋符合率提升到90%以上,提高了常規(guī)測井資料在油氣水層評價中重要性。

2 電阻率比值法評價低電阻率油層

電阻率比值法是一種依據(jù)儲層深電阻率與沖洗帶電阻率比值識別儲層含油性的新方法,與儲層本身電阻率的高低無關(guān)[24]。其原理:假定含水飽和度為100%的純水層其原狀地層電阻率與地層沖洗帶電阻率的比值為常數(shù)A,即A=Ro/Rxo,未知含水飽和度儲層其原狀地層電阻率與地層沖洗帶電阻率的比值為B,即B=Rt/Rxo。如果油氣層原狀地層電阻率與沖洗帶電阻率的比值是含油氣飽和程度的反映,則A與B的比值可定義為儲層含水程度。因為A是儲層100%含水程度的反映,而B是儲層含水程度不同時的反映,當(dāng)儲層為純水層時,B≈A,實際資料表明,當(dāng)儲層含油性越高時,B值越大,越低時,B值越小,直到與純水層相當(dāng)。純水層含水程度100%,純油層含水程度可能接近0,與阿爾奇公式計算的含水飽和度Sw值的特點有相似性,可看作是一種視含水飽和度。假設(shè)儲層視含水飽和度為Swa,則可用公式表示為

Swa=A/B=A/(Rt/Rxo)

(1)

式中,Swa為儲層視含水飽和度,小數(shù);A為常數(shù),反映單井某一層段內(nèi)純水層特征值,小數(shù);Rt為深探測電阻率,Ω·m;Rxo為沖洗帶電阻率,Ω·m。

因此,電阻率比值法可以計算儲層視含水飽和度,而視含水飽和度的高低與儲層電阻率的高低無關(guān),取決于深淺電阻率的比值,這就與阿爾奇公式有明顯區(qū)別?？梢钥闯?通過電阻率比值法計算的儲層視含水飽和度,理論上可以有效識別評價低電阻率油氣層。

依據(jù)大量單井資料進行計算,與試油資料相結(jié)合,得出了使用儲層視含水飽和度評價油氣水層的標準(見表1)。

表1 電阻率比值計算Swa油水層評價標準

3 蘇里格氣田的應(yīng)用效果

依據(jù)電阻率比值法的評價原理,在蘇里格氣田進行了規(guī)模應(yīng)用。主要從3個方面進行評價,針對水層、氣層、低電阻率氣層及高電阻率水層。

3.1 電阻率比值法對水層的評價效果

依據(jù)阿爾奇公式,完全侵入的純水層深、沖洗帶電阻率測井響應(yīng)方程為

(2)

(2)

(3)

式中,Rw為原狀地層水電阻率,Ω·m;Rmf為沖洗帶地層水電阻率,Ω·m;φ為地層孔隙度,小數(shù);Ro為深探測電阻率,Ω·m;Rxo為沖洗帶電阻率,Ω·m。

因此,在鉆井液配比基本穩(wěn)定的情況下,理論上完全侵入的純水層深、沖洗帶電阻率的比值為一常數(shù),這一常數(shù)即為某一層段內(nèi)純水層特征值A(chǔ),是電阻率比值法計算該層段內(nèi)的含水飽和度的基礎(chǔ)和基本參數(shù)(見式1)。

由于蘇里格氣田為高礦化度地層水儲層,鉆井液濾液電阻率Rmf遠大于地層水電阻率Rw,因此,在深中淺三電阻率曲線圖上水層應(yīng)表現(xiàn)為增阻侵入特征,即沖洗帶探測電阻率Rxo大于深探測電阻率Rt。使用這一原理對蘇里格氣田的水層進行評價時,取八側(cè)向電阻率為沖洗帶探測電阻率Rxo,深感應(yīng)電阻率為深探測電阻率Rt。在水層,八側(cè)向電阻率大于深感應(yīng)電阻率,二者具有明顯的幅度差值。實際應(yīng)用表明,這一規(guī)律在蘇里格氣田具有普遍性(見圖1)。根據(jù)部分井讀值的計算結(jié)果看,Rw/Rmf值變化范圍在0.33～0.68之間,推出Rmf變化范圍在0.12～0.25 Ω·m之間,考慮到地層的不完全侵入特點,對Rmf的估值與實際基本吻合。說明電阻率比值法對水層的電阻率曲線形態(tài)預(yù)測是科學(xué)的,根據(jù)沖洗帶電阻率與深電阻率曲線能夠?qū)λ畬舆M行有效識別評價。

3.2 電阻率比值法對氣層的評價效果

盡管電阻率比值法給出了計算公式,通過所計算參數(shù)視含水飽和度Swa來評價油氣層,但是對曲線形態(tài)也是有要求的。一般表現(xiàn)為油氣層電阻率比值≥2倍純水層電阻率比值,如當(dāng)純水層表現(xiàn)為增阻侵入特征時,油氣層應(yīng)表現(xiàn)為減阻侵入或侵入特征不明顯。這一原則在蘇里格氣田得到了驗證,在儲層含氣時,具有明顯的減阻侵入現(xiàn)象。圖2是蘇里格北區(qū)某井氣層處理成果圖,該井38號層深電阻率大于30 Ω·m,但沖洗帶電阻率15 Ω·m左右,表明儲層含氣。根據(jù)電阻率比值法計算方法,該井段純水層特征值確定為0.49,其計算公式經(jīng)過計算儲層視含水飽和度29%～53%之間,達到氣層標準,單層測試日產(chǎn)氣26 000余m3,與試氣結(jié)論吻合。對蘇里格地區(qū)多達300口井進行處理,氣層解釋符合率90%以上,見到了良好效果。

Swa=0.49/(Rt/Rxo)

(4)

圖1 蘇里格氣田水層增阻侵入典型測井曲線圖*非法定計量單位,1 in=2.54 cm,下同

圖2 蘇里格氣田典型氣層電阻率比值法處理成果圖

3.3 針對低電阻率氣層、含水儲層的評價

低電阻率氣層的含氣性特點與常規(guī)氣層一樣,只是儲層電阻率明顯降低,與水層接近。根據(jù)電阻率比值法的原理,低電阻率氣層的深電阻率降低,其沖洗帶電阻率會更低,從而保證計算公式的合理性。圖3是某井低電阻率氣層處理成果圖,30號層電阻率最低12 Ω·m,沖洗帶電阻率更低,約7.6 Ω·m,表明儲層含氣。處理結(jié)果,計算儲層視含水飽和度21%～50%之間,達到氣層標準,單層測試日產(chǎn)氣大于11 000 m3,獲工業(yè)氣流,與試氣結(jié)論吻合。可以看出,電阻率比值法所提出的低電阻率油氣層沖洗帶電阻率會低于深電阻率的觀點具有普適性,是測井曲線評價低電阻率油氣層的可靠依據(jù)。

圖3 蘇里格氣田典型低電阻率氣層電阻率比值法處理成果圖

蘇里格氣田應(yīng)用表明,儲層沖洗帶電阻率與深電阻率曲線所組成的侵入特征能夠可靠的反映儲層的含水特性。當(dāng)組合侵入特征表明地層含水時,即使地層電阻率比較高,測試時地層出水。圖4的42、43、44號層,該套層盡管電阻率19～45 Ω·m,達到氣層標準,但沖洗帶電阻率更高,在23～60 Ω·m之間,表明儲層含水。計算儲層視含水飽和度58%～75%之間,為水多氣少的特征,測試日產(chǎn)水約13 m3,產(chǎn)氣僅513 m3,為含氣水層,與電阻率比值法的評價結(jié)果吻合。

圖4 蘇里格氣田高電阻率水層電阻率比值法處理成果圖

圖5 蘇里格氣田單層不同侵入組合電阻率比值法處理成果圖

即使在同一個層內(nèi)沖洗帶電阻率與深電阻率曲線也會存在不同組合,如上部組合表明儲層含氣,下部組合卻表明儲層含水(見圖5)。電阻率比值法計算儲層視含水飽和度在36%～88%之間,呈現(xiàn)氣水同層特征,由于含水段厚度大于含氣段,綜合解釋為含氣水層。測試日產(chǎn)水約25 m3,產(chǎn)氣僅143 m3,為含氣水層,與評價結(jié)果吻合。

4 結(jié) 論

(1)儲層深電阻率與沖洗帶電阻率的侵入組合特征能夠有效識別蘇里格盒8、山1儲層的含水情況,可用于定性評價氣水層。

(2)使用電阻率比值法的計算結(jié)果定量評價低電阻率氣層,具有較好的氣水層識別效果,是值得推廣應(yīng)用的一種評價油氣水層的可靠方法。

(3)在實際應(yīng)用中也存在不吻合情況,可以看出,多數(shù)都是曲線質(zhì)量問題,表明沖洗帶電阻率儀器的穩(wěn)定性及測量精度還有待于進一步提高。繼續(xù)深入研究儲層沖洗帶電阻率及地層真電阻率的測量方法,提高其精度,是提升油氣水層解釋符合率的一個重要方向。