大港探區(qū)二疊系碎屑巖儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)

丁娛嬌,李嘉寧,李俊國(guó),朱偉峰,趙同澤

(1.大港油田分公司勘探開發(fā)研究院,天津300280;2.江南大學(xué)商學(xué)院工業(yè)工程系,江蘇無(wú)錫214073)

0 引 言

圖1 巖心孔隙度滲透率交會(huì)圖以及核磁共振T2譜圖

大港油田潛山勘探自1964年在G1井奧陶系試油獲工業(yè)油氣流以來(lái),一直以?shī)W陶系為主要勘探目的層系。時(shí)隔50年后,大港油田潛山勘探層系由奧陶系向石炭-二疊系、中生界轉(zhuǎn)變,并在多口井中喜獲高產(chǎn)油氣流,標(biāo)志大港油田潛山勘探在多層系、多巖性內(nèi)幕復(fù)式油氣藏立體勘探中取得重大突破。大港探區(qū)中生界-上古生界發(fā)育碎屑巖、火成巖、碳酸鹽巖3大儲(chǔ)集巖類,3大類儲(chǔ)集層與泥巖、煤層等蓋層相匹配,形成8套儲(chǔ)蓋組合,其中1套火成巖儲(chǔ)層主要分布在侏羅系,4套碳酸鹽巖儲(chǔ)層分別分布在白堊系、石炭系和奧陶系,3套碎屑巖儲(chǔ)層分布在二疊系和中生界。中生界碎屑巖儲(chǔ)層以中-低孔隙度滲透率儲(chǔ)層為主,其測(cè)井配套評(píng)價(jià)技術(shù)相對(duì)比較成熟[1-3]。二疊系碎屑巖儲(chǔ)層砂巖巖性,在大港探區(qū)北區(qū)以長(zhǎng)石砂巖為主,在南區(qū)以石英砂巖為主;在儲(chǔ)層物性方面,均表現(xiàn)為儲(chǔ)集空間類型復(fù)雜,通過(guò)對(duì)二疊系儲(chǔ)層巖心CT掃描、薄片分析發(fā)現(xiàn),二疊系碎屑巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間由孔隙、微裂縫共同構(gòu)成,不同儲(chǔ)層孔隙、微裂縫發(fā)育程度存在明顯差異,使得有效儲(chǔ)層識(shí)別和流體評(píng)價(jià)難度加大;以往的低孔隙度滲透率儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法在二疊系碎屑巖儲(chǔ)層有效性和流體評(píng)價(jià)方面已經(jīng)失效,應(yīng)用常規(guī)方法很難確定有效儲(chǔ)層物性下限和含油氣電阻率下限值,急需建立一套針對(duì)大港探區(qū)二疊系碎屑巖儲(chǔ)層特征的測(cè)井綜合評(píng)價(jià)技術(shù)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),有效儲(chǔ)集空間類型識(shí)別是該類儲(chǔ)層成功評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。為有效評(píng)價(jià)該類儲(chǔ)層,本文在大量巖心分析基礎(chǔ)之上,提出了利用核磁共振測(cè)井與微電阻率掃描測(cè)井相結(jié)合的儲(chǔ)集空間類型識(shí)別方法,在有效儲(chǔ)集空間類型判別基礎(chǔ)之上,建立了基于儲(chǔ)集空間類型的物性參數(shù)計(jì)算、儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)和流體性質(zhì)評(píng)價(jià)方法。該方法在大港探區(qū)各大潛山全面推廣應(yīng)用,基本解決了制約二疊系碎屑巖潛山油氣層識(shí)別成功率的難題,為大港探區(qū)二疊系碎屑巖潛山勘探提供有力技術(shù)支撐。

1 基于儲(chǔ)集空間類型的儲(chǔ)層物性和有效性評(píng)價(jià)

通過(guò)CT掃描、鑄體薄片觀察與分析發(fā)現(xiàn),大港探區(qū)二疊系碎屑巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型整體上都是次生成因?yàn)橹?包括溶蝕孔、粒間孔以及微裂縫,但是不同井溶蝕孔隙和微裂縫發(fā)育程度存在明顯差異,儲(chǔ)層整體表現(xiàn)為低孔隙度滲透率-超低孔隙度滲透率儲(chǔ)層特征,孔隙度-滲透率相關(guān)性非常差。圖1(a)展示了3口取心井實(shí)驗(yàn)室?guī)r心分析孔隙度—滲透率交會(huì)圖,可見,整體上孔隙度—滲透率相關(guān)性非常差,相同孔隙度的巖心其滲透率可能相差4個(gè)數(shù)量級(jí)以上,但整體能夠看出隨著孔隙度增加滲透性增加的趨勢(shì),在不考慮其他因素情況下,利用孔隙度來(lái)計(jì)算滲透率誤差將會(huì)非常大。通過(guò)各種巖心測(cè)量資料對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),影響滲透率的關(guān)鍵因素為總孔隙度、孔徑尺寸和微裂縫。圖1(b)展示了不同巖樣核磁共振T2譜對(duì)比情況:相同孔徑尺寸情況下,隨著總孔隙度增加,滲透率增加;相同孔隙度情況下,孔徑尺寸越大,滲透性越好,微裂縫的存在可以有效改善儲(chǔ)層滲透性。通過(guò)巖心分析發(fā)現(xiàn),大港探區(qū)二疊系碎屑巖儲(chǔ)層,儲(chǔ)集空間類型大致可以歸為以下幾類:小孔徑儲(chǔ)層,巖石非常致密,微裂縫基本不發(fā)育;裂縫-孔隙型儲(chǔ)層,溶蝕孔隙發(fā)育,孔徑相對(duì)較大,同時(shí)發(fā)育一定微裂縫,但是由于較大孔徑的溶蝕孔隙發(fā)育,微裂縫的滲透性改造作用體現(xiàn)不明顯;孔隙-縫型儲(chǔ)層,溶蝕孔隙不發(fā)育,裂縫非常發(fā)育,儲(chǔ)層滲透性貢獻(xiàn)主要來(lái)源于裂縫。

1.1 核磁共振與微電阻率掃描成像測(cè)井相結(jié)合的儲(chǔ)集空間類型評(píng)價(jià)

儲(chǔ)層滲透性好壞與儲(chǔ)集空間類型關(guān)系密切,有效儲(chǔ)集空間類型評(píng)價(jià)對(duì)儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)至關(guān)重要。核磁共振測(cè)井能夠進(jìn)行儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分析[4],微電阻率掃描成像圖像能夠直觀顯示儲(chǔ)集空間類型[5]。將核磁共振孔徑分布與微電阻率掃描成像視孔隙頻譜分析相結(jié)合,可以進(jìn)行儲(chǔ)集空間類型的評(píng)價(jià)。

圖2 不同類型儲(chǔ)集空間儲(chǔ)層視孔隙頻譜響應(yīng)特征圖

圖2是通過(guò)研究建立的大港探區(qū)二疊系碎屑巖儲(chǔ)層不同儲(chǔ)集空間類型典型響應(yīng)圖譜。第1類是以小孔徑為主的小孔徑孔隙型儲(chǔ)層。該類儲(chǔ)層在核磁共振孔徑分布圖上表現(xiàn)為孔徑尺寸分布變窄,幅度較高,主要占據(jù)小孔徑尺寸位置;在微電阻率掃描成像視孔隙頻譜圖上表現(xiàn)為視孔隙頻譜分布相對(duì)比較集中,分布范圍變窄,幅度較高,位置相對(duì)靠左,視孔隙均值和方差均表現(xiàn)為相對(duì)低值。該類儲(chǔ)層物性差,儲(chǔ)層產(chǎn)能低。第2類是大孔徑發(fā)育以及可能發(fā)育部分微裂縫的裂縫-孔隙型儲(chǔ)層。該類儲(chǔ)層在核磁共振孔徑分布圖上表現(xiàn)為孔徑尺寸分布曲線展布比較寬,幅度較高;在微電阻率掃描成像視孔隙頻譜圖上表現(xiàn)為視孔隙頻譜分布分散且范圍較寬,幅度相對(duì)平緩,位置相對(duì)靠右,視孔隙均值和方差均表現(xiàn)為相對(duì)高值。該類儲(chǔ)層各種孔徑尺寸均發(fā)育,孔隙連通性好,儲(chǔ)層產(chǎn)能較高。第3類是孔隙不發(fā)育、微裂縫發(fā)育的孔隙-裂縫型儲(chǔ)層。該類儲(chǔ)層在核磁共振孔徑分布圖上表現(xiàn)為孔徑尺寸分布較寬,幅度平緩;在微電阻率掃描成像視孔隙頻譜圖上,表現(xiàn)為視孔隙頻譜分布相對(duì)比較集中,分布范圍變窄,幅度較高,位置相對(duì)靠左,視孔隙均值和方差均表現(xiàn)為相對(duì)低值。該類儲(chǔ)層物性差,儲(chǔ)層產(chǎn)能受裂縫發(fā)育程度控制:裂縫發(fā)育程度高,產(chǎn)能高;裂縫發(fā)育程度低,產(chǎn)能低。

1.2 基于儲(chǔ)集空間類型的滲透率定量評(píng)價(jià)

由前文孔隙度—滲透率關(guān)系圖可知,大港探區(qū)二疊系碎屑巖儲(chǔ)層孔隙度滲透率關(guān)系復(fù)雜,滲透率受儲(chǔ)層孔隙度、孔徑尺寸、微裂縫等綜合因素控制,在進(jìn)行儲(chǔ)層滲透性評(píng)價(jià)時(shí)必須綜合考慮上述因素的影響。為準(zhǔn)確進(jìn)行儲(chǔ)層滲透性評(píng)價(jià),建立了基于儲(chǔ)集空間類型分類的滲透率計(jì)算模型:基于巖心分析、核磁共振測(cè)井以及微電阻率掃描成像測(cè)井將儲(chǔ)層分為小孔徑尺寸孔隙型、裂縫-孔隙型和裂縫型3類,利用核磁共振測(cè)井束縛水飽和度來(lái)定性表征大、小孔徑尺寸發(fā)育程度,建立基于儲(chǔ)集空間類型、孔隙度與束縛水飽和度聯(lián)合的滲透率解釋模型(見圖3)。

1.3 多譜合一的儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)

圖3 基于孔隙度、束縛水飽和度聯(lián)合的滲透率解釋模型

對(duì)于復(fù)雜的巖性和儲(chǔ)集空間類型,利用常規(guī)測(cè)井難以有效評(píng)價(jià)大港探區(qū)二疊系碎屑巖儲(chǔ)層有效性。由前文分析可知,核磁共振測(cè)井提供的孔徑分布譜和微電阻率掃描成像測(cè)井提供的視孔隙分布譜,可以有效描述儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型和聯(lián)通性,但是根據(jù)T2譜以及視孔隙度分布譜主要是從直觀形態(tài)上來(lái)識(shí)別儲(chǔ)集空間類型。為得到一個(gè)儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),將二維圖形一維曲線化。通過(guò)綜合分析,在核磁共振測(cè)井中提取反映儲(chǔ)層物性的有效孔隙度、可動(dòng)流體體積;在微電阻率掃描成像測(cè)井中提取反映儲(chǔ)集空間類型的視孔隙譜的均值和方差。參考石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),將儲(chǔ)層按產(chǎn)能分為高產(chǎn)(15 m3及以上)、中產(chǎn)(5～15 m3)、低產(chǎn)(1～5 m3)、特低產(chǎn)(1 m3以下)。根據(jù)試油成果,統(tǒng)計(jì)不同產(chǎn)能級(jí)別儲(chǔ)層上述各參數(shù)的分布范圍,將核磁共振測(cè)井與微電阻率掃描成像測(cè)井相結(jié)合進(jìn)行儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)。圖4為基于核磁共振測(cè)井T2譜和微電阻率掃描成像視孔隙度譜得到的儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)圖版。圖4(a)為核磁共振T2譜提取的有效孔隙度—可動(dòng)流體孔隙交會(huì)圖,圖4(b)為微電阻率掃描成像視孔隙度譜提取的均值和方差交匯圖。可見不同差能級(jí)別的各種類型儲(chǔ)層在圖版中分布區(qū)域存在明顯差異,利用圖版可以較好地進(jìn)行儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià),2個(gè)圖版可以單獨(dú)應(yīng)用也可以組合綜合評(píng)價(jià)。

圖4 核磁共振T2譜與+視孔隙度譜組合的儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)圖版

圖5 大港探區(qū)二疊系碎屑巖儲(chǔ)層地層因素—孔隙度、電阻率增大率—飽和度關(guān)系圖

2 流體性質(zhì)評(píng)價(jià)

2.1 飽和度定量評(píng)價(jià)

為解決大港探區(qū)二疊系碎屑巖儲(chǔ)層含油飽和度定量評(píng)價(jià)問題,在大量巖電實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,分析了阿爾奇公式在大港探區(qū)二疊系碎屑巖儲(chǔ)層中的適應(yīng)性。阿爾奇公式由計(jì)算油氣飽和度的油氣層巖石電阻增大率與含水飽和度的關(guān)系、計(jì)算油氣層巖石電阻率背景值的地層因素與巖石孔隙度的關(guān)系2部分組成,故阿爾奇公式的適應(yīng)性分析,可轉(zhuǎn)化為地層因素與孔隙度關(guān)系的適應(yīng)性分析和巖石電阻增大率與含水飽和度關(guān)系的適應(yīng)性分析。圖5為大港探區(qū)二疊系碎屑巖儲(chǔ)層不同儲(chǔ)集空間類型的巖心地層因素—孔隙度、電阻增大率—飽和度交會(huì)圖,可見其地層因素與孔隙度的關(guān)系,電阻增大率與飽和度的關(guān)系均遵從阿爾奇公式的基本關(guān)系式,故仍然可以選用阿爾奇公式來(lái)評(píng)價(jià)飽和度;但是不同儲(chǔ)集空間類型儲(chǔ)層阿爾奇公式的m、n參數(shù)變化非常明顯,必須選擇根據(jù)儲(chǔ)層變化連續(xù)可變m、n參數(shù)的阿爾奇公式來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層飽和度。

要獲得連續(xù)可變的m、n參數(shù),需建立m、n參數(shù)與其他可利用測(cè)井資料獲得的儲(chǔ)層特征參數(shù)之間的關(guān)系式,為此首先確定影響m、n值變化的主控因素。通過(guò)進(jìn)一步的巖石物理實(shí)驗(yàn)分析,發(fā)現(xiàn)m、n值的主要影響因素為巖性和物性。圖6展示了不同儲(chǔ)集空間類型單塊巖心m、n值與儲(chǔ)層物性參數(shù)的關(guān)系圖,其中圖6(a)為m與孔隙度關(guān)系圖,可見小孔徑孔隙型砂巖單塊巖樣的m值分布范圍在1.44～1.67,m值相對(duì)比較固定,與孔隙度滲透率關(guān)系不明顯;大孔徑裂縫-孔隙型受儲(chǔ)層孔隙控制作用明顯,隨著孔隙度增加,m值增大。圖6(b)為n與孔隙度滲透率乘積關(guān)系圖,可見n值受孔隙度、滲透率綜合影響,隨著孔隙度滲透率乘積增加,n值降低,不同儲(chǔ)集空間類型砂巖n值變化趨勢(shì)一致。針對(duì)不同儲(chǔ)集空間類型m、n值的主控因素,分儲(chǔ)集空間類型建立m、n值與主控因素的關(guān)系式,即可以得到隨儲(chǔ)層物性變化的m、n參數(shù)值。

圖6 m、n參數(shù)與孔隙度、滲透率關(guān)系圖

2.2 流體性質(zhì)評(píng)價(jià)

2.2.1分區(qū)域流體識(shí)別圖版

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),大港探區(qū)不同潛山二疊系碎屑巖儲(chǔ)層石英、長(zhǎng)石含量變化很大,含油性在測(cè)井信息上的響應(yīng)特征也存在明顯差異,需針對(duì)不同潛山建立響應(yīng)的流體性質(zhì)識(shí)別圖版。圖7(a)為G潛山二疊系碎屑巖儲(chǔ)層聲波—電阻率交會(huì)流體識(shí)別圖版,可見典型水層電阻率低于20 Ω·m,典型油層電阻率高于40 Ω·m,電阻率在20～40 Ω·m之間時(shí),油水關(guān)系混亂。該區(qū)巖性粗細(xì)對(duì)油層電性影響明顯,巖性越細(xì),泥質(zhì)增加,油層電阻率降低,為明確巖性影響,建立電阻率—自然伽馬交會(huì)圖[見圖7(b)],可有效區(qū)分電阻率在20～40 Ω·m之間的油水關(guān)系。針對(duì)該區(qū)流體性質(zhì),首先利用電阻率—聲波交會(huì)圖識(shí)別典型油、水層,在此基礎(chǔ)之上,應(yīng)用電阻率—自然伽馬交會(huì)圖區(qū)分油層和油水同層。

圖7 G潛山二疊系碎屑巖儲(chǔ)層流體識(shí)別圖版

圖8(a)為W潛山幾口井二疊系碎屑巖試油層與鄰近泥巖的自然伽馬—電阻率交會(huì)圖,顯示不同井泥巖電阻率基線存在明顯差異,泥巖電阻率低的井其儲(chǔ)層電阻率也明顯降低,從而影響電阻率對(duì)流體性質(zhì)的判別。為消除泥巖電阻率基線對(duì)儲(chǔ)層電阻率數(shù)值的影響,建立了儲(chǔ)層電阻率與泥巖基線電阻率比值曲線與聲波時(shí)差交會(huì)圖版[見圖8(b)],有效區(qū)分流體性質(zhì)。

圖8 W潛山二疊系碎屑巖儲(chǔ)層流體識(shí)別圖版

2.2.2核磁共振測(cè)井流體性質(zhì)評(píng)價(jià)

圖9(a)為實(shí)驗(yàn)室核磁共振測(cè)量檢測(cè)到的富含油巖心與飽和水巖心核磁共振標(biāo)準(zhǔn)T2譜對(duì)比圖,可見富含油巖心T2譜在長(zhǎng)T2譜部分的幅度明顯比飽和水巖心要高,且隨著含油飽和度增加,其長(zhǎng)T2譜幅度增加。圖9(b)為試油油氣層與水層核磁共振測(cè)井對(duì)比圖。由油、水層標(biāo)準(zhǔn)T2譜對(duì)比可見,油氣層、 水層標(biāo)準(zhǔn)T2譜差異明顯, 油氣層標(biāo)準(zhǔn)T2譜分布范圍廣,幅度變化平緩,水層T2譜右邊界相對(duì)于油層明顯靠左,其可動(dòng)流體峰以窄范圍正態(tài)分布為主,T2譜幅度較高。由于為輕質(zhì)油氣層,在長(zhǎng)回波間隔T2譜上,油氣、水層均表現(xiàn)為明顯前移現(xiàn)象,但是移完后,油氣層T2譜位置相對(duì)于水層還是要靠后一些。根據(jù)核磁共振測(cè)井油氣、水層標(biāo)準(zhǔn)T2譜響應(yīng)特征差異以及長(zhǎng)回波間隔T2譜移動(dòng)程度差異,可以有效識(shí)別二疊系碎屑巖儲(chǔ)層流體性質(zhì)。

圖9 二疊系碎屑巖儲(chǔ)層油氣、水層核磁共振測(cè)量響應(yīng)特征

3 應(yīng)用效果分析

二疊系碎屑巖潛山測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)在大港探區(qū)得到全面推廣應(yīng)用,新井油氣層解釋符合率達(dá)到84.6%,為大港油田潛山勘探提供了良好的技術(shù)支撐。

圖10為潛山預(yù)探井Y1井二疊系下石盒子組下段綜合評(píng)價(jià)成果圖,該井測(cè)井系列為常規(guī)測(cè)井+核磁共振測(cè)井,由巖性識(shí)別圖版上可見,該井段為純砂巖儲(chǔ)層;從核磁共振孔隙結(jié)構(gòu)分布來(lái)看,該層段微裂縫發(fā)育,應(yīng)用基于核磁共振測(cè)井的儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)圖版,可見該段181、182號(hào)層以Ⅰ、Ⅱ類孔隙-裂縫型儲(chǔ)層為主;從流體性質(zhì)評(píng)價(jià)圖版可見,181、182在圖版上的區(qū)域?yàn)榈湫陀蜌鈱语@示特征。綜合評(píng)價(jià)181、182號(hào)層為氣層,對(duì)4 959.4～4 987.7 m層段試油,壓后6 mm油嘴放噴,日產(chǎn)油30.2 m3,日產(chǎn)氣80 121 m3。

圖10 Y1井下石盒子下段綜合評(píng)價(jià)成果圖

4 結(jié) 論

(1)針對(duì)大港探區(qū)二疊系碎屑巖潛山因巖性、儲(chǔ)集空間類型復(fù)雜所引起的儲(chǔ)層有效性和含油性評(píng)價(jià)難題,建立了以核磁共振測(cè)井+微電阻率掃描成像測(cè)井為核心的儲(chǔ)集空間類型評(píng)價(jià)方法,在儲(chǔ)集空間類型劃分基礎(chǔ)之上,多方法結(jié)合,建立大港探區(qū)二疊系碎屑巖儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)和流體識(shí)別方法。

(2)有效解決了制約大港探區(qū)二疊系碎屑巖儲(chǔ)層油氣層識(shí)別成功率的物性、流體性質(zhì)等方面的瓶頸問題,為二疊系碎屑巖潛山勘探提供了技術(shù)支撐。

(3)對(duì)大港探區(qū)二疊系碎屑巖潛山儲(chǔ)層特征深入研究所形成的復(fù)雜儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)技術(shù)思路可以推廣應(yīng)用到其他潛山,具體方法和標(biāo)準(zhǔn)有待于進(jìn)一步完善。