利用重構(gòu)中子曲線法評(píng)價(jià)渤海油田C區(qū)塊含礫砂巖儲(chǔ)層

李瑞娟,崔云江,熊鐳,陸云龍,王淼

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司,天津300452)

0 引 言

渤海油田主要儲(chǔ)層為古近系三角洲、扇三角洲砂體和新近系河流相砂體、淺水三角洲河道砂體,砂巖儲(chǔ)量占渤海油氣區(qū)總儲(chǔ)量的73.78%[1],因此,砂巖儲(chǔ)層的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)是保證渤海油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的決定性因素。渤海油田勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)入成熟階段,大批復(fù)雜斷塊油藏、巖性油藏等被發(fā)現(xiàn),其中發(fā)育較多低電阻率、低孔隙度滲透率儲(chǔ)層,尤其是扇三角洲沉積,近源堆積、儲(chǔ)層含礫及含泥,成巖作用強(qiáng),孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,常規(guī)曲線組合關(guān)系比較復(fù)雜,測(cè)井解釋難度大。

針對(duì)上述疑難儲(chǔ)層評(píng)價(jià),許多學(xué)者結(jié)合巖心及測(cè)井資料,從宏觀尺度、微觀尺度上進(jìn)行了深入的研究。張晉言等[2]提出通過(guò)建立核磁共振測(cè)井T2譜縱向和橫向轉(zhuǎn)換系數(shù)模型,擬合毛細(xì)管壓力曲線進(jìn)行儲(chǔ)層質(zhì)量評(píng)價(jià);劉偉等[3]利用電阻率成像資料,結(jié)合阿爾奇公式和灰度圖像處理方法,建立非均值特征譜,利用譜的特征參數(shù)如均值、均值系數(shù)、方差等進(jìn)行砂礫巖儲(chǔ)層分類(lèi),描述儲(chǔ)層的產(chǎn)能;李瑞娟等[4-5]利用電阻率成像資料和阿爾奇公式進(jìn)行孔隙頻譜的轉(zhuǎn)換,根據(jù)譜的形態(tài)定性描述儲(chǔ)層物性,并結(jié)合巖心化驗(yàn)資料,如核磁共振實(shí)驗(yàn)資料等進(jìn)行砂礫巖儲(chǔ)層下限定量確定。王培春等[6]利用巖性掃描測(cè)井計(jì)算復(fù)雜砂巖儲(chǔ)層骨架密度、孔隙度、飽和度;閆建平等[7]通過(guò)建立三維數(shù)字巖心模型,結(jié)合電阻率成像測(cè)井,建立“巖石結(jié)構(gòu)+電性下限”雙重條件限定有效儲(chǔ)層的思路等。這些方法往往對(duì)鉆井取心、核磁共振測(cè)井、成像測(cè)井、數(shù)字巖心技術(shù)等依賴大。

本文從常規(guī)測(cè)井資料出發(fā),提出了重構(gòu)含水純砂巖中子曲線的方法,并以渤海油田石臼坨凸起C區(qū)塊東三段巨厚含礫砂巖儲(chǔ)層為例,利用該方法進(jìn)行儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算、儲(chǔ)層分類(lèi)、產(chǎn)能估算等,在實(shí)際應(yīng)用中效果良好。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

渤海油田C區(qū)塊位于渤海中西部海域,石臼坨凸起西段石南一號(hào)大斷層下降盤(pán)陡坡帶,東南側(cè)緊鄰渤中凹陷西生油次洼,成藏位置非常有利。主力含油層段位于C1井區(qū)的東三段。該層段為扇三角洲沉積,發(fā)育巨厚砂巖、含礫砂巖儲(chǔ)層,礦物成分主要為石英、長(zhǎng)石、巖屑,粒間充填物為伊利石、高嶺石、次生加大石英和云母等;測(cè)井曲線呈齒狀箱型、漏斗形,具有中低孔隙度、中低滲透率的物性特征。根據(jù)巖心、壁心、巖屑以及測(cè)試等資料,C區(qū)塊東三段儲(chǔ)層存在巖性復(fù)雜,儲(chǔ)層橫向變化快,縱向和平面非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)。結(jié)合本文研究,認(rèn)為影響東三段儲(chǔ)層物性的主控因素為巖性,并將C1井東三段巨厚油層進(jìn)行了期次劃分。

2 中子曲線重構(gòu)方法

2.1 巖石體積模型

體積模型是測(cè)井評(píng)價(jià)過(guò)程中用到的經(jīng)典解釋模型[8],模型認(rèn)為測(cè)井響應(yīng)是由組成巖石的各種礦物及孔隙流體的測(cè)井響應(yīng)值和它們所占的體積比例的線性組合,由此解釋出巖性剖面和孔隙度、滲透率、飽和度參數(shù)。對(duì)于砂巖儲(chǔ)層來(lái)說(shuō),通常采用泥質(zhì)砂巖體積模型,認(rèn)為巖石由砂巖骨架、黏土和孔隙流體等組成,其中孔隙流體又包括黏土束縛水、毛細(xì)管束縛水、自由流體,三者體積之和為地層的總孔隙度,假設(shè)每種組成成分所占體積比例為Vi(i=1～5),則其響應(yīng)方程為

(1)

式中,ρ、φN、Δt分別為密度、中子、聲波的測(cè)井響應(yīng)值。結(jié)合每種礦物和流體的測(cè)井響應(yīng)值,可解釋出地層的巖性剖面和物性參數(shù)。

2.2 含水純砂巖中子曲線重構(gòu)

渤海油田鉆取過(guò)大量的泥巖巖心,巖心常規(guī)物性分析證實(shí)烘干后的泥巖骨架密度為2.65 g/cm3左右(見(jiàn)表1),與砂巖骨架相差不大,因此,可以近似認(rèn)為干黏土的骨架密度與砂巖的骨架密度相當(dāng)。砂巖骨架中石英和長(zhǎng)石的中子響應(yīng)值為-4%～-5%,油和水的中子響應(yīng)值約為100%,黏土礦物中伊利石、高嶺石、蒙脫石、綠泥石的中子響應(yīng)值依次為36%、40%、40%、52%,與砂巖骨架相差非常大。

鑒于砂泥巖地層密度和中子的這種響應(yīng)特征,假定測(cè)井響應(yīng)反映的是純砂巖的特征,依據(jù)純砂巖體積模型及密度曲線響應(yīng)方程、響應(yīng)值可以求出密度孔隙度,公式為

(2)

式中,φD為密度孔隙度,%;ρ為密度測(cè)井值,g/cm3;ρma為純砂巖密度值,選用2.65 g/cm3;ρfluid為地層流體密度值,選用1.00 g/cm3。

密度孔隙度反映純砂巖地層孔隙度,干泥巖骨架密度約為2.65 g/cm3,因此,該密度孔隙度其實(shí)是地層的總孔隙度。再結(jié)合純砂巖體積模型以及砂巖骨架中子響應(yīng)值(砂巖骨架響應(yīng)值取-5%),可以重構(gòu)純砂巖時(shí)的中子曲線φN,重構(gòu)

φN,重構(gòu)=φD-5

(3)

式中,φN,重構(gòu)為重構(gòu)的中子曲線,%;φD為密度孔隙度,%。

將重構(gòu)的中子曲線φN,重構(gòu)與實(shí)測(cè)的中子曲線φD進(jìn)行比較,兩者差別越大,說(shuō)明儲(chǔ)層含泥質(zhì)越重,物性越差;兩者差別越小,說(shuō)明儲(chǔ)層巖性越純,物性變好。結(jié)合代表地層總孔隙度的密度孔隙度φD曲線,3條曲線的組合可以指示儲(chǔ)層物性發(fā)育情況。

表1 渤海某油田巖心常規(guī)物性分析

圖1 實(shí)測(cè)中子曲線與重構(gòu)中子曲線交會(huì)特征圖

2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

以目標(biāo)區(qū)C1井和C2井東三段儲(chǔ)層為例,圖1中φD和φN,重構(gòu)2條曲線位于左邊第6道,兩者差值越大(圖1中的填充色越多),說(shuō)明地層含泥質(zhì)越重。圖1(a)中,C1井φD和φN,重構(gòu)差值較小,說(shuō)明C1井巖性較純,物性較好。測(cè)試證實(shí),C1井測(cè)試層產(chǎn)能較高,日產(chǎn)油量超過(guò)360 m3,目的層段地層壓力測(cè)試過(guò)程流暢[見(jiàn)圖1(a)左邊第2道];C2井雙中子差值較C1井變大,相同層位處地層壓力測(cè)試成功率降低,有近一半為干測(cè)試或超壓等[見(jiàn)圖1(b)左邊第2道],說(shuō)明儲(chǔ)層物性變差;C2井巖心全巖分析顯示取心段泥質(zhì)含量較高[見(jiàn)圖1(b)右邊第2道]。鑄體薄片照片顯示(見(jiàn)圖2),C1井2 979.00 m儲(chǔ)層碎屑顆粒分布較均勻,以粗砂為主,含部分礫石,孔徑范圍0.20～0.50 mm,巖石孔隙較好,連通性較好,C2井2 876.51 m儲(chǔ)層碎屑顆粒以細(xì)砂為主,斜長(zhǎng)石多已泥化,孔徑范圍0.02～0.2 mm,較C1井儲(chǔ)層物性變差,孔隙連通性變差,與φD和φN,重構(gòu)這2條曲線差值有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖2 目的層位典型儲(chǔ)層鑄體薄片

多種資料綜合分析證實(shí),對(duì)于泥質(zhì)砂巖地層來(lái)說(shuō),重構(gòu)中子曲線法的計(jì)算結(jié)果合理,方法得當(dāng),可以用來(lái)分析儲(chǔ)層的物性發(fā)育情況等。

3 儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)及產(chǎn)能預(yù)測(cè)

3.1 巖石物理相的劃分

通常采用劃分巖石物理相的方法來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)層研究[9-10],而測(cè)井曲線的形態(tài)特征是巖性與地層孔隙流體物理性質(zhì)的綜合反映。一般來(lái)說(shuō),同一沉積環(huán)境中某類(lèi)巖相的地層具有一組特定的測(cè)井參數(shù)值,包括測(cè)井響應(yīng)特征值和從測(cè)井資料提取的與巖性有關(guān)的信息。當(dāng)井的測(cè)井參數(shù)值相同時(shí),對(duì)應(yīng)于同一類(lèi)巖性地層的概率很大。因此,劃分巖相時(shí)首先需要找到對(duì)巖性敏感的測(cè)井曲線。

對(duì)于一般的砂泥巖地層,利用中子和密度曲線交會(huì)可以比較容易地劃分出砂巖和泥巖,但是對(duì)于含礫[11]地層,中子和密度的測(cè)井響應(yīng)將會(huì)變得復(fù)雜。礫石作為結(jié)構(gòu)支撐,且泥質(zhì)含量較低的含礫砂巖儲(chǔ)層表現(xiàn)為低密度、低中子,與純砂巖類(lèi)似,但儲(chǔ)層含礫后,孔隙結(jié)構(gòu)通常較純砂巖變差,此時(shí)的密度、中子曲線與純砂巖相比表現(xiàn)為密度值相應(yīng)偏高、中子值更低的現(xiàn)象,且隨著礫石含量的增高,這種現(xiàn)象更加明顯。而分選較差,砂、泥混雜的含礫砂巖儲(chǔ)層,則又表現(xiàn)為密度值偏高,但中子值也較高的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象使得難以識(shí)別巖性及儲(chǔ)層的物性發(fā)育情況。

C區(qū)塊有豐富的鉆井取心和旋轉(zhuǎn)井壁取心資料,根據(jù)巖心顯示,該區(qū)塊發(fā)育中粗砂巖、含礫砂巖、細(xì)砂巖、砂礫巖、礫巖和泥巖。根據(jù)上文,φD和φN,重構(gòu)的差值可以指示儲(chǔ)層的含泥質(zhì)情況,再結(jié)合取心段不同巖性所對(duì)應(yīng)的中子、密度曲線特征,采用聚類(lèi)分析的方法(見(jiàn)圖3)可以劃分出該區(qū)塊目的層段連續(xù)的巖石物理相,并轉(zhuǎn)化成巖相。從圖3可見(jiàn),φD和φN,重構(gòu)的差值對(duì)巖性較敏感,可以較好地幫助識(shí)別巖性。

圖3 聚類(lèi)分析法巖相分類(lèi)

圖4為測(cè)井方法劃分出的巖性與鉆井取心的巖心描述對(duì)比(圖4中第3道和第4道的顏色與模式和圖3一致,分別代表不同的巖石物理相和巖相),兩者基本一致,說(shuō)明巖性劃分的準(zhǔn)確性。

3.2 基于巖相劃分的滲透率計(jì)算

圖4 C2井聚類(lèi)分析法巖相劃分結(jié)果與鉆井取心巖性描述對(duì)比圖

根據(jù)C區(qū)塊各口井東三段雙中子差值的計(jì)算以及巖石物理相的劃分,認(rèn)為該套含礫砂巖平面上具有分帶性,垂向上具有分期性,由多期扇體疊置而成[12],其物性的主控因素為巖性,并據(jù)此將C區(qū)塊東三段巨厚含礫砂巖儲(chǔ)層劃分為5個(gè)期次,開(kāi)展沉積相微相研究,分析縱向物性差異原因。同時(shí),在巖相劃分的基礎(chǔ)上,建立不同巖相的測(cè)井特征識(shí)別庫(kù)。圖5中,從中粗砂巖到含礫砂巖、細(xì)砂巖,再到砂礫巖,地層壓力測(cè)試的流度值依次降低,巖心核磁共振實(shí)驗(yàn)T2譜曲線顯示其自由孔隙體積也依次降低,束縛水飽和度相應(yīng)升高。由此確定C區(qū)塊優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層為中粗砂巖,含礫砂巖和細(xì)砂巖為常規(guī)儲(chǔ)層,砂礫巖為界限層,礫巖缺乏巖心和測(cè)壓資料,但從測(cè)井響應(yīng)特征可知,其物性較砂礫巖更差,為致密層。巖相劃分與期次劃分相結(jié)合,為油田后期的油藏開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。

圖5 儲(chǔ)層分類(lèi)特征表

同時(shí),通過(guò)巖相劃分可以大大提高滲透率解釋精度。從目的層段的巖心孔隙度滲透率關(guān)系來(lái)看(見(jiàn)圖6),滲透率與孔隙度關(guān)系較好,似乎可以直接用該關(guān)系來(lái)評(píng)價(jià)滲透率,但是將這些巖心資料點(diǎn)按巖性投影后(見(jiàn)圖7),可以看到,不同巖性其孔隙度滲透率關(guān)系相差巨大。利用這些孔隙度滲透率關(guān)系,結(jié)合所劃出的巖相剖面,得到了高精度的滲透率曲線(見(jiàn)圖8)。圖8中右邊第1道為分相前后滲透率計(jì)算以及巖心分析滲透率,分相后計(jì)算的滲透率與巖心分析吻合更好。

圖6 C區(qū)塊巖心分析孔隙度滲透率交會(huì)圖 圖7 C區(qū)塊分巖性巖心分析孔隙度滲透率交會(huì)圖

圖8 C1井分相前后滲透率計(jì)算以及與巖心分析滲透率對(duì)比

3.3 儲(chǔ)層產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法及實(shí)例

φN,重構(gòu)、φD、φD這3條曲線結(jié)合可以指示儲(chǔ)層物性發(fā)育情況,而物性好壞直接影響產(chǎn)能。為了使φN,重構(gòu)、φD、φD這3條曲線能定量指示產(chǎn)能,定義了孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)M,其表達(dá)式為

M=φD-(φN-φN,重構(gòu))

(4)

當(dāng)(φN-φN,重構(gòu))值較小或?yàn)?時(shí),說(shuō)明儲(chǔ)層巖性較純,此時(shí)φD越大,說(shuō)明地層孔隙度越大,物性越好,反之,φD變小,物性要相應(yīng)變差;當(dāng)(φN-φN,重構(gòu))值較大時(shí),說(shuō)明儲(chǔ)層含泥質(zhì)較重,物性較差。為了得到孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)M值與產(chǎn)能的定量關(guān)系,統(tǒng)計(jì)了C區(qū)塊及石臼坨凸起周邊幾個(gè)油品相似的測(cè)試層的每米采油指數(shù)與M的關(guān)系,兩者呈現(xiàn)比較良好的指數(shù)關(guān)系(見(jiàn)圖9),說(shuō)明該條孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)曲線可以較好指示產(chǎn)能。

圖9 C區(qū)塊及周邊油田測(cè)試層的孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)M與比采指數(shù)關(guān)系圖

應(yīng)用實(shí)例1:以石臼坨凸起東段Q區(qū)塊Q3井為例(見(jiàn)圖10),上下2個(gè)測(cè)試層從測(cè)井曲線上看,密度測(cè)井值相差不大,即φD相差不大,DST2測(cè)試層(φN-φN,重構(gòu))值較大,說(shuō)明該層段黏土含量較高,物性較差,測(cè)試證實(shí)為干層;而DST1測(cè)試層(φN-φN,重構(gòu))值較小,說(shuō)明儲(chǔ)層巖性較純,物性相應(yīng)變好,測(cè)試證實(shí)該層具有一定產(chǎn)能。

圖10 Q區(qū)塊Q3井2個(gè)測(cè)試層測(cè)井特征對(duì)比圖 圖11 C區(qū)塊C1井2個(gè)測(cè)試層測(cè)井特征對(duì)比圖

應(yīng)用實(shí)例2:以C區(qū)塊C1井為例(見(jiàn)圖11),上下2個(gè)測(cè)試層(φN-φN,重構(gòu))值均較小,接近于0,說(shuō)明2個(gè)層段巖性都較純,此時(shí),DST2測(cè)試層密度值較小,即φD較大,說(shuō)明儲(chǔ)層的總孔隙度較大,而DST1測(cè)試層φD則較小,由此說(shuō)明DST2測(cè)試層物性相對(duì)較好,測(cè)試證實(shí)DST2層較DST1層比采指數(shù)明顯偏高。

4 結(jié) 論

(1)根據(jù)砂巖骨架和黏土礦物中子響應(yīng)的差異,提出了利用體積模型重構(gòu)的純砂巖中子曲線的方法,重構(gòu)的中子曲線能夠直觀指示儲(chǔ)層泥質(zhì)及雜基含量的高低,為儲(chǔ)層滲透性評(píng)價(jià)提供了重要的依據(jù)。

(2)重構(gòu)的純砂巖中子曲線與密度曲線及實(shí)測(cè)中子曲線的結(jié)合,提高了測(cè)井巖相劃分及滲透率解釋的精度,并在產(chǎn)能預(yù)測(cè)方面見(jiàn)到良好的應(yīng)用效果。該方法提高了常規(guī)測(cè)井曲線對(duì)含礫砂巖儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)能力,在渤海含礫砂巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中見(jiàn)到很好的應(yīng)用效果。