新一代油基鉆井液電成像測井在庫車坳陷低孔砂巖儲集層評價中的應(yīng)用

趙元良,葛盛權(quán),韓闖,莫靜,帥士辰,魏國,潘峰

(1.中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院,新疆庫爾勒841000;2.斯倫貝謝中國公司,四川成都610500;3.斯倫貝謝中國公司,北京100020)

0 引 言

針對深層低孔隙度低滲透率砂巖儲層,裂縫不僅是油氣儲集空間,還可以改善儲層的滲透性[1]。不同類型的裂縫對致密砂巖儲層的意義不同,識別評價不同類型的裂縫對塔里木低孔隙度砂巖儲層的研究至關(guān)重要。應(yīng)用常規(guī)測井資料分析為最早期的方法,受限于其分辨率,不易區(qū)分鉆井誘導(dǎo)縫與天然裂縫[2-3]。隨著技術(shù)的發(fā)展,利用成像測井圖像進(jìn)行裂縫識別成為主流,其不僅可提高裂縫識別的準(zhǔn)確性,還使裂縫更為直觀[4]。水基鉆井液條件下以微電阻率成像測井FMI為代表,油基鉆井液條件下以油基鉆井液成像OBMI為主。此外,對于深層致密裂縫性砂巖儲層,聲波成像測井也通常被用來識別裂縫。

塔里木庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶構(gòu)造復(fù)雜、斷裂發(fā)育,目的層白堊系巴什基奇克組砂巖上覆地層發(fā)育膏鹽層,為保護(hù)油氣層,防止地層發(fā)生膨脹,克深氣田實(shí)施了油基鉆井液的規(guī)模化應(yīng)用,且一般均為5.875 in的小井眼[4]。在油基鉆井液條件下,常用水基鉆井液條件下使用的電成像測井無法使用,如FMI。油基鉆井液電成像測井OBMI由于受其分辨率限制,多對地層界面較為敏感,對張開縫識別具有難度。聲波成像測井通常被用來識別張開縫,但也受其分辨率限制,通常僅對較大的主裂縫有響應(yīng),而相對小規(guī)模的裂縫響應(yīng)具有局限性,且無法進(jìn)行地層傾角提取。此外,對于異常高壓和強(qiáng)擠壓條件下的庫車前陸盆地,地應(yīng)力常造成地層電阻率曲線值異常增大,水層以高電阻率氣層的假象出現(xiàn),導(dǎo)致利用電阻率測井資料識別儲層流體性質(zhì)存在多解性[5-6]。而地層傾角對地應(yīng)力的計(jì)算有影響,當(dāng)?shù)貙觾A角較小時影響較小,地層傾角較大時影響較大[7]。因此,高陡地層的識別對儲層評價中的電阻率校正具有重要意義。

具高分辨率及高覆蓋率的新一代油基鉆井液電成像測井(NGI)在提高油基鉆井液條件下成像質(zhì)量的需求中應(yīng)運(yùn)而生。NGI數(shù)據(jù)經(jīng)過反演處理后,可以得到比以往的油基鉆井液成像測井OBMI更高清晰,信噪比更高的圖像。這種高分辨率圖像可用于構(gòu)造識別,如高陡地層、斷層及不整合;地層沉積特征識別,如交錯層理、生物擾動、碎屑和沖刷面等;裂縫識別,如天然裂縫和鉆井誘導(dǎo)縫,并可區(qū)分閉合縫和張開縫。在塔里木庫車坳陷低孔砂巖儲層評價中,新一代油基鉆井液電成像測井NGI在高陡地層及張開縫的精細(xì)識別中得到了很好應(yīng)用。

1 新一代油基鉆井液電成像測井儀及解釋原理

新一代油基鉆井液成像測井儀器技術(shù)革新主要體現(xiàn)于4個方面。①該儀器具8個極板,每個極板上有一排24個紐扣電極,共192個電極,紐扣電極縱向分辨率為0.24 in(FMI縱向分辨率為0.2 in),橫向分辨率為0.13 in,相較于其他油基鉆井液成像測井,該儀器具有高分辨率及高覆蓋率特征,在8 in的井眼中其方位覆蓋率達(dá)98%,在5.875 in的井眼中其方位覆蓋率可達(dá)90%。②由于油基鉆井液不導(dǎo)電,故在油基鉆井液井況下提高地層信號非常關(guān)鍵。新一代油基鉆井液成像測井儀器增加了聚焦電極,并采用了雙頻發(fā)射,高頻可達(dá)幾十MHz,使得電流集中發(fā)射進(jìn)入地層,很大程度上提高了地層信號,降低了干擾信號。③新一代油基鉆井液成像測井儀器的8個極板分為上下2組,上面一組4個極板與下面一組4個極板交錯45°布置。每塊極板都是完全獨(dú)立活動,靠彈簧臂推靠井壁,可以圍繞軸線左右擺動15°,也可前后角度活動,這種機(jī)械設(shè)計(jì)方式使儀器不僅可進(jìn)行上測,還實(shí)現(xiàn)了下測功能,降低測量過程中卡鉆的情況。④新一代油基鉆井液成像測井儀器的電阻率測量范圍為0.2～20 000 Ω·m,明顯增強(qiáng)對高電阻率地層的適應(yīng)性。

新一代油基鉆井液成像測井儀器NGI通過紐扣電極發(fā)射高低2種頻率的交流電流,其中高頻信號更有利于穿過油基鉆井液到達(dá)地層,獲得地層信號,提高信噪比。NGI的紐扣電極實(shí)際測量的為井周阻抗信息,經(jīng)過反演處理后,可將阻抗信息反演為地層電阻率信息,得到高分辨率地層電阻率靜態(tài)圖像、動態(tài)圖像及電極與井壁地層間隙圖像。

通過高分辨率反演圖像,可準(zhǔn)確區(qū)分閉合縫與張開縫。高分辨率反演電阻率圖像反應(yīng)了井周地層電阻率的高低,亮色即代表高阻特征,暗色即代表低阻特征。油基鉆井液中,高阻亮色裂縫具多解性,其可能是對高電阻率礦物閉合縫的響應(yīng),還可能是對油基鉆井液條件下張開縫的響應(yīng)。而通過NGI反演的電極與井壁地層間隙圖像即可將高電阻率礦物閉合縫與張開縫區(qū)分開,從而提取有效的張開縫。圖1為電極與井壁地層間隙圖像區(qū)分張開縫的原理示意圖。若張開縫為有效縫,通常被油基鉆井液充填,在電阻率圖像上多為高阻亮色裂縫特征,而電極與井壁之間的間隙增大,在反演的電極與井壁地層間隙圖像上顯示暗色特征,反之則為閉合縫,并經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),井漏段可常見張開縫發(fā)育。

圖1 NGI識別張開縫原理示意圖

2 裂縫精細(xì)識別

2.1 裂縫識別與巖心對比

克深氣田KSA井取心資料也證實(shí)了NGI區(qū)分閉合縫與半張開縫準(zhǔn)確性。NGI電阻率圖像顯示3條裂縫均為高電阻率亮色裂縫,而1號及2號縫電極與井壁地層間間隙非常小,為高電阻率礦物閉合縫,巖心顯示為方解石閉合縫;3號縫電極與井壁地層間隙顯示局部較大,表明該裂縫具部分有效空間,識別為半張開縫,巖心顯示為方解石半張開縫(見圖2)。

圖2 KSA井NGI圖像裂縫識別與巖心刻度

2.2 裂縫識別與聲波成像對比

克深氣田KSB井同時測量了新一代油基鉆井液成像NGI和聲波成像,其目的在于對比2種測井方法在油基鉆井液條件下的圖像特征及裂縫識別。井周超聲波成像測井儀的成像原理是井徑規(guī)則且儀器最好為居中測量。但是實(shí)際的井壁多為凹凸不平的,常可見橢圓井眼或井壁崩落。受井眼條件影響,測井時也可能出現(xiàn)儀器偏心的情況,進(jìn)而導(dǎo)致聲波信號在鉆井液中傳播時間因方位而異,在成像測井圖上呈現(xiàn)假象。也有可能在局部井段儀器受掛卡影響,部分或全部反射聲波不能被傳感器所接收,圖像質(zhì)量差,造成井周地質(zhì)構(gòu)造識別困難[1,8]。而NGI具縱向0.24 in的分辨率,獨(dú)立活動的8個極板使其對復(fù)雜井況適應(yīng)性更強(qiáng)。圖3為在同一深度NGI與聲波成像的圖像對比。對比結(jié)果顯示在上段,NGI圖像上地層界面及沉積構(gòu)造清晰,且見2條具微位移的有效小斷層;而聲波成像在受井壁崩落影響及分辨率影響,幅度圖像上呈現(xiàn)縱向上帶狀暗色特征的假象,且很難識別出底部發(fā)育的2條有效小斷層。下段在聲波成像圖像上受掛卡及分辨率影響,導(dǎo)致圖像基本無裂縫響應(yīng)特征或僅對較大裂縫有響應(yīng),不能將裂縫信息完全體現(xiàn)出來,而NGI的上測及下測功能明顯完善了油基鉆井液條件下其他成像圖像質(zhì)量,高分辨率可使其直觀地揭示出較大裂縫及其伴生小裂縫發(fā)育特征,并可進(jìn)一步準(zhǔn)確區(qū)分閉合縫與張開縫。

圖3 KSB井NGI圖像與聲波成像裂縫識別對比

圖4 KSC井OBMI圖像與KSD井NGI圖像特征對比

2.2 裂縫識別與OBMI對比

單支OBMI儀器為4個極板,覆蓋率低,現(xiàn)場一般采用2支串聯(lián)測量,正常情況下井眼覆蓋率可以提高1倍,達(dá)到64%(8 in井眼)。通過多井的應(yīng)用對比研究,發(fā)現(xiàn)OBMI儀器對高角度裂縫不敏感,對地層層理特征較敏感[4]。圖4左為KSC井OBMI圖像,受其圖像覆蓋率及分辨率限制,對裂縫的識別能力較差,無法判斷裂縫是否有效[4]。圖4右為塔里木油田在KSD井使用的新一代油基鉆井液成像測井NGI,不僅裂縫及小斷層特征非常清晰,對地層界面及薄層顯示也非常直觀。

3 在地層產(chǎn)狀分析中的應(yīng)用

相較于其他油基鉆井液電成像測井,高分辨率NGI圖像能準(zhǔn)確直觀地反映出地層特征,包括薄層地層界面及沉積構(gòu)造特征。圖5為在DBA井中通過NGI圖像的地層產(chǎn)狀識別,識別結(jié)果表明該井地層產(chǎn)狀并非一成不變,而是分成了三段式,頂?shù)椎貙觾A角相對穩(wěn)定,傾角主頻5°～8°。中部地層產(chǎn)狀變化,傾角主頻29°。依據(jù)NGI圖像特征,建立了井旁構(gòu)造模型,明確了高陡地層成因,認(rèn)為該井高陡地層為過井?dāng)鄬蛹皵鄬由媳P的膏鹽層共同影響。通常這種地層傾角變化特征在地震上很難識別,但高陡地層的出現(xiàn)對測井儲層評價實(shí)際是帶來了很大的不確定,需在高陡地層進(jìn)行電阻率校正,明確高陡地層的發(fā)育特征及成因,可為儲層評價工作中高陡地層的電阻率校正提供依據(jù)。

圖5 DBA井新一代油基鉆井液成像精細(xì)井旁構(gòu)造分析

4 結(jié) 論

(1)新一代油基鉆井液成像測井NGI突破了油基鉆井液中電成像測量的技術(shù)難點(diǎn),其具高分辨率及高覆蓋率特征;高低雙頻信號聚焦發(fā)射,提高了信噪比;明顯增強(qiáng)對高電阻率地層的適應(yīng)性;8個極板獨(dú)立活動,提高了對復(fù)雜井況的適應(yīng)性,可進(jìn)行上測及下測。

(2)通過對新一代油基鉆井液成像測井NGI的反演處理,可得到高分辨電阻率圖像及井壁地層間隙圖像,從而可實(shí)現(xiàn)油基鉆井液條件下張開縫與閉合縫的精細(xì)區(qū)分及高陡地層產(chǎn)狀和成因識別,支持了塔里木庫車坳陷低孔隙度砂巖的儲層評價工作。

(3)新一代油基鉆井液電成像圖像NGI明顯完善了其他油基鉆井液成像測井的圖像質(zhì)量,不僅展現(xiàn)的地層信息同水基鉆井液成像FMI同樣豐富,還能在油基鉆井液井眼環(huán)境下準(zhǔn)確區(qū)分張開縫及閉合縫。NGI為油基鉆井液條件下的井壁電成像測量提供了非常好的選擇。