古近系儲(chǔ)集層錄井物性定量化評(píng)價(jià)方法探索

馬金鑫 戴 珩 魏雪蓮

(①中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司；②中海油能源股份有限公司工程技術(shù)分公司監(jiān)督中心)

0 引 言

渤海油田已經(jīng)全面進(jìn)入“精細(xì)化勘探”階段，利用第一手錄井資料對(duì)儲(chǔ)集層物性、含油氣性等進(jìn)行快速評(píng)價(jià)的意義顯得至關(guān)重要。儲(chǔ)集層物性評(píng)價(jià)是后續(xù)隨鉆儲(chǔ)集層流體性質(zhì)判斷及測(cè)試計(jì)劃實(shí)施的基礎(chǔ)，通過(guò)錄井技術(shù)判斷實(shí)際儲(chǔ)集層物性難度較大[1]，尤其是在鉆遇古近系低孔低滲類(lèi)儲(chǔ)集層時(shí)，物性對(duì)判斷儲(chǔ)集層的含油氣性會(huì)產(chǎn)生較大的影響，對(duì)儲(chǔ)集層綜合評(píng)價(jià)造成很大的困難[2-5]。雖然前人對(duì)古近系砂巖儲(chǔ)集層的沉積背景、成巖作用、儲(chǔ)集層演化及控制特征等因素做了較多研究，但對(duì)利用錄井參數(shù)如何反映儲(chǔ)集層物性變化規(guī)律的研究較少[6-8]。因此，有必要深入挖掘錄井資料在儲(chǔ)集層物性評(píng)價(jià)方面的技術(shù)方法，以提高儲(chǔ)集層物性評(píng)價(jià)及流體類(lèi)型解釋的精準(zhǔn)性。

筆者通過(guò)對(duì)渤海油田5個(gè)區(qū)塊63口已鉆探井古近系砂巖儲(chǔ)集層進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)采樣與規(guī)律分析，發(fā)現(xiàn)砂巖和泥巖的鉆井參數(shù)、各自厚度、埋藏規(guī)律均能反映出儲(chǔ)集層物性的一定變化規(guī)律[9-15]，并且將砂巖和泥巖看作是均質(zhì)地層模型時(shí)，可以通過(guò)數(shù)學(xué)算法建立一定的評(píng)價(jià)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，深入研究巖石單元厚度、占比等沉積規(guī)律與巖石物性特征的關(guān)系，物性與油氣水解釋的關(guān)系等，分別建立物性指數(shù)計(jì)算方法與含油性豐度指數(shù)計(jì)算方法，并利用擬合計(jì)算求出的物性參數(shù)與測(cè)井孔隙度、含油性參數(shù)與流體類(lèi)型特征之間的相關(guān)性，建立解釋標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)集層物性及流體類(lèi)型的定量化解釋評(píng)價(jià)。

1 錄井參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化校正

反映儲(chǔ)集層可鉆性的工程參數(shù)與反映含油氣性的氣測(cè)錄井參數(shù)往往受到較多因素的影響，無(wú)法直接用于定量化的解釋評(píng)價(jià)，因此需要進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化校正，來(lái)消除各個(gè)因素的影響。

1.1 氣測(cè)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化校正原理

PDC鉆頭為主的鉆井工藝條件下，排除地層本身的地質(zhì)因素外，對(duì)常規(guī)砂巖儲(chǔ)集層氣測(cè)影響最大的工程參數(shù)主要是鉆時(shí)、單位進(jìn)尺破碎巖石的體積(井眼尺寸)和鉆井液排量。相同鉆井條件下，鉆時(shí)越小則單位進(jìn)尺需要的時(shí)間越短，而在短時(shí)間內(nèi)井底過(guò)流的鉆井液體積越小，其對(duì)氣體的沖淡稀釋作用就越弱[16]；鉆頭有效的破巖面積越小，單位進(jìn)尺破碎巖石的體積就越小，進(jìn)入鉆井液中的破碎氣含量也越少，氣體檢測(cè)值就越低；隨著鉆井液排量的增大，氣體含量會(huì)被沖淡，導(dǎo)致氣體檢測(cè)值降低。為了更準(zhǔn)確地利用氣測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)集層含油氣性的評(píng)價(jià)，應(yīng)盡量消除這些工程因素產(chǎn)生的影響，需要對(duì)原始?xì)鉁y(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化校正。

單位巖石體積校正方法綜合了鉆時(shí)、井眼尺寸及鉆井液排量等因素的影響，將常規(guī)砂巖儲(chǔ)集層氣測(cè)數(shù)據(jù)歸一到相同的破碎巖石體積標(biāo)準(zhǔn)下，使數(shù)據(jù)具有一定的可比性[17]，具體公式如下：

式中：Ig為氣體校正參數(shù)，%；K為不同鉆井液體系中氣體組分脫氣效率的倒數(shù)，無(wú)量綱；t為鉆時(shí)，min/m；Q為鉆井液排量，L/min；Ts為實(shí)測(cè)氣體組分值，%；D為井眼尺寸或鉆頭直徑，mm。

取心鉆進(jìn)時(shí)單位進(jìn)尺鉆頭破碎的巖石體積較少，鉆時(shí)較大、機(jī)械鉆速低，氣體的沖淡系數(shù)值大(氣體稀釋作用強(qiáng))，通過(guò)校正使其近似回歸到正常鉆進(jìn)時(shí)的情況[18]，具體公式如下：

式中：I取心校正為取心時(shí)的氣體校正參數(shù)，%；tm為取心段砂巖正常鉆進(jìn)的平均鉆時(shí)，定義為標(biāo)準(zhǔn)鉆時(shí)，min/m；Qm為標(biāo)準(zhǔn)鉆井液排量，L/min；Dm為標(biāo)準(zhǔn)鉆頭直徑，mm；D1和D2分別為取心鉆頭的外徑與內(nèi)徑，mm。

1.2 工程參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化校正原理

在正常壓實(shí)的砂泥巖地層剖面中，鉆時(shí)參數(shù)反映巖石的可鉆性及物性好壞，即鉆遇不同的巖層或物性其鉆時(shí)存在差異。鉆時(shí)與轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速、鉆壓成反比，并且與鉆頭直徑、鉆井液密度等也存在關(guān)聯(lián)性。dc指數(shù)是反映地層可鉆性好壞的一個(gè)綜合評(píng)價(jià)參數(shù)，它是基于鉆時(shí)參數(shù)，并對(duì)鉆頭直徑、鉆壓、轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速、鉆井液密度等校正處理后計(jì)算得到的評(píng)價(jià)參數(shù)。

為準(zhǔn)確判斷儲(chǔ)集層物性，消除其他參數(shù)的影響，建立統(tǒng)一的對(duì)比分析基準(zhǔn)，引用蕾姆(Rehm)和麥克林頓(McClendon)提出的dc指數(shù)公式作為反映儲(chǔ)集層可鉆性及物性的綜合評(píng)價(jià)參數(shù)。目前，國(guó)內(nèi)常用的dc指數(shù)經(jīng)驗(yàn)方程為[19]：

式中:dc為可鉆性指數(shù)，無(wú)量綱；n為轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速，r/min；W為鉆壓，kN；ρw為地層水密度，g/cm3；ρec為循環(huán)當(dāng)量鉆井液密度，g/cm3。

2 錄井儲(chǔ)集層物性評(píng)價(jià)模型的建立

通過(guò)深入研究古近系地層巖石單元厚度、占比等沉積規(guī)律與巖石物性特征、含油氣性的關(guān)系分別建立了物性指數(shù)與含油性豐度指數(shù)儲(chǔ)集層物性評(píng)價(jià)模型。

2.1 模型的基本理論

狹義的儲(chǔ)集層物性主要指儲(chǔ)集巖石的孔隙度和滲透率。對(duì)于錄井技術(shù)而言，儲(chǔ)集層的物性表現(xiàn)在孔隙度與膠結(jié)程度上。

孔隙度主要與儲(chǔ)集層厚度及砂巖粒度有關(guān)，滲透率與孔喉的膠結(jié)程度相關(guān)，主要體現(xiàn)在地層的可鉆性上。有學(xué)者對(duì)測(cè)井參數(shù)與錄井參數(shù)的研究與對(duì)比分析結(jié)果表明，儲(chǔ)集層滲透性越好，圍壓下巖石強(qiáng)度越低、可鉆性越好[20]。地層可鉆性的普遍規(guī)律是可鉆性越好，dc指數(shù)值越小，砂巖的可鉆性一般好于泥巖。

對(duì)于同一沉積體系或油水系統(tǒng)的儲(chǔ)蓋組合，砂巖越發(fā)育、單層厚度越大，反映形成儲(chǔ)集層的水動(dòng)力條件越強(qiáng)、物源條件越好、搬運(yùn)的距離越遠(yuǎn)，形成的儲(chǔ)集層物性就越好；反之，泥巖越發(fā)育，則儲(chǔ)集層厚度越趨于變薄，砂巖的粒度趨于變細(xì)，形成的儲(chǔ)集層物性越趨于變差[21]。

基于以上分析，單層砂巖厚度與平均砂巖儲(chǔ)集層厚度的比值可以看作是反映單砂層物性好壞變化趨勢(shì)的指征；砂泥比指同一沉積體系或油水系統(tǒng)儲(chǔ)蓋組合中砂巖累計(jì)厚度與泥巖累計(jì)厚度的比值，可以看作是反映水動(dòng)力強(qiáng)度、物源條件及砂巖粒度變化趨勢(shì)的指征；可鉆性敏感性參數(shù)的倒數(shù)主要是反映膠結(jié)程度(滲透率)的指征。

2.2 物性指數(shù)方程的建立

通過(guò)對(duì)砂巖儲(chǔ)集層沉積規(guī)律與巖石物性特征關(guān)系的研究，利用數(shù)學(xué)方法建立物性指數(shù)計(jì)算方程如下：

式中：δ為物性指數(shù)，無(wú)量綱；H為單層砂巖儲(chǔ)集層的厚度，m；hp為同一沉積體系中砂巖儲(chǔ)集層的平均厚度，m；μ為砂泥比，無(wú)量綱；i為區(qū)域物性權(quán)重系數(shù)，無(wú)量綱。

在實(shí)際儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)中，不同區(qū)域、不同油氣水系統(tǒng)的儲(chǔ)集層物性會(huì)存在一定的差異。因此，在方程中引入?yún)^(qū)域權(quán)重系數(shù)能夠有效減小差異性影響。

2.3 含油性豐度指數(shù)方程的建立

應(yīng)用錄井參數(shù)進(jìn)行油氣水解釋評(píng)價(jià)時(shí)，難點(diǎn)在于要同時(shí)考慮到儲(chǔ)集層自身的物性條件及孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)賦存的烴類(lèi)流體含量豐度兩方面因素。因此，在物性評(píng)價(jià)方程的研究基礎(chǔ)上引入氣測(cè)評(píng)價(jià)參數(shù)，建立了以下含油性豐度指數(shù)計(jì)算方程：

式中：ω為含油性豐度指數(shù)，無(wú)量綱；Ig為單層砂巖儲(chǔ)集層氣測(cè)全烴的校正值，%；Tp為非儲(chǔ)集層段氣測(cè)全烴的校正值，定義為背景值，%；j為區(qū)域含油性權(quán)重系數(shù)，無(wú)量綱。

2.4 解釋模型的建立

利用錄井參數(shù)計(jì)算出物性指數(shù)和含油性豐度指數(shù)后，如何進(jìn)行儲(chǔ)集層的定量化評(píng)價(jià)就顯得尤為關(guān)鍵。測(cè)井技術(shù)能夠較為準(zhǔn)確地對(duì)儲(chǔ)集層孔隙度做出計(jì)算，根據(jù)中國(guó)海洋石油總公司標(biāo)準(zhǔn)，按照孔隙度φ可劃分碎屑巖儲(chǔ)集層類(lèi)型，如表1所示。

表1 碎屑巖儲(chǔ)集層孔隙度類(lèi)型劃分

以渤海油田某區(qū)塊為例，通過(guò)選取相同層系內(nèi)的同一沉積體系或儲(chǔ)蓋組合中的砂巖儲(chǔ)集層計(jì)算物性指數(shù)，利用物性指數(shù)與測(cè)井孔隙度參數(shù)建立評(píng)價(jià)關(guān)系圖板及擬合曲線關(guān)系式(圖1)，即可實(shí)現(xiàn)物性的定量化預(yù)測(cè)。

從圖1中可以看出，砂巖儲(chǔ)集層的物性指數(shù)與測(cè)井孔隙度具有較好的正相關(guān)性，并且在一定閾值范圍之內(nèi)儲(chǔ)集層類(lèi)型存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)以上研究結(jié)果，結(jié)合上述儲(chǔ)集層類(lèi)型的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，建立了錄井物性指數(shù)的儲(chǔ)集層孔隙類(lèi)型劃分標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

同理，通過(guò)利用含油性豐度指數(shù)與測(cè)井、測(cè)試解釋結(jié)論的對(duì)應(yīng)關(guān)系，還可以建立以沉積體系或?qū)酉禐閱卧挠蜌馑畬咏忉屧u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表3)，進(jìn)行快速流體類(lèi)型識(shí)別。

圖1 東二段-東三段物性指數(shù)與測(cè)井孔隙度關(guān)系圖板

表2 物性指數(shù)儲(chǔ)集層孔隙類(lèi)型劃分標(biāo)準(zhǔn)

表3 含油性豐度指數(shù)流體類(lèi)型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 應(yīng)用實(shí)例

基于均質(zhì)地層模型理論的古近系儲(chǔ)集層錄井物性定量化評(píng)價(jià)方法在P探區(qū)應(yīng)用于9口井的古近系53個(gè)含油儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)，經(jīng)測(cè)井結(jié)論或測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證，物性孔隙類(lèi)型解釋符合率為87.4%，流體類(lèi)型解釋符合率為91.0%，應(yīng)用效果良好。

以A、B井東二下亞段和東三段8個(gè)含油儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)為例進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)參見(jiàn)表4。

評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)顯示，A井a(chǎn) 1、a 4、a 5層計(jì)算的物性指數(shù)δ介于4.4～4.8，按照錄井物性指數(shù)儲(chǔ)集層孔隙類(lèi)型劃分標(biāo)準(zhǔn)解釋為低孔，a 2層物性指數(shù)δ大于5，解釋為中孔，a 3層物性指數(shù)δ小于2.1，解釋為特低孔，與測(cè)井解釋結(jié)論一致。其中a 1和a 2層計(jì)算的含油性豐度指數(shù)ω大于2.7，按照錄井含油性豐度指數(shù)流體類(lèi)型儲(chǔ)集層孔隙類(lèi)型劃分標(biāo)準(zhǔn)解釋為油層，與測(cè)井解釋結(jié)果一致，a 1層地層測(cè)試油結(jié)果為產(chǎn)油127.58 m3/d，產(chǎn)氣5 519 m3/d，原油密度0.874 g/cm3，測(cè)試結(jié)論為油層。

B井b 1層計(jì)算物性指數(shù)δ為3.9，按物性指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)解釋為低孔，而測(cè)井解釋孔隙度為18.8%，為中孔，解釋結(jié)果不一致，分析其原因主要是砂巖儲(chǔ)集層內(nèi)部含有兩個(gè)薄的鈣質(zhì)夾層導(dǎo)致可鉆性偏低產(chǎn)生的影響；b 2與b 3層物性解釋結(jié)果與測(cè)井解釋結(jié)論一致。另外，b 1層的含油性豐度指數(shù)ω為5.8，按評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)解釋為油層，測(cè)試結(jié)果為產(chǎn)油71.47 m3/d，產(chǎn)氣6 868 m3/d，原油密度0.892 1 g/cm3，測(cè)試結(jié)論為油層，與預(yù)測(cè)結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

(1)通過(guò)方法調(diào)研和技術(shù)應(yīng)用驗(yàn)證，確定了關(guān)鍵錄井參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化校正方法。

(2)通過(guò)對(duì)砂巖儲(chǔ)集層沉積規(guī)律與巖石物性特征關(guān)系、油氣水解釋關(guān)系深入挖掘研究，利用數(shù)學(xué)計(jì)算方法創(chuàng)新建立了物性指數(shù)計(jì)算方程與含油性豐度指數(shù)計(jì)算方程。

(3)以區(qū)塊內(nèi)同一沉積體系或儲(chǔ)蓋組合為單位，通過(guò)建立物性指數(shù)與測(cè)井孔隙度的關(guān)系圖板，能夠較為準(zhǔn)確地進(jìn)行目標(biāo)層的孔隙度值預(yù)測(cè)，并劃分出高孔或特高孔、中孔、低孔或特低孔、超低孔四個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)的孔隙類(lèi)型；通過(guò)建立含油性指數(shù)的流體類(lèi)型解釋標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行流體類(lèi)型快速識(shí)別，方法應(yīng)用效果良好，可有效指導(dǎo)油氣的勘探評(píng)價(jià)。