高自然伽馬致密砂巖儲(chǔ)層參數(shù)解釋模型
——以鄂爾多斯盆地大牛地氣田D區(qū)為例

劉緒鋼 (中國(guó)石化華北油氣分公司采氣一廠，河南 鄭州 450006)

馬先林 陜西省油氣井及儲(chǔ)層滲流與巖石力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西安石油大學(xué)) 西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

復(fù)雜致密巖性體的勘探開(kāi)發(fā)是當(dāng)前油氣領(lǐng)域的前沿問(wèn)題，該類(lèi)儲(chǔ)層測(cè)井解釋理論與處理技術(shù)也一直是石油地球物理學(xué)家們關(guān)注和探索的焦點(diǎn)[1～3]。鄂爾多斯盆地上古生界二疊系砂巖儲(chǔ)層中均發(fā)現(xiàn)相對(duì)高自然伽馬致密砂巖儲(chǔ)層，具有可觀的天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)能。該類(lèi)砂巖儲(chǔ)層常被誤認(rèn)為是泥質(zhì)地層，因此其儲(chǔ)層參數(shù)的測(cè)井計(jì)算方法應(yīng)區(qū)別于常規(guī)砂巖儲(chǔ)層[4,5]。下面，筆者以鄂爾多斯盆地大牛地氣田D區(qū)為研究對(duì)象，充分利用已完鉆井的測(cè)井、錄井、測(cè)試、試氣等資料開(kāi)展綜合研究，建立了一套適合大牛地氣田上古生界高自然伽馬致密砂巖儲(chǔ)層泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)、物性參數(shù)的計(jì)算方法。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地東北部(見(jiàn)圖1)，主要目的層為下二疊統(tǒng)太原組(P1t)、山西組(P1s)、下石盒子組(P1h)。晚古生代，碎屑物源主要來(lái)自盆地北部陰山山脈。P1t儲(chǔ)層巖性為灰白-灰色中厚層狀含礫石英砂巖、巖屑石英砂巖與黑色-深灰色泥巖、煤層，夾少量深灰色泥巖-微晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r；P1s儲(chǔ)層巖性主要為中-粗粒巖屑砂巖，少量中-粗粒巖屑石英砂巖；P1h儲(chǔ)層巖性為淺灰綠含礫粗-中砂巖，細(xì)砂巖夾棕褐及灰綠色泥巖，粉砂質(zhì)泥巖和少量碳質(zhì)泥巖，偶見(jiàn)煤線及砂質(zhì)凝灰?guī)r。研究區(qū)目的層儲(chǔ)層致密砂巖測(cè)井曲線特征表現(xiàn)為自然伽馬相對(duì)較高，高自然伽馬致密砂巖儲(chǔ)層與常規(guī)儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征不同。高自然伽馬致密砂巖具有相對(duì)高自然伽馬、中-高聲波時(shí)差、中-低電阻率的測(cè)井響應(yīng)特征[6～8]。

2 儲(chǔ)層參數(shù)測(cè)井解釋模型

在測(cè)井資料標(biāo)準(zhǔn)化及巖心歸位的基礎(chǔ)上，根據(jù)巖心分析、巖電試驗(yàn)及地層水分析資料，分層位建立儲(chǔ)層參數(shù)精細(xì)解釋模型，包括泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)、孔隙度、滲透率及含水飽和度模型。

2.1 泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)

泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)反映地層巖性，與有效孔隙度、滲透率、含水飽和度、束縛水飽和度等儲(chǔ)層參數(shù)密切相關(guān)[9～11]。研究區(qū)目的層存在釷含量較高的砂巖，直接用自然伽馬曲線計(jì)算，其泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)較高，似為泥巖，而自然伽馬能譜測(cè)井、錄井、巖心分析及薄片資料均證實(shí)其為砂巖(見(jiàn)圖2)，且中子孔隙度、密度、聲波時(shí)差三孔隙度曲線和電阻率曲線均顯示無(wú)泥巖。自然伽馬或無(wú)鈾伽馬曲線計(jì)算結(jié)果已不能真實(shí)反映地層泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù),因此，筆者提出自然伽馬-中子孔隙度聯(lián)合法計(jì)算泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)：

(1)

(2)

式中：φ(sh)為泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，%；CGCUR為與地層年代有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，新地層取3.7，老地層取2；Rlog為自然伽馬或中子孔隙度讀數(shù)；Gmax、Gmin為自然伽馬或中子孔隙度相應(yīng)曲線的最大值和最小值。

圖2為B井泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)計(jì)算結(jié)果對(duì)比圖，自然伽馬-中子孔隙度聯(lián)合法計(jì)算的泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)明顯優(yōu)于利用常規(guī)自然伽馬計(jì)算的泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)。圖3為自然伽馬-中子孔隙度聯(lián)合法計(jì)算的泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)與試驗(yàn)分析黏土體積分?jǐn)?shù)結(jié)果對(duì)比圖，自然伽馬-中子孔隙度聯(lián)合法計(jì)算的泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)極大地提高了計(jì)算精度。

2.2 孔隙度

研究區(qū)目的層P1t、P1s、P1h儲(chǔ)層以石英砂巖、巖屑石英砂巖、巖屑砂巖為主，同時(shí)存在含灰質(zhì)砂巖，已不是傳統(tǒng)意義上的砂巖，而是多種巖性混積的復(fù)雜巖性體。計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度的關(guān)鍵在于如何確定復(fù)雜混積砂巖的骨架參數(shù)值。

首先，利用巖心資料刻度測(cè)井資料，由巖心分析密度確定各層位混積砂巖骨架密度和聲波時(shí)差；因各層位砂巖巖性不同，再結(jié)合巖性即可確定相應(yīng)砂巖骨架參數(shù)值。各層位不同巖性砂巖骨架參數(shù)如表1所示。

確定各層位不同巖性砂巖骨架參數(shù)值后，即可應(yīng)用體積模型計(jì)算儲(chǔ)層砂巖孔隙度φ：

(3)

(4)

(5)

式中：φs為聲波時(shí)差計(jì)算出的孔隙度，1；φD為密度孔隙度，1；Δt為聲波時(shí)差，μs/m；Δtma、Δtf分別為巖石骨架、地層流體聲波時(shí)差，μs/m；CP為聲波壓實(shí)校正系數(shù)，可利用巖心分析孔隙度與聲波計(jì)算孔隙度求得，1；ρma、ρf分別為巖石骨架、地層流體密度，g/cm3；ρ為目的層密度，g/cm3；ρsh為泥巖密度，g/cm3。

圖4為巖心物性分析與測(cè)井計(jì)算的孔隙度、滲透率結(jié)果對(duì)比圖，分析表明，體積模型法計(jì)算的孔隙度與巖心分析孔隙度較為符合。原孔隙度計(jì)算模型采用的是純砂巖骨架參數(shù)值，而新模型是根據(jù)不同巖性采用不同骨架參數(shù)值。圖5為測(cè)井計(jì)算孔隙度與巖心分析孔隙度模計(jì)算結(jié)果對(duì)比圖，分析可知，新模型計(jì)算精度大大高于原模型計(jì)算精度。

2.3 滲透率

根據(jù)巖心分析數(shù)據(jù)，分層系建立孔隙度-滲透率的相關(guān)關(guān)系，得到P1t、P1s、P1h儲(chǔ)層滲透率模型(見(jiàn)表2)。測(cè)井計(jì)算滲透率參數(shù)與巖心分析滲透率結(jié)果較為符合。該次滲透率參數(shù)解釋精度較已往大幅度提高。

2.4 含水飽和度

分析大牛地氣田D區(qū)及鄰區(qū)上古生界儲(chǔ)層物性及孔隙結(jié)構(gòu)條件，儲(chǔ)層屬含少量泥質(zhì)、中等孔隙、以粒間孔和粒內(nèi)溶孔為主的孔隙型儲(chǔ)層。因此，選用阿爾奇飽和度模型計(jì)算含水飽和度：

(6)

式中：Sw為含水飽和度，1；ρt為地層電阻率，Ω·m；ρw為地層水電阻率，Ω·m；φ為孔隙度，1；a、b、m、n為與巖性及孔喉結(jié)構(gòu)有關(guān)的巖電參數(shù)。

根據(jù)試氣及生產(chǎn)實(shí)際狀況，確定含氣飽和度(Sg)界限。氣層：Sg≥50%；差氣層：50%>Sg≥35%；含氣層：Sg<35%。

2.4.1 巖電參數(shù)

由巖電試驗(yàn)分析結(jié)果，得到各層位巖電參數(shù)如表3所示。

2.4.2 地層水電阻率

地層水電阻率計(jì)算公式如下[12～14]：

ρwN≈0.0123+

式中：CwN 為24℃或75℃時(shí)地層水總礦化度, mg/L(NaCl)；ρwN為24℃或75℃時(shí)地層水電阻率，Ω·m；t為地層溫度，℃ 。

表2 各層位滲透率相關(guān)關(guān)系

注：P1t1、P1t2為太原組一段、二段；K為滲透率，mD。

表3 巖電參數(shù)a、m、b、n取值表

選取測(cè)試返排率大于100%的儲(chǔ)層反推地層水電阻率，根據(jù)地層水分析數(shù)據(jù)確定各層位的地層水電阻率,P1h3、P1h2、P1h1、P1s2、P1s1、P1t的ρw分別為0.144、0.132、0.131、0.132、0.099、0.071Ω·m。該地層水計(jì)算方法解決了前期因地層水變化大引起的地層水電阻率多變問(wèn)題。將地層水電阻率代入式(6)，即可計(jì)算含水飽和度。

B井一次解釋與筆者研究解釋結(jié)果的對(duì)比情況如圖6所示。對(duì)比2次含水飽和度解釋結(jié)果，該次含水飽和度研究解釋結(jié)果與產(chǎn)能測(cè)試匹配更好，解釋結(jié)果得到了測(cè)試結(jié)果的驗(yàn)證。

3 解釋結(jié)果驗(yàn)證

由前述測(cè)井資料處理及參數(shù)計(jì)算，結(jié)合測(cè)試資料總結(jié)研究區(qū)各層位的測(cè)井解釋標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

根據(jù)所建立的解釋標(biāo)準(zhǔn)和儲(chǔ)層參數(shù)解釋模型，對(duì)D區(qū)225口井儲(chǔ)層參數(shù)重新進(jìn)行計(jì)算，并確定解釋結(jié)論。經(jīng)巖性分析驗(yàn)證，該次研究所建立的分層位、分巖性的優(yōu)化解釋模型較以往的解釋模型有較大

表4 各層位測(cè)井解釋標(biāo)準(zhǔn)

改進(jìn)，其解釋成果得到試氣資料的驗(yàn)證。典型井B井二次解釋結(jié)果如圖6所示。分析圖6，25(4)、25(6)層原解釋結(jié)果為非儲(chǔ)層，新模型處理解釋結(jié)果為儲(chǔ)層，計(jì)算的孔隙度、滲透率參數(shù)與巖心分析結(jié)果較為符合；25(1)、25(5)、25(7)層原解釋結(jié)果差氣層，新模型處理解釋結(jié)果為氣層，與測(cè)試結(jié)果(日產(chǎn)氣量0.8782×104m3，日產(chǎn)水量0.97m3)符合。該段儲(chǔ)層測(cè)井二次解釋成果見(jiàn)表5。

表5 B井二次解釋成果表

注：qAPI為自然伽馬；Usp為自然電位；ρlls、ρlld分別為淺側(cè)向電阻率、深側(cè)向電阻率；ρMSFL為微球形聚焦電阻率；φn為中子孔隙度；Swo為原始含水飽和度。

4 結(jié)論

1)提出適合大牛地氣田高自然伽馬致密砂巖儲(chǔ)層的泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)計(jì)算方法，即自然伽馬-中子孔隙度聯(lián)合法。

2)在確定不同巖性砂巖骨架取值的基礎(chǔ)上，建立各層組巖石體積計(jì)算方法，優(yōu)化出孔隙度的體積模型計(jì)算方法，進(jìn)而建立滲透率參數(shù)解釋模型。

3)根據(jù)巖電試驗(yàn)分析成果，確定巖電參數(shù)。結(jié)合地層水分析資料，分層組確定地層水電阻率，建立不同層組的流體解釋標(biāo)準(zhǔn)，建立飽和度參數(shù)解釋模型。