高壓低孔隙度低滲透率儲層流體測井響應特征研究

蔣云箭,周廣清,柴春艷,冷洪濤

(1.中國石化勝利油田分公司油氣勘探管理中心,山東東營257200;2.中國石化勝利石油工程有限公司難動用項目管理中心,山東東營257000;3.中國石化經(jīng)緯有限公司勝利測井公司,山東東營257096)

0 引 言

鉆井過程中,鉆井液濾液不斷侵入地層,與地層流體產(chǎn)生驅(qū)替、混合與擴散作用,上述作用改變了井周地層流體的原始分布狀態(tài),地層流體在徑向上產(chǎn)生分布差異。徑向流體分布差異為利用深淺(徑向)電阻率測井差異評價儲層流體性質(zhì)提供了重要手段[1]。

徑向電阻率測井響應是鉆井液濾液礦化度、儲層特性(地層水礦化度、儲層巖性、儲層物性)和地層電阻率的響應函數(shù)。由于影響徑向電阻率的因素較多且過程較復雜,一般采用數(shù)值模擬方法分析中高孔隙度、中高滲透率(孔隙度φ>15%,滲透率K>10×10-3μm2)儲層(以下簡稱中高孔中高滲儲層)條件下鉆井液濾液侵入機理、侵入特征及鉆井液濾液對地層電阻率的影響[2-4]。

淡水鉆井液條件下,鉆井液濾液侵入過程中形成的低阻環(huán)帶隨時間不斷向地層深處推移,對不同探測深度的電阻率曲線依次產(chǎn)生影響。隨著侵入深度的增加,含油儲層深淺電阻率侵入特征由低侵變?yōu)闊o侵直至高侵[5]。鹽水鉆井液條件下,高礦化度鉆井液濾液不斷驅(qū)替與擴散,大幅度降低了侵入帶地層電阻率,油水層雙側(cè)向電阻率測井一般表現(xiàn)為低侵特征;當鹽水鉆井液濾液侵入很深時,鉆井液濾液進一步降低深側(cè)向電阻率測井值,油層段雙側(cè)向電阻率測井低侵特征轉(zhuǎn)變?yōu)闊o侵特征,與水層侵入特征一致[6]。由于鉆井液濾液的侵入、低阻環(huán)帶徑向運移以及不同電阻率測井系列測量原理的差異,中高孔中高滲含油儲層徑向電阻率侵入特征存在不確定性和多解性。另一方面,中高孔中高滲儲層物性較好,油層電阻率較高,水層電阻率較低,油水層電阻率值差異明顯,儲層含油性評價難度不大。

上述研究普遍基于中高孔中高滲儲層展開,針對低孔隙度低滲透率(φ<15%,K<10×10-3μm2)儲層(以下簡稱低孔低滲儲層),尤其是高壓(壓力系數(shù)>1.3)條件下的低孔低滲儲層的鉆井液濾液侵入機理、徑向電阻率影響因素以及油水層電阻率侵入特征研究甚少。該類儲層物性較差,儲層流體測井響應特征不明顯,儲層流體評價難度較大。因此,分析與研究高壓條件下低孔低滲儲層鉆井液濾液侵入特征與測井響應特征,對于準確評價高壓低孔低滲儲層流體性質(zhì)具有重要的指導意義。

1 常壓條件下低孔低滲儲層鉆井液侵入剖面分析

在中高孔中高滲含油儲層,鉆井液濾液不斷侵入地層,驅(qū)替儲層中的可動流體,近井地帶混合液礦化度和含油飽和度會發(fā)生明顯變化,并從3個方面影響地層電阻率:①鉆井液濾液大量驅(qū)替儲層可動油氣,井周地層含水增加,電阻率下降;②鉆井液濾液的擴散作用導致鉆井液濾液與地層水之間發(fā)生離子交換,造成地層電阻率不同程度的增加或減小;③由于油相與水相滲透率不同,徑向上油水兩相移動速度不同,地層水礦化度前緣與含油飽和度前緣產(chǎn)生分離,兩前緣帶之間高礦化度可動水相對聚集,形成低阻環(huán)帶[7]。

低孔低滲儲層物性差、產(chǎn)油層束縛水飽和度高(Swi>50%)、一般不含可動水,該特點使得鉆井液濾液對儲層電阻率影響因素和影響程度與常規(guī)儲層有所不同。①儲層滲透率低,孔喉細小,鉆井液濾液難以大量侵入地層,鉆井液濾液侵入深度相對較淺,對地層電阻率影響程度相對較小[8];②儲層束縛水飽和度較高,可動水較少,鉆井液濾液侵入過程中,地層可動水聚集不明顯,該條件下低阻環(huán)帶極淺且不明顯,對淺探測電阻率測井值有一定影響,但對中、深探測電阻率測井值影響不大[7];③實驗分析認為[9],在低孔低滲儲層中,雖然地層滲透率較低,仍具有一定的滲透性,鉆井液濾液的驅(qū)替作用應為地層電阻率的主要影響因素。

綜上分析,常壓條件下低孔低滲儲層電阻率影響因素相對單一,主要表現(xiàn)為鉆井液濾液驅(qū)替作用的影響,這為進一步分析高壓條件下低孔低滲儲層電阻率影響因素提供了有利條件。

對于低孔低滲含油儲層,由于鉆井液濾液的驅(qū)替作用,低孔低滲含油儲層近井壁地帶含油飽和度低,遠離井壁地帶含油飽和度高,電阻率測井值表現(xiàn)為淺探測電阻率小于深探測電阻率,存在比較明顯的電阻率低侵特征。當儲層微裂縫發(fā)育、孔隙結(jié)構(gòu)變好時,鉆井液濾液極易侵入地層,不斷驅(qū)替可動油氣至地層深部,深、淺探測電阻率均大幅降低,含油儲層本應具有的徑向電阻率低侵測井響應轉(zhuǎn)變?yōu)闊o侵響應特征,與水層或干層完全一致,基于電阻率侵入特征的流體識別法依然存在多解性和不確定性。

2 高壓低孔低滲儲層鉆井液侵入剖面分析

目前,基于高壓條件下的鉆井液濾液侵入實驗分析與理論研究甚少,濟陽坳陷東營凹陷、沾化凹陷和準噶爾盆地中部深層廣泛發(fā)育高壓低孔低滲儲層,為利用測井、錄井和試油資料分析研究高壓低孔低滲儲層鉆井液濾液侵入特征提供了可能。

統(tǒng)計勝利油田不同油區(qū)高壓低孔低滲儲層試油成果和電阻率響應特征,當儲層壓力系數(shù)較高時(壓力系數(shù)>1.3),高壓低孔低滲含油儲層具有較好的電阻率低侵響應特征,與常壓低孔低滲含油儲層電阻率侵入特征存在差異,初步表明高壓低孔低滲儲層鉆井液濾液侵入剖面具有一定的特殊性。

在統(tǒng)計井中,高壓低孔低滲含油儲層典型特點如下:①高壓儲層物性分布差異大,有效孔隙度6.0%～16.0%,空氣滲透率(0.1～10)×10-3μm2;②儲層原生孔隙保存相對完好,微裂縫與溶蝕孔較發(fā)育,具有較好的滲流能力[10-15];③儲層油氣充注度較高,平均含油飽和度大于70.0%,個別井含油飽和度達到90.0%;④鉆井液密度高,油氣顯示活躍,油氣可動性強,測試層油質(zhì)好,氣油比高,地層壓力系數(shù)1.3～2.1;⑤含油儲層對應的深、淺側(cè)向電阻率測井曲線具有明顯的低侵特征,而水層與干層深、淺側(cè)向電阻率測井曲線基本重合;⑥時間推移測井表明,含油儲層深、淺側(cè)向電阻率低侵特征的存在時間較長,很難完全消失。

上述特點決定了高壓低孔低滲含油儲層鉆井液濾液驅(qū)替的特殊性:①儲層物性差異大,物性較好的層段有利于鉆井液濾液驅(qū)替作用,井壁附近可以形成電阻率低侵特征剖面;②儲層油質(zhì)好,氣油比高,易于壓縮,鉆井液濾液快速在井壁附近形成質(zhì)量較好的內(nèi)外泥餅,阻止鉆井液濾液大量侵入地層,鉆井液濾液對地層電阻率的影響較小,井壁附近的電阻率低侵特征剖面隨時間變化不明顯,相對穩(wěn)定;③儲層壓力高,油氣可動性強,被鉆井液濾液驅(qū)替的油氣不斷向井眼附近重新聚集,電阻率低侵特征剖面可以維持較長一段時間。上述因素的綜合作用,使得高壓低孔低滲含油儲層在井壁附近具有比較明顯且穩(wěn)定的電阻率低侵特征剖面,為高壓低孔低滲儲層流體性質(zhì)評價提供了條件。

電阻率低侵特征剖面的存在可以通過雙側(cè)向電阻率測井及陣列感應電阻率測井進行表征。由于感應類測井儀器采用并聯(lián)測量原理,鉆井液濾液侵入剖面中相對低電阻率部分對感應測井值貢獻大,在絕大部分統(tǒng)計井中,低孔低滲含油儲層的深、中感應電阻率測井曲線低侵特征不明顯,一般無低侵特征。雙側(cè)向電阻率測井儀器則采用串聯(lián)測量原理,對地層高電阻率部分響應敏感,徑向含油飽和度分布差異能夠通過深、淺側(cè)向電阻率幅度差表現(xiàn)出來。

對比常壓低孔低滲儲層鉆井液濾液侵入剖面,高壓低孔低滲含油儲層鉆井液濾液侵入剖面具有比較明顯且穩(wěn)定的雙側(cè)向電阻率低侵特征,可以利用該特征評價地層流體性質(zhì)(見圖1)。圖1中Rt1曲線代表高壓低孔低滲儲層徑向電阻率變化趨勢線,Rt2曲線代表常壓低孔低滲儲層徑向電阻率變化趨勢線。在地層常壓條件下,油層段鉆井液濾液侵入較深,過渡帶變寬(過渡帶2),深、淺側(cè)向電阻率值均降低,且差異變小,深、淺側(cè)向電阻率低侵特征不明顯,甚至由低侵轉(zhuǎn)變?yōu)闊o侵,與水層或干層一致,如Rt2曲線。在地層高壓條件下,油層段鉆井液濾液侵入淺,過渡帶分布較窄(過渡帶1),徑向電阻率差異明顯,雙側(cè)向電阻率測井具有明顯的低侵響應特征,如圖中Rt1曲線;儲層物性越好,含油飽和度越高,深側(cè)向電阻率值越高,深、淺側(cè)向電阻率差異越大;而水層或干層段,深、淺側(cè)向電阻率均較低且曲線基本重合,無低侵特征。

圖1 高壓低孔低滲儲層電阻率流體識別特征圖

3 應用效果

高壓低孔低滲儲層電阻率侵入特征對于高壓低孔低滲條件下具有氣測異常顯示的地層流體評價、低對比度儲層評價以及儲層有效性分析具有重要的指導意義。

3.1 高壓氣測異常儲層流體評價

中國石化勝利油田分公司在準噶爾盆地的勘探不斷向中部深層轉(zhuǎn)移,先后鉆遇多個高壓儲層,其中部分高壓儲層在鉆井過程中氣測全烴值高,油氣顯示活躍,但試油未見工業(yè)油(氣)流,試油結(jié)論為含油(氣)水層或干層,氣測錄井與試油結(jié)果存在較大矛盾。該類儲層埋藏深,物性較差,因地層高壓導致的復雜井眼狀況,使得儲層流體測井響應特征極不明顯,儲層含油性評價難度較大,常常依賴氣測錄井等資料進行儲層含油性評價,測井資料的作用沒有得到充分發(fā)揮。

征6井采用密度為1.27 g/cm3的鉆井液鉆至5 120.0 m時發(fā)生持續(xù)油氣侵,氣測全烴由0.19%升至100%,槽面見油花氣泡,巖屑見油斑、熒光顯示,鉆井液密度提高至1.72 g/cm3時才壓穩(wěn)地層(見圖2)。圖2中第8道為核磁共振孔隙結(jié)構(gòu)分析道,其中MSIG表示總孔隙度,MPHI表示核磁共振有效孔隙度,MBVI表示束縛流體孔隙度。

依據(jù)原測井資料分析認為,征6井5 120.0～5 132.3 m巖性細、毛細管束縛水飽和度高,降低了儲層電阻率測井值。層內(nèi)聲波曲線存在多處微小周波跳躍現(xiàn)象,反映層理縫發(fā)育(鄰井取心證實該段層理縫發(fā)育)。由于層理縫發(fā)育,鉆井液濾液侵入地層嚴重,進一步降低了儲層電阻率測井值,導致儲層含油特征不明顯。結(jié)合較好的氣測異常顯示,綜合解釋為油層(底部含水)。試油5 121.3～5 132.3 m,確定地層壓力92.62 MPa,壓力系數(shù)達1.84,為超高壓儲層。測試日產(chǎn)油0.06 m3,日產(chǎn)水8.19 m3。酸壓后,日產(chǎn)油0.46 m3,日產(chǎn)氣135.00 m3,日產(chǎn)水13.35 m3,試油結(jié)論為高壓含油水層。5 121.3～5 132.3 m井段深、淺側(cè)向電阻率完全重合,無低侵特征,指示儲層含油性差,應解釋為干層或水層;結(jié)合核磁共振有效孔隙度(10.0%～12.0%)和氣測異常顯示,該層準確的測井解釋結(jié)論應為含油(氣)水層。由于原測井評價過程中采用了常壓儲層鉆井液濾液侵入模型,夸大了鉆井液濾液侵入對測井電阻率的影響,并過多依賴于氣測資料,導致原測井解釋結(jié)論偏高,與試油結(jié)果不相吻合。

圖2 征6井儲層綜合評價圖*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

在征6井射孔層段的高部位完鉆的征8側(cè)井,鉆井過程中同樣見氣測異常顯示,深、淺側(cè)向電阻率完全重合,指示儲層含油性差,測試為水層(見油花)。征8側(cè)井測試再一次驗證了利用深、淺電阻率低侵特征評價高壓儲層流體性質(zhì)的可行性,這對于準噶爾盆地中部深層高壓儲層流體測井評價具有較好的借鑒作用。

3.2 高壓低對比度儲層流體識別

一般情況下,低孔低滲儲層物性差,束縛水飽和度高,流體測井響應特征不明顯,油水層電阻率比值或油干層電阻率比值低,常表現(xiàn)為低對比度特征。阿爾奇公式法或者電阻率增大系數(shù)法評價儲層流體性質(zhì)存在較大難度,電阻率侵入特征也往往存在多解性和不確定性。但對于高壓低孔低滲含油儲層,由于井壁附近具有比較明顯且穩(wěn)定的電阻率低侵特征剖面,儲層流體識別難度可以得到明顯改善。

利988井沙四上純上亞段目的層為高壓濁積扇體,地層壓力系數(shù)大于1.90。該井的目的層(4 121.8 ～4 128.7 m)氣測錄井異常明顯,井壁取心為泥質(zhì)細砂巖,有效孔隙度8.0%～9.0%,電阻率7.0～12.0 Ω·m。該層物性較差、泥質(zhì)含量較重,雙側(cè)向電阻率值低,與上部干層基本一致,油層與干層電阻率差異極不明顯。同時,目的層內(nèi)雙側(cè)向電阻率升高段對應的補償密度值增大,雙側(cè)向電阻率主要反映了地層巖性和物性的變化,儲層流體測井響應特征不明顯(見圖3)。

圖3 利988井儲層綜合評價圖

與上部干層雙側(cè)向電阻率曲線完全重合、無侵入響應不同,目的層雙側(cè)向電阻率有比較明顯的低侵特征。4 123.0～4 124.0 m井段淺側(cè)向電阻率為7.7 Ω·m、深側(cè)向電阻率為8.6 Ω·m,深、淺側(cè)向電阻率比值為1.12。4 127.0～4 128.0 m井段淺側(cè)向電阻率為6.3～8.5 Ω·m,深側(cè)向電阻率為7.0～9.2 Ω·m,深、淺側(cè)向電阻率比值為1.08～1.11。雙側(cè)向電阻率低侵響應特征明顯,應解釋為油層。射孔測試4 121.8～4 128.0 m,折算日產(chǎn)油0.42 m3、日產(chǎn)水0。壓裂后,日產(chǎn)油87.50 m3、日產(chǎn)氣8 861.00 m3,不含水,試油結(jié)論為油層。測井解釋結(jié)論與試油結(jié)果完全吻合,表明利用雙側(cè)向電阻率低侵響應特征判別高壓低孔低滲儲層流體性質(zhì)切實可行。

3.3 高壓低孔低滲儲層有效性評價

低孔低滲儲層含油性分析是測井評價的重點,也是測井評價的難點,當前普遍采用核磁共振和成像測井等新技術(shù)分析儲層有效性[16-19]。在高壓條件下,低孔低滲儲層具有比較明顯且穩(wěn)定的電阻率低侵特征,而雙側(cè)向電阻率低侵特征綜合反映了儲層含油性和物性[20-21],可以采用雙側(cè)向電阻率低侵特征開展儲層有效性分析。

東營凹陷坨726井區(qū)在沙四段上亞段純上次亞段地層發(fā)育深水高壓濁積扇體,地層壓力系數(shù)大于1.7。濁積扇體非均質(zhì)性強、含油豐度差別大,有些井試油自然產(chǎn)能高,有些井需要壓裂,還有個別井壓裂后僅見少量油流、無商業(yè)開采價值,儲層有效性差異大,需要進行儲層有效性分析。但是坨726井區(qū)普遍采用高礦化度鹽水鉆井液鉆井,限制了核磁共振測井和成像測井技術(shù)的使用,因此,嘗試采用雙側(cè)向電阻率低侵特征開展儲層有效性分析。

基于雙側(cè)向電阻率低侵特征,引入雙側(cè)向電阻率差異系數(shù)Sd[22],利用Sd對坨726井區(qū)高壓濁積扇體進行儲層有效性評價。依據(jù)Sd值,建立儲層有效性劃分標準:Sd≥0.15,解釋為油層;0.05≤Sd<0.15,解釋為差油層;Sd<0.05,解釋為干層。

坨726井區(qū)坨斜726井沙四段上亞段純上次亞段目的層段4 064.2～4 094.0 m見氣測異常顯示,錄井為熒光含礫砂巖,補償中子與補償密度交會計算的孔隙度為8.0%～9.0%,雙側(cè)向電阻率低侵特征明顯,計算的Sd值達0.2,指示儲層具有較好的物性與含油性。射孔段4 064.2～4 094.0 m,日產(chǎn)油164.00 m3,日產(chǎn)氣10 938.00 m3,獲高產(chǎn)油氣流(見圖4)。

圖5 坨斜728井Sd處理成果圖

坨726井區(qū)坨斜728井鉆探目的層與坨斜726井一致,均為坨726井區(qū)深水高壓濁積扇體。坨斜728井處理成果見圖5,該井目的層段見氣測異常顯示,錄井為熒光礫巖,補償中子與補償密度交會計算的孔隙度為7.0%～9.0%,目的層段3 640.0～3 648.2 m雙側(cè)向電阻率低侵特征不明顯,深、淺側(cè)向電阻率值差異不明顯,計算的Sd值基本為0,指示儲層物性差,含油性也差,解釋為干層。射孔測試3 640.0～3 648.2 m,回收油0.30 m3,折算日產(chǎn)油0.48 m3,壓裂后,日產(chǎn)油0.72 m3,為低產(chǎn)油層,無工業(yè)開采價值。

4 結(jié) 論

(1)由于鉆井液濾液驅(qū)替作用,常壓含油儲層雙側(cè)向電阻率侵入特征往往具有多解性,高壓低孔低滲儲層鉆井液濾液侵入剖面相對穩(wěn)定,雙側(cè)向電阻率侵入特征與儲層流體性質(zhì)之間具有較好的對應性,可以利用電阻率侵入特征評價儲層含油性,大幅降低了高壓低孔低滲儲層流體測井評價難度。

(2)雙側(cè)向電阻率差異系數(shù)綜合反映了儲層物性與含油性,該系數(shù)對于高壓致密儲層的有效性評價以及高壓頁巖油的分級評價具有指導意義。

(3)鉆井過程中產(chǎn)生的高角度誘導裂縫以及較大的井眼條件會導致雙側(cè)向電阻率產(chǎn)生低侵響應,該條件下雙側(cè)向電阻率幅度差存在多解性,測井評價中應結(jié)合其他資料進行綜合評價。

(4)高壓低孔低滲儲層鉆井液濾液侵入剖面特征研究僅僅是依據(jù)大量的鉆探資料和地質(zhì)認識得出的結(jié)論,有待通過實驗分析和理論研究進行不斷修正和完善。