聲電成像測井在川中龍王廟組縫洞型儲層勘探中的應(yīng)用

賀川航,林煜,陳華,代瑞雪,王紫笛,李春梅

(1.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司西南物探研究院,四川成都610016;2.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院,四川成都610041)

0 引 言

四川盆地中部磨溪主體區(qū)是安岳氣田重要的產(chǎn)能區(qū),其深層寒武系龍王廟組碳酸鹽巖地層為主要產(chǎn)氣層[1-2],是四川盆地重點(diǎn)研究的層系之一。龍王廟組儲層儲集空間包括溶蝕孔洞、粒間孔以及裂縫等,研究表明縫洞較發(fā)育地區(qū)地層整體滲透性較強(qiáng),有利于油氣運(yùn)移及成藏,容易形成優(yōu)質(zhì)儲層[3-4]。但龍王廟組地層物性較差,縫洞類型復(fù)雜多樣,地層縫洞的常規(guī)測井響應(yīng)信息又易被巖性、流體掩蓋,較難精準(zhǔn)刻畫縫洞型儲層位置。

圖1 MX13井溶蝕孔洞型儲層巖心、測井綜合解釋圖*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m;1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

前人主要采用直接觀察、間接計(jì)算2種方法識別縫洞。直接觀察法利用巖心統(tǒng)計(jì)縫洞發(fā)育位置和條數(shù),間接計(jì)算法是統(tǒng)計(jì)縫洞引起的三孔隙度、電阻率曲線偏移變化量進(jìn)而獲取縫洞信息。碳酸鹽巖地層中被流體填充的縫洞,其電阻率、波阻抗特征與圍巖差異較大,當(dāng)電流、聲波經(jīng)過縫洞時(shí),電導(dǎo)率、聲波能量均發(fā)生明顯變化,這種變化與地層縫洞發(fā)育程度有密切關(guān)系。電成像測井通過測量地層微電流變化,能準(zhǔn)確識別井壁縫洞發(fā)育狀況及分布[5-7]。陣列聲波測井直接測量環(huán)井壁1～3 m內(nèi)聲波能量信息,不受巖性影響,直接表征地層整體的滲透性[8-9],但是如何有效使用陣列聲波資料識別研究區(qū)縫洞型儲層,還需要“橋梁”建立其與縫洞發(fā)育區(qū)的關(guān)聯(lián)。

本文結(jié)合電成像測井縱向分辨率高與陣列聲波測井橫向探測范圍深的特點(diǎn),建立基于巖心、電成像資料的樣本井縫洞分布區(qū)間,以此為約束刻畫斯通利波能量衰減值在縫洞發(fā)育段的截止值,實(shí)現(xiàn)了縫洞發(fā)育段的精細(xì)刻畫。

1 方法流程

研究區(qū)龍王廟組的陣列聲波、電成像測井資料豐富,綜合現(xiàn)有巖心、測井資料建立縫洞識別標(biāo)準(zhǔn),精確刻畫縫洞型儲層是本文研究重點(diǎn)。具體步驟:①優(yōu)選目的層巖心、特殊項(xiàng)目測井資料完整的單井作為樣本井;②根據(jù)電成像測井資料獲取井壁的面洞率信息;③基于樣本井的面洞率差異,將縫洞型儲層進(jìn)行分類;④提取樣本井不同類型儲層的斯通利波能量衰減曲線值,采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法分析歸納不同類型儲層的斯通利波能量衰減值范圍。

2 龍王廟組儲層縫洞類型

根據(jù)研究區(qū)巖心資料結(jié)合三孔隙度、電成像測井等成果分析,依據(jù)縫洞發(fā)育程度,將龍王廟組儲層按縫洞發(fā)育大小及規(guī)模劃分3類,即:溶蝕孔洞型儲層、裂縫-孔洞型儲層和裂縫-孔隙型儲層。

(1)溶蝕孔洞型儲層。儲集空間大多以中、小溶蝕孔洞為主,局部見大洞。巖心資料顯示孔洞比較發(fā)育,孔洞大小為1～10 mm,多為石英部分填充,保留有效空間,該類儲層孔隙度大于7%,物性較好,試氣資料顯示儲層均能夠形成工業(yè)氣流。溶蝕孔洞型儲層測井響應(yīng)特征(見圖1),與圍巖(非儲層)相比總體上表現(xiàn)為三低兩高的特點(diǎn):自然伽馬低,圍巖高阻背景下電阻率降低,深、淺電阻率呈正差異,密度明顯低,聲波時(shí)差值高,中子值明顯高。電成像圖中縫洞發(fā)育段常見蜂窩狀暗斑點(diǎn)。

(2)裂縫-孔洞型儲層。孔隙為主要儲集空間,裂縫為滲流通道,孔隙和裂縫同時(shí)發(fā)育,形成了比較優(yōu)質(zhì)的儲層。此類儲層在川中地區(qū)龍王廟組地層普遍發(fā)育,儲層孔隙度為2%～7%,儲集性能較好。裂縫-孔洞型儲層測井響應(yīng)特征(見圖2),與圍巖(非儲層)相比具有如下特點(diǎn):自然伽馬低,圍巖高阻背景下電阻率表現(xiàn)中高值,深、淺電阻率呈正差異,密度稍低,聲波時(shí)差值高,中子值明顯高。電成像圖中縫洞發(fā)育段常見正弦裂縫以及少量蜂窩狀暗斑點(diǎn)。

圖2 MX29井裂縫-孔洞型儲層測井綜合解釋圖

圖3 MX39井裂縫-孔洞型儲層測井綜合解釋圖

(3)裂縫-孔隙型儲層。儲集空間主要為基質(zhì)孔隙,低角度裂縫為滲流通道,孔洞不發(fā)育,有一定的滲透性。此類儲層在川中地區(qū)龍王廟組發(fā)育較少,儲層孔隙度小于2%,儲集性能較差。裂縫-孔隙型儲層測井響應(yīng)特征(見圖3),與圍巖(非儲層)相比具有如下特點(diǎn):電阻率曲線呈明顯的“尖刺狀”分布、雙側(cè)向電阻率呈小幅度正差異或無幅度差,電成像圖上見近水平暗色條帶分布。

由于巖心采樣較少,不能對整個地層進(jìn)行有效評價(jià),且常規(guī)曲線只能定性描述縫洞型儲層分布,不能定量刻畫儲層邊界,因此,引入具有分辨率高、貼井壁測量的電成像測井,通過計(jì)算處理后的電成像資料面洞率(每平米異常圖像面積百分比)區(qū)分縫洞發(fā)育區(qū)。

圖4給出了研究區(qū)巖心實(shí)驗(yàn)測量的孔隙度與面洞率的交會圖,面洞率與孔隙度呈正相關(guān)關(guān)系,面洞率越高,孔隙度越大,說明縫洞越發(fā)育。Ⅰ區(qū)表明儲層具有明顯的裂縫機(jī)制參與滲流,存在裂縫發(fā)育區(qū),面洞率較低,孔隙度有明顯增大,說明儲層以裂縫為主要滲流通道;Ⅱ區(qū)隨著面洞率逐漸變大,孔隙度也增大,表明儲層主要以孔隙喉道為滲流通道。由此可見,面洞率的大小反映地層縫洞發(fā)育情況,進(jìn)而劃分縫洞類型。

圖4 面洞率與孔隙度交會圖

3 樣本井的縫洞類儲層劃分標(biāo)準(zhǔn)

優(yōu)選目的層巖心、電成像測井以及陣列聲波測井資料齊全的單井作為樣本井,建立縫洞型儲層的劃分標(biāo)準(zhǔn)。電成像測井反映井壁電阻率的異常,當(dāng)儲層溶蝕孔洞發(fā)育時(shí),在電成像測井圖上顯示高電導(dǎo)率異常,呈現(xiàn)出不規(guī)則小圓狀或橢圓形狀圖像,主要以斑狀為主;當(dāng)儲層段裂縫發(fā)育時(shí),溶洞不發(fā)育,在電成像測井圖上顯示高電導(dǎo)率異常,呈現(xiàn)出不規(guī)則的正弦曲線特征圖像,主要以塊狀為主[10-11]。利用電成像測井圖上的顯示差異可以定性識別縫洞發(fā)育區(qū),也可以人機(jī)交互解釋計(jì)算面洞率。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)電成像測井資料顯示縫洞較發(fā)育時(shí),得到的面洞率值較高;縫洞欠發(fā)育時(shí),面洞率值較低。

從圖1可見,溶蝕孔洞型儲層的電成像圖清晰呈現(xiàn)蜂窩狀暗斑點(diǎn),巖心顯示多為大溶孔,且面洞率≥5%;從圖2可見,裂縫-孔洞型儲層的電成像圖上可清晰呈現(xiàn)正弦裂縫以及少量蜂窩狀暗斑點(diǎn),巖心顯示多發(fā)育中小溶孔,面洞率主要為3%～5%;從圖3可見,裂縫-孔洞型儲層的電成像圖多為近水平暗色條帶、少見裂縫,巖心顯示少量小尺度縫洞,且面洞率<3%。綜合樣本井巖心、電成像測井資料,劃分龍王廟組縫洞類型(見圖5)。

圖5 不同類型儲層的面洞率分布圖

4 陣列聲波測井識別縫洞發(fā)育段

通過陣列聲波測井資料,能夠得到地層中縱波、橫波、斯通利波的能量信息。斯通利波是一種管波,在井筒中以活塞運(yùn)動的方式向前傳播,垂直井壁產(chǎn)生的壓力和張力交替出現(xiàn),導(dǎo)致井壁在垂向上膨脹和收縮,地層中有效連通空間與井筒連接,鉆井液、地層流體沿著連通空間流動,導(dǎo)致斯通利波在傳播過程中會消耗能量,振幅減弱;反之,地層較致密,滲透性較差,流體運(yùn)動較少時(shí),斯通利波能量衰減較弱[12]。因此,地層縫洞是影響斯通利波能量衰減的主要因素,這是斯通利波能量衰減刻畫地層縫洞發(fā)育區(qū)的理論基礎(chǔ)。

4.1 斯通利波能量衰減曲線計(jì)算

陣列聲波測井在井筒內(nèi)采集8條不同源距的聲波全波波形信息,經(jīng)過計(jì)算得到地層縱波、橫波、斯通利波等信息?；谒雇ɡúㄐ蜗嗨菩蕴卣?采用時(shí)差相關(guān)分析法在一組全波波形中開設(shè)時(shí)窗,移動合適的時(shí)窗找出相似波形,以此分離出斯通利波。

在斯通利波初至?xí)r間后開一個時(shí)窗,對選定時(shí)窗內(nèi)的信號r(t)進(jìn)行傅里葉變換成為R(ω),計(jì)算出信號的振幅譜,運(yùn)算后得到斯通利波能量

(1)

式中,E為斯通利波能量,無量綱;ω為信號有效頻帶,無量綱;ωmin、ωmax為信號有效頻帶最小值、最大值;Rreal、Rimag為R(ω)的實(shí)部和虛部;dω為信號有效頻帶間距。

斯通利波能量受測量儀器發(fā)射能量、測量方式的影響,井與井之間的能量值域不統(tǒng)一,需要消除非地層因素引起的誤差,提高縫洞識別精度。首先進(jìn)行斯通利波能量的單井歸一化[見式(2)],歸一化后的斯通利波能量值統(tǒng)一到0～1,基本消除了測井儀器或者測量方式不同造成的系統(tǒng)誤差。單井歸一化后,還應(yīng)該考慮井眼坍塌對數(shù)據(jù)采集的影響,通過開展井眼校正,較好地消除井眼坍塌對斯通利波能量的影響[見式(3)]。

Enorm=(1-E/Emax)×100%

(2)

式中,Enorm為歸一化后的斯通利波能量值;Emax為處理深度內(nèi)斯通利波能量最大值。

Ecal=Enorm-aln(CAL-BIT)+b

(3)

式中,Ecal為井筒校正后的斯通利波能量值,無量綱;CAL為井徑值,in;BIT為鉆頭尺寸,in;a、b為區(qū)域常數(shù)。

斯通利波能量隨縫洞增大而明顯減小,對校正后的斯通利波能量由式(4)轉(zhuǎn)換成能量衰減值,即

Estc=lg(Ecal,max/Ecal)/l

(4)

式中,Estc為校正后的斯通利波能量衰減值,無量綱;Ecal,max為井筒校正后的斯通利波能量值最大值,無量綱;l為源距,m。

采用上述方法,校正研究區(qū)內(nèi)龍王廟組斯通利波能量,最終得到全區(qū)統(tǒng)一值域的斯通利波能量衰減曲線。

4.2 斯通利波能量衰減曲線劃分縫洞類型

以巖心、面洞率劃分的3類儲層為約束,制作利用斯通利波能量衰減值識別縫洞的圖版(見圖6)。溶蝕孔洞型儲層日產(chǎn)量高于50×104m3,面洞率大于5%,斯通利波能量衰減值大于20%;裂縫-孔洞型儲層日產(chǎn)量為(25～50)×104m3,面洞率為3%～5%,斯通利波能量衰減值大于10%;裂縫-孔隙型儲層測試為微氣或者干層,面洞率小于3%,斯通利波能量衰減值小于10%。

圖6 面洞率—斯通利波能量衰減值交會圖

從圖6中可知,從溶蝕孔洞型、裂縫-孔洞型到裂縫-孔隙型儲層面洞率逐漸變小,各自對應(yīng)的斯通利波能量衰減值也逐步降低。以巖心、電成像資料劃分的縫洞做約束樣本,統(tǒng)計(jì)不同縫洞類型斯通利波衰減值的截止值,建立龍王廟組斯通利波能量衰減值評價(jià)儲層標(biāo)準(zhǔn):Estc≥20%,溶蝕孔洞型儲層;10%≤Estc<20%,裂縫-孔洞型儲層;Estc<10%,裂縫-孔隙型儲層。

統(tǒng)計(jì)分析表明面洞率、衰減值較大的井均出現(xiàn)高產(chǎn)工業(yè)氣流,說明該區(qū)域儲層縫洞的連通性較好?？傊?斯通利波能量衰減曲線是對地層縫洞發(fā)育情況以及滲透性的綜合反映,能夠更好地劃分縫洞型儲層分布。

5 應(yīng)用效果

運(yùn)用此套縫洞評價(jià)方法對研究區(qū)新井進(jìn)行了精細(xì)解釋,圖7為MX23井測井解釋綜合圖。由圖7可見,該井存在2個明顯的儲層段:4 800.5～4 823.7 m、4 826.0～4 831.5 m,其電成像測井顯示面洞率大于5%,斯通利波能量衰減值為23%,說明該段地層縫洞發(fā)育,地層滲透性較好;在該井非儲層段,電成像測井顯示面洞率小于3%,斯通利波能量衰減值為5%,說明該段地層縫洞不發(fā)育,地層滲透性較差。經(jīng)過射孔試氣,在4 800.5～4 823.7 m層段存在較好氣層,日產(chǎn)氣114×104m3,證實(shí)了該方法能夠有效識別縫洞型儲層的發(fā)育位置,為開發(fā)試氣提供可靠依據(jù)。

圖7 MX23井測井解釋圖

6 結(jié) 論

(1)川中地區(qū)龍王廟組碳酸鹽巖儲層主要分為3類:溶蝕孔洞型儲層、裂縫-孔洞型儲層和裂縫-孔隙型儲層,均為小尺度縫洞,非均質(zhì)性較強(qiáng)。儲層空間分布復(fù)雜,因此,縫洞型儲層分布的精細(xì)解釋是制約氣藏開發(fā)的最大風(fēng)險(xiǎn)。

(2)結(jié)合巖心分析、電成像測井?dāng)?shù)據(jù)初步劃分碳酸鹽巖縫洞型儲層,利用面洞率—斯通利波能量衰減值交會圖版,指示縫洞型儲層的分布區(qū)域,形成基于斯通利波能量信息刻畫縫洞型儲層的評價(jià)方法,與常規(guī)測井資料相比,精度更高,應(yīng)用范圍更廣。