侯力虎 徐聲馳 劉 志 鄒先鋒 羅宏斌 馮志清 甘新科 吉 軍
(中國石油西部鉆探工程有限公司地質(zhì)研究院)
準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組是中國最為古老的陸相液態(tài)烴頁巖層系之一,是近海咸化湖盆混積巖沉積。吉木薩爾凹陷是準(zhǔn)噶爾盆地東部典型富液態(tài)烴凹陷,構(gòu)造上呈現(xiàn)西斷東超、整體向西傾的單斜,凹陷頁巖油資源豐富,其中P2l2上甜點(diǎn)和P2l1下甜點(diǎn)是其主力儲集層。研究表明吉木薩爾頁巖油儲集層的儲集空間是以基質(zhì)孔隙為主,天然大裂縫(直劈、斜劈、低角度水平裂縫)為輔的儲集類型[1]。近年來,隨著吉木薩爾頁巖油勘探開發(fā)的不斷深入,如何優(yōu)選層段進(jìn)行壓裂改造成了困擾頁巖油開發(fā)進(jìn)程的一大難題。前期對頁巖油儲集層評價主要依靠核磁測井來進(jìn)行定級,由于核磁測井費(fèi)用昂貴且解釋結(jié)果存在多解性,不能滿足頁巖油儲集層評價的生產(chǎn)需求,而錄井資料可以更加直觀地反映儲集層的含油性,因此深入挖掘錄井資料的潛力,分析得到氣測指數(shù)、輕質(zhì)原油指數(shù)、礦物孔隙度指數(shù),利用錄井衍生參數(shù)與核磁孔隙度的相關(guān)性,建立了利用錄井資料評價儲集層的方法[2]。
氣測錄井是對鉆井過程中返出鉆井液中的烴類氣體含量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測,能夠直觀反映儲集層的含油氣性[3-5]。而含油氣豐度的大小往往受儲集層物性影響。通過研究錄井氣測與儲集層物性之間的相關(guān)性,建立錄井氣測與測井核磁之間的聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)利用氣測來評價儲集層物性的目的[6-8]。
影響氣測值大小的因素很多,為了使氣測能夠更加真實(shí)地反映地層的含油氣豐度,必須對氣測值進(jìn)行校正。在相同的鉆井條件下正常鉆進(jìn)時:
Tg測量值=Tg背景值+Tg破碎+Tg壓差
式中:Tg測量值為氣測測量值,%;Tg背景值為氣測背景值,%;Tg破碎為巖石破碎氣測量值,%;Tg壓差為壓差氣測量值,%。
背景氣一般主要表現(xiàn)為氣測基值的抬升,與正鉆地層的含油氣豐度無關(guān)。破碎氣主要受鉆時、鉆頭直徑、排量的影響較大。壓差氣一般是由于鉆井液液柱壓力小于地層壓力而形成的,壓差氣的大小既受壓差影響,也受儲集層物性影響(儲集層物性好,壓差大,壓差氣含量高)。
根據(jù)吉木薩爾頁巖油已鉆井資料分析表明:氣測值大小受鉆時影響較大,而由于頁巖油特殊的儲集層條件(低孔隙度、低滲透率),壓差對氣測值影響較小。因此對氣測值(Tg)進(jìn)行了破碎氣校正。
Tg=Tg背景值+Tg破碎校正
Tg破碎校正=(Tg測量值Qt)/(πD2/4)
式中:t為鉆時,min/m;Q為鉆井液泵排量,m3/min;Tg破碎校正為巖石破碎氣校正值,%;D為鉆頭直徑,m。
通過對吉木薩爾頁巖油70口井(直井+水平井)上、下甜點(diǎn)(P2l22-2、P2l12-2)氣測資料的研究發(fā)現(xiàn):氣測全烴值與背景值的比值(Ig)與核磁測井的可動孔隙度(CMFF)具有很好的相關(guān)性(圖1)。
Ig=Tg破碎校正/Tg背景值
Ig=aCMFF+b
式中:Ig為氣測指數(shù);Tg破碎校正為校正的氣測全烴值,%;Tg背景值為緊鄰儲集層的泥巖段的氣測背景值,%;CMFF為核磁測井可動孔隙度,%;a、b為關(guān)系系數(shù)。
鑒于氣測指數(shù)能夠反映儲集層的可動孔隙度,利用氣測指數(shù)對頁巖油55口水平井進(jìn)行了解釋評價,參考核磁測井的解釋結(jié)果,制定了基于氣測指數(shù)的儲集層評價標(biāo)準(zhǔn)(表1)。
圖1 X井氣測指數(shù)與核磁可動孔隙度相關(guān)性分析
表1 頁巖油儲集層評價標(biāo)準(zhǔn)(氣測指數(shù))
由于石油是由烴類、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和少量的非烴組成的混合物,而這些物質(zhì)具有不同的沸點(diǎn),特別是膠質(zhì)、瀝青質(zhì)大分子化合物在一定溫度下能夠裂解成小分子而蒸發(fā)出來。因此在程序升溫過程中石油能夠蒸發(fā)、裂解出不同的烴類物質(zhì),如汽油、柴油、煤油等。
熱解分析的主要參數(shù)如下:
S0,90℃恒溫2 min的熱解值;S11,200℃恒溫1 min的熱解值;S21,200~350℃程序升溫,升溫速率50℃/min,350℃恒溫1 min的熱解值;S22,350~450℃程序升溫,升溫速率50℃/min,450 ℃恒溫1 min的熱解值;S23,450~600℃程序升溫,升溫速率50℃/min,450℃恒溫1 min的熱解值。
通過對吉木薩爾頁巖油巖石熱解數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn),甜點(diǎn)內(nèi)儲集巖所對應(yīng)的熱解譜圖S11、S21、S22均有明顯幅度,熱解值呈現(xiàn)明顯的雙峰。甜點(diǎn)外烴源巖熱解譜圖的S11、S21值缺失,熱解峰值主要出現(xiàn)在S22、S23之間,反映熱解成分以重組分為主(圖2)。
在對熱解數(shù)據(jù)分析研究的基礎(chǔ)上,又進(jìn)行了巖石熱解與核磁測井的相關(guān)性分析,發(fā)現(xiàn)熱解衍生參數(shù)(輕質(zhì)原油指數(shù))與核磁可動孔隙度(CMFF)之間具有良好的相關(guān)性(圖3)。
圖2 頁巖油儲集層與非儲集層巖石熱解譜圖對比
P2=(S11+S21)/(S0+S11+S21+S22+S23)
P2=iCMFF+j
式中:P2為輕質(zhì)原油指數(shù);i、j為關(guān)系系數(shù)。
鑒于輕質(zhì)原油指數(shù)能夠反映儲集層的可動孔隙度,利用輕質(zhì)原油指數(shù)對頁巖油30口水平井進(jìn)行了解釋評價,參考核磁測井的解釋結(jié)果,制定了基于輕質(zhì)原油指數(shù)的儲集層評價標(biāo)準(zhǔn)(表2)。
圖3 X井輕質(zhì)原油指數(shù)與核磁可動孔隙度相關(guān)性分析
表2 頁巖油儲集層評價標(biāo)準(zhǔn)(輕質(zhì)原油指數(shù))
全巖衍射礦物分析技術(shù)(XRD)是利用X射線入射到晶體時,不同原子散射的X射線相互干涉,在某些特殊方向上產(chǎn)生強(qiáng)X射線衍射。由于不同礦物的晶體結(jié)構(gòu)不同,其衍射線在空間的分布方位和強(qiáng)度也不同,以此來識別巖石的礦物成分。其干涉加強(qiáng)條件要滿足布拉格方程:
2dsinθ=nλ
式中:d為晶面間距,nm;n為反射級數(shù);θ為掠射角,(°);λ為X射線的波長,nm。
通過對工區(qū)內(nèi)XRD數(shù)據(jù)分析研究發(fā)現(xiàn):甜點(diǎn)內(nèi)的斜長石含量相對較高,白云石和方解石含量相對較低。甜點(diǎn)外斜長石含量降低,白云石和方解石含量升高,敏感礦物(斜長石、白云石+方解石)含量的高低能夠較好地刻畫儲集層特征,具有較高可靠性。
在篩選出敏感礦物的基礎(chǔ)上,通過大量的統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)合核磁測井?dāng)M合回歸,建立了利用XRD礦物計(jì)算巖石孔隙度的方法。
Ip=mPl/(Dol+Cal)+g
式中:Ip為礦物孔隙度指數(shù);Pl為斜長石含量,%;Dol為白云石含量,%;Cal為方解石含量,%;m、g為關(guān)系系數(shù)(m=0.035 5,g=0.071 2)。
根據(jù)礦物含量計(jì)算的礦物孔隙度與核磁總孔隙度相關(guān)性較好(圖4),呈正相關(guān)。
TCMR=eIp+f
式中:TCMR為核磁總孔隙度,%;e、f為關(guān)系系數(shù)。
鑒于礦物孔隙度指數(shù)能夠反映儲集層的總孔隙度,利用礦物孔隙度指數(shù)對頁巖油15口水平井進(jìn)行了解釋評價,參考核磁測井的解釋結(jié)果,制定了基于礦物孔隙度指數(shù)的儲集層評價標(biāo)準(zhǔn)(表3)。
圖4 X井礦物孔隙度指數(shù)與核磁總孔隙度相關(guān)性分析
表3 頁巖油儲集層評價標(biāo)準(zhǔn)(礦物孔隙度指數(shù))
J 13井是新疆油田在吉木薩爾頁巖油層實(shí)施的一口產(chǎn)能水平井,該井在錄井施工中進(jìn)行了氣測、XRD、巖石熱解等錄井技術(shù)的隨鉆應(yīng)用,現(xiàn)場進(jìn)行了隨鉆儲集層評價。其結(jié)果與完井核磁測井進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn),兩種方法計(jì)算結(jié)果具有很高的相似性(圖5),隨鉆評價結(jié)果與核磁測井結(jié)果一致。證明了利用錄井參數(shù)進(jìn)行隨鉆儲集層評價的實(shí)用性。
圖5 J 13井隨鉆儲集層評價(錄井參數(shù))
隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入,頁巖油、頁巖氣等非常規(guī)油藏勘探開發(fā)越來越受到重視,因此針對非常規(guī)油藏的儲集層評價也顯得越來越重要。通過在吉木薩爾頁巖油地區(qū)開展氣測、巖石熱解、XRD等錄井資料的數(shù)據(jù)挖掘,利用校正后的氣測值和巖石熱解參數(shù)得到與核磁測井可動孔隙度相關(guān)性較好的氣測指數(shù)及輕質(zhì)原油指數(shù),通過XRD礦物計(jì)算得到與核磁總孔隙度相關(guān)性較好的礦物孔隙度指數(shù),建立基于錄井資料的儲集層評價標(biāo)準(zhǔn)。
在吉木薩爾頁巖油地區(qū)首次建立應(yīng)用錄井資料評價儲集層物性的方法,在減少勘探開發(fā)投入的同時能夠較為準(zhǔn)確地進(jìn)行儲集層評價,在技術(shù)上彌補(bǔ)了單純依靠測井進(jìn)行評價的不足,具有良好的應(yīng)用前景和廣闊的應(yīng)用空間。應(yīng)用基于錄井資料的頁巖油儲集層評價技術(shù),不僅提高了錄井工程服務(wù)的技術(shù)含量,也為工程地質(zhì)一體化提供了技術(shù)基礎(chǔ)。