基于錄井資料的頁巖油隨鉆儲集層評價技術(shù)

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)

0 引 言

準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上甜點和P2l1下甜點是其主力儲集層。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)選層段進行壓裂改造成了困擾頁巖油開發(fā)進程的一大難題。前期對頁巖油儲集層評價主要依靠核磁測井來進行定級，由于核磁測井費用昂貴且解釋結(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]。

1 利用氣測錄井評價儲集層物性

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，實現(xiàn)利用氣測來評價儲集層物性的目的[6-8]。

1.1 氣測校正

影響氣測值大小的因素很多，為了使氣測能夠更加真實地反映地層的含油氣豐度，必須對氣測值進行校正。在相同的鉆井條件下正常鉆進時：

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。

1.2 氣測指數(shù)的建立

通過對吉木薩爾頁巖油70口井(直井+水平井)上、下甜點(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)的儲集層評價標準(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準(氣測指數(shù))

2 利用巖石熱解評價儲集層物性

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，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)，甜點內(nèi)儲集巖所對應的熱解譜圖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)的儲集層評價標準(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準(輕質(zhì)原油指數(shù))

3 利用XRD評價儲集層物性

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度也不同，以此來識別巖石的礦物成分。其干涉加強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)計分析，結(jié)合核磁測井擬合回歸，建立了利用XRD礦物計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)的儲集層評價標準(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準(礦物孔隙度指數(shù))

4 應用實例

J 13井是新疆油田在吉木薩爾頁巖油層實施的一口產(chǎn)能水平井，該井在錄井施工中進行了氣測、XRD、巖石熱解等錄井技術(shù)的隨鉆應用，現(xiàn)場進行了隨鉆儲集層評價。其結(jié)果與完井核磁測井進行對比發(fā)現(xiàn)，兩種方法計算結(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)進行隨鉆儲集層評價的實用性。

圖5 J 13井隨鉆儲集層評價(錄井參數(shù))

5 結(jié) 論

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準。

在吉木薩爾頁巖油地區(qū)首次建立應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確地進行儲集層評價，在技術(shù)上彌補了單純依靠測井進行評價的不足，具有良好的應用前景和廣闊的應用空間。應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)。