蘇里格氣田上古生界地層隨鉆巖性快速識(shí)別方法及應(yīng)用

張文雅 李國(guó)良 房金偉

(①中國(guó)石油渤海鉆探第二錄井公司；②中國(guó)石油渤海鉆探油氣合作開發(fā)分公司)

0 引 言

蘇里格氣田勘探范圍約2×104km2，是發(fā)育于鄂爾多斯盆地上古生界碎屑巖系中的大型致密砂巖巖性圈閉氣藏，由于其低孔、低滲、低壓、低產(chǎn)、低豐度的“五低”特征導(dǎo)致開發(fā)成本增加[1]。蘇里格氣田鉆井施工一般遵循鉆穿山西組含氣砂巖30 m的完鉆原則，但在鉆達(dá)上古生界石炭系-二疊系含氣砂巖和含氣煤層時(shí)，在沒有測(cè)井曲線，巖屑代表性差的情況下，如何確定同樣為氣測(cè)值較高、鉆時(shí)較低的巖性是砂巖還是含氣煤層，給錄井現(xiàn)場(chǎng)工作人員帶來較大困難。尤其是在快速鉆井條件下，巖屑細(xì)碎，上部掉塊多，與上部巖屑高度混雜，代表性差；在二疊系山西組的砂巖由于沉積環(huán)境的變化，導(dǎo)致顏色較深，與煤層混雜后無法有效區(qū)分[2]。

在致密砂巖巖性氣藏勘探過程中,氣測(cè)是唯一的快速隨鉆連續(xù)檢測(cè)地層含氣性的錄井技術(shù)，氣測(cè)錄井直接測(cè)量的全烴、組分資料，只能較好地反映地層的含氣性，卻無法識(shí)別是哪種巖性含氣，而不同的盆地、不同的巖性，油氣組分的構(gòu)成與其地質(zhì)條件息息相關(guān)，其氣態(tài)烴中各組分含量也會(huì)有所不同[3]，在隨鉆跟蹤完井卡層分析階段，選取目的層烴組分異構(gòu)比、丙烷占比、濕度比、烴斜率等敏感參數(shù)建立圖板并劃分標(biāo)準(zhǔn)，有效解決了錄井現(xiàn)場(chǎng)在沒有測(cè)井曲線且?guī)r屑代表性差的情況下，如何識(shí)別具有較高氣測(cè)值的砂巖和煤層問題，為建設(shè)方提供了最具參考價(jià)值的完鉆井深和鉆后試氣選層依據(jù)。目前，在蘇里格氣田完鉆井應(yīng)用，巖性識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)99%，應(yīng)用效果良好。

1 評(píng)價(jià)難點(diǎn)

鄂爾多斯盆地上古生界石炭系-二疊系的本溪組、太原組和山西組煤層是上古生界主要的烴源巖之一，主要包括一套陸相及海陸過渡相沉積的泥巖、煤和灰?guī)r，不僅給予上古生界山西組和下石盒子組砂巖儲(chǔ)集層氣源支撐，還是上古生界地層精細(xì)劃分與對(duì)比的重要標(biāo)志層[2]。山西組煤層具有十分明顯的特征，測(cè)井曲線具有“三高三低”的特征：三高指井徑(CAL)大、聲波時(shí)差(AC)和地層電阻率(Rt、Rxo)較高；三低指自然伽馬(GR)、自然電位(SP)與密度(DEN)普遍較低。山西組底部北岔溝砂巖作為蘇里格氣田重要的標(biāo)志層之一，測(cè)井曲線特征表現(xiàn)為井徑較小，低自然伽馬、自然電位與低密度，具有低幅且平緩的聲波時(shí)差和地層電阻率[4]。如圖1中S 76-14-12X井的井段3 508.0～3 516.5 m、3 532.0～3 537.0 m，從測(cè)井曲線特征看，可以快速區(qū)分山西組北岔溝砂巖和本溪組頂部的煤層，但在沒有測(cè)井曲線支持的情況下，要在錄井現(xiàn)場(chǎng)有效區(qū)分同樣是鉆時(shí)較低、含氣豐度較高的砂巖和煤層，給現(xiàn)場(chǎng)工作人員帶來較大的困難。

2 圖板建立

2.1 參數(shù)優(yōu)選

依據(jù)中石油企業(yè)氣測(cè)錄井資料解釋標(biāo)準(zhǔn)[5]，氣測(cè)全烴顯示值高于基值2倍的氣測(cè)異常井段，鉆時(shí)較低即可確定為解釋層。通過對(duì)該區(qū)上古生界地層53口完鉆井96個(gè)解釋層巖性的氣測(cè)、鉆時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)同樣鉆時(shí)較低的含氣層，僅用其氣測(cè)值及其分布形態(tài)難以區(qū)分各自的巖性。從含氣巖性鉆時(shí)與全烴散點(diǎn)關(guān)系圖也可以看出，同樣鉆時(shí)較低的情況下，氣測(cè)全烴值大小并無相關(guān)性(圖2)。

通過統(tǒng)計(jì)53口完鉆井96個(gè)解釋層的全烴及氣測(cè)組分包括C1、C2、C3、iC4、nC4、iC5、nC5的絕對(duì)含量分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，含氣砂巖的 C1/∑C比煤層的低，而其C2/∑C和C3/∑C則比煤層的高(表1)，特別是 C3/∑C(丙烷占比)的值，砂巖比煤層要高的多(圖3)。

進(jìn)而對(duì)烴組分值計(jì)算出的其他衍生參數(shù)所出現(xiàn)的規(guī)律及區(qū)間進(jìn)行對(duì)比總結(jié)分析，發(fā)現(xiàn)不但丙烷占比有明顯差異，異構(gòu)比、濕度比、烴斜率3個(gè)特征參數(shù)也具有明顯差異(圖4)，可根據(jù)各參數(shù)區(qū)間建立上古生界含氣巖性氣測(cè)特征參數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表2)。這也證實(shí)不同的巖性油氣組分含量的構(gòu)成有所不同，從而可以在巖屑代表性差的情況下進(jìn)行上古生界含氣巖性的甄別[6-7]。丙烷占比、異構(gòu)比、濕度比以及烴斜率4個(gè)特征參數(shù)值的相應(yīng)計(jì)算公式為：

全烴(∑C)=C1+C2+C3+iC4+nC4+iC5+nC5

丙烷占比=C3/∑C×100%

異構(gòu)比=(iC4+iC5)/(C1+C2+C3+nC4+nC5)×1 000

表1 上古生界含氣巖性氣測(cè)組分

圖3 含氣砂巖與煤層C2、C3占比柱狀圖

濕度比=(C2+C3+iC4+nC4+iC5+nC5)/∑C×100%烴斜率=C2/C3

2.2 圖板建立

根據(jù)以上獲得的多組特征參數(shù)值建立含氣砂巖和煤層的巖性識(shí)別線性關(guān)系圖，采用平面直角坐標(biāo)系，以橫軸作為異構(gòu)比、丙烷占比、濕度比以及烴斜率參數(shù)軸，縱軸作為刻度軸，其數(shù)值對(duì)應(yīng)具體的特征參數(shù)的值，每個(gè)特征參數(shù)都具有一個(gè)縱軸且所有縱橫軸具有共同的刻度；根據(jù)多個(gè)完鉆井解釋層的每個(gè)特征參數(shù)值在縱軸上的分布位置，依據(jù)含氣砂巖和含氣煤層的劃分區(qū)間，就可以確定待解釋層的巖性(圖5)。

圖4 全烴與4個(gè)特征參數(shù)散點(diǎn)圖

表2 上古生界含氣巖性氣測(cè)特征參數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖5 上古生界含氣巖性識(shí)別線性關(guān)系

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 S 76-14-12X井

S 76-14-12X井是位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西南部的一口開發(fā)井，鉆探目的是開發(fā)盒8段、山西組含氣地層。在鉆至井段3 510.0～3 537.0 m識(shí)別出2個(gè)解釋層。根據(jù)每個(gè)解釋層的氣測(cè)數(shù)據(jù)，分別采用前述公式計(jì)算獲得對(duì)應(yīng)的異構(gòu)比、丙烷占比、濕度比以及烴斜率4個(gè)特征參數(shù)的值(表3)。

根據(jù)特征參數(shù)的值在巖性識(shí)別線性關(guān)系圖上投點(diǎn)的線性位置確定待識(shí)別巖性解釋層的巖性。解釋層1的折線(紅色)落在含氣砂層分區(qū)內(nèi)，相應(yīng)地，4個(gè)特征參數(shù)值的投點(diǎn)也落在對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)關(guān)于含氣砂層的劃分區(qū)間內(nèi)，由此判斷解釋層1的巖性為含氣砂層；解釋層2的折線(藍(lán)色)落在含氣煤層分區(qū)內(nèi)，相應(yīng)地，4個(gè)特征參數(shù)值的投點(diǎn)也落在對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)關(guān)于含氣煤層的劃分區(qū)間內(nèi)，由此判斷解釋層2的巖性為含氣煤層(圖6)。

巖性識(shí)別結(jié)果驗(yàn)證：蘇里格氣田完鉆原則是鉆穿目的層含氣砂巖底界30 m完鉆，口袋里不要留有氣層，S 76-14-12X井在鉆遇解釋層1后，依據(jù)巖性識(shí)別方法確定巖性為砂巖，在鉆遇解釋層2后，確定巖性為煤層，與鉆后測(cè)井曲線表征的砂巖與煤層特征一致(圖7)。根據(jù)完鉆原則，于鉆穿解釋層1底界30 m井深3 550 m完鉆，如若錯(cuò)把解釋層2識(shí)別為含氣砂層，將于3 564 m完鉆，因此依靠本巖性確定結(jié)果最終節(jié)約鉆井進(jìn)尺14 m。解釋層1經(jīng)試氣，產(chǎn)氣2.573 6×104m3/d，依據(jù)井深大于3 000 m的日產(chǎn)1×104m3的工業(yè)氣流標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試結(jié)果為工業(yè)氣流井；解釋層2依據(jù)本文巖性識(shí)別方法確定巖性是煤層，該區(qū)煤層多為含水層并易垮塌，因此沒必要繼續(xù)鉆進(jìn)或進(jìn)行試氣驗(yàn)證。這說明本方法在判斷含氣巖性后，不依據(jù)完鉆原則也準(zhǔn)確地卡準(zhǔn)了完鉆層位，并在鉆后選取適合本地區(qū)開采的含氣砂巖層進(jìn)行試氣獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，表明該方法針對(duì)上古生界地層巖性識(shí)別具有很高的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

表3 S 76-14-12X井解釋層的氣測(cè)數(shù)據(jù)、特征參數(shù)及巖性對(duì)比

圖6 S 76-14-12X井上古生界含氣巖性識(shí)別線性關(guān)系

圖7 S 76-14-12X井錄井綜合圖

3.2 S 76-1-15X井

S 76-1-15X井是鄂爾多斯盆地伊陜斜坡南部的一口開發(fā)井，在鉆至山1段井深3 337.0～3 408.0 m識(shí)別出6個(gè)解釋層，根據(jù)每個(gè)解釋層的氣測(cè)數(shù)據(jù)獲得對(duì)應(yīng)的異構(gòu)比、丙烷占比、濕度比以及烴斜率4個(gè)特征參數(shù)的值(表4)。

表4 S 76-1-15X井解釋層的氣測(cè)數(shù)據(jù)、特征參數(shù)及巖性對(duì)比

在巖性識(shí)別線性關(guān)系圖上投點(diǎn)的線性位置，解釋層1、2、3、4的折線(紅色)落在含氣砂層分區(qū)內(nèi)，由此判斷解釋層1、2、3、4的巖性為砂巖。解釋層5、6的折線(藍(lán)色)落在煤層分區(qū)內(nèi)，由此判斷解釋層5、6的巖性為煤層(圖8)。巖性識(shí)別結(jié)果驗(yàn)證：依據(jù)巖性識(shí)別方法鉆穿解釋層1-4后確定其巖性為砂巖，解釋層5-6的巖性為煤層，與鉆后測(cè)井曲線表征特征一致(圖9)。根據(jù)完鉆原則，于鉆穿解釋層6后井深3 415 m完鉆。井段3 339.4～3 366 m解釋層1-4含氣砂巖經(jīng)試氣，獲產(chǎn)氣1.468 2×104m3/d，無阻流量9.186 7×104m3/d，試油結(jié)果為工業(yè)氣流井。

3.3 L 56井

L 56井是鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷上的一口預(yù)探井，鉆至太原組、羊虎溝組井深3 902.0～3 919.0 m識(shí)別出2個(gè)解釋層，根據(jù)每個(gè)解釋層的氣測(cè)數(shù)據(jù)獲得對(duì)應(yīng)的異構(gòu)比、丙烷占比、濕度比以及烴斜率4個(gè)特征參數(shù)的值(表5)。

在巖性識(shí)別線性關(guān)系圖上投點(diǎn)的線性位置，解釋層1的折線(藍(lán)色)明顯落在煤層分區(qū)內(nèi)，由此判斷解釋層1的巖性為煤層，而解釋層2的折線(紅色)異構(gòu)比與烴斜率在砂巖分區(qū)內(nèi)，丙烷占比與濕度比數(shù)據(jù)分別落在二者交界處，由此初步判斷解釋層2的巖性為砂巖(圖10)。這是由于本井與蘇里格氣田所處地理位置不同，其烴源巖氣組分可能會(huì)有一定差別，但使用本圖板也具有明顯的分區(qū)，效果良好。巖性識(shí)別結(jié)果驗(yàn)證：依據(jù)巖性識(shí)別方法以及鉆后測(cè)井曲線證實(shí)解釋層1為煤層，解釋層2為砂巖，與鉆后測(cè)井曲線表征兩種巖性特征一致(圖11)。

圖8 S 76-1-15X井上古生界含氣巖性識(shí)別線性關(guān)系

在羊虎溝組井段3 917.3～3 919.7 m解釋層2含氣砂巖進(jìn)行試氣，獲產(chǎn)氣6.273 5×104m3/d，無阻流量11.7482×104m3/d，試油結(jié)果為高產(chǎn)工業(yè)氣流井。

圖9 S 76-1-15X井錄井綜合圖

表5 L 56井解釋層的氣測(cè)數(shù)據(jù)、特征參數(shù)及巖性對(duì)比

圖10 L 56井上古生界含氣巖性識(shí)別線性關(guān)系

圖11 L 56井錄井綜合圖

4 結(jié)束語

在鉆達(dá)上古生界含氣砂巖和含氣煤層時(shí)，在沒有測(cè)井曲線、巖屑代表性差，并且具有同樣高氣測(cè)值、低鉆時(shí)的背景情況下，應(yīng)用氣測(cè)組分?jǐn)?shù)據(jù)獲得的異構(gòu)比、丙烷占比、濕度比以及烴斜率4個(gè)特征參數(shù)的值可以快速、準(zhǔn)確識(shí)別上古生界地層含氣層巖性，從而為準(zhǔn)確卡取完鉆層位、少鉆無效進(jìn)尺和鉆后選取試氣層位提供了依據(jù)。

使用本方法在鄂爾多斯盆地其余地區(qū)也有較好的識(shí)別效果，其選值區(qū)間可能有一定微小差別，需地質(zhì)工作人員對(duì)已鉆井氣測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域上古生界地層隨鉆巖性的快速識(shí)別。