蘇里格氣田蘇東南區(qū)塊上古生界氣層錄井解釋評價(jià)方法研究

趙天東 熊華軍 王樹慧 張 杰 王 剛 趙慧霞 楊 鈺 張國兵 權(quán) 騁

(①中國石油渤海鉆探第一錄井公司； ②中國石油渤海鉆探石油工程總承包分公司；③中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院；④中國石油渤海鉆探油氣合作開發(fā)分公司)

0 引 言

蘇東南區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地蘇里格氣田東區(qū)南部，是蘇里格氣田重點(diǎn)開發(fā)的一個(gè)次級區(qū)塊，該區(qū)塊上古生界自下而上依次發(fā)育石炭系本溪組，二疊系太原組、山西組、石盒子組和石千峰組地層，氣層則主要分布在山西組和下石盒子組盒8段，儲集層具有低孔隙度、低滲透率、巖性致密等多重特點(diǎn)。由于儲集層形成時(shí)間與天然氣充注時(shí)間極為接近，儲集層的成藏和壓實(shí)作用同期發(fā)生，壓實(shí)排水不充分，導(dǎo)致儲集層氣水賦存狀態(tài)非常復(fù)雜。

近年來，隨著區(qū)塊開發(fā)程度的不斷提高和深化，水平井?dāng)?shù)量逐年增加，針對儲集層的評價(jià)及氣水識別成為勘探開發(fā)中的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。因此，加強(qiáng)錄井單井資料的分析研究，實(shí)現(xiàn)儲集層氣水層的準(zhǔn)確識別及產(chǎn)能預(yù)測，對于目標(biāo)區(qū)域的勘探開發(fā)意義重大。

1 儲集層氣測參數(shù)與含氣性關(guān)系

通常認(rèn)為在理想條件下，無論是直井還是水平井，試氣射孔施工層位的氣測全烴值越高、射孔壓裂的層數(shù)越多、壓裂厚度越大，單井的氣產(chǎn)量應(yīng)該越高。但是，通過對研究區(qū)域21口單井分析發(fā)現(xiàn)，隨著射孔壓裂層數(shù)增多、壓裂厚度增大，并非所有單井的產(chǎn)氣量都按照理想狀態(tài)呈現(xiàn)遞增趨勢(圖1、圖2)。這是由于部分單井在開發(fā)過程中，儲集層產(chǎn)能的高低未能得到有效識別，部分單井開發(fā)層段優(yōu)選不夠合理。因此，通過錄井綜合解釋評價(jià)手段精準(zhǔn)識別氣水層，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對單井良好施工層位的優(yōu)選十分必要。

圖1 全烴值(Tg)與無阻流量(C)分析

圖2 顯示厚度(H)與無阻流量(C)分析

2 不同井型氣層錄井氣測參數(shù)特征

研究區(qū)鉆井井型以直井和水平井兩大類為主，參考工業(yè)油氣流標(biāo)準(zhǔn)[4]，建立了直井和水平井動態(tài)產(chǎn)能分級(工作制度以試氣無阻流量為準(zhǔn))。直井：產(chǎn)能高于10×104m3/d的為一類氣層，產(chǎn)能介于4×104m3/d～10×104m3/d的為二類氣層，產(chǎn)能介于1×104m3/d～4×104m3/d的為三類氣層。水平井：產(chǎn)能高于50×104m3/d的為一類氣層，產(chǎn)能介于20×104m3/d～50×104m3/d的為二類氣層，產(chǎn)能小于20×104m3/d的為三類氣層。

2.1 直井錄井氣測參數(shù)特征

從直井?dāng)?shù)據(jù)分析來看，不同的試氣結(jié)果所對應(yīng)儲集層的隨鉆氣測組分派生參數(shù)濕度比(Wh)、烴斜率(Gh)、平衡比(Bh)以及輕重比(Lw)數(shù)值的分布區(qū)間也有所不同。將各項(xiàng)派生參數(shù)在不同數(shù)值區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的概率做正態(tài)分布處理，形成氣測參數(shù)正態(tài)分布圖(圖3)。通過分析發(fā)現(xiàn)，隨著產(chǎn)能由好變差，濕度比(Wh)數(shù)據(jù)區(qū)間總體向小偏移，而烴斜率(Gh)、平衡比(Bh)和輕重比(Lw)則總體向大偏移，且數(shù)據(jù)的集中程度也隨之變差，呈發(fā)散狀態(tài)。如圖3所示，氣層(一、二類氣層)的濕度比主要集中在4～7之間，烴斜率集中在5～9之間，平衡比集中在40～240之間，輕重比主要集中在10～20之間；差氣層(三類氣層)的濕度比主要集中在2～5之間，烴斜率集中在3～14之間，平衡比集中在120～440之間，輕重比發(fā)散而不集中，在10～1 000之間均有分布；干層的濕度比主要集中在1～3之間，烴斜率集中在9～13之間，平衡比則極其發(fā)散，數(shù)值在100～2 040之間，輕重比也呈發(fā)散形態(tài)，在20～320之間均有分布。

同時(shí)，按照產(chǎn)氣量的高低，將各井相關(guān)參數(shù)數(shù)值點(diǎn)分別投在無阻流量與Wh、Lw及Bh各個(gè)關(guān)系圖板中發(fā)現(xiàn)：無阻流量一類井，顯示段Wh值主要集中在4～10之間(圖4)；顯示段Lw值主要集中在10～30之間(圖5)，當(dāng)該值大于或者小于上述區(qū)間時(shí)，單井產(chǎn)能往往不高；顯示段Bh值集中在50～250之間(圖6)，Bh大于250時(shí)，高產(chǎn)井很少出現(xiàn)，顯然，儲集層顯示參數(shù)Bh增大且大于250是儲集層含氣性變差的錄井參數(shù)特征反映。因此，當(dāng)顯示段Wh值在4～10之間，Lw值在10～30之間，Bh值集中在50～250之間時(shí)，此類顯示層為標(biāo)準(zhǔn)氣層的氣測數(shù)據(jù)特征。通過氣測派生參數(shù)Wh、Lw和Bh可以實(shí)現(xiàn)對試氣井段高產(chǎn)能層段的有效優(yōu)選。

圖3 氣測派生參數(shù)區(qū)間分布

圖4 無阻流量(C)與Wh關(guān)系

圖5 無阻流量(C)與Lw關(guān)系

圖6 無阻流量(C)與Bh關(guān)系

2.2 水平井錄井參數(shù)特征

水平井氣測組分參數(shù)數(shù)值區(qū)間分布形態(tài)與上述直井正態(tài)分布規(guī)律一致，但相比直井而言，其特點(diǎn)是顯示段變長。針對1 000～2 000 m的大段顯示，完全采用直井小距離內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的變化來實(shí)現(xiàn)水平井大井段解釋評價(jià)的方法具有一定的局限性。同時(shí)，常規(guī)非致密砂巖儲集層邊底水明顯、氣水界面清晰，進(jìn)行垂深高低對比判斷氣水界面是較為有效的方法。但對于該區(qū)低孔隙度、低滲透率致密砂巖氣藏，該方法并不適用。

針對水平井，通過41口單井資料分析發(fā)現(xiàn)，單井無阻流量(C)與單井氣測顯示全烴積分值(S)以及單井氣測顯示厚度(H)的線性相關(guān)度較高(圖7、圖8)。這兩項(xiàng)參數(shù)很好地反映了地層烴能量的大小。兩項(xiàng)評價(jià)參數(shù)疊加處理，得到單井無阻流量(C)和全烴積分與氣測顯示厚度乘積(M)的相關(guān)函數(shù)(圖9)，其相關(guān)系數(shù)為0.74。同時(shí)，定義了烴能量系數(shù)N(無量綱)，該系數(shù)反映顯示段每米儲集層烴能量的大小，計(jì)算公式為：

N=S/H

式中：S為氣測全烴積分值；H為氣測顯示厚度,m。

引入烴能量系數(shù)可實(shí)現(xiàn)對全井顯示厚度大但氣測全烴積分值低這類單井的解釋評價(jià)。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，通常一類氣層N>5(圖10)。烴能量系數(shù)對水平井產(chǎn)能的定性解釋評價(jià)具有很好的效果。

圖7 全烴積分(S)與無阻流量(C)關(guān)系

圖8 顯示厚度(H)與無阻流量(C)關(guān)系

圖9 全烴積分與顯示厚度之積(M)與無阻流量(C)關(guān)系

圖10 烴能量系數(shù)(N)與無阻流量(C)關(guān)系

3 氣測解釋圖板的建立

3.1 直井氣測解釋圖板的建立

研究區(qū)下石盒子組盒8段和山西組儲集層氣藏主要來源于山西組、太原組以及下部本溪組的煤層，地層相鄰近，氣測顯示數(shù)據(jù)特征基本相同。因此，針對盒8段和山西組的氣層分析，可采用相同的解釋評價(jià)圖板?；趯?1口單井76層氣測數(shù)據(jù)體的分析歸納，在剔除非標(biāo)準(zhǔn)氣測數(shù)據(jù)體的前提下，建立了上古生界二疊系氣測解釋評價(jià)圖板，分別為平衡比(Bh)與全烴(Tg)氣測解釋圖板(圖11)，濕度比(Wh)與烴斜率(Gh)氣測解釋圖板(圖12)和烴斜率(Gh)與輕重比(Lw)氣測解釋圖板(圖13)。

由于所分析單井中未篩選到差氣層標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)體，沒有出水的單井，該氣測解釋圖板以識別氣層和干層為主。從這三個(gè)氣測解釋圖板中可以看出：氣層、干層的界限比較清晰。氣層為“一高三低”的特征：高濕度比，數(shù)值在3～9之間；低平衡比，一般在40～200之間；低輕重比，一般在10～30之間；低烴斜率，一般在4～9之間。干層數(shù)據(jù)體的特征與氣層數(shù)據(jù)特征相反，表現(xiàn)為“一低三高”特征：低濕度比(<3)、高平衡比(>300)、高烴斜率(>9)、高輕重比(>30)。氣層全烴顯示通常較高，干層也有較高的氣測異常，但是從圖板上可以看出，后者的平衡比(Bh)、濕度比(Wh)及烴斜率(Gh)數(shù)據(jù)區(qū)間與前者差異明顯，且實(shí)際試氣效果產(chǎn)量也極低。

圖11 直井Bh與Tg氣測解釋圖板

圖12 直井Wh與Gh氣測解釋圖板

圖13 直井Gh與Lw氣測解釋圖板

3.2 水平井氣測解釋圖板的建立

研究區(qū)所鉆探的水平井目的層均為下石盒子組盒8段，故基于盒8段的41口水平井的氣測數(shù)據(jù)體，通過分析歸納，在剔除非標(biāo)準(zhǔn)氣測數(shù)據(jù)體的前提下，建立了水平井上古生界二疊系盒8段氣測解釋評價(jià)圖板，分別是平衡比(Bh)與全烴積分(S)×顯示厚度(H)氣測解釋圖板(圖14)、平衡比(Bh)與全烴積分(S)/顯示厚度(H)氣測解釋圖板(圖15)。

圖14 水平井Bh與SXH氣測解釋圖板

圖15 水平井Bh與S/H氣測解釋圖板

從這兩個(gè)氣測解釋圖板中可以看出：一類氣層、二類+三類氣層和含水層之間的界限比較清晰；二類氣層和三類氣層的數(shù)據(jù)點(diǎn)在圖板上的投點(diǎn)區(qū)間則有重疊。一類氣層為低平衡比(70～300)、高S×H值(>100×104)、高S/H值(>3.0)；二類和三類氣層與一類氣層相比，其平衡比數(shù)據(jù)整體向高值偏移，S×H值和S/H值則向低值偏移；含水層的數(shù)據(jù)范圍值與一類、二類+三類氣層數(shù)據(jù)有明顯不同，當(dāng)平衡比為高值(>400)、S×H為低值(<20×104)、S/H為低值(<4)時(shí)，則水平井出水的概率增高。將這三類數(shù)據(jù)體所在區(qū)間下限點(diǎn)相連，形成了界限較為清晰的一類氣層、二類+三類氣層和含水層區(qū)間線。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 直井

J 34-53井和J 73-39井是蘇東南區(qū)塊部署的兩口生產(chǎn)井，其中J 34-53井在二疊系山西組3 137.00～3 156.00 m井段，解釋2層18.00 m氣層，其氣測解釋參數(shù)的交會點(diǎn)均落在氣測解釋圖板的一類氣層區(qū)域(圖11、圖12)。射開井段3 134.00～3 137.00 m、3 152.00～3 155.00 m敞噴，無阻產(chǎn)量為43.381 6×104m3，測試結(jié)論為一類氣層，與錄井直井氣測解釋圖板解釋結(jié)論一致。

J 73-39井在二疊系山西組3 169.00～3 210.00 m井段，解釋2層11.00 m差氣層，其氣測解釋參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)氣測解釋圖板中的落點(diǎn)位于氣層偏向干層的位置(圖11、圖12)，說明儲集層含氣但呈現(xiàn)出偏干層的趨勢。試氣射開3 173.00～3 175.00 m、3 206.00 ～3 208.00 m敞噴，無阻產(chǎn)量2.267 4×104m3,測試結(jié)論為差氣層，與錄井直井氣測解釋圖板解釋結(jié)論一致。

4.2 水平井

J 72-59H1井和J 46-46H1井是蘇東南區(qū)塊部署的兩口水平井，其中J 72-59H1井的水平段長1 870.00 m，顯示段長1 359.00 m，氣測顯示活躍，色譜分析組分齊全，該井共解釋16層628.00 m氣層、13層258.00 m差氣層、11層473.00 m干層。該井氣層及差氣層井段平衡比(Bh)平均值為132.5、全烴積分與顯示厚度之積為1 847.8×104、全烴積分與顯示厚度之比為10.0，三項(xiàng)評價(jià)參數(shù)在氣測解釋圖板中交會點(diǎn)均落在一類氣層區(qū)(圖14、圖15)。該井試氣無阻產(chǎn)量169.688 3×104m3。測試結(jié)論為一類氣層，與錄井水平井氣測解釋圖板解釋結(jié)論一致。

J 46-46H1井水平段長1 600.00 m，顯示段長633.00 m,氣測顯示低且不活躍，色譜分析組分較全。該井共解釋2層93.00 m差氣層、3層98.00 m含氣水層、9層846.00 m干層。該井差氣層和含氣水層井段平衡比(Bh)平均值為721，全烴積分與顯示厚度之積為167.0×104，全烴積分與顯示厚度之比為4.1，三項(xiàng)評價(jià)參數(shù)在氣測解釋圖板中交會點(diǎn)均落在含水層區(qū)(圖14、圖15)。該井試氣無阻產(chǎn)量10.647 3×104m3/d，產(chǎn)水6 m3/d。測試結(jié)論為氣水同層，與錄井水平井氣測解釋圖板解釋結(jié)論一致。

5 結(jié) 論

針對蘇里格氣田上古生界氣藏儲集層氣水賦存關(guān)系復(fù)雜，單井氣水識別難度大的問題，開展了錄井解釋評價(jià)方法研究，針對區(qū)域內(nèi)直井和水平井，分別建立了氣測解釋圖板，經(jīng)現(xiàn)場多口井應(yīng)用驗(yàn)證，其解釋結(jié)論與試氣結(jié)果一致，應(yīng)用效果較好并取得了如下認(rèn)識。

(1)在低孔隙度、低滲透率致密巖性氣藏儲集層的錄井解釋評價(jià)過程中，無論是直井還是水平井，當(dāng)氣測顯示活躍、全烴異常值高時(shí)，氣測參數(shù)落點(diǎn)范圍集中的儲集層比落點(diǎn)發(fā)散、不集中的儲集層產(chǎn)能要高。

(2)針對低孔隙度、低滲透率致密巖性氣藏水平井的錄井解釋評價(jià)，通過引入新參數(shù)如烴能量系數(shù)來實(shí)現(xiàn)對儲集層定性及產(chǎn)能半定量解釋是可行的。

(3)在錄井解釋評價(jià)過程中，借助數(shù)值正態(tài)分布處理，將數(shù)據(jù)譜圖化以刻畫和發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化規(guī)律來實(shí)現(xiàn)解釋評價(jià)目的，是一種實(shí)用性強(qiáng)且直觀的方法。