試井資料在復雜碳酸鹽巖儲層類型識別中的應(yīng)用
——以磨溪地區(qū)震旦系碳酸鹽巖儲層為例

胡 燕 易 勁 歐家強 袁 權(quán) 郭靜姝 蔡珺君 顏 平

1.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦 2.中國石油西南油氣田公司川中北部采氣管理處3.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 4.成都理工大學能源學院

0 引言

儲層類型識別是氣藏開發(fā)的基礎(chǔ)，目前的研究方法有：巖心觀察、薄片、測井、錄井、地震等實驗手段和方法[1]。近期在儲層類型識別方面已有大量的研究成果，如：周紅濤、趙永剛、傅海成等在塔里木盆地提出基于測井響應(yīng)特征識別儲層類型的方法[2-4]；郝敏哲等在鄂爾多斯盆地提出巖心描述識別儲層類型的方法[5]；楊鵬飛、朱正平等在塔里木盆地提出基于地震響應(yīng)特征識別儲層類型的方法[6-7]。上述儲層類型識別方法都局限于某種單一的地質(zhì)研究手段，各有優(yōu)缺點，如：測井以及巖心描述的精度高，但研究對象是單井，研究范圍較小；地震的覆蓋范圍大，但是對儲層的識別精度較低[8]。在一些非均質(zhì)性強的碳酸鹽巖儲層中，發(fā)育不同尺度的孔、洞和縫[9]；另外，如果在生產(chǎn)井投產(chǎn)前進行過酸壓改造，會進一步增加儲滲空間的復雜性。

相較于前述地質(zhì)研究方法，試井的研究對象是地下流體的滲流過程，劃分的儲層類型更符合油氣井的實際生產(chǎn)特征。近年來，在識別碳酸鹽巖儲層的類別方面，試井技術(shù)已經(jīng)得到現(xiàn)場推廣[10-12]。但是，在復雜碳酸鹽巖儲層的試井解釋中，仍存在下面幾個問題：①如果生產(chǎn)井在增產(chǎn)改造后投產(chǎn)，在分析試井曲線時，如何甄別增產(chǎn)改造的影響，進而判斷儲層的原始類型？②孔-洞型儲層和縫-洞型儲層的滲流模型都同屬于雙重介質(zhì)類型，僅從試井曲線的形態(tài)難以區(qū)分，在試井解釋中如何綜合識別？

針對以上問題，本文以磨溪地區(qū)上震旦統(tǒng)燈影組臺緣帶碳酸鹽巖儲層為例，通過對研究區(qū)的儲層類型進行先導分析，總結(jié)工區(qū)氣井的試井曲線特征后，提出一套基于試井資料的儲層類型分析方法。

1 根據(jù)取心和鉆完井資料識別儲層類型

磨溪地區(qū)燈影組臺緣帶碳酸鹽巖儲層位于四川盆地川中古隆平緩構(gòu)造區(qū)的威遠—龍女寺構(gòu)造群，東至廣安構(gòu)造，西鄰威遠構(gòu)造，南與川東南中隆高陡構(gòu)造區(qū)相接，屬川中古隆平緩構(gòu)造區(qū)向川東南高陡構(gòu)造區(qū)的過渡地帶。

根據(jù)磨溪區(qū)塊燈影組四段儲層的單井取心、成像測井以及鉆井液漏失等資料，可用于識別儲層類型。

1.1 基于鉆井取心識別儲層類型

現(xiàn)場巖心描述和常規(guī)薄片鑒定等分析結(jié)果表明：磨溪區(qū)塊燈影組臺緣帶氣藏的儲集巖主要是富含菌藻類的藻凝塊云巖、藻疊層云巖、藻砂屑云巖；孔隙以晶間、粒間溶孔為主；溶洞以順層狀溶洞為主；裂縫以構(gòu)造縫、構(gòu)造-溶蝕縫為主。在孔-洞型巖心上，可觀察到溶蝕孔洞發(fā)育，溶洞以小洞為主。與之對照，縫-洞型碳酸鹽巖儲層段取心收獲率低，收獲的巖心一般較破碎[1]。

1.2 基于成像測井的儲層類型分析

在FMI成像測井圖中，能夠定性反映儲集層類別?？p-洞型儲層儲集空間以較大的溶洞為主，裂縫發(fā)育，成像測井可見較大的黑色斑塊。

如圖1所示，在A井燈影組四段下部5 315.5～5 318.0 m處成像測井圖中，顯示一條暗色正弦曲線，表征一條斜交縫。

圖1 A井成像測井圖

孔-洞型儲層的儲集空間以溶洞和溶孔為主，裂縫不發(fā)育。如圖2所示，成像圖上顯示團塊狀高電導異常，孔洞顏色隨著孔隙度的增大而變深。

圖2 C井成像測井圖

根據(jù)成像測井統(tǒng)計結(jié)果，在磨溪區(qū)塊燈影組儲層中，裂縫的總體發(fā)育程度較低，平均在0.2條/m左右；溶蝕孔洞發(fā)育，但主要以小孔和微孔為主。

1.3 基于泥漿錄井資料識別儲層類型

縫-洞型儲層和孔-洞型儲層在較小的壓差下會發(fā)生漏失。統(tǒng)計磨溪臺緣地層的鉆井記錄發(fā)現(xiàn)：在20口井中，有15口井出現(xiàn)不同程度的漏失，比例高達75%。漏失量為9.8～4 554.2 m3，差異性較大。由于縫-洞型儲層的裂縫與洞穴搭配關(guān)系較好，儲層的發(fā)育規(guī)模往往大于孔-洞型儲層。在鉆井過程中，縫-洞型儲層的漏失量較孔-洞型儲層大。

綜合以上研究，可以將磨溪臺緣帶碳酸鹽巖儲層劃分為3種儲層類型：孔隙型、孔-洞型、縫-孔洞型。

2 儲層的壓力恢復試井曲線特征

壓力恢復試井可表征氣井壓降漏斗范圍內(nèi)的滲流特征，研究的覆蓋范圍遠大于測井和巖心描述，準確度高于地震解釋[13]。下面先分析各類儲層中直井的試井曲線特征。

2.1 單一介質(zhì)儲層模型

單一介質(zhì)儲層模型主要適用于孔隙型儲層，在雙對數(shù)試井曲線上表現(xiàn)為0.5水平直線（圖3）。

圖3 單一介質(zhì)的試井曲線示意圖

2.2 雙孔介質(zhì)模型

在磨溪燈影組臺緣帶儲層，相較于縫-洞和孔-洞，基質(zhì)孔隙的滲透率極低，所以滲流模型常表現(xiàn)為雙重介質(zhì)類型，不是三重介質(zhì)類型。根據(jù)工區(qū)的成像測井統(tǒng)計結(jié)果，在縫-洞型儲層中，裂縫的發(fā)育程度不高；另外，在孔-洞型儲層中，主要發(fā)育小孔和微孔。因此，在磨溪區(qū)塊臺緣帶的縫-洞型儲層和孔-洞型儲層，都適用雙重介質(zhì)中的雙孔模型，不是雙滲模型（圖4）。

圖4 雙孔地層試井曲線示意圖

縫-洞型和孔-洞型儲層的試井曲線形態(tài)是相似的，無法從試井曲線特征上來區(qū)分儲層類型。但是，根據(jù)其中儲容比和竄流系數(shù)兩個參數(shù)的定義，可以將這兩種儲層類型分開。

2.2.1 儲容比

在單位體積巖石內(nèi)，每改變一個大氣壓力，裂縫孔隙體積變化與巖石總孔隙體積的比值就是巖石的儲容比。其表達式為：

根據(jù)式（1），如果高滲介質(zhì)的孔隙度越大，則儲容比應(yīng)該越大，反之則越小。

2.2.2 竄流系數(shù)

表征流體從基質(zhì)流到裂縫的能力。其表達式為：

式中α表示形狀系數(shù)；Kf表示高滲介質(zhì)的滲透率，mD；Km表示低滲介質(zhì)的滲透率，mD；rw表示井筒的半徑，m。

根據(jù)式（2），高滲介質(zhì)與低滲介質(zhì)的滲透率差距越大，則竄流系數(shù)應(yīng)該越小，反之則較大。

在式（1）、（2）中，下標f代表高滲介質(zhì)。在磨溪燈影組臺緣帶的縫-洞型儲層，由于洞的尺度較小，高滲介質(zhì)是裂縫；對于孔-洞型儲層，高滲介質(zhì)是洞。

根據(jù)磨溪燈影組臺緣帶儲層的孔、縫、洞的孔隙度和滲透率特征，可作以下推斷：

①就儲集能力而言，溶洞>孔隙>裂縫。因此，孔-洞型儲層的儲容比大于縫-洞型儲層的儲容比；

②就滲透率而言，裂縫>溶洞>孔隙。裂縫與溶洞之間的滲透率差距，遠小于溶洞與孔隙之間的滲透率差距。因此，縫-洞型儲層的竄流系數(shù)大于孔-洞型儲層的竄流系數(shù)[14]。

因此，根據(jù)儲容比以及竄流系數(shù)的值，可以區(qū)分孔-洞型儲層以及縫-洞型儲層。

3 試井甄別增產(chǎn)改造的影響

根據(jù)目前直井的改造工藝，可能會有兩種可能的結(jié)果。

3.1 形成單一壓裂縫

在酸壓過程中，如果只形成一條以井筒為軸線對稱擴展的雙翼縫，在雙對數(shù)曲線的早期段，出現(xiàn)線性或雙線性裂縫滲流特征（圖5、6）。

圖5 有限導流垂直裂縫的試井曲線圖

圖6 無限導流垂直裂縫的試井曲線圖

3.2 形成網(wǎng)縫

在磨溪區(qū)塊燈影組臺緣帶氣藏，目前有3套酸壓工藝：①在縫洞發(fā)育的儲層，采用緩速酸酸壓工藝疏通縫洞；②在縫洞較發(fā)育儲層，采用深度酸壓工藝溝通縫洞；③在縫洞欠發(fā)育儲層，采用復雜網(wǎng)縫酸壓形成網(wǎng)縫，盡量增加改造體積。

在酸壓過程中，如果在近井帶地層中形成復雜的網(wǎng)縫，在雙對數(shù)曲線的早期段，無明顯的線性或雙線性裂縫滲流特征。在雙對數(shù)曲線，會表現(xiàn)出內(nèi)好外差的徑向復合型儲層特征（圖7）。

圖7 直井的徑向復合地層的試井曲線圖

4 井型對試井識別儲層類型的影響

目前，在采用試井資料分析地層類別時，所采用的滲流模型和特征曲線都是基于直井井型建立的。但是，井型同樣也會對試井曲線造成影響，從而干擾儲層類型的識別。到2020年12月為止，在磨溪氣田燈影組臺緣帶的生產(chǎn)井中，有大斜度井和水平井共34口，直井8口，討論井型對試井曲線的影響是必要的。

4.1 斜井及水平井的試井曲線特征

在鉆完井中，“斜井”泛指井軌跡具有傾斜角度的井[15]。但是，在試井分析中，“斜井”是指在儲層段的井軌跡與鉛垂線成一定角度θ的井[16]

斜井的雙對數(shù)曲線示意圖如圖8所示：

圖8 斜（水平）井的理論試井曲線圖

從圖8可以看出，斜井的壓力導數(shù)曲線包含4個流動階段[17-19]，特征分別為：

①早期的純井儲階段，在壓力及壓力導數(shù)曲線上反映為45°直線上升；

②早期徑向流期，壓力波尚未傳到儲層的上下蓋層,在壓力導數(shù)曲線上反映為出現(xiàn)第1個水平直線段，反映了垂直徑向滲流段的特征；

③過渡流段，壓力導數(shù)曲線上表現(xiàn)為一條斜率為0.5的斜直線段。

④擬徑向流期，壓力導數(shù)曲線上反映為出現(xiàn)第2個水平直線段，即0.5水平線，反映了水平徑向滲流段的特征。

水平井的試井響應(yīng)特征與斜井相似[20]，也呈明顯的4段特征。

4.2 井斜角對試井曲線的影響

目前，磨溪區(qū)塊的斜井一般是井斜角大于60的大斜度井。為了討論井斜角對試井曲線的影響，采用試井軟件模擬了不同井斜角的試井曲線。

從圖9中可以看出：隨著井斜角逐漸增大，試井曲線逐漸呈現(xiàn)出水平井的特征。

圖9 不同井斜角的試井曲線圖

對比圖7和圖8、圖9發(fā)現(xiàn)：受井斜角的影響，斜井的試井曲線與直井在徑向復合地層（外區(qū)物性變差）的試井曲線特征非常相似。所以，在應(yīng)用試井資料進行儲層類型識別的時候，應(yīng)當盡量選擇直井，避免井型對儲層類型識別結(jié)果產(chǎn)生干擾。

5 綜合分析流程

1)排除井型對儲層識別的干擾

在儲層類型識別中，首選直井的試井資料進行分析。

2)基于取心和鉆完井資料預(yù)判儲層類型

在試井分析前，應(yīng)盡量收集巖心描述、成像測井以及鉆井液漏失等資料，綜合識別儲層類型。

3）根據(jù)壓裂工藝預(yù)判近井地帶的儲層類型

考慮增產(chǎn)改造的有效性，增產(chǎn)改造對儲層的滲流規(guī)律的影響可以分為兩種情況。

①孔隙型儲層

對于孔隙型儲層，如果酸壓成功在近井地帶形成縫網(wǎng)，氣井的滲流規(guī)律應(yīng)符合“單一介質(zhì)+徑向復合”模型。反之，如果縫網(wǎng)改造不成功，應(yīng)為“單一介質(zhì)”模型。

②孔-洞型和縫-洞型儲層

如果酸壓改造成功，應(yīng)為“雙孔介質(zhì)+徑向復合”模型。反之，應(yīng)為“雙孔介質(zhì)”模型

4）甄別孔-洞型儲層和縫-洞型儲層

圖10所示：①由于經(jīng)過了酸壓改造，儲層物性已經(jīng)發(fā)生變化。在徑向復合模型中，內(nèi)區(qū)的試井曲線段表征近井地帶的滲流特征；②在徑向復合模型中，外區(qū)的試井曲線段表征了儲層的原始滲流特征。

圖10 雙孔介質(zhì)+徑向復合地層試井曲線圖

所以，在進行儲層識別時，應(yīng)選用徑向復合模型外區(qū)的試井曲線段。根據(jù)外區(qū)的儲容比以及竄流系數(shù)的值，可以區(qū)分孔-洞型儲層以及縫-洞型儲層：孔-洞型儲層的儲容比大于縫-洞型儲層的儲容比；縫-洞型儲層的竄流系數(shù)大于孔-洞型儲層的竄流系數(shù)。

6 分析實例

6.1 實例井選擇

通過上文的分析，斜井和水平井會對試井曲線造成影響，進而干擾儲層類型的識別結(jié)果。因此，應(yīng)當選用直井開展儲層類型分析。本次分析選擇的實例井A井和C井在產(chǎn)層段均為直井。A井和C井的產(chǎn)層段以及相應(yīng)的井斜角如表1所示。

表1 A井和C井的井身軌跡表

6.2 基于取心和鉆完井資料預(yù)判儲層類型

6.2.1 A井產(chǎn)層的儲層類型

A井燈影組儲層厚度78.1 m，有效厚度49.2 m。在5 405.75～5 419.61 m井段，取心13.86 m，共觀察到大洞64個，中洞254個，小洞1 620個；泥質(zhì)充填縫12條。

成像測井觀察到產(chǎn)層段發(fā)育裂縫13條，縫密度0.26條/m，主要發(fā)育在2#儲層（圖11）。

圖11 A井儲層成像測井解釋成果圖

鉆井過程中在5 400～5 403 m井段發(fā)生井漏，一共漏失鉆井液36.6 m3。

初步判斷A井的局部井段存在天然裂縫，但整體的裂縫發(fā)育程度不高，產(chǎn)層為縫-洞型儲層。

6.2.2 C井產(chǎn)層的儲層類型

C井燈影組儲層厚度100.6 m，有效厚度93.9 m。在5 299～5 401 m井段取心進尺21.86 m。巖心觀察溶蝕孔、洞較發(fā)育，見小洞524個，中洞116個，大洞22個。

常規(guī)測井資料指示孔隙較發(fā)育，陣列聲波能量衰減較明顯,電成像資料指示溶蝕孔洞較發(fā)育（圖12）。另外，核磁共振測井也指示孔隙結(jié)構(gòu)以小孔為主，局部有中孔。

產(chǎn)層段鉆井過程未發(fā)生井漏。初步判斷C井產(chǎn)層為孔-洞型儲層。

A井和C井產(chǎn)層段都進行了酸壓改造。其中，A井2013年12月進行酸壓改造,一共注入酸液283.50 m3；C井2015年7月進行酸壓改造,一共注入酸液318.86 m3。

基于巖心描述、成像測井以及鉆井液漏失等資料，A井和C井鉆遇的原始地層符合圖5描述的“雙孔介質(zhì)”模型。在酸壓改造施工中，A井和C井的施工規(guī)模較大。如果在近井區(qū)形成縫網(wǎng)，其物性應(yīng)好于遠井區(qū)的原始地層。因此，在A井和C井的井控區(qū)，滲流特征均應(yīng)符合圖14描述的“雙孔介質(zhì)+徑向復合”模型的特點。

6.3 根據(jù)試井曲線儲層識別類型

A井在2019年5月的壓力恢復試井，試井模型選擇“雙孔介質(zhì)+徑向復合”，試井曲線如圖13所示。

圖13 A井壓力恢復試井曲線

C井在2018年進行了壓力恢復試井測試，試井模型選擇“雙孔介質(zhì)+徑向復合”，試井曲線如圖14所示。

圖14 C井壓力恢復試井曲線圖

從圖13和圖14中，可發(fā)現(xiàn)兩口井的試井曲線形態(tài)特征非常相似，都符合圖10描述的“雙孔介質(zhì)+徑向復合”模型的試井曲線形態(tài)：①在內(nèi)區(qū)的試井曲線段，表現(xiàn)出雙孔介質(zhì)竄流段特有的凹型特征；②在外區(qū)的試井曲線段，也表現(xiàn)出雙孔介質(zhì)竄流段特有的凹型特征。

但是，僅從試井曲線形態(tài)，無法區(qū)分兩井鉆遇的原始儲層的類型差異。根據(jù)“雙孔介質(zhì)+徑向復合”試井模型，外區(qū)（原狀地層）試井解釋結(jié)果如表2所示。

表2 試井解釋的地層參數(shù)表

對比兩井的徑向復合模型外區(qū)的試井解釋結(jié)果：A井竄流系數(shù)大于C井竄流系數(shù)；同時，A井的儲容比小于C井的儲容比。結(jié)合前文的分析，A井的儲層應(yīng)該為縫-洞型儲層；C井的儲層應(yīng)該為孔-洞型儲層，與前述中的儲層類型預(yù)判結(jié)果一致。

綜上所述，應(yīng)用試井解釋的地層的儲容比以及竄流系數(shù)的值，劃分的儲層類型符合前期的地質(zhì)研究認識。

7 結(jié)論

1）根據(jù)試井曲線識別儲層類型時，需要排除井型差異對試井曲線的影響，首選直井開展試井分析。

2）磨溪區(qū)塊臺緣帶燈影組的儲層主要為孔-洞型以及縫-洞型。由于酸壓改造的影響，近井地帶形成了網(wǎng)狀裂縫，儲層物性變好。應(yīng)選擇“雙孔介質(zhì)+徑向復合”的試井模型。在徑向復合模型中，內(nèi)區(qū)的試井曲線表征了近井地帶的特征，即酸壓改造形成的縫網(wǎng)的物性；外區(qū)的試井曲線表征了遠井區(qū)的儲層的特征，即未受酸壓改造影響的原始儲層的物性。

3）根據(jù)試井解釋結(jié)果統(tǒng)計，所有直井的遠井區(qū)具有雙孔介質(zhì)的特征，表明臺緣帶的地層具有雙重介質(zhì)的滲流特征?；诟Z流系數(shù)以及儲容比的解釋結(jié)果，孔-洞型儲層的儲容比大于縫-洞型儲層的儲容比；縫-洞型儲層的竄流系數(shù)大于孔-洞型儲層的竄流系數(shù)。因此，可以通過遠井區(qū)的儲容比以及竄流系數(shù)區(qū)分孔-洞型以及縫-洞型儲層。