XX氣田油基鉆井液測錄井影響校正研究

李曉東,孫建孟,馮平,鞠睿堃,蔡軍,周賢斌

(1.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580;2.勝利油田東勝精攻石油開發(fā)集團股份有限公司,山東東營257000;3.中海石油(中國)有限公司上海分公司,上海200035;4.中石化經(jīng)緯有限公司華北測控公司,河南南陽473132)

0 引 言

與水基鉆井液相比,油基鉆井液具有潤滑性好、抑制性強、耐高溫、有利于井壁穩(wěn)定性等優(yōu)點,能極大地提升鉆井效率,保障作業(yè)安全,被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜井的鉆探[1-2]。但是,油基鉆井液也會對氣測錄井資料和核磁共振測井資料產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。對氣測錄井資料而言,根據(jù)相似相溶原理,C3及以上的重組分進(jìn)入油基鉆井液后被不等比吸收溶解,導(dǎo)致氣測組分相對含量失真,輕組分相對真實準(zhǔn)確,而重組分氣測錄井?dāng)?shù)據(jù)偏低,給儲集層流體性質(zhì)的判斷帶來極大困難[3]。對核磁共振測井資料而言,非潤濕相的油基鉆井液濾液驅(qū)替沖洗帶的流體,此時核磁共振測井信號包含了油基鉆井液濾液信息,使得T2譜形態(tài)出現(xiàn)明顯的向右拖尾現(xiàn)象,導(dǎo)致視可動孔隙度和滲透率計算結(jié)果偏大,無法準(zhǔn)確地評價各種巖石物理特性[4]。因此,在油基鉆井液條件下利用氣測錄井?dāng)?shù)據(jù)與核磁共振測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行儲層評價時必須先進(jìn)行油基鉆井液校正。

周建立等[5]根據(jù)水基鉆井液井和油基鉆井液井對應(yīng)的氣測組分之間的比值關(guān)系,采用多元線性回歸方程建立了全烴氣測值的表達(dá)式校正氣測值,但并未提出針對各氣測組分的校正方法。Ighodalo等[6]提出利用流體替代的方法對油基鉆井液井中的核磁共振T2譜形態(tài)進(jìn)行校正,該方法通過分離油和水的T2譜計算侵入帶內(nèi)總含水飽和度,再從T2譜中去除油譜得到飽含水的T2譜。校正后的核磁共振數(shù)據(jù)與水基鉆井液獲得的數(shù)據(jù)相當(dāng),但是在油基鉆井液濾液侵入程度嚴(yán)重的井段,由于殘余水的信號微弱,導(dǎo)致該方法無法使用,影響了核磁共振測井資料在油基鉆井液井中應(yīng)用的準(zhǔn)確性。

本文以XX氣田氣測錄井和核磁共振測井資料為研究對象,分別采用泥巖段組分?jǐn)U大法和矩陣系數(shù)法對油基鉆井液條件下測量得到的氣測錄井和核磁共振測井資料開展校正研究,以期解決油基鉆井液條件下測錄井資料的儲層精細(xì)評價問題。

1 氣測錄井資料校正方法

除了受到鉆井液類型的影響,鉆井工程因素對氣測錄井測量值的影響也不可忽略。為了使油基鉆井液井和鄰井水基鉆井液井中測量的氣測值具有可比性,需要對這2種鉆井液類型井的氣測值進(jìn)行鉆井條件標(biāo)準(zhǔn)化校正,將這2種鉆井液類型井的鉆井條件統(tǒng)一,消除或降低不同鉆井條件對氣測資料的影響,從而利用這2種鉆井液類型井的各組分氣測值的比值進(jìn)行油基鉆井液校正。

1.1 氣測錄井標(biāo)準(zhǔn)化校正

影響氣測錄井各組分值的工程因素主要有井眼尺寸、鉆井速度、鉆井液排量、井筒取心等[7]。在本次氣測錄井校正中,主要用選取基準(zhǔn)層段的工程參數(shù)作為參考值的方法進(jìn)行校正。通過對上述工程影響因素進(jìn)行歸一化,將氣測資料各組分進(jìn)行相應(yīng)的放大或縮小,從而完成油基鉆井液井和水基鉆井液井氣測值的外因歸一化校正,消除鉆井工程條件對氣測資料的影響。

(1)鉆時校正。鉆時為鉆頭每穿透1 m巖層所需要的時間,是反映鉆速的物理量。隨著機械鉆速的增加,鉆時越小,在單位時間和單位深度內(nèi)鉆頭破碎的巖石體積越大,進(jìn)入鉆井液中的含氣量就越多,進(jìn)而在地面檢測得到的氣測值也就越大。通常,鉆時與氣測值大小成負(fù)相關(guān)關(guān)系,鉆時小,氣測組分檢測的幅度值偏大;鉆時大,則氣測組分檢測的幅度值偏低[8]。因此,需要對鉆時進(jìn)行校正。

Tc=T/Tavg

(1)

式中,Tc為校正后的鉆時,min/m;T、Tavg分別為實際鉆時和平均鉆時,min/m。

(2)井徑校正。在鉆井過程中使用不同類型的鉆頭將會導(dǎo)致單位深度內(nèi)鉆頭破碎的巖石體積不同,產(chǎn)生的破碎氣也不同,從而對氣測檢測值的大小造成影響。因此,需要將不同尺寸的鉆頭統(tǒng)一校準(zhǔn)至研究區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)鉆頭直徑[9]。研究區(qū)目的層正常鉆進(jìn)時的鉆頭直徑為8.5 in(1)非法定計量單位,1 in=25.4 mm,下同,因此,在本次校正研究中,將8.5 in鉆頭直徑作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行井徑校正。

Dr,c=(Ds/D)2

(2)

式中,Dr,c為標(biāo)準(zhǔn)化后的井徑,in;Ds、D分別為標(biāo)準(zhǔn)鉆頭直徑和鉆穿地層所用的鉆頭直徑,in。

(3)鉆井液排量校正。鉆井液排量是指單位時間內(nèi)泵入井眼的鉆井液體積。在鉆井作業(yè)過程中,巖屑及其鉆井液中的烴類通過鉆井液不斷地循環(huán)到地面錄井系統(tǒng)中,因此,鉆井液排量的大小對氣測檢測值的影響較大。在鉆時、井徑等其他工程參數(shù)一致的情況下,鉆井液排量與氣測檢測值成負(fù)相關(guān)關(guān)系,即鉆井液排量越大,單位體積的鉆井液中破碎氣的含量越低,導(dǎo)致氣測檢測值越低[10],需要將鉆井液排量校正到標(biāo)準(zhǔn)條件

Qc=Q/Qavg

(3)

式中,Qc為校正后的排量,L/min;Q、Qavg分別為鉆井液實際排量和鉆井液平均排量,L/min。

(4)取心校正。鉆井取心時鉆頭破碎地層的巖屑較少,使得單位體積鉆井液中的破碎氣含量與未取心層段相比較少,氣測檢測值顯示較低。因此,需要進(jìn)行取心校正,使得取心段氣測數(shù)據(jù)與未取心段氣測數(shù)據(jù)具有可比性,取心校正系數(shù)θ為

θ=D2/(D2-d2)

(4)

式中,d為取心的直徑,cm。

一般情況下,研究區(qū)鉆井取心為空心鉆頭,鉆頭外徑為21.59 cm,所取巖石樣本的直徑為10.00 cm。經(jīng)計算,取心段取心校正系數(shù)θ為1.27,未取心段的取心校正系數(shù)θ為1.00。

綜上,鉆井條件標(biāo)準(zhǔn)化的綜合校正公式為

Cn,std=Cn×Tc×Dr,c×Qc×θ

(5)

式中,Cn為各氣測組分原始測量值;Cn,std為經(jīng)過校正后的各氣測組分值。

對XX氣田水基鉆井液井和油基鉆井液井分別進(jìn)行上述鉆井條件標(biāo)準(zhǔn)化校正,圖1為A井水基鉆井液井鉆井條件標(biāo)準(zhǔn)化校正綜合解釋圖。此時氣測錄井曲線的工程影響因素被校正消除,自上而下的氣測曲線所對應(yīng)的鉆井工程參數(shù)是統(tǒng)一的,鉆井條件相同。利用校正后的氣測組分值在縱向上可以反映地層真實的含氣量信息,用于油氣層的判別,也可以在橫向上與鄰井油基鉆井液井的氣測曲線進(jìn)行對比,為下一步氣測組分的油基鉆井液影響校正奠定基礎(chǔ)。

圖1 A井水基鉆井液井鉆井條件標(biāo)準(zhǔn)化校正綜合解釋圖*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

1.2 氣測錄井油基鉆井液校正

研究區(qū)采用以白油為主要組分的油基鉆井液進(jìn)行鉆井,對氣測錄井的輕組分甲烷沒有吸收影響,而對較重的烴類組分有較為強烈的吸收作用,導(dǎo)致重組分信號明顯減弱,為及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)油氣層造成困難[11]。

與水基鉆井液相比,油基鉆井液對于氣測組分值的影響主要體現(xiàn)在油基鉆井液會對重組分產(chǎn)生吸收作用。為消除由于鉆井液性質(zhì)不同給氣測資料帶來的影響,需要對油基鉆井液井氣測錄井資料因鉆井液吸收造成重組分信號減弱明顯的影響進(jìn)行校正。本次對油基鉆井液井氣測錄井資料的校正研究采取基于泥巖段組分?jǐn)U大法。首先在已經(jīng)進(jìn)行鉆井條件標(biāo)準(zhǔn)化校正的基礎(chǔ)上,篩選出油基鉆井液井所要校正的目的層段以及鄰井水基鉆井液井對應(yīng)層位的泥質(zhì)含量大于40%的泥巖層;然后將油基鉆井液井與水基鉆井液井對應(yīng)層位的氣測錄井資料的各組分進(jìn)行對比,從而獲得各個組分的校正系數(shù)。

Cn,wclay/Cn,oclay=αCn

(6)

式中,Cn,oclay為油基鉆井液對應(yīng)層位泥巖各個組分的氣測值平均值;Cn,wclay為水基鉆井液對應(yīng)層位泥巖各個組分的氣測值平均值;αCn為Cn組分的擴大系數(shù),該值可看作油基鉆井液的影響因子。

在得到各個組分的校正系數(shù)后,就可以利用得到的校正系數(shù)對各個氣測組分進(jìn)行油基鉆井液的校正。

Cn,jz=Cn,std×αCn

(7)

式中,Cn,jz為油基鉆井液鉆井校正后的氣測值。

對油基鉆井液B井經(jīng)過鉆井條件標(biāo)準(zhǔn)化校正后,再進(jìn)行油基鉆井液氣測校正(見圖2)。在經(jīng)過鉆井條件標(biāo)準(zhǔn)化校正以及油基鉆井液校正后,B井的氣測錄井各組分在不同程度上有著相應(yīng)的放大校正,隨著組分值的增大,校正系數(shù)相應(yīng)變大。校正之后的氣測曲線與鄰井水基鉆井液鉆井的氣測曲線相似,可以利用校正后的氣測組分值進(jìn)行流體性質(zhì)的甄別。

圖2 B井油基鉆井液井氣測校正圖

在實際的氣測錄井解釋工作中,認(rèn)為電阻率、氣測總烴、氣測組分特征均能有效地識別油氣層。本文選取氣測總烴Tg、隨鉆電阻率P40H、C1/C2+這3個參數(shù)建立了一套適用于研究區(qū)的測錄井聯(lián)合流體識別三角圖版,其中C2+為除C1組分外其余氣測組分之和。

如圖3(a)所示為校正前建立的測錄井聯(lián)合識別技術(shù)的權(quán)重三角基礎(chǔ)圖版,由于油基鉆井液對氣測組分的干擾,無法進(jìn)行流體性質(zhì)的識別。圖3(b)為校正后建立的三角圖版,消除了油基鉆井液的干擾,可以識別出氣層、凝析氣層、致密層、水層、低阻氣層、油層等主要解釋層。

圖3 校正前后測錄井聯(lián)合流體識別三角圖版

2 核磁共振測井T2譜形態(tài)校正方法

2.1 儲層孔隙結(jié)構(gòu)分類

為滿足XX氣田生產(chǎn)作業(yè)的需求,優(yōu)選出一套MO-DRILL油基鉆井液體系,該體系基礎(chǔ)配方:3號白油+3%主乳化劑+1%輔乳化劑+1%潤濕劑+4%有機土+3%降濾失劑+2%堿度調(diào)節(jié)劑+2%封堵劑+2%疏水膠體封堵劑+0.5%流型調(diào)節(jié)劑+1.2%高溫流變穩(wěn)定劑+重晶石(油水比為80∶20)[4]。油基鉆井液井中核磁共振T2譜分布形態(tài)明顯受到油基鉆井液濾液的影響,地層流體信息被鉆井液濾液信息覆蓋,因此,無法直接用于儲層物性參數(shù)的計算及孔隙結(jié)構(gòu)的評價。為了消除油基鉆井液對核磁共振T2譜形態(tài)的影響,需要確定其水基鉆井液環(huán)境下核磁共振T2譜,才能建立油基鉆井液井T2譜與水基鉆井液井T2譜特征的相關(guān)關(guān)系。然而,對于研究區(qū)內(nèi)的某一口井,無法同時開展水基鉆井液和油基鉆井液環(huán)境下核磁共振T2譜測量,而且由于海上作業(yè)過程中鉆取的巖心數(shù)量相對較少,也無法開展大量的不同類型鉆井液侵入與核磁共振聯(lián)測實驗。

不同孔隙結(jié)構(gòu)類型下油基鉆井液濾液的侵入對核磁共振測井T2譜的影響程度不同,因此,需要針對不同孔隙結(jié)構(gòu)類型的儲層分別進(jìn)行校正。由于滲透率反映了儲層巖石的滲流能力,是孔隙度和孔隙結(jié)構(gòu)的綜合表征,且滲透率的大小影響油基鉆井液濾液侵入地層的程度,為了便于后續(xù)處理,本研究按照滲透率數(shù)量級界限劃分孔隙結(jié)構(gòu)類型:Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)儲層滲透率K≥100 mD(2)非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同;Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)儲層滲透率10 mD ≤K<100 mD;Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)儲層滲透率1 mD≤K<10 mD;Ⅳ類孔隙結(jié)構(gòu)儲層滲透率K<1 mD。

搜集研究區(qū)內(nèi)油基鉆井液和鄰井水基鉆井液的核磁共振測井資料,分別提取五種鉆井液環(huán)境下儲層孔隙結(jié)構(gòu)相近的實測核磁共振T2譜構(gòu)建樣本庫(見圖4)[12],進(jìn)而對比不同鉆井液類型條件下T2譜的特征,建立兩者之間的相關(guān)關(guān)系。此方法避免了巖心核磁共振實驗數(shù)據(jù)有限、代表性差、實驗周期長等問題,便于后續(xù)T2譜形態(tài)校正模型的標(biāo)定。

圖4 儲層在不同鉆井液環(huán)境下T2譜對比圖

2.2 核磁共振T2譜形態(tài)校正模型

核磁共振T2譜數(shù)據(jù)和巖心壓汞資料都可以用于儲層巖石孔喉尺寸的分析,且兩者具有良好的一致性。為了定量分析巖石不同尺寸的孔隙,部分學(xué)者提出利用核磁共振T2譜區(qū)間孔隙度刻畫孔徑尺寸的方法[13]。前人通常給定7個橫向弛豫時間值即1.00、3.00、10.00、33.00、100.00、300.00 ms和1 000.00 ms來表征儲層巖石的孔隙結(jié)構(gòu)和孔徑分布信息,并將核磁共振T2譜劃分為8個孔隙度區(qū)間(Bin)[14]。每個區(qū)間反映不同大小的孔隙,短橫向弛豫時間代表小孔隙,長橫向弛豫時間代表大孔隙。

在實際鉆井壓差條件下,大孔隙對儲層的滲透率貢獻(xiàn)最大[15],鉆井液濾液主要侵入大孔隙部分,驅(qū)替出探測范圍內(nèi)的可動流體(包括可動水和油氣);而鉆井液濾液侵入小孔隙部分較少,束縛流體基本不會改變。鉆井液濾液的侵入只對大孔隙對應(yīng)的核磁共振T2譜產(chǎn)生較大的影響,而對小孔隙束縛流體部分的影響不大[16]。因此,本文將針對油基鉆井液濾液侵入后核磁共振T2譜的可動流體部分進(jìn)行校正,并與原始束縛流體部分的核磁共振T2譜組合,即可得到形態(tài)校正后完整的核磁共振T2譜[17]。

本文通過開展飽和水離心的巖心核磁共振實驗,確定研究區(qū)的最佳T2截止值為17.48 ms。根據(jù)該截止值將核磁共振T2譜劃分為大孔隙和小孔隙部分,小于該T2截止值的核磁共振T2譜代表小孔隙部分,并保留其原始形態(tài);而大于該T2截止值的核磁共振T2譜代表大孔隙部分,需進(jìn)行形態(tài)校正。

考慮到油基鉆井液的侵入對大孔隙空間中的每一個孔隙組分都有影響,且平均T2截止值為17.48 ms。為了表征油基鉆井液濾液對核磁共振T2譜的影響,本文只定義了33.00、100.00、300.00 ms和1 000.00 ms這4個橫向弛豫時間劃分的核磁共振T2譜。結(jié)合T2譜截止值及最大橫向弛豫時間值,就可以將T2譜劃分為5個區(qū)間[17.48,33.00]、[33.00,100.00]、[100.00,300.00]、[300.00,1 000.00]、[1 000.00,3 000.00] ms,并分別計算出每個區(qū)間的孔隙組分占比[18]

(8)

(9)

(10)

式中,Xi為核磁共振T2譜孔隙組分占比;T2,min和T2,max分別為0.30 ms和3 000.00 ms;T2,cutoff為巖心核磁共振實驗獲得的最佳T2截止值,本研究中為17.48 ms;T2,i為上述定義的4個T2弛豫時間值(分別為33.00、100.00、300.00 ms和1 000.00 ms);S(T)為核磁共振T2譜孔隙分布函數(shù)。

根據(jù)式(8)～式(10)可以計算出油基鉆井液條件下核磁共振T2譜的5個孔隙組分占比。將T2弛豫時間大于17.48 ms的水基鉆井液條件下的實際測量得到的核磁共振T2譜各弛豫時間對應(yīng)的幅度定義為因變量,并使用5個孔隙組分占比作為自變量,從而建立水基鉆井液和油基鉆井液鉆井條件下核磁共振T2譜之間的函數(shù)關(guān)系。利用該模型可以將油基鉆井液下的核磁共振T2譜還原到水基鉆井液條件下的核磁共振T2譜,函數(shù)關(guān)系為

A1=a11X1+a12X2+a13X3+a14X4+a15X5+b1

A2=a21X1+a22X2+a23X3+a24X4+a25X5+b2

A3=a31X1+a32X2+a33X3+a34X4+a35X5+b3

?

Ai=ai1X1+ai2X2+ai3X3+ai4X4+ai5X5+bi

(11)

式中,Ai為經(jīng)過校正后核磁共振T2譜大孔隙部分各時間布點對應(yīng)的幅度值,i的取值由研究區(qū)T2譜弛豫時間布點個數(shù)和截止值大小決定;X1,X2,…,X5為5個孔隙組分占比X分量;ai1,ai2,…,ai5為第i個時間布點下多元線性函數(shù)的系數(shù)值,其數(shù)值由樣本庫中水基鉆井液和油基鉆井液條件下核磁共振T2譜數(shù)據(jù)標(biāo)定得到;b1,b2,…,bi為第i個弛豫時間布點下多元線性函數(shù)對應(yīng)的常數(shù),其數(shù)值同樣由樣本庫中水基鉆井液和油基鉆井液條件下的核磁T2譜標(biāo)定得到。

2.3 應(yīng)用實例分析

將標(biāo)定后的校正模型應(yīng)用于研究區(qū)內(nèi)油基鉆井液條件下的核磁共振T2譜,就可以消除油基鉆井液對核磁共振T2譜形態(tài)的影響。圖5為C井3 960.0～3 990.0 m井段油基鉆井液校正前后的測井解釋結(jié)果。圖5中第5道為實際測量的校正前核磁共振測井T2譜,第6道為利用本模型進(jìn)行校正后的核磁共振測井T2譜。從圖5可以看出,與校正前的核磁共振T2譜相比,校正后的核磁共振T2譜的大孔隙部分左移,拖尾現(xiàn)象消失,消除了油基鉆井液濾液侵入導(dǎo)致的偽長橫向弛豫時間信號。另外,在油基鉆井液條件下,利用核磁共振測井T2譜計算的滲透率結(jié)果與巖心分析滲透率相比明顯偏大,而經(jīng)過校正后的核磁共振T2譜計算的滲透率結(jié)果與巖心樣品的滲透率結(jié)果更加吻合(相對誤差46.44%),經(jīng)過校正后的核磁共振T2譜計算的滲透率結(jié)果整體精度明顯提高。

圖5 C井油基鉆井液侵入校正前后測井解釋結(jié)論對比圖

結(jié)果表明,本研究油基鉆井液條件下核磁共振T2譜形態(tài)校正模型是可靠的,有效消除了油基濾液的侵入對核磁共振T2譜的影響。可以將校正后的核磁共振T2譜作為水基鉆井液條件下的核磁共振T2譜,為后續(xù)的處理解釋奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié) 論

(1)在使用油基鉆井液鉆井過程中,氣測錄井和核磁共振測井資料會受到油基鉆井液的嚴(yán)重干擾。油基鉆井液會不等比吸收破碎氣中的重組分,導(dǎo)致氣測組分相對含量失真,無法進(jìn)行油氣層的甄別;油基鉆井液濾液的侵入會導(dǎo)致核磁共振測井T2譜形態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重拖尾的現(xiàn)象,產(chǎn)生大孔隙假象,不能直接應(yīng)用核磁共振測井資料評價儲層參數(shù)。

(2)油基鉆井液與水基鉆井液相比,氣測資料差異的影響因素主要體現(xiàn)在油基鉆井液對重組分的吸收作用。首先將水基鉆井液和油基鉆井液井的氣測資料分別進(jìn)行鉆井條件標(biāo)準(zhǔn)化校正,使得這2種鉆井條件下的氣測資料具有可比性。再應(yīng)用基于泥巖段組分?jǐn)U大法實現(xiàn)了油基鉆井液條件下氣測資料的校正,并提高了三角圖版識別流體性質(zhì)的準(zhǔn)確性。

(3)基于水基鉆井液井和油基鉆井液井核磁共振測井T2譜之間的差異,建立了相應(yīng)的核磁共振T2譜形態(tài)校正模型。通過提取水基鉆井液井和油基鉆井液井的核磁共振測井T2譜,標(biāo)定了多元線性函數(shù)關(guān)系中的待定系數(shù)和常數(shù)。通過對比校正前后核磁共振測量T2譜計算的滲透率和巖心分析滲透率結(jié)果,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過T2譜形態(tài)校正后計算的滲透率更加準(zhǔn)確,提高了油基鉆井液井中應(yīng)用核磁共振測井資料計算滲透率的精度,為進(jìn)一步利用核磁共振測井資料評價儲層其他參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。