低阻致密氣藏多學(xué)科融合氣水解釋評(píng)價(jià)技術(shù)

光友會(huì)，張子為，彭述興，鄭麗君

（1.中國(guó)石油西部鉆探地質(zhì)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，陜西 靖邊 718500；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第四采油廠，陜西 靖邊 718500）

0 引言

高含水、低滲透致密砂巖儲(chǔ)層已成為勘探開(kāi)發(fā)中儲(chǔ)層評(píng)價(jià)解釋的主要對(duì)象［1］。蘇里格氣田具有先致密后成藏的特征，屬于典型的低孔、低滲氣藏［2］。研究區(qū)主力層為盒8段和山1段，埋藏較深。受儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型及孔隙結(jié)構(gòu)影響，電阻率對(duì)儲(chǔ)層流體響應(yīng)弱，氣、水層電性特征分異不明顯，高低阻氣、水層并存，試氣產(chǎn)出流體性質(zhì)差異較大，復(fù)雜地質(zhì)特征導(dǎo)致常規(guī)測(cè)井交會(huì)圖氣水識(shí)別技術(shù)符合率低［3-13］。提高氣水識(shí)別精度、明確氣水分布規(guī)律，已成為研究區(qū)開(kāi)發(fā)工作的迫切需求。

針對(duì)研究區(qū)高低阻氣、水層并存、單一測(cè)井參數(shù)敏感性不足等問(wèn)題，本文基于測(cè)井、試氣、氣測(cè)錄井及地質(zhì)資料，詳細(xì)分析測(cè)井、氣測(cè)錄井在氣、水層的響應(yīng)特征，通過(guò)歸一化處理聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子、氣測(cè)全烴、自然伽馬參數(shù)，均衡了每條曲線的響應(yīng)值大小，建立了“QT-AC交會(huì)面”，“挖掘效應(yīng)”，“氣測(cè)交會(huì)面”，“氣測(cè)交會(huì)系數(shù)”參數(shù)，最后，融合多參數(shù)利用判別分析方法進(jìn)行識(shí)別，有效解決了高含水低孔低滲致密砂巖氣水識(shí)別的難題。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于蘇里格氣田西區(qū)，構(gòu)造上橫跨伊陜斜坡和天環(huán)坳陷兩大構(gòu)造單元，形態(tài)為寬緩的西傾單斜，主體上位于天環(huán)向斜中部凸起部位，呈“東西分翼，中間低”的特征。儲(chǔ)層主力含氣層為二疊系下石盒子組盒8段及山1段［14-18］。儲(chǔ)層巖性主要為石英砂巖、巖屑石英砂巖和少量的巖屑砂巖。受成巖作用影響，孔隙類(lèi)型以次生溶孔和晶間孔為主，部分層段發(fā)育微裂縫［18-35］。儲(chǔ)層物性以低孔低滲為主，儲(chǔ)層物性與巖性密切相關(guān)，一般石英體積分?jǐn)?shù)越高，物性越好。儲(chǔ)層致密的主要因素為壓實(shí)作用和硅質(zhì)、鐵方解石等對(duì)孔隙的充填膠結(jié)。其中泥質(zhì)巖屑或陸源雜基體積分?jǐn)?shù)高是導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差的最普遍原因［21］。

2 常規(guī)測(cè)井氣水識(shí)別方法

依據(jù)蘇里格氣田管理綱要，單層測(cè)試產(chǎn)量大于1 000 m3/d的為有效儲(chǔ)層。交會(huì)圖法也稱圖版法，是目前蘇里格氣田最常用的氣水層判識(shí)方法之一。根據(jù)交會(huì)圖，可以判識(shí)研究區(qū)內(nèi)氣層、氣水層、含氣水層及水層的測(cè)井響應(yīng)參數(shù)下限。圖版法是利用單層試氣資料的測(cè)井參數(shù)進(jìn)行交會(huì)來(lái)識(shí)別氣層和非氣層的一種經(jīng)驗(yàn)方法。具體是以單層試氣結(jié)果為依據(jù)，繪制對(duì)應(yīng)層段測(cè)井參數(shù)交會(huì)圖，得到氣層的各種測(cè)井及解釋參數(shù)限值。

根據(jù)100口井123個(gè)試氣層段的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)（包含61個(gè)氣層、17個(gè)含氣層、13個(gè)氣水同層、15個(gè)含氣水層、9個(gè)干層、8個(gè)水層），建立了常規(guī)測(cè)井參數(shù)交會(huì)圖（見(jiàn)圖1）。利用常規(guī)測(cè)井參數(shù)交會(huì)圖對(duì)研究區(qū)進(jìn)行氣水識(shí)別，符合率僅為64.6%，不能滿足生產(chǎn)需求，需深入分析氣水層測(cè)錄井特征，優(yōu)選敏感參數(shù)，建立適合本區(qū)的氣水解釋圖版。

圖1 常規(guī)交會(huì)圖氣水識(shí)別圖版

3 測(cè)錄井多參數(shù)融合氣水識(shí)別方法

3.1 地層含氣敏感性參數(shù)

常規(guī)交會(huì)圖法表明，單一測(cè)井參數(shù)的交會(huì)圖識(shí)別技術(shù)在低滲透儲(chǔ)層中存在局限性。深入分析氣、層響應(yīng)特征發(fā)現(xiàn)，將聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子、自然伽馬及氣測(cè)全烴歸一化處理進(jìn)行交會(huì)，可有效顯示地層含氣性。因此，構(gòu)建了氣水識(shí)別參數(shù)“QT-AC交會(huì)面”、“挖掘效應(yīng)”、“氣測(cè)交會(huì)面”、“氣測(cè)交會(huì)系數(shù)”。

3.1.1 QT-AC交會(huì)面

氣層一般聲波時(shí)差大，電阻率高，氣測(cè)錄井幅值較大；水層一般為低值。基于測(cè)井曲線與氣測(cè)曲線，建立了氣測(cè)QT值與聲波時(shí)差交會(huì)面（SQT*-SAC*），與前人建立的聲波時(shí)差與電阻率包絡(luò)面（SAC*-SRT*）進(jìn)行對(duì)比分析（見(jiàn)圖2），結(jié)果表明：SAC*-SRT*，SQT*-SAC*都具有“大肚子”現(xiàn)象；SAC*-SRT*特征在低阻氣層面積明顯減小，由于研究區(qū)低阻氣層分布廣泛，在氣水識(shí)別中會(huì)遺漏或誤判部分低阻氣層，因此，SAC*-SRT*參數(shù)在研究區(qū)不適用；但SQT*-SAC*在高低阻氣層特征都較明顯，消除了低阻對(duì)氣水識(shí)別精度的影響。

圖2 高低阻氣層交會(huì)面示意

為了實(shí)現(xiàn)交會(huì)面的定量識(shí)別，首先，對(duì)聲波時(shí)差值和氣測(cè)全烴值進(jìn)行歸一化處理，消除曲線刻度影響；然后，根據(jù)數(shù)學(xué)積分原理，分別計(jì)算出SAC*，SQT*面積，氣測(cè)全烴交會(huì)面與聲波時(shí)差交會(huì)面的面積差值為QTAC交會(huì)面，即S1。

式中：ACmin為最小聲波時(shí)差，μs/m；ACmax為聲波時(shí)差骨架值，μs/m；AC*為歸一化聲波時(shí)差值；QTmax為氣測(cè)全烴峰值，%；QTmin為氣測(cè)全烴基值，%；QT*為歸一化氣測(cè)全烴值；QT*i為交會(huì)面第i個(gè)歸一化氣測(cè)全烴值；為交會(huì)面第i個(gè)歸一化聲波時(shí)差值；N為單位交會(huì)面?zhèn)€數(shù)；H1為交會(huì)面厚度，m；SQT*為氣測(cè)全烴交會(huì)面面積，m2；SAC*為聲波時(shí)差交會(huì)面面積，m2。

3.1.2 挖掘效應(yīng)

與淡水地層相比，地層含有天然氣時(shí)，一部分孔隙空間的水被氣代替，含氫指數(shù)減小，聲波時(shí)差增大，甚至出現(xiàn)“周波跳躍”，而補(bǔ)償中子值減小，這類(lèi)現(xiàn)象稱為“挖掘效應(yīng)”。對(duì)聲波時(shí)差值和補(bǔ)償中子值進(jìn)行歸一化處理，消除曲線刻度影響。挖掘效應(yīng)的面積為聲波時(shí)差面積和補(bǔ)償中子面積的差值，即S2。

式中：CNLmax為補(bǔ)償中子，%；CNLmin為補(bǔ)償中子骨架值，%；CNL*為歸一化補(bǔ)償中子；CNL*i為挖掘效應(yīng)面第i個(gè)歸一化補(bǔ)償中子值；H2為挖掘效應(yīng)厚度，m；SCNL*為補(bǔ)償中子交會(huì)面面積，m2。

3.1.3 氣測(cè)交會(huì)面

移動(dòng)平均數(shù)是采用逐項(xiàng)遞進(jìn)的辦法，將重新采樣的氣測(cè)深度序列中的若干項(xiàng)氣測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均得到的一系列平均數(shù)。若平均的數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)為N，就稱為N期（項(xiàng)）移動(dòng)平均。氣測(cè)移動(dòng)平均值在一定程度上消除了氣測(cè)錄井工藝中的氣測(cè)值累積。對(duì)氣測(cè)曲線按照測(cè)井采樣間隔重新采樣，以15 m為一個(gè)深度序列，計(jì)算氣測(cè)移動(dòng)平均值。測(cè)井采樣間隔為0.125 m，因此，1個(gè)深度序列的氣測(cè)采樣值為120個(gè)，氣測(cè)移動(dòng)平均值Q（T計(jì)算式為

式中：QTi為第i個(gè)氣測(cè)全烴值，%；X為1個(gè)深度序列的氣測(cè)采樣數(shù)，本文取值為120。

氣測(cè)交會(huì)面是氣測(cè)值與基線的面積SQT和氣測(cè)移動(dòng)平均值與基線的面積SQT（之間的差值，即S3。

3.1.4 氣測(cè)交會(huì)系數(shù)

儲(chǔ)層段的氣測(cè)交會(huì)面厚度與該深度段的地層砂體厚度存在一定的比例關(guān)系，即氣測(cè)交會(huì)系數(shù)。氣測(cè)交會(huì)面以氣測(cè)全烴值與氣測(cè)移動(dòng)平均值交會(huì)面厚度為準(zhǔn)，致密砂巖儲(chǔ)層砂體厚度以自然伽馬顯示厚度為準(zhǔn)，因此，氣測(cè)交會(huì)系數(shù)A計(jì)算式為

式中：Hs為砂體厚度，m。

研究區(qū)試氣層段的氣測(cè)交會(huì)厚度與砂體厚度分析結(jié)果表明：氣層段含氣量較高及地層滲透性高，導(dǎo)致氣測(cè)交會(huì)厚度大于等于砂體厚度；含氣層段，含氣量與氣層相比較低，因此，其氣測(cè)交會(huì)厚度小于砂體厚度；氣水同層段，由于上氣下水，氣測(cè)交會(huì)厚度一般是砂體厚度的1/2；含氣水層，含氣量較小，水占比較大，因此，含氣水層的氣測(cè)交會(huì)厚度占砂體厚度較少；干層和水層，無(wú)氣測(cè)顯示，因此，其交會(huì)系數(shù)接近于0。

3.2 流體識(shí)別定量解釋圖版

利用微積分?jǐn)?shù)學(xué)方法，提取了試氣層段“QT-AC交會(huì)面”、“挖掘效應(yīng)”、“氣測(cè)交會(huì)面”、“氣測(cè)交會(huì)系數(shù)”的單位面積，以此作為氣水識(shí)別的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了交會(huì)面積的定量識(shí)別氣水層（見(jiàn)圖3）。圖3結(jié)果顯示，4個(gè)交會(huì)面在產(chǎn)層與非產(chǎn)層之間有明顯的界限，但氣層、含氣層、氣水同層之間識(shí)別精度不高，為了提高識(shí)別精度，應(yīng)根據(jù)常規(guī)測(cè)井交會(huì)圖提取孔隙度和含氣飽和度參數(shù)，利用多參數(shù)融合判別分析法進(jìn)行識(shí)別。

圖3 單位面積交會(huì)圖

3.3 判別分析法流體識(shí)別

以上述建立的測(cè)、錄井解釋圖版數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選用孔隙度POR、含氣飽和度SOG，S1，S2，S3，單位氣測(cè)交會(huì)系數(shù)（A）為判別參數(shù)，123個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)（氣層樣本61個(gè)，含氣層樣本17個(gè)、氣水同層樣本13個(gè)，含氣水層樣本15個(gè)，水層樣本9個(gè)，干層樣本8個(gè)），建立蘇19區(qū)塊的判別方程F1，F(xiàn)2（見(jiàn)式（6），式（7））。

在蘇19區(qū)塊，利用判別方程F1，F(xiàn)2進(jìn)行判別，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 測(cè)錄井多參數(shù)判別分析結(jié)果

對(duì)判別分析法識(shí)別結(jié)果進(jìn)行回判統(tǒng)計(jì)，分析結(jié)果見(jiàn)表1，判別研究區(qū)儲(chǔ)層段氣層、含氣層、氣水同層、含氣水層、水層及干層123個(gè)試氣層段，正判個(gè)數(shù)為104個(gè)，符合率84.55%。判別氣層符合率為95.08%，表明該方法有效地提高了氣水識(shí)別精度。

表1 蘇X區(qū)塊判別分析法氣水識(shí)別效果

4 應(yīng)用效果分析

研究區(qū)蘇A井試氣兩段，無(wú)阻流量16.41×104m3/d，井口產(chǎn)量6.88×104m3/d，為工業(yè)氣層。盒8下2段下部挖掘效應(yīng)較明顯，氣測(cè)全烴值峰值在29.41%，基值為0.662%，最大含氣飽和度57.5%，深側(cè)向電阻率54.2Ω·m，一次與二次解釋均為氣層（見(jiàn)圖5）。

圖5 蘇A井儲(chǔ)層段氣水綜合解釋

盒8下2段上部挖掘效應(yīng)較明顯，氣測(cè)全烴值峰值在69.41%，基值為0.662%，最大含氣飽和度52.6%，深側(cè)向電阻率17.6Ω·m，屬于低阻水層電阻率范圍，一次解釋為水層。綜合測(cè)錄多參數(shù)，該層位于氣層附近，綜合測(cè)井解釋結(jié)論均為氣層。在該層完鉆1口水平井，井口產(chǎn)量7×104m3/d。表明測(cè)錄井多參數(shù)融合識(shí)別方法能夠較準(zhǔn)確識(shí)別研究區(qū)的氣水層。

5 結(jié)論

1）研究區(qū)氣水分布復(fù)雜，氣、水層電阻率值無(wú)明顯差異，高低阻氣、水層并存，單一常規(guī)測(cè)井交會(huì)圖識(shí)別技術(shù)存在局限性，解釋符合率低，試氣層位優(yōu)選效果差，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求。

2）氣層特征分析結(jié)果表明，氣測(cè)全烴數(shù)據(jù)與聲波時(shí)差的交會(huì)面、氣測(cè)全烴數(shù)據(jù)與氣測(cè)移動(dòng)平均值交會(huì)面、挖掘效應(yīng)、氣測(cè)交會(huì)系數(shù)在氣層有很好顯示，提取各融合參數(shù)的單位數(shù)值，進(jìn)行定量識(shí)別氣水層，結(jié)合測(cè)井常規(guī)交會(huì)圖，利用判別分析法，有效判別了研究區(qū)氣水層，將綜合解釋符合率提升至84.55%，氣層解釋符合率提升至95.08%，有效提高了氣水層識(shí)別精度。