低滲儲(chǔ)層泥漿侵入特征與時(shí)移電阻率測(cè)井評(píng)價(jià)

羅 健，張國(guó)棟，胡文亮，魏曉晗，何玉春

（中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200030）

東海盆地A凹陷低孔低滲儲(chǔ)層油氣資源豐富，低滲儲(chǔ)層又極其敏感，做好東海盆地低滲儲(chǔ)層保護(hù)是低滲油氣資源開(kāi)發(fā)的先決條件[1]。為了保護(hù)井筒環(huán)境，東海盆地鉆井液體系由水基泥漿轉(zhuǎn)變?yōu)橛突酀{，油基泥漿一定程度上增加了井壁穩(wěn)定性，降低了濾失量，增強(qiáng)了攜巖能力，保障了鉆井安全和時(shí)效[1-3]，但是泥漿體系的改變給儲(chǔ)層定性、定量評(píng)價(jià)帶來(lái)了很大變化。為了厘清不同泥漿體系對(duì)低滲儲(chǔ)層侵入規(guī)律，設(shè)計(jì)了低滲巖心侵入實(shí)驗(yàn)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，為低滲儲(chǔ)層保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

東海盆地使用的水基泥漿和油基泥漿配方如下：

水基鉆井濾液，泥漿密度1.2 g/cm3，鉆井液配方為：3%海水土漿+0.2%Na2CO3+0.2%NaOH+1%自由水絡(luò)合劑HXY+2%SMP-2+2%SPNH+2%瀝青樹(shù)脂LSF+1.0%高溫護(hù)膠劑HFL-T+3%固璧劑HGW+2%膠束劑HSM+8%鍵合劑HBA+5%KCl+15%NaCl+2%潤(rùn)滑劑[2]。

油基鉆井濾液，泥漿密度1.2 g/cm3，鉆井液配方為：3#白油+3%主乳化劑+1%輔乳化劑+1%潤(rùn)濕劑+4%有機(jī)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)[3]。

巖心侵入實(shí)驗(yàn)為了模擬真實(shí)地層鉆井條件，實(shí)驗(yàn)室條件下配比相同泥漿，觀察巖心在不同泥漿體系下的侵入特征。

1 侵入實(shí)驗(yàn)裝置與巖心說(shuō)明

侵入實(shí)驗(yàn)選取6顆低滲儲(chǔ)層巖心，編號(hào)#1～#6，根據(jù)巖心滲透等級(jí)劃分為三類，（0.1～1）×10-3μm2、（1～5）×10-3μm2、（5～10）×10-3μm2，分別代表不同滲透率級(jí)別的低滲儲(chǔ)層，每3顆巖心為一組，分兩組（表1），其中組1做水基泥漿侵入實(shí)驗(yàn)，組2做油基泥漿侵入實(shí)驗(yàn)。

表1 侵入實(shí)驗(yàn)巖心樣品表Table 1 Intrusion experiment core samples

組1巖心模擬飽和氣層受水基泥漿侵入影響，巖心經(jīng)過(guò)洗油、洗鹽后，飽和空氣，水基泥漿濾液在實(shí)驗(yàn)裝置下逐漸侵入巖心，通過(guò)測(cè)量巖心周身電極隨水基泥漿侵入程度的電阻率變化，模擬水基泥漿侵入純氣層引起的地層電阻率變化特征。

組2巖心分別模擬飽和氣層、飽和水層受油基泥漿侵入影響，在飽和氣情況下，測(cè)量巖心周身電極隨油基泥漿侵入程度的電阻率變化，模擬純氣層受油基泥漿侵入影響；在飽和水情況下，測(cè)量巖心周身電極隨油基泥漿侵入程度的電阻率變化，模擬純水層受油基泥漿侵入影響。

泥漿侵入實(shí)驗(yàn)巖心夾持器內(nèi)電極分布示意 （圖1），從巖心泥漿侵入端開(kāi)始，沿侵入方向分布電極環(huán)，每個(gè)電極環(huán)距離如圖1所示。泥漿侵入實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，記錄不同侵入時(shí)刻下每個(gè)電極環(huán)測(cè)量的電阻率，根據(jù)記錄的電阻率的動(dòng)態(tài)變化，研究泥漿侵入變化規(guī)律，實(shí)驗(yàn)條件為：圍壓25 MPa、溫度120 ℃、時(shí)間12 h、循環(huán)壓差5.5 MPa，模擬地層條件。

圖1 泥漿侵入實(shí)驗(yàn)夾持器電極示意圖Fig. 1 Schematic diagram of the gripper electrode in the mud intrusion experiment

2 泥漿侵入巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

組1巖心與組2巖心，分別對(duì)應(yīng)相同滲透率等級(jí)，分別進(jìn)行泥漿侵入實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2～圖4。

在模擬飽和氣層的侵入實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，水基泥漿侵入引起巖心電極環(huán)電阻率下降，從泥漿侵入端開(kāi)始，R1～R5電極環(huán)電阻率隨著水基泥漿侵入逐漸下降，直至侵入達(dá)到基本平衡。最先監(jiān)測(cè)到泥漿侵入的電極環(huán)R1的電阻率下降時(shí)間主要與巖心物性有關(guān)，組1中#3巖心物性最好，在15 min監(jiān)測(cè)到泥漿侵入，電阻率大幅下降，整個(gè)泥漿侵入過(guò)程持續(xù)90 min左右達(dá)到平衡，R1～R5電極環(huán)電阻率均不同程度的降低，并且電阻率值R1＜R2＜R3＜R4；油基泥漿侵入巖心沒(méi)有引起電極環(huán)電阻率下降，R1～R4電極環(huán)隨著油基泥漿侵入基本保持不變，電阻率值R1≈R2≈R3≈R4，直至侵入達(dá)到平衡。

在模擬飽和水層實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，油基泥漿侵入引起巖心電極環(huán)電阻率升高，從泥漿侵入端開(kāi)始，R1～R4電極環(huán)電阻率隨著油基泥漿侵入逐漸升高，直至侵入達(dá)到平衡。電極環(huán)監(jiān)測(cè)到油基泥漿侵入的時(shí)間主要與巖心物性有關(guān)，組2巖心中#6巖心物性最好，約15～40 min監(jiān)測(cè)到泥漿侵入，隨著油基泥漿的侵入，R1～R4電極環(huán)電阻率均升高，直至巖心完全被侵入，整個(gè)泥漿侵入過(guò)程持續(xù)800 min，最終電阻率值R1≈R2≈R3≈R4。

圖2 模擬飽和氣層組1巖心水基泥漿侵入實(shí)驗(yàn)Fig. 2 Simulation experiment of water-based mud intrusion in the core of saturated gas layer group 1

圖3 模擬飽和氣層組2巖心油基泥漿侵入實(shí)驗(yàn)Fig. 3 Simulation experiment of oil-based mud invasion of saturated gas layer group 2

圖4 模擬飽和水層組2巖心油基泥漿侵入實(shí)驗(yàn)Fig. 4 Simulation experiment of oil-based mud invasion of saturated water layer group 2

巖心電極環(huán)R1～R4代表電阻率儀器不同探測(cè)深度的電阻率資料，觀察以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，泥漿侵入與泥漿體系密切相關(guān)，水基泥漿侵入規(guī)律與油基泥漿侵入規(guī)律不同，泥漿濾失特性導(dǎo)致鉆遇滲透性地層出現(xiàn)不同徑向探測(cè)深度電阻率分異現(xiàn)象。水基泥漿鉆遇油氣層，泥漿侵入后，出現(xiàn)探測(cè)深電阻率大于探測(cè)淺電阻率，即電阻率“低侵”現(xiàn)象；油基泥漿鉆遇水層時(shí)，泥漿侵入后，出現(xiàn)探測(cè)淺電阻率大于探測(cè)深電阻率，即電阻率“高侵”現(xiàn)象，并且泥漿侵入速度與儲(chǔ)層物性有關(guān)，物性越好，侵入越快，地層鉆開(kāi)15 min開(kāi)始受到泥漿侵入影響。

3 泥漿侵入與時(shí)移電阻率測(cè)井

根據(jù)不同滲透率等級(jí)低滲巖心的侵入實(shí)驗(yàn)結(jié)果，水基泥漿和油基泥漿隨著泥漿侵入會(huì)引起不同探測(cè)深度電阻率變化，即電阻率的“低侵”與 “高侵”特征，利用泥漿對(duì)地層的侵入特性，結(jié)合泥漿侵入地層前后測(cè)量的地層不同探測(cè)深度的電阻率信息（即時(shí)移電阻率測(cè)井），可以有效進(jìn)行泥漿侵入深度評(píng)價(jià)、流體性質(zhì)評(píng)價(jià)及油氣層可動(dòng)水評(píng)價(jià)[4-10]。

（1）泥漿侵入深度評(píng)價(jià)

研究區(qū)主要采用斯倫貝謝隨鉆電阻率儀器ARC（圖5），該儀器具有5個(gè)源距（16 in、22 in、28 in、34 in和40 in）的發(fā)射器，兩種發(fā)射頻率400 kHz和2 MHz，可以獲得相位電阻率10條和衰減電阻率10條，一共20條電阻率曲線，其中P16H（源距為16 in，頻率為2 MHz的相位電阻率）探測(cè)深度最淺，A40H（源距為40 in，頻率為400 kHz的衰減電阻率）探測(cè)深度最深，電阻率探測(cè)深度與地層電阻率大小有關(guān)系[7]。

圖5 斯倫貝謝ARC儀器2 MHz電阻率探測(cè)深度圖Fig. 5 Depth chart of 2 MHz resistivity detection by Schlumberger ARC instrument

隨鉆ARC儀器安裝在近鉆頭約15 m處，東海地層鉆時(shí)ROP分布在1～5 min/m，因此認(rèn)為從地層鉆開(kāi)至測(cè)量得到實(shí)時(shí)電阻率已開(kāi)始泥漿侵入過(guò)程，此時(shí)泥漿侵入淺；地層鉆開(kāi)一段時(shí)間后，完成泥漿侵入過(guò)程，泥漿侵入深，通過(guò)隨鉆復(fù)測(cè)得到泥漿侵入后地層電阻率信息，利用泥漿侵入前后不同探測(cè)深度電阻率對(duì)比，分析泥漿侵入深度。

在水基泥漿背景下，密度1.26 g/cm3，東海XX-1S井3 950～4 000 m儲(chǔ)層孔隙度分布范圍6%～12.4%，滲透率分布范圍（0.5～4.4）×10-3μm2，屬于東海典型低孔低滲儲(chǔ)層。該儲(chǔ)層鉆開(kāi)時(shí)測(cè)量隨鉆實(shí)時(shí)電阻率A40H＞ P40H＞ P28H ＞P16H，泥漿浸泡4天后，隨鉆復(fù)測(cè)得到電阻率A40H、P40H、 P28H 、P16H，經(jīng)過(guò)對(duì)比，復(fù)測(cè)電阻率P40H＜隨鉆實(shí)時(shí)電阻率P40H，復(fù)測(cè)電阻率A40H=隨鉆實(shí)時(shí)電阻率A40H，指示地層受到泥漿侵入明顯，泥漿侵入深度大于P40H探測(cè)深度，小于A40H探測(cè)深度（地層電阻率為30 Ω·m時(shí)，A40H徑向探測(cè)深度為62 in（約157 cm），P40H徑向探測(cè)深度為35 in（約88 cm）），推測(cè)泥漿侵入深度約1 m左右（圖6）[1]。

在油基泥漿背景下，密度1.33 g/cm3，東海XX-13井4 700～4 730 m儲(chǔ)層孔隙度分布范圍7%～12.5%，滲透率分布范圍（0.8～10）×10-3μm2，該井段采集了隨鉆實(shí)時(shí)電阻率、泥漿浸泡8天后第一次復(fù)測(cè)電阻率、泥漿浸泡10天后第二次復(fù)測(cè)電阻率。經(jīng)過(guò)對(duì)比， 隨鉆實(shí)時(shí)電阻率A40H=P40H=P28H=P16H，泥漿侵入地層后，隨鉆實(shí)時(shí)電阻率P16H＜第一次復(fù)測(cè)電阻率P16H＜第二次復(fù)測(cè)電阻率P16H，隨鉆實(shí)時(shí)電阻率P28H=第二次復(fù)測(cè)電阻率P28H，隨鉆實(shí)時(shí)電阻率P40H=第二次復(fù)測(cè)電阻率P40H，指示地層逐步受到泥漿侵入，油基泥漿在泥漿柱壓力下驅(qū)替地層可動(dòng)水，引起復(fù)測(cè)電阻率P16H升高，地層侵入前后P28H、P40H相等說(shuō)明泥漿侵入深度小于P28探測(cè)深度，推測(cè)泥漿侵入深度約0.6 m左右（圖7）[10-12]。

（2）流體性質(zhì)判別

利用油基泥漿濾失性和不同流體性質(zhì)儲(chǔ)層受侵入前后電阻率特征，可以快速判斷儲(chǔ)層流體性質(zhì)。油基泥漿濾液分別侵入油氣層、水層、干層后，引起沖洗帶電阻率變化情況見(jiàn)表2，對(duì)于油氣層而言，油氣和油基泥漿濾液都是不導(dǎo)電的流體介質(zhì)，油基濾液侵入后，地層電阻率基本不變；對(duì)于水層，油基泥漿濾液侵入后，會(huì)減少導(dǎo)電流體水的體積，所以儲(chǔ)層的電阻率會(huì)升高；對(duì)于致密層，由于儲(chǔ)層物性太差，濾液基本無(wú)侵入，所以地層電阻率基本不變，因此在油基鉆井液背景下，根據(jù)探測(cè)最淺電阻率P16H可以快速評(píng)價(jià)儲(chǔ)層流體性質(zhì)[7]。

（3）可動(dòng)水定量估算

研究區(qū)以西門(mén)杜公式計(jì)算含水飽和度（式1），利用隨鉆實(shí)時(shí)電阻率P16H計(jì)算含水飽和度為地層原始含水飽和度Sw，利用泥漿侵入完成后復(fù)測(cè)電阻率P16H計(jì)算含水飽和度為侵入后含水飽和度Swq（式2），地層可動(dòng)水飽和度Swm=Sw-Swq。H4c砂體測(cè)井解釋氣層，泥漿侵入后P16H略微升高，通過(guò)時(shí)移測(cè)井評(píng)價(jià)的可動(dòng)水飽和度Swm≈6%（圖8第九道可動(dòng)水飽和度Swm充填藍(lán)色）。如果該砂體射孔生產(chǎn)，可能會(huì)有出水現(xiàn)象；H4d砂體測(cè)井解釋氣層，砂體底部4 471～4 478 m見(jiàn)水，泥漿侵入后P16H逐漸升高，砂體底部最高，通過(guò)時(shí)移測(cè)井評(píng)價(jià)可動(dòng)水飽和度Swm≈4%～17%，如果該砂體射孔生產(chǎn)，需要避開(kāi)底部含氣水層。

圖6 XX-1S井水基泥漿情況下泥漿侵入深度分析圖Fig. 6 Mud invasion depth analysis diagram in case of water-based mud in Well XX-1S

圖7 XX-13井油基泥漿情況下泥漿侵入深度分析圖Fig. 7 Mud invasion depth analysis diagram in case of oil-based mud in Well XX-13

圖8 XX-13井氣層可動(dòng)水評(píng)價(jià)綜合圖Fig. 8 Movable water evaluation of gas layer in Well XX-13

西門(mén)杜公式：

式中：Sw為地層原始條件下含水飽和度，%；Rw為地層水電阻率，Ω·m；Rt為地層真電阻率，Ω·m；Rsh為泥巖電阻率，Ω·m；Vsh為泥質(zhì)含量，%；Φe為有效孔隙度，%；a、m、n為巖電參數(shù)。

式中：Swq為地層受油基泥漿侵入后侵入帶含水飽和度，%；P16為斯倫貝謝ARCvision儀器16 in源距電阻率，Ω·m。

研究區(qū)XX-13井最終決定H4c砂體滿射，H4d砂體射開(kāi)頂部砂體1/3，投入生產(chǎn)3個(gè)月，平均日產(chǎn)氣10×104m3，日產(chǎn)油8 m3，日產(chǎn)水1.7 m3，生產(chǎn)資料證實(shí)XX-13井氣層含有少量可動(dòng)水，同時(shí)證實(shí)時(shí)移測(cè)井評(píng)價(jià)儲(chǔ)層可動(dòng)水飽和度的可行性，該方法能為砂體射孔決策提供有效依據(jù)。

4 結(jié)論

（1） 水基泥漿和油基泥漿對(duì)地層均存在侵入現(xiàn)象，侵入速度與儲(chǔ)層物性有關(guān)，低滲儲(chǔ)層鉆開(kāi)15 min即開(kāi)始受到泥漿侵入。

（2） 有效利用泥漿電阻率的“低侵”與“高侵”特征，結(jié)合時(shí)移電阻率測(cè)井可有效快速識(shí)別儲(chǔ)層流體性質(zhì)、分析泥漿侵入深度和估算油氣層可動(dòng)水含量。