基于四定分析的特低滲-致密儲(chǔ)層測(cè)井綜合評(píng)價(jià)
——以川西坳陷XC構(gòu)造帶須二氣藏為例

黎華繼，陳 俊，鄧雙林，金武軍

(1.中國(guó)石化西南油氣分公司采氣三廠，四川中江 618100；2.中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，四川成都 610000；3.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院四川中心，四川成都 610000)

在油氣藏的勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，測(cè)井一直是不可或缺的一環(huán)，它是地質(zhì)學(xué)家破譯地下密碼的一把鑰匙，但是“破譯”的過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，且具有多解性和不確定性。上世紀(jì)60年代，我國(guó)的地質(zhì)學(xué)家們提出了以四性關(guān)系分析為重點(diǎn)的測(cè)井評(píng)價(jià)內(nèi)容，并沿用至今；同時(shí)制定出一系列交會(huì)圖版，并逐步將定性、定量解釋的標(biāo)準(zhǔn)可視化[1-3]。隨著以成像測(cè)井為代表的特殊測(cè)井技術(shù)飛速發(fā)展，中國(guó)測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)再上新的臺(tái)階，形成了復(fù)雜因素的低電阻率油氣層評(píng)價(jià)、“七性及三品質(zhì)”致密油氣評(píng)價(jià)等為代表的解釋評(píng)價(jià)技術(shù)系列，有效支撐了一批隱蔽型油氣田的勘探與開(kāi)發(fā)[4-5]。近年來(lái)，隨著勘探開(kāi)發(fā)程度的進(jìn)一步加大，各油氣田面臨的地質(zhì)對(duì)象也從前期厚度大、物性好、豐度高的常規(guī)油氣藏逐漸轉(zhuǎn)向厚度薄、物性差、豐度低的非常規(guī)油氣藏，地質(zhì)條件日益復(fù)雜。為適應(yīng)地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的要求，測(cè)井評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容也已不僅僅包括孔隙度、滲透率、含油氣飽和度(孔、滲、飽)及油氣分布，區(qū)域甜點(diǎn)的預(yù)測(cè)也需要測(cè)井給予更精細(xì)、精準(zhǔn)、精確的解答，為此需進(jìn)一步豐富測(cè)井評(píng)價(jià)的內(nèi)容。XC構(gòu)造帶須家河組二段氣藏(以下簡(jiǎn)稱(chēng)須二氣藏)是典型的特低滲-致密、低豐度油氣藏，地質(zhì)條件異常復(fù)雜，本文嘗試將“四定”評(píng)價(jià)思路[6]引入測(cè)井評(píng)價(jià)中，經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用，取得了一定的效果，為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)XC構(gòu)造帶須二氣藏，明確其甜點(diǎn)分布，以及氣藏的有效開(kāi)發(fā)提供了有力支撐。

1 氣藏基本特征及四定分析的內(nèi)涵

XC構(gòu)造帶位于四川盆地川西坳陷中段，為南陡北緩、多個(gè)高點(diǎn)組成的北東東向復(fù)式背斜，區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，均為逆斷層，走向復(fù)雜，其中南北向斷層規(guī)模較大。須二氣藏埋深4 500～5 300 m，自上而下可劃分為上、中、下三個(gè)亞段，10套砂層組，產(chǎn)層主要分布在上亞段和中亞段。儲(chǔ)層巖性多樣，以巖屑砂巖為主(占比47.9%)，其次為長(zhǎng)石巖屑砂巖(占比22.6%)，少量巖屑石英砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖等。據(jù)1 690 塊巖樣統(tǒng)計(jì)，須家河組二段(以下簡(jiǎn)稱(chēng)須二段)超98%的砂巖樣品孔隙度小于10.0%，平均3.7%；基質(zhì)滲透性差，多低于0.10×10-3μm2，平均0.07×10-3μm2，屬于典型的特低孔、特低滲超致密砂巖儲(chǔ)層。儲(chǔ)層孔滲相關(guān)性差，儲(chǔ)集空間類(lèi)型以孔隙型及裂縫-孔隙型為主。前人研究表明裂縫是XC構(gòu)造帶須二氣藏氣井獲得中、高產(chǎn)的決定性因素，氣藏為異常高壓(原始?jí)毫ο禂?shù)為1.7)、致密、構(gòu)造-巖性、彈性氣驅(qū)、干氣、邊水為主的有水氣藏。

面對(duì)XC構(gòu)造帶須二氣藏復(fù)雜的地質(zhì)條件以及勘探開(kāi)發(fā)一體化、地質(zhì)物探一體化、地質(zhì)工程一體化新的形勢(shì)，測(cè)井評(píng)價(jià)在須二氣藏油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中需著眼于氣藏評(píng)價(jià)的難點(diǎn)，尋求新的油氣評(píng)價(jià)思路，提供定性、定量、定域、定向的滿足氣藏地質(zhì)工程一體化的參數(shù)與成果，具體內(nèi)涵見(jiàn)表1。

表1 須二氣藏油氣四定評(píng)價(jià)方案內(nèi)涵

2 須二氣藏的四定測(cè)井評(píng)價(jià)

2.1 定性評(píng)價(jià)有利巖相

通過(guò)對(duì)XC構(gòu)造帶須二段巖心觀察，共識(shí)別出12種巖相(圖1)。研究表明在不同亞段有利巖相也略有差異，其中，上亞段，塊狀層理中粗砂巖相、斜層理中粗砂巖相和含炭屑中粗砂巖相為有利巖相；中亞段，千層餅狀平行層理中粗砂巖相、平行層理中粗砂巖相、塊狀層理中粗砂巖相、斜層理中粗砂巖相和含炭屑中粗砂巖相為有利巖相。

a.千層餅狀平行層理中粗砂巖，XX7井，Tx26；b.平行層理中粗砂巖，XX12井，Tx24；c.塊狀層理中粗砂巖，XX11井，Tx26；d.斜層理中粗砂巖，XX127井，Tx21；e.含炭屑中粗砂巖，XX127井，Tx21；f.含泥礫中粗砂巖，XX127井，Tx21；g.斜層理細(xì)砂巖，XX7井，Tx23；h.波狀層理粉砂巖，XX7井，Tx23；i.炭質(zhì)泥巖，XX127井，Tx22；j.煤層，XX127井，Tx22；k.鈣質(zhì)膠結(jié)斜層理中粗砂巖，XX127井，Tx22；l.鈣質(zhì)膠結(jié)塊狀層理中粗砂巖，XX7井，Tx26

依據(jù)“優(yōu)中選優(yōu)、逐步推進(jìn)”的原則，先根據(jù)粒度參數(shù)，去除細(xì)粒巖相，然后根據(jù)礦物成分參數(shù)，去除鈣質(zhì)膠結(jié)巖相，最后根據(jù)反映儲(chǔ)層滲透性的參數(shù)，選出較有利和有利巖相。研究表明不同粒度的巖相在AC(聲波時(shí)差)-GR(自然伽馬)交會(huì)圖版中可以得到很好區(qū)分。在此基礎(chǔ)上利用GR-RT(電阻率)交會(huì)圖版，識(shí)別出較為有利的巖相，為后期優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

2.2 定量評(píng)價(jià)儲(chǔ)層參數(shù)

孔、滲、飽是測(cè)井評(píng)價(jià)的核心內(nèi)容之一，研究方法眾多，但XC構(gòu)造帶須二氣藏儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，傳統(tǒng)的計(jì)算模型已無(wú)法滿足致密儲(chǔ)層精細(xì)評(píng)價(jià)的需求。因此，提出了以實(shí)驗(yàn)分析為基礎(chǔ)，利用巖心刻度測(cè)井資料，突出核磁[7-8]、偶極等特殊測(cè)井應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層特征精準(zhǔn)描述的研究思路。

結(jié)合XC構(gòu)造帶須二氣藏礦物組分構(gòu)成特點(diǎn)，采用基于巖石物理體積模型的最優(yōu)化方法[9]，通過(guò)礦物含量和孔隙流體求解不同測(cè)井的響應(yīng)方程組，獲取精確可靠的礦物和物性評(píng)價(jià)結(jié)果。根據(jù)須二段礦物主要由泥質(zhì)、石英、長(zhǎng)石、巖屑、炭屑組成的特點(diǎn)，結(jié)合孔隙中只含水和氣兩種流體的情況，建立巖石物理體積模型。根據(jù)不同測(cè)井曲線對(duì)儲(chǔ)層巖性、物性及流體的響應(yīng)差異，優(yōu)選自然伽馬、補(bǔ)償中子、補(bǔ)償密度、聲波時(shí)差、深淺側(cè)向6條曲線參與巖石物理體積方程求解。通過(guò)與巖心薄片礦物組分分析結(jié)果對(duì)比表明，礦物組分評(píng)價(jià)結(jié)果精度較高、評(píng)價(jià)結(jié)果可靠。圖2為XX856井礦物含量測(cè)井評(píng)價(jià)結(jié)果與巖心薄片分析結(jié)果對(duì)比，從對(duì)比結(jié)果來(lái)看，測(cè)井評(píng)價(jià)結(jié)果中的石英含量和長(zhǎng)石巖屑含量與巖心薄片分析結(jié)果均吻合良好，12個(gè)點(diǎn)中有10個(gè)點(diǎn)的絕對(duì)誤差在5%內(nèi)，剩余2個(gè)點(diǎn)的絕對(duì)誤差在10%左右，誤差精度明顯提高且能夠滿足精度要求。在準(zhǔn)確計(jì)算礦物含量的基礎(chǔ)上開(kāi)展孔隙度精準(zhǔn)評(píng)價(jià)，絕對(duì)誤差從前期的12%減低至5%，精準(zhǔn)度明顯優(yōu)于采用傳統(tǒng)孔隙度模型計(jì)算的物性參數(shù)，能夠更好地滿足地質(zhì)精細(xì)分析需求。

圖2 XX856井礦物含量測(cè)井評(píng)價(jià)結(jié)果與巖心薄片分析結(jié)果對(duì)比

定量評(píng)價(jià)油氣層的另一個(gè)關(guān)鍵就是油氣含量的評(píng)價(jià)，但常規(guī)的阿爾奇公式往往不能很好地適用于致密儲(chǔ)層[10-12]。XC構(gòu)造帶須二氣藏特殊測(cè)井資料豐富，從而為儲(chǔ)層研究提供了更為豐富的手段。偶極橫波測(cè)井反映地層骨架、流體聲波速度信息，它避開(kāi)了地層電阻率大小的影響，因此充分利用聲學(xué)信息進(jìn)行天然氣層評(píng)價(jià)成為天然氣測(cè)井解釋的一個(gè)發(fā)展方向[13-14]。XC構(gòu)造帶須家河組測(cè)試氣層段的含水飽和度與泊松比統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，須家河組儲(chǔ)層的泊松比與儲(chǔ)層含氣性、孔隙度有著密切的關(guān)系。當(dāng)孔隙度一定時(shí)，含水飽和度隨泊松比的增大而增大；當(dāng)泊松比一定時(shí)，含水飽和度隨孔隙度的增大而減小(圖3a)。同樣也可發(fā)現(xiàn)，楊氏模量與儲(chǔ)層含氣性、孔隙度也有相類(lèi)似的關(guān)系(圖3b)。據(jù)此，建立XC構(gòu)造帶須二氣藏致密碎屑巖儲(chǔ)層含水飽和度計(jì)算模型及圖版，選擇精度較高的拋物線擬合方法對(duì)此圖版擬合，同時(shí)結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，得出相應(yīng)的計(jì)算公式；再根據(jù)差值法，可以得到任何孔隙度所對(duì)應(yīng)的含水飽和度。

圖3 泊松比、楊氏模量、孔隙度與含水飽和度關(guān)系

2.3 定域評(píng)價(jià)裂縫展布

勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，XC構(gòu)造帶須二氣藏氣井產(chǎn)能與裂縫發(fā)育關(guān)系密切，裂縫是氣井高產(chǎn)的主要控制因素之一[15-16]。由于成像測(cè)井成本較高，數(shù)量有限，為滿足裂縫在縱向上和平面上精細(xì)評(píng)價(jià)的要求，開(kāi)展基于常規(guī)測(cè)井資料的裂縫評(píng)價(jià)十分必要。從研究區(qū)裂縫發(fā)育程度和裂縫類(lèi)型出發(fā)，基于巖心標(biāo)定成像測(cè)井、成像測(cè)井刻度常規(guī)測(cè)井的技術(shù)思路開(kāi)展基于常規(guī)測(cè)井資料的裂縫評(píng)價(jià)。

分析不同類(lèi)型裂縫在各種常規(guī)測(cè)井曲線上的響應(yīng)特征，優(yōu)選AC、CNL(補(bǔ)償中子)、RD(深側(cè)向電阻率)、RS(淺側(cè)向電阻率)四條裂縫敏感曲線，構(gòu)建聲波和中子增大因子(AC_FF與CNL_GR_FF)、電阻率降低因子(RT_GR_FF)、雙側(cè)向電阻率幅度差因子(RDS_FF)4個(gè)裂縫敏感指示因子[17-18]。并基于裂縫與基質(zhì)孔隙在聲波時(shí)差和電阻率曲線上具有不同分形維度差異的特征，對(duì)各種敏感曲線的分形維度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)分形維度的大小區(qū)分裂縫和基質(zhì)孔隙，進(jìn)而約束各種裂縫敏感因子，從中篩選出裂縫層段。然后將基于電成像解釋的裂縫孔隙度與各種裂縫敏感指示曲線進(jìn)行灰度關(guān)聯(lián)，計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)作為各個(gè)敏感曲線的權(quán)重因子，以此參與裂縫綜合指示曲線的計(jì)算(表2)。根據(jù)電成像的解釋結(jié)果對(duì)裂縫綜合指示曲線設(shè)定一個(gè)合適的閾值，高于該閾值的為有效裂縫，低于該閾值的為無(wú)效裂縫。研究表明須二段上亞段和中亞段裂縫識(shí)別閾值均為0.1。

表2 各個(gè)敏感因子權(quán)重及分形維度

研究表明XC構(gòu)造帶須二段儲(chǔ)層低角度縫、水平縫普遍發(fā)育，高角度縫僅發(fā)育于局部區(qū)域的局部井段。上亞段高角度縫多發(fā)育于構(gòu)造的褶曲部位，中亞段高角度縫主要分布在南北向斷層上盤(pán)附近。

2.4 定向評(píng)價(jià)儲(chǔ)層類(lèi)型

為滿足老井挖潛和新井測(cè)試選層選段的實(shí)際需求，開(kāi)展了儲(chǔ)層測(cè)井甜點(diǎn)類(lèi)型識(shí)別方法構(gòu)建及評(píng)價(jià)研究?；赬C構(gòu)造帶須二氣藏地質(zhì)特征和工程改造的難易程度，總結(jié)出氣藏甜點(diǎn)類(lèi)型主要有三大類(lèi)(Ⅰ類(lèi)甜點(diǎn)可自然建產(chǎn)，Ⅱ類(lèi)甜點(diǎn)可壓裂后建產(chǎn)，Ⅲ類(lèi)甜點(diǎn)需新工藝改造后方可建產(chǎn))，并進(jìn)一步結(jié)合不同測(cè)井甜點(diǎn)類(lèi)型的層段分布、試采情況、產(chǎn)氣效果等，連同水層、致密儲(chǔ)層和泥巖，將XC構(gòu)造帶的儲(chǔ)層及相關(guān)地層類(lèi)型細(xì)分為十個(gè)小類(lèi)，總結(jié)各個(gè)類(lèi)型的測(cè)井響應(yīng)特征及其物性和流體性質(zhì)(表3)。

表3 不同測(cè)井甜點(diǎn)類(lèi)型所對(duì)應(yīng)的測(cè)井特征及地質(zhì)內(nèi)涵

根據(jù)不同類(lèi)型的測(cè)井曲線響應(yīng)特征及差異，制作各種敏感性分析圖版，嘗試建立不同測(cè)井甜點(diǎn)類(lèi)型的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，從而將不同類(lèi)型的儲(chǔ)層段在井上連續(xù)地劃分出來(lái)，為甜點(diǎn)地震預(yù)測(cè)和地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)提供井上數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。十種儲(chǔ)層及相關(guān)地層類(lèi)型在巖性、物性、裂縫發(fā)育及含氣性上多有重疊區(qū)域，很難用一個(gè)測(cè)井交會(huì)圖版將十種不同類(lèi)型儲(chǔ)層較好地區(qū)分開(kāi)來(lái)。某些圖版對(duì)其中一類(lèi)或者相近的幾類(lèi)能夠有較好的識(shí)別效果，如AC-GR交會(huì)圖能夠較好地將泥巖和炭質(zhì)泥巖識(shí)別出來(lái)；AC-RT交會(huì)圖中致密層和非儲(chǔ)層與其他甜點(diǎn)類(lèi)型的分布區(qū)域有較大的差異；I類(lèi)甜點(diǎn)、II類(lèi)甜點(diǎn)、裂縫型水層可通過(guò)裂縫綜合指示曲線將其與其他類(lèi)型儲(chǔ)層及相關(guān)地層區(qū)分開(kāi)(圖4a)；另外，根據(jù)所構(gòu)建的流體指示因子[19-20]，可將裂縫型水層與I類(lèi)甜點(diǎn)、II類(lèi)甜點(diǎn)較好地區(qū)分開(kāi)來(lái)(圖4b)。因此，采用多個(gè)“甜點(diǎn)”敏感曲線交會(huì)圖版，按“篩泥-去干-選甜-排水”四個(gè)主要技術(shù)環(huán)節(jié)，分步驟逐級(jí)開(kāi)展井上的甜點(diǎn)類(lèi)型連續(xù)識(shí)別。利用該方法針對(duì)區(qū)內(nèi)5口典型井開(kāi)展測(cè)井甜點(diǎn)類(lèi)型識(shí)別，其識(shí)別結(jié)果與地質(zhì)分析和實(shí)際測(cè)試生產(chǎn)結(jié)果相對(duì)比，吻合率較高(表4)。

a.含氣指示曲線-裂縫指示因子交會(huì)圖 b.流體指示因子-裂縫指示因子交會(huì)圖

表4 典型井(X2-L150-X10-CX566-XC6)測(cè)井甜點(diǎn)類(lèi)型識(shí)別符合率統(tǒng)計(jì)

3 實(shí)例分析

XS構(gòu)造位于XC構(gòu)造帶東部，在巖心分析基礎(chǔ)上，根據(jù)粒度和礦物成分測(cè)井識(shí)別結(jié)果，針對(duì)XS構(gòu)造須二氣藏開(kāi)展有利巖相的測(cè)井識(shí)別，結(jié)果表明上亞段有利巖相主要為塊狀層理中粗砂巖相、斜層理中粗砂巖相和含炭屑中粗砂巖相等。結(jié)合地質(zhì)分析和地球物理預(yù)測(cè)成果，分析認(rèn)為XS構(gòu)造須二氣藏上亞段有利巖相展布方向?yàn)楸睎|-南西向，有利巖相厚度為5～70 m，平均厚度為46 m?；谟行Я芽p測(cè)井及地震識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，建立了斷縫體識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)及斷縫有利區(qū)分級(jí)評(píng)價(jià)流程[21-22]，明確了不同類(lèi)型斷縫有利區(qū)平面分布。認(rèn)為XS構(gòu)造南北向斷層附近為I類(lèi)有利區(qū)，預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育。結(jié)合氣水分布認(rèn)識(shí)認(rèn)為該區(qū)具有較大建產(chǎn)潛力，部署實(shí)施滾動(dòng)勘探井XS101井(圖5)。

圖5 XC構(gòu)造帶Tx21+2砂組氣藏綜合評(píng)價(jià)

XS101井完鉆后測(cè)井顯示Tx21(須二段1號(hào)小層)、Tx22(須二段2號(hào)小層)砂組砂體厚度較大，巖性較純。Tx21砂組聲波時(shí)差平均為63.9 μs/ft，局部呈明顯周波跳躍；RD整體較高，平均為71.7 Ω·m，局部呈明顯高阻背景下的低值；電成像測(cè)井顯示中高角度裂縫發(fā)育，裂縫密度達(dá)0.67條/m，以I+II類(lèi)甜點(diǎn)為主，具較好的可壓性(圖6)；綜合評(píng)價(jià)Tx21為氣層。Tx22砂組聲波時(shí)差較Tx21砂組低，平均為57.0 μs/ft；RD整體較高，平均為11.9 Ω·m；成像測(cè)井顯示高角度裂縫欠發(fā)育，局部發(fā)育少量低角度裂縫，裂縫密度達(dá)0.41條/m，以III類(lèi)甜點(diǎn)為主，可壓性較差；綜合評(píng)價(jià)Tx22砂組為含氣層(圖7)。針對(duì)Tx21+2開(kāi)展體積壓裂，Tx22砂組加砂量及加砂強(qiáng)度均較低，Tx21砂組相對(duì)較高，測(cè)試無(wú)阻流量68.3×104m3/d，證實(shí)了基于四定分析的測(cè)井評(píng)價(jià)方法的可靠性及實(shí)用性。

圖6 XS101井Tx21砂組甜點(diǎn)成果評(píng)價(jià)

圖7 XS101井Tx22砂組甜點(diǎn)成果評(píng)價(jià)

4 結(jié)論

(1)針對(duì)XC構(gòu)造帶須二氣藏采用基于巖石物理體積模型的最優(yōu)化方法，通過(guò)礦物含量和孔隙流體求解不同測(cè)井的響應(yīng)方程組，能夠較為精準(zhǔn)地評(píng)價(jià)礦物含量，從而獲得精度更高的儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)結(jié)果。

(2)傳統(tǒng)的阿爾奇公式在XC構(gòu)造帶須二氣藏適用性較差，需充分結(jié)合偶極橫波測(cè)井資料、核磁測(cè)井資料等多角度、多維度的開(kāi)展評(píng)價(jià)，從而提高測(cè)井解釋符合率。

(3)裂縫是XC構(gòu)造帶須二氣藏氣井高產(chǎn)的主要控制因素之一，開(kāi)展基于常規(guī)測(cè)井資料的裂縫評(píng)價(jià)十分必要。通過(guò)優(yōu)選裂縫敏感曲線，構(gòu)建裂縫敏感指示因子，對(duì)各種敏感曲線的分形維度進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而約束各種裂縫敏感因子，能有效地識(shí)別裂縫發(fā)育層段，與成像測(cè)井識(shí)別結(jié)果較為一致。