姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段致密砂巖儲(chǔ)層流體性質(zhì)解釋方法研究與應(yīng)用

朱 連 豐

(中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司錄井公司)

0 引 言

姬塬地區(qū)位于鄂爾多斯盆地中西部，地處陜西省定邊縣與寧夏回族自治區(qū)鹽池縣內(nèi)，跨越伊陜斜坡、天環(huán)凹陷兩個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元[1-5]，區(qū)域面積約為1.0×104km2。已有的勘探成果表明，上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組長(zhǎng)9段儲(chǔ)層平均單井試油產(chǎn)量達(dá)到11.58 t/d，含油面積約350 km2，近年來已逐步成為該地區(qū)繼長(zhǎng)1、長(zhǎng)2、長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6、長(zhǎng)8段之后的重要產(chǎn)油層位[3-4],展現(xiàn)出良好的勘探前景。該套儲(chǔ)層存在砂體較致密、油水關(guān)系復(fù)雜等地質(zhì)難題[6]，與此同時(shí)，長(zhǎng)9段發(fā)育大量低阻油層、高阻水層，常規(guī)測(cè)井、錄井技術(shù)手段難以準(zhǔn)確解釋長(zhǎng)9段儲(chǔ)層流體性質(zhì)，整體解釋符合率較低[6-7]。

針對(duì)以上難點(diǎn)，本文在姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段儲(chǔ)層特征分析基礎(chǔ)上，應(yīng)用氣測(cè)錄井、地化錄井、核磁共振錄井等技術(shù)手段[8-9]，優(yōu)選敏感參數(shù)，形成了譜圖法、圖板法和多曲線對(duì)比法，并綜合各類方法建立了姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段致密砂巖儲(chǔ)層流體性質(zhì)解釋方法，且在應(yīng)用中取得了較好的效果。

1 儲(chǔ)層特征

姬塬地區(qū)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組長(zhǎng)9段以三角洲平原-三角洲前緣亞相沉積為主，儲(chǔ)層巖性主要為中-細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖，巖石壓實(shí)作用、膠結(jié)作用強(qiáng)烈，巖石顆粒間多為線-面接觸，硅質(zhì)與碳酸鹽膠結(jié)物大量充填原生孔隙，雖然溶蝕作用在一定程度上改善了孔隙結(jié)構(gòu)，但儲(chǔ)層依然很致密[5]。長(zhǎng)9段儲(chǔ)層孔隙類型以殘余粒間孔為主，孔喉半徑較小，喉道相對(duì)微細(xì)，儲(chǔ)層平均孔隙度12.2%，平均滲透率8.4 mD，為典型的低孔低滲致密砂巖儲(chǔ)層，縱向及橫向上非均質(zhì)性強(qiáng)，導(dǎo)致儲(chǔ)層油水分布差異性大[6-7]。

2 儲(chǔ)層流體性質(zhì)解釋方法

收集姬塬地區(qū)31口井長(zhǎng)9段儲(chǔ)層試油結(jié)果以及氣測(cè)、地化、核磁共振錄井?dāng)?shù)據(jù)，分析各項(xiàng)錄井?dāng)?shù)據(jù)的變化規(guī)律，形成了基于參數(shù)譜圖形態(tài)分析的氣測(cè)、地化以及核磁譜圖解釋法，建立了以氣測(cè)全烴、氣測(cè)濕度比、地化Pg、核磁孔隙度為關(guān)鍵參數(shù)的圖板，運(yùn)用多項(xiàng)錄井參數(shù)綜合解釋儲(chǔ)層流體性質(zhì)。

2.1 氣測(cè)錄井解釋方法

氣測(cè)錄井可檢測(cè)的烴組分包括C1、C2、C3、nC4、iC4、nC5、iC5共7種。氣測(cè)組分譜圖形態(tài)對(duì)儲(chǔ)層流體性質(zhì)具有很好的指示作用[10]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段不同流體性質(zhì)的儲(chǔ)層表現(xiàn)為不同氣測(cè)組分譜圖形態(tài)特征(圖1)。

油層：氣測(cè)全烴值高，C1、C2、C3組分發(fā)育，C1至nC5間組分百分含量依次降低，氣測(cè)組分譜圖形態(tài)豐滿，如圖1a所示。

油水同層：氣測(cè)全烴值相對(duì)降低，C1百分含量降低，C3至nC5間組分含量相對(duì)升高，iC4、iC5百分含量分別高于nC4、nC5百分含量，部分油水同層出現(xiàn)C3含量大于C2含量現(xiàn)象，如圖1b所示。

含油水層：氣測(cè)全烴值進(jìn)一步降低，各氣測(cè)組分含量明顯減小，C1百分含量升高，C3至nC5間組分含量降低，或出現(xiàn)nC4、iC5及nC5組分的缺失，如圖1c所示。

水層：氣測(cè)全烴值降至圍巖全烴基值附近，氣測(cè)譜圖中各組分含量低，其中以C1為主，重?zé)N組分普遍缺失，如圖1d所示。

圖1 姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段儲(chǔ)層不同流體氣測(cè)譜圖特征

如上所述，氣測(cè)組分含量變化有效反映出儲(chǔ)層內(nèi)不同流體性質(zhì)的差異，而各組分含量的變化可通過濕度比參數(shù)進(jìn)行量化，濕度比計(jì)算公式為：

濕度比=1-C1/(C1+C2+C3+nC4+nC5)

綜合考慮氣測(cè)全烴值可以反映儲(chǔ)層含油豐度這一特點(diǎn)，結(jié)合濕度比參數(shù)，建立了姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段儲(chǔ)層氣測(cè)全烴與濕度比交會(huì)圖板(圖2)，用于含油儲(chǔ)層與含水儲(chǔ)層的定性解釋。如圖2所示，油層、差油層氣測(cè)全烴值普遍大于1.8%，濕度比普遍集中在0.13～0.29；油水同層氣測(cè)全烴值大于0.9%，濕度比普遍集中在0.17～0.48；含油水層、水層氣測(cè)全烴值普遍小于1.8%，濕度比普遍集中在0.15～0.63。

圖2 姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段儲(chǔ)層氣測(cè)全烴與濕度比交會(huì)圖板

2.2 地化錄井解釋方法

地化錄井包括飽和烴氣相色譜分析技術(shù)和巖石熱解分析技術(shù)[11-15]。飽和烴氣相色譜分析技術(shù)是利用氣相色譜分析原理，定量檢測(cè)出nC10-nC55間的烴類組分(圖3)，通過其組分峰型和含量變化，分析儲(chǔ)層含油性的強(qiáng)弱[11,14]。

油層：飽和烴氣相色譜圖峰型飽滿，碳數(shù)分布范圍廣，正構(gòu)烷烴發(fā)育齊全，nC20前輕質(zhì)烷烴含量較高，主峰碳靠前，Pr/nC17、Ph/nC18值低，同時(shí)譜圖中異構(gòu)烷烴及不可辨識(shí)組分較少，如圖3a所示。

油水同層：nC20前輕質(zhì)烷烴相對(duì)缺失，譜圖峰型為尖峰型，主峰碳靠后，Pr/nC17、Ph/nC18值增大，如圖3b所示。

含油水層：儲(chǔ)層進(jìn)一步含水后，正構(gòu)烷烴豐度明顯降低，nC20前及nC25后正構(gòu)烷烴嚴(yán)重缺失，譜圖碳數(shù)分布范圍收窄，主峰碳進(jìn)一步后移，Pr、Ph相對(duì)發(fā)育，Pr/nC17、Ph/nC18值明顯增大，如圖3c所示。

水層：nC20前正構(gòu)烷烴組分幾乎全部缺失，僅見nC19-nC28間正構(gòu)烷烴相對(duì)發(fā)育，碳數(shù)分布范圍進(jìn)一步收窄，正構(gòu)烷烴豐度處于最低值，同時(shí)多數(shù)樣品點(diǎn)中Pr大于nC17、Ph大于nC18，如圖3d所示。

圖3 姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段儲(chǔ)層不同流體地化飽和烴氣相色譜圖特征

綜上所述，通過建立研究區(qū)長(zhǎng)9段油層、油水同層、含油水層、水層的典型飽和烴氣相色譜圖，將待測(cè)樣品的氣相色譜圖與之對(duì)比分析，可實(shí)現(xiàn)流體性質(zhì)的定性解釋，即地化譜圖解釋法。

巖石熱解分析技術(shù)是地化錄井的重要組成部分，通過程序升溫獲得巖石樣品的S0、S1、S2與Tmax等參數(shù)，可以表征儲(chǔ)層內(nèi)氣態(tài)烴、液態(tài)烴、裂解烴及其相對(duì)變化關(guān)系，并衍生出含油氣總量Pg(Pg=S0+S1+S2)，Pg與含烴豐度具有很好的正相關(guān)性[14-17]，可與孔隙度結(jié)合有效反映儲(chǔ)層流體飽和度。

2.3 核磁共振錄井解釋方法

核磁共振錄井是通過檢測(cè)特定磁場(chǎng)內(nèi)巖石樣品中氫核的核磁共振現(xiàn)象，進(jìn)而獲得巖石孔隙結(jié)構(gòu)及流體分布信息，檢測(cè)過程中，樣品經(jīng)過飽和鹽水和飽和錳水浸泡后，分別得到表征儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的T2弛豫信號(hào)譜圖和表征含油飽和度的T2弛豫信號(hào)譜圖，進(jìn)而計(jì)算得出儲(chǔ)層孔隙度、滲透率及含油飽和度等參數(shù)，其中孔隙度大小與孔隙信號(hào)強(qiáng)度及面積呈正相關(guān)，含油飽和度大小與含油信號(hào)強(qiáng)度及面積呈正相關(guān)。根據(jù)樣品的T2截止值可將巖石孔隙度劃分為束縛孔隙度和可動(dòng)孔隙度，以及將含油飽和度劃分為束縛油飽和度和可動(dòng)油飽和度，由此可見，核磁共振錄井是儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)的重要技術(shù)手段，也是儲(chǔ)層流體性質(zhì)分析的重要補(bǔ)充[18-19]。

經(jīng)分析可知，姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段儲(chǔ)層核磁孔隙度集中在3.1%～25.8%，平均為12.2%，核磁滲透率集中在0.2～20.6 mD，平均為8.4 mD，儲(chǔ)層具有明顯的低孔低滲、低孔特低滲特征，核磁共振譜圖普遍為雙峰型(圖4)，前峰信號(hào)強(qiáng)度大于后峰信號(hào)強(qiáng)度，反映儲(chǔ)層以束縛流體為主[18]。根據(jù)核磁共振譜圖表現(xiàn)出的不同流體可動(dòng)性特征，建立了姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段儲(chǔ)層核磁共振譜圖解釋方法，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)層流體性質(zhì)的定性解釋。

油層：可動(dòng)孔隙信號(hào)面積大、強(qiáng)度高，即儲(chǔ)層孔隙度大，同時(shí)可動(dòng)油信號(hào)面積大，可動(dòng)油信號(hào)曲線與可動(dòng)孔隙信號(hào)曲線近乎重疊，反映儲(chǔ)層巖石內(nèi)大部分孔隙被油氣充填，儲(chǔ)層含油飽和度高，如圖4a所示。

油水同層：與油層相比，核磁孔隙信號(hào)強(qiáng)度變化不大，而油信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)減小，可動(dòng)油信號(hào)曲線與可動(dòng)孔隙信號(hào)曲線“間隙”增大，說明儲(chǔ)層含油飽和度降低、含水飽和度增大，如圖4b所示。

含油水層：隨儲(chǔ)層可動(dòng)水飽和度的進(jìn)一步增大，核磁油信號(hào)強(qiáng)度減小明顯，可動(dòng)油信號(hào)曲線峰值低、峰型舒緩，并且與可動(dòng)孔隙信號(hào)曲線“間隙”明顯增大，即儲(chǔ)層含油飽和度進(jìn)一步降低，如圖4c所示。

水層：核磁油信號(hào)強(qiáng)度處于最低值，可動(dòng)油信號(hào)曲線近似直線且與可動(dòng)孔隙信號(hào)曲線“間隙”最大，表明儲(chǔ)層以含水為主，如圖4d所示。

圖4 姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段儲(chǔ)層不同流體核磁T2譜圖特征

綜合考慮地化錄井與核磁共振錄井參數(shù)特點(diǎn)，充分結(jié)合姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段儲(chǔ)層試油結(jié)果，建立了姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段儲(chǔ)層地化Pg與核磁孔隙度交會(huì)圖板(圖5)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別儲(chǔ)層流體性質(zhì)。如圖5所示，當(dāng)核磁孔隙度大于8.2%時(shí)，儲(chǔ)層巖石物性較好，可動(dòng)流體飽和度相對(duì)較高，此時(shí)，如Pg較高，則可動(dòng)流體以油為主，為油層特征；如Pg較低，則可動(dòng)流體以水為主，為水層特征；Pg從較高向較低變化中，隨著可動(dòng)流體中油的占比逐漸減小，流體性質(zhì)從油水同層向含油水層過渡。當(dāng)核磁孔隙度小于8.2%時(shí)，儲(chǔ)層巖石物性較差，流體性質(zhì)以束縛流體為主，可動(dòng)流體占比少，Pg>6.0 mg/g為差油層，Pg<6.0 mg/g則為非產(chǎn)層。

圖5 長(zhǎng)9段儲(chǔ)層地化Pg與核磁孔隙度交會(huì)圖板

3 應(yīng)用實(shí)例分析

本文以姬塬地區(qū)Y 129井為例，介紹致密砂巖儲(chǔ)層流體性質(zhì)解釋方法的實(shí)際應(yīng)用。該井位于研究區(qū)西北部低構(gòu)造帶上，設(shè)計(jì)勘探層位長(zhǎng)9段，勘探目的為認(rèn)識(shí)長(zhǎng)9段儲(chǔ)層油層發(fā)育情況及明確該地區(qū)長(zhǎng)9段油藏的油水分布規(guī)律。長(zhǎng)9段井段2 718.9～2 723.0 m巖性為灰褐色油斑細(xì)砂巖，是長(zhǎng)9段現(xiàn)場(chǎng)油氣顯示最好的井段，平均電阻率23.2 Ω·m，電阻率值與下部2 735 m處無熒光顯示細(xì)砂巖井段相比，無明顯優(yōu)勢(shì)，測(cè)井資料解釋為水層。核磁共振錄井平均孔隙度13.6%，平均滲透率4.8 mD，具有明顯的低孔低滲特征(圖6)。

圖6 Y 129井長(zhǎng)9段儲(chǔ)層錄井綜合解釋圖

如圖7a所示，氣測(cè)譜圖以C1為主，C2小于C3，iC5、nC5不發(fā)育，與油水同層典型氣測(cè)譜圖(圖1b)特征一致，同時(shí)如圖2所示，全烴與濕度比圖板中本井段5個(gè)氣測(cè)參數(shù)樣品點(diǎn)，其中2個(gè)樣品點(diǎn)落到含油區(qū)，3個(gè)樣品點(diǎn)落到含水區(qū)，綜合表現(xiàn)為油水同層特征。

如圖7b所示，地化飽和烴氣相色譜圖碳數(shù)范圍nC12-nC31，碳數(shù)分布較寬，但譜圖峰型為尖峰型，主峰碳為C21相對(duì)靠后，nC20前輕質(zhì)烷烴相對(duì)缺失，Pr/nC17、Ph/nC18值增大。與油水同層典型地化譜圖(圖3b)特征一致。

如圖7c所示，核磁共振譜圖為雙峰型，前峰信號(hào)強(qiáng)度只略大于后峰信號(hào)強(qiáng)度，表明儲(chǔ)層流體可動(dòng)性相對(duì)較好，但可動(dòng)油信號(hào)與可動(dòng)孔隙信號(hào)曲線“間隙”較大，反映儲(chǔ)層含水飽和度較大，與油水同層典型核磁T2譜圖(圖4b)特征相似。

圖7 Y 129井長(zhǎng)9段2 720.0 m氣測(cè)、地化及核磁共振譜圖

在地化Pg與核磁孔隙度交會(huì)圖板中(圖5)，3個(gè)樣品點(diǎn)落到油層區(qū)，1個(gè)樣品點(diǎn)落到油水同層區(qū)，1個(gè)樣品點(diǎn)落到含油水層區(qū)。由此反映儲(chǔ)層含油性變化大，含水性明顯，符合油水同層特征。

綜上所述，Y 129井的長(zhǎng)9段井段2 718.9～2 723.0 m物性較好，氣測(cè)、地化、核磁等各項(xiàng)參數(shù)變化特征與油水同層典型特征一致，因此錄井解釋為油水同層，酸化壓裂日產(chǎn)油4.6 t，日產(chǎn)水15.3 m3，試油結(jié)論為油水同層，與解釋結(jié)論相符。

姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段儲(chǔ)層鄰近油藏區(qū)域油水過渡帶，且受非均質(zhì)性影響，導(dǎo)致油水關(guān)系更加復(fù)雜，通過綜合應(yīng)用上述解釋方法，充分發(fā)揮了氣測(cè)、地化、核磁共振等錄井技術(shù)在流體性質(zhì)識(shí)別上的優(yōu)勢(shì)，提高了長(zhǎng)9段致密砂巖儲(chǔ)層流體性質(zhì)解釋能力。截至2021年底，該解釋方法在姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段致密砂巖儲(chǔ)層應(yīng)用45口井，綜合解釋符合率82.3%，為油田高效勘探與開發(fā)提供了技術(shù)保障。

4 結(jié) 論

通過錄井技術(shù)在姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段致密砂巖儲(chǔ)層的應(yīng)用與流體性質(zhì)解釋方法的研究，取得了以下認(rèn)識(shí)：

(1)姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段普遍為低孔低滲儲(chǔ)層，非均質(zhì)性強(qiáng)，通過氣測(cè)、地化錄井技術(shù)可準(zhǔn)確分析儲(chǔ)層含油性，而應(yīng)用核磁共振錄井技術(shù)可有效評(píng)價(jià)儲(chǔ)層物性及流體可動(dòng)性。

(2)基于儲(chǔ)層中不同流體在氣測(cè)、地化、核磁共振錄井譜圖形態(tài)上的差異，形成了姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段儲(chǔ)層譜圖解釋法，同時(shí)建立了氣測(cè)全烴與濕度比、地化Pg與核磁孔隙度兩個(gè)交會(huì)圖板，通過分析各樣品流體屬性的變化情況，準(zhǔn)確解釋長(zhǎng)9段儲(chǔ)層流體性質(zhì)。

(3)本文所述錄井綜合解釋方法在姬塬地區(qū)長(zhǎng)9段的實(shí)際應(yīng)用，可有效提高致密砂巖儲(chǔ)層流體性質(zhì)解釋的準(zhǔn)確度。隨著國(guó)內(nèi)油田勘探開發(fā)逐步轉(zhuǎn)向非常規(guī)油氣資源，本文解釋方法的推廣應(yīng)用為此類油氣藏的高效開發(fā)提供了重要技術(shù)手段。