頁巖氣鉑金箱體錄井響應特征及其在川南水平井隨鉆解釋中的應用

劉達貴 楊 琳 牟興羽 莫倩雯 安虹伊 唐銳峰

(①中國石油川慶鉆探工程有限公司地質勘探開發(fā)研究院；②中國石油西南油氣田分公司勘探事業(yè)部)

0 引 言

2009年中國石油在四川盆地威遠構造鉆探的以寒武系筇竹寺組及志留系龍馬溪組為目的層的W 201井，筇竹寺組測試產氣1.08×104m3/d，龍馬溪組測試產氣0.25×104m3/d，就此拉開了中國石油四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)的序幕[1-3]。

黃瓜山構造位于四川盆地川南低陡構造帶，由北往南發(fā)育雁行排列的梳狀背斜構造，褶皺強度由北往南逐漸減弱，云錦向斜和來蘇向斜為黃瓜山構造龍馬溪組頁巖氣建產有利區(qū)。目前建產有利區(qū)完鉆井11口，測井解釋鉑金箱體平均鉆遇率76%。試油井9口，測試平均氣產量12.63×104m3/d，其中H 202井氣產量22.37×104m3/d，為該構造測試最高氣產量。基于鉆后對鉑金箱體鉆遇率評價的測井解釋方法，不能滿足隨鉆解釋的需求，無法解決鉑金箱體鉆遇率偏低的難題。

本文以四川盆地黃瓜山構造龍馬溪組為研究對象，利用氣測參數(shù)、特殊錄井數(shù)據與測井數(shù)據相關性研究，探尋鉑金箱體錄井響應特征，以期達到隨鉆判別鉑金箱體的目的，確保井身軌跡在鉑金箱體中鉆進，從而提高鉑金箱體鉆遇率。

1 鉑金箱體概念

隨著龍馬溪組頁巖氣在四川盆地長寧、威遠、瀘州、自貢等區(qū)塊勘探開發(fā)不斷深入，目標箱體選擇也不斷優(yōu)化。到目前為止大致可分為5個階段：第1階段目標箱體為自然伽馬高值段，第2階段至第4階段目標箱體分別是龍一11小層、龍一1亞段自然伽馬高值段、優(yōu)質頁巖段，目前是第5階段鉑金箱體。

鉑金箱體定義為儲層的地質“甜點”與工程“甜點”有機結合的儲層箱體，既考慮了儲層的孔隙度、含氣量及有機碳(TOC)含量等地質“甜點”，又結合了脆性礦物含量、黏土礦物含量等工程“甜點”[4]。對于海相頁巖氣而言，前期研究普遍認為海相頁巖巖相具有均一性，但隨著研究的不斷深入，越來越多的學者發(fā)現(xiàn)海相頁巖的巖相具有明顯的非均質性[5-9]，所以鉑金箱體不同構造在龍馬溪組龍一1亞段縱向上分布不盡相同，同一構造不同井區(qū)也有所差異。因此應根據不同構造、不同井區(qū)，建立相應的鉑金箱體錄井響應特征參數(shù)，以達到隨鉆識別和精細評價鉑金箱體的目的。

研究表明，頁巖氣鉑金箱體鉆遇率與測試氣產量及單井最終可采儲量(EUR)呈正相關關系，而基于鉆后對鉑金箱體評價的測井方法，不能及時指導軌跡調整，確保井身軌跡在鉑金箱體鉆進，無法提高鉑金箱體鉆遇率。在鉆進過程中利用鉑金箱體錄井響應特征快速判別軌跡是否在鉑金箱體鉆進顯得尤為重要。

2 測井響應特征

如圖1所示，根據《頁巖氣測井資料處理與解釋規(guī)范》[10]和長寧、威遠構造多口頁巖氣井龍馬溪組鉑金箱體測井響應特征，鉑金箱體具有“六高四低”的地質和工程響應特征，即：TOC含量、孔隙度、含氣量、脆性礦物含量、硅元素含量、脆性礦物與黏土礦物之比高的特征；巖石密度、黏土礦物含量、鈣元素含量、龍馬溪組縱向位置低的特征[11]。

圖1 H 202井鉑金箱體測井響應特征(井段4 081.5～4 083.0 m)

根據H 202井測井解釋龍馬溪組龍一1亞段鉑金箱體井段4 081.50～4 083.00 m(厚1.50 m)，其測井響應特征如表1所示，龍馬溪組縱向位置為底部以上1.50 m。

表1 H 202井龍馬溪組鉑金箱體測井響應特征

3 錄井響應特征

根據隨鉆氣測錄井、自然伽馬能譜錄井和XRF元素錄井可以有效識別除孔隙度和巖石密度外的鉑金箱體響應特征，從而有效判斷軌跡在箱體中的位置，指導軌跡調整，達到提高鉑金箱體鉆遇率的目的。

對鉑金箱體錄井響應特征通過錄井參數(shù)與測井數(shù)據相關性分析發(fā)現(xiàn)：氣測參數(shù)與測井解釋的含氣量、巖屑TOC含量與測井TOC含量、巖屑元素含量與測井元素含量及巖屑礦物含量與測井礦物含量的相關性較好，相關系數(shù)介于0.87～0.95之間。應用相關模型，歸納提出并確定了鉑金箱體錄井響應特征。

3.1 氣測錄井響應特征

利用隨鉆氣測數(shù)據，經鉆頭尺寸、鉆時、轉盤轉速和鉆井液排量等鉆井參數(shù)校正后計算H 202井錄井含氣量，與測井含氣量進行相關性分析，分析數(shù)據點共137個，層位包括龍一2亞段-龍一11小層，井段3 947.00～4 083.00 m，相關系數(shù)為0.89。從圖2可見，錄井含氣量0.001～0.118 m3/m3，測井含氣量0.223～4.982 m3/t，數(shù)據點聚類效果差，分析其主要原因是層位龍一2亞段-龍一11小層縱向上含氣量變化較大。應用相關性分析建立的錄井含氣量模型計算鉑金箱體錄井含氣量大于0.094 m3/m3。

圖2 H 202井錄井含氣量與測井含氣量交會圖

3.2 自然伽馬能譜錄井響應特征

應用H 202井龍馬溪組自然伽馬能譜錄井數(shù)據計算巖屑TOC含量，并與測井TOC含量進行相關性分析，分析數(shù)據點共83個，層位包括龍一2亞段-龍一11小層，井段4 001.00～4 083.00 m，相關系數(shù)為0.89。從圖3可見，巖屑TOC范圍值為2.096%～6.112%，主要分布在2%～3%，測井TOC范圍值為0.546%～6.468%，主要分布在1%～2%，數(shù)據點聚類效果好。鉑金箱體測井TOC大于4.5%，說明TOC含量是識別鉑金箱體的重要參數(shù)之一，鉆進過程中利用巖屑TOC判斷鉑金箱體權重較高。應用模型計算鉑金箱體巖屑TOC含量大于4.9%。

圖3 H 202井巖屑TOC與測井TOC交會圖

3.3 XRF元素錄井響應特征

對H 202井龍馬溪組龍一2亞段-龍一11小層(井段3 963.00～4 083.00 m)巖屑硅元素、鈣元素、脆性礦物、黏土礦物等含量與測井數(shù)據進行相關性分析，黏土礦物含量相關系數(shù)最高達0.95(圖4a)；硅元素含量、鈣元素含量相關系數(shù)較低，約為0.87(圖4b、圖4c)。這5項參數(shù)相關系數(shù)的平均值為0.89(圖4、表2)。

如黏土礦物含量交會圖(圖4a)所示，巖屑黏土礦物含量7.311%～16.562%，測井黏土礦物7.2%～30.467 8%，數(shù)據點聚類效果較差，所以鉆進過程中利用巖屑黏土礦物含量識別鉑金箱體時應結合其他參數(shù)綜合判斷。應用模型計算鉑金箱體巖屑黏土礦物含量小于11.2%。

如硅元素含量交會圖(圖4b)所示，巖屑硅元素含量44.65%～69.907%，主要分布在45%～60%，測井硅元素含量0.224～0.321 kg/kg，主要分布在0.23～0.27 kg/kg，數(shù)據點聚類效果較好。鉑金箱體測井硅元素含量大于0.28 kg/kg，說明硅元素含量是識別鉑金箱體的重要參數(shù)之一，鉆進過程中利用硅元素含量判斷鉑金箱體權重較高。應用模型計算鉑金箱體巖屑硅元素含量大于60%。

如鈣元素含量交會圖(圖4c)所示，巖屑鈣元素含量0.001%～20.0%，主要分布在0.001%～5%，測井鈣元素含量0～0.118 kg/kg，主要分布在0～0.04 kg/kg，數(shù)據點聚類效果較好。鉑金箱體測井鈣元素含量小于0.07 kg/kg，說明鈣元素含量是識別鉑金箱體的重要參數(shù)之一，鉆進過程中利用鈣元素含量判斷鉑金箱體權重較高。應用模型計算鉑金箱體巖屑鈣元素含量小于9.6%。

如脆性礦物含量交會圖(圖4d)所示，巖屑脆性礦物含量47.095%～71.907%，主要分布在50%～60%，測井脆性礦物含量55.959%～80.263%，主要分布在60%～70%，數(shù)據點聚類效果好。但鉑金箱體測井脆性礦物含量大于68%，難以從密集數(shù)據點分離出來，所以鉆進過程中利用巖屑脆性礦物含量識別鉑金箱體時應結合其他參數(shù)綜合判斷。應用模型計算鉑金箱體巖屑脆性礦物含量大于58%。

如脆性礦物與黏土礦物之比交會圖(圖4e)所示，巖屑脆性礦物/黏土礦物在2.933～9.75，主要分布在3～5，測井脆性礦物/黏土礦物為2.18～11.13，主要分布在3～5，數(shù)據點聚類效果較好。但鉑金箱體測井脆性礦物/黏土礦物大于4.0，難以從密集數(shù)據點分離出來，所以鉆進過程中利用巖屑脆性礦物/黏土礦物識別鉑金箱體時應結合其他參數(shù)綜合判斷。應用模型計算鉑金箱體巖屑脆性礦物/黏土礦物大于4.6。

圖4 H 202井(井段3 963.00～4 083.00 m)巖屑元素(礦物)與測井元素(礦物)交會圖

3.4 有代表性的錄井響應特征參數(shù)值

根據巖屑含氣量與測井含氣量、巖屑TOC與測井TOC、巖屑元素含量與測井元素含量及巖屑礦物含量與測井礦物含量相關性分析，H 202井區(qū)龍馬溪組鉑金箱體錄井響應特征如表2所示，龍馬溪組縱向位置為底部以上1.50 m。綜上所述，頁巖氣鉑金箱體錄井響應特征諸參數(shù)中巖屑TOC、巖屑硅元素含量、巖屑鈣元素含量及龍馬溪組縱向位置4個參數(shù)錄井響應特征明顯，鉆進時主要依據這4個參數(shù)并結合其他錄井響應特征綜合判別鉑金箱體。

表2 H 202井區(qū)龍馬溪組鉑金箱體錄井響應特征

4 應用實例

如表3所示，應用研究成果對H 202井區(qū)3口水平井錄井解釋鉑金箱體累計段長3 895 m，測井解釋鉑金箱體累計段長3 736 m，二者解釋段長對比，符合率為95.9%。測井解釋鉑金箱體鉆遇率83.0%，較項目研究前的76.0%提高了7%。其中：H 202H1-2井水平段長1 500 m，錄井解釋鉑金箱體段長1 220 m，測井解釋鉑金箱體段長1 059 m，錄井解釋段長與測井解釋段長對比，符合率86.8%；H 202H3-1井水平段長1 500 m，錄井解釋鉑金箱體段長1 210 m，測井解釋鉑金箱體段長1 214 m，錄井解釋段長與測井解釋段長對比，符合率為99.7%；H 202H3-3井水平段長1 500 m，錄井解釋鉑金箱體段長1 465 m，測井解釋鉑金箱體段長1 463 m，錄井解釋段長與測井解釋段長對比，符合率為99.9%。

表3 H 202井區(qū)應用井鉑金箱體測錄井解釋

說明鉑金箱體錄井響應特征具有普適性，該研究成果可以應用于H 202井區(qū)龍馬溪組水平段隨鉆識別、評價鉑金箱體，指導軌跡調整，從而達到提高鉑金箱體鉆遇率的目的。

5 結論與認識

(1) 應用氣測、自然伽馬能譜及XRF元素分析等參數(shù)與測井數(shù)據進行H 202井區(qū)鉑金箱體相關性分析，相關系數(shù)較高?；谙嚓P性分析，歸納了H 202井區(qū)鉑金箱體錄井響應特征，應用錄井響應特征對H 202井區(qū)新開鉆井錄井解釋鉑金箱體段長與測井解釋鉑金箱體段長對比，平均符合率95.9%，說明鉑金箱體錄井響應特征具有普適性。

(2) 由于不同構造、不同井區(qū)頁巖儲層品質存在差異，鉑金箱體測井解釋參數(shù)也有所不同，應根據不同構造、不同井區(qū)確定相應的鉑金箱體錄井響應特征，隨鉆評價鉑金箱體，從而提高鉑金箱體鉆遇率。