基于波幅定量化的潛山儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)

張 國(guó) 強(qiáng)

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459)

1 問題的提出

潛山油氣藏作為陸相斷陷盆地隱蔽油氣藏的重要組成，近年來已成為中國(guó)東部盆地深化勘探和增加儲(chǔ)量的重要領(lǐng)域。渤海灣盆地多個(gè)區(qū)塊的潛山地層均獲得良好油氣顯示，表明潛山儲(chǔ)層勘探潛力巨大。與碎屑巖儲(chǔ)層相比，潛山儲(chǔ)層中廣泛存在由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地下水溶蝕等自然作用形成的孔、洞、縫空間，可作為油氣的良好儲(chǔ)集空間及運(yùn)移通道。但由于潛山儲(chǔ)層具有非均質(zhì)性強(qiáng)、儲(chǔ)集空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，因此難以準(zhǔn)確刻畫潛山儲(chǔ)層的有效性[1-4]。目前主要在常規(guī)資料評(píng)價(jià)[5-7]的基礎(chǔ)上，依靠核磁共振[8-10]、微電阻率掃描成像[11]、超聲波井壁成像及陣列聲波[12-14]解釋、評(píng)價(jià)潛山儲(chǔ)層的有效性。

上述測(cè)井技術(shù)在儲(chǔ)層有效性精細(xì)評(píng)價(jià)方面展現(xiàn)了較好應(yīng)用效果，同時(shí)也存在不足之處。以微電阻率掃描成像技術(shù)為例：當(dāng)有效裂縫發(fā)育時(shí)，由于泥漿侵入引起儲(chǔ)集空間導(dǎo)電性質(zhì)變化，裂縫在電成像圖像上呈暗色正弦線特征(圖1a)；當(dāng)裂縫空間被泥質(zhì)等低阻介質(zhì)充填或?qū)永戆l(fā)育時(shí)，電成像圖像也呈暗色正弦線特征(圖1b)。此外，由于影響裂縫有效性的因素較多，如裂縫密度、裂縫傾角等，雖然能依據(jù)電成像資料準(zhǔn)確描述裂縫產(chǎn)狀，但難以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)潛山儲(chǔ)層的有效性。因此有必要深入挖掘現(xiàn)有測(cè)井資料的應(yīng)用價(jià)值，提升評(píng)價(jià)潛山儲(chǔ)層有效性的精度。

圖1 灰?guī)r裂縫發(fā)育段電成像圖(a)與輝綠巖層理發(fā)育段電成像圖(b)

2 聲波幅度定量評(píng)價(jià)儲(chǔ)層有效性

當(dāng)聲波在地層中傳播，遇到滲透性地層時(shí)，波形幅度(波幅)將會(huì)降低，因此可根據(jù)波幅衰減辨識(shí)儲(chǔ)層。巖石介質(zhì)內(nèi)部的非彈性及內(nèi)損耗會(huì)造成聲波能量衰減，引起波幅降低；儲(chǔ)層巖性的多樣性也會(huì)造成波幅的較大變化。上述因素對(duì)波幅的影響可能不亞于儲(chǔ)層物性，因此目前主要利用波幅變化評(píng)價(jià)固井質(zhì)量[15]。

2.1 基于波幅的儲(chǔ)層有效性定性評(píng)價(jià)

因?yàn)闈撋降貙拥某蓭r礦物大多屬于剛性巖石，巖石基質(zhì)骨架較致密，所以巖石介質(zhì)變化引起的波幅變化可以忽略不計(jì)。波幅變化主要反映地層孔洞及裂縫的發(fā)育程度，因此應(yīng)用波幅變化可定性評(píng)價(jià)儲(chǔ)層有效性。目前主要應(yīng)用首波幅度最大值法

Amax=(|x(t)|)maxt∈[Tst，Ten]

(1)

及均方根法

(2)

對(duì)比、分析首波幅度最大值法與均方根法的計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，后者更穩(wěn)定且能代表波形能量。多口井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果表明，波幅資料能夠快速、定性識(shí)別儲(chǔ)層發(fā)育段，為后續(xù)勘探作業(yè)決策提供有力依據(jù)。以BZ19-X-X井為例，依據(jù)常規(guī)資料難以判斷有效儲(chǔ)層發(fā)育位置，故對(duì)該井?dāng)?shù)據(jù)使用均方根法進(jìn)行波幅處理。結(jié)果(圖2)表明：4095～4135 m井段橫波及斯通利波波幅呈明顯降低，表明該段儲(chǔ)層有效性較好；4070～4093 m井段橫波波幅較4095～4135 m井段高，斯通利波波幅也明顯升高，表明該段儲(chǔ)層有效性較差。通過分析發(fā)現(xiàn)，該井的波幅資料特征與氣測(cè)錄井以及核磁、成像等資料的一致性較好(圖3)，其中4095～4135 m井段的氣測(cè)抬升比4070～4093 m井段明顯，核磁總孔隙度、可動(dòng)孔隙度更高，且成像資料顯示裂縫及溶蝕更發(fā)育，進(jìn)一步證實(shí)了利用波幅資料快速定性識(shí)別儲(chǔ)層發(fā)育段的可行性。

圖2 BZ19-X-X井潛山段波幅處理成果

圖3 BZ19-X-X井潛山段氣測(cè)錄井(左)、核磁共振(中)及電成像(右)測(cè)井處理成果

2.2 波幅定量化計(jì)算

儀器之間普遍存在差異(如換能器性能差異)，即使在相同的地層條件下，不同儀器接收的聲波能量存在差異。同時(shí)，井況、井徑、巖性、儲(chǔ)層類型等都會(huì)對(duì)波幅產(chǎn)生影響[15]，波幅的絕對(duì)值不完全反映儲(chǔ)層特征，即使同層位、同巖性、測(cè)井表征一致的致密層，在不同井的波幅計(jì)算結(jié)果也存在較大差異[16]。由于缺乏歸一化處理方法，陣列聲波波幅計(jì)算結(jié)果無法在多井之間對(duì)比、應(yīng)用。

為此，本文首次提出利用波幅比值法定量計(jì)算波幅，即在同井、同巖性條件下，通過儲(chǔ)層段與致密段的波幅計(jì)算值的比值RA消除儀器差異、井況、巖性等對(duì)波幅計(jì)算結(jié)果的影響，以更好地突出儲(chǔ)層有效性對(duì)波幅變化的貢獻(xiàn)

(3)

式中：Ai，E為有效儲(chǔ)層段第i個(gè)聲波接收器波幅計(jì)算值；Ai，T為致密層段第i個(gè)聲波接收器波幅計(jì)算值；N為聲波接收器個(gè)數(shù)。波幅比值法計(jì)算結(jié)果定量表征了波幅降低的相對(duì)程度(圖4)，不僅定量評(píng)價(jià)了單井的儲(chǔ)層有效性，而且可定量對(duì)比多井之間儲(chǔ)層的有效性差異，如1760～1766 m、1745～1747 m層段斯通利波的RA分別為0.01、0.20，表明前者的儲(chǔ)層有效性比后者更好。

圖4 波幅比定量計(jì)算結(jié)果

3 基于波幅定量的產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法

3.1 波幅產(chǎn)能指數(shù)計(jì)算

目前在測(cè)試作業(yè)中，主要用比采油指數(shù)描述儲(chǔ)層產(chǎn)能。比采油指數(shù)定義為單位生產(chǎn)壓差下每米有效厚度的日產(chǎn)油量[17]。為了減少工程作業(yè)對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)能的影響，多采用裸眼測(cè)試潛山儲(chǔ)層。在計(jì)算比采油指數(shù)時(shí)，常以整個(gè)裸眼段厚度作為儲(chǔ)層有效厚度，但由于潛山儲(chǔ)層具有極強(qiáng)的非均質(zhì)性，其儲(chǔ)層有效性在縱向上往往不連續(xù)，因此應(yīng)用整個(gè)裸眼段厚度計(jì)算的比采油指數(shù)往往偏小，難以反映地層的真實(shí)產(chǎn)能。與常規(guī)測(cè)井資料相比，利用波幅資料可更準(zhǔn)確地計(jì)算儲(chǔ)層有效厚度，因此本文創(chuàng)新構(gòu)建波幅產(chǎn)能指數(shù)I以提升儲(chǔ)層產(chǎn)能評(píng)價(jià)精度，其計(jì)算方法與比采油指數(shù)相似，但在計(jì)算時(shí)應(yīng)用波幅確定的儲(chǔ)層有效厚度作為測(cè)試段有效厚度，即

(4)

式中：Y為目的層流體日產(chǎn)量；ΔP為生產(chǎn)壓差；H為依據(jù)斯通利波和橫波波幅比確定的儲(chǔ)層有效厚度。

3.2 基于波幅比的儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)圖板

波幅變化對(duì)裂縫、層理較敏感[18]，當(dāng)儲(chǔ)層裂縫有效性較好或?qū)永戆l(fā)育時(shí)，橫波波幅明顯降低，導(dǎo)致橫波波幅比明顯減小。渤海潛山儲(chǔ)層多呈塊狀構(gòu)造，其橫波波幅變化主要受裂縫有效性影響。同時(shí)，斯通利波波幅變化與儲(chǔ)層滲透性具有明顯的正相關(guān)性，當(dāng)?shù)貙哟嬖诳?、洞、裂縫導(dǎo)致滲透性變好時(shí)，斯通利波波幅明顯降低，導(dǎo)致斯通利波波幅比明顯減小。由于渤海潛山均采用裸眼井段全段測(cè)試，因此結(jié)合常規(guī)測(cè)井、成像、壁心及錄井等資料評(píng)價(jià)多口測(cè)試井的儲(chǔ)層有效性。針對(duì)剔除擴(kuò)徑、巖性變化等影響因素的測(cè)試產(chǎn)層段，將由式(3)得到的橫波、斯通利波的波幅比分別作為橫、縱坐標(biāo)，將由式(4)得到的波幅產(chǎn)能指數(shù)投影至橫、縱坐標(biāo)構(gòu)成的平面上，依據(jù)產(chǎn)能指數(shù)將投影平面劃分為高產(chǎn)區(qū)、中產(chǎn)區(qū)、低產(chǎn)區(qū)，建立了潛山儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)圖板(圖5)，可定量對(duì)比多井之間的儲(chǔ)層有效性差異。

圖5 基于波幅比的有效性評(píng)價(jià)圖板

研究結(jié)果表明，波幅產(chǎn)能指數(shù)越高，則橫波、斯通利波的波幅比越低，即波幅比可較好地區(qū)分儲(chǔ)層的不同產(chǎn)能區(qū)，從而快速預(yù)判儲(chǔ)層產(chǎn)能(表1)。

表1 潛山儲(chǔ)層產(chǎn)能劃分表

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 單井儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)

BZ19-X-A井顯示段巖性主要為花崗片麻巖，電成像資料表明該段孔、洞、裂縫均發(fā)育，但依據(jù)常規(guī)資料難以確定有效儲(chǔ)層位置及其有效厚度。陣列聲波處理結(jié)果(圖6)表明：該井有效儲(chǔ)層段主要集中于3932～3980 m，該層段的橫波、斯通利波波幅明顯降低，其中主要儲(chǔ)層段的橫波、斯通利波波幅比分別為0.18～0.36、0.17～0.29，指示該段儲(chǔ)層有效性較好；下部層段3980～3995 m的橫波、斯通利波波幅明顯抬升，橫波、斯通利波波幅比分別為0.33～0.85、0.41～0.76，指示該段儲(chǔ)層的有效性相對(duì)變差。

圖6 BZ19-X-A井潛山段波幅處理成果

通過分析錄井、后續(xù)測(cè)井資料表明，3932～3980 m層段氣測(cè)異常變化明顯、裂縫及溶蝕孔洞十分發(fā)育(圖7)，通過計(jì)算該段的波幅比并投射至儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)圖板(圖8)，投點(diǎn)主要落于高產(chǎn)區(qū)內(nèi)；將3980～3995 m層段波幅比投射至儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)圖板，投點(diǎn)主要落于中、低產(chǎn)區(qū)內(nèi)。

圖7 BZ19-X-A井潛山段氣測(cè)錄井(左)及電成像測(cè)井處理成果(右)

圖8 BZ19-X-A井波幅比計(jì)算結(jié)果

4.2 多井儲(chǔ)層有效性對(duì)比與產(chǎn)能分析

BZ19-X-B、BZ19-X-C、BZ19-X-D井均位于渤中凹陷西南部，目的層為太古界潛山儲(chǔ)層。根 據(jù)常規(guī)測(cè)井、成像測(cè)井及井壁取心資料，計(jì)算得到斯通利波波幅、橫波波幅、電阻率分異程度(深側(cè)向電阻率/淺側(cè)向電阻率)、電成像裂縫密度與長(zhǎng)度及壁心充填縫占比等信息(表2)，表明BZ19-X-B井儲(chǔ)層有效性最好，BZ19-X-D井儲(chǔ)層有效性最差。依據(jù)表2數(shù)據(jù)可知，BZ19-X-B、BZ19-X-C、BZ19-X-D井的波幅產(chǎn)能指數(shù)分別大于0.10、介于0.01～0.10及小于0.01。

隨后BZ19-X-B、BZ19-X-C及BZ19-X-D井均進(jìn)行了DST測(cè)試，三口井日產(chǎn)油分別為338.7、11.0及3.1 m3，利用上述測(cè)試結(jié)果計(jì)算分別得到三口井的波幅產(chǎn)能指數(shù)分別為0.199、0.012與0.004，與表2的波幅產(chǎn)能指數(shù)預(yù)測(cè)結(jié)果較吻合。

表2 BZ19-X-B、BZ19-X-C、BZ19-X-D井潛山儲(chǔ)層有效性對(duì)比

5 結(jié)論

(1)文中創(chuàng)新應(yīng)用聲波波幅資料，將主要應(yīng)用于固井質(zhì)量評(píng)價(jià)的波幅引入潛山儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)，拓展了聲波資料的應(yīng)用廣度；

(2)針對(duì)波幅資料無法定量應(yīng)用的問題，創(chuàng)建了波幅比值法定量表征波幅，定量評(píng)價(jià)了單井儲(chǔ)層有效性及定量對(duì)比了多井之間儲(chǔ)層的有效性差異；

(3)構(gòu)建了波幅產(chǎn)能指數(shù)，并結(jié)合波幅比建立了潛山儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)圖板，提升了儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)精度，可快速預(yù)判儲(chǔ)層產(chǎn)能，應(yīng)用效果良好。