川中古隆起北斜坡巖溶儲(chǔ)層巖電分析及氣層識別

齊寶權(quán) 賀洪舉 何 麗 苗 清 趙 娜 黃 宏 盧勝輝

中國石油集團(tuán)測井有限公司西南分公司 重慶 401147

0 引言

四川盆地川中古隆起北斜坡震旦系是受巖溶控制的巨厚白云巖油氣藏，氣水關(guān)系十分復(fù)雜[1-3]，儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙度低，有效儲(chǔ)層平均孔隙度3.5%左右，但次生溶蝕孔洞發(fā)育儲(chǔ)層類型多樣，有雪花狀孔隙型、順層狀孔洞型、蜂窩狀孔洞型儲(chǔ)層[4-7]，致使儲(chǔ)層巖電關(guān)系非常復(fù)雜，存在明顯的非Archie現(xiàn)象，同時(shí)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性和地層水礦化度的差異掩蓋了氣水的測井響應(yīng)特征，當(dāng)電法與非電法流體識別一致性好時(shí)，測井氣水判別符合率較高，但當(dāng)電法與非電法流體識別不一時(shí)，氣水識別具有較大的不確定性，導(dǎo)致測井氣水識別與試油結(jié)果不符。針對這些問題，有必要通過不同類型全直徑巖電參數(shù)、聲學(xué)特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和不同區(qū)域地層水資料分析研究[8-9]，優(yōu)選飽和度模型參數(shù)，并建立相應(yīng)的聲、電結(jié)合的測井氣層識別方法[10-16]，從而提高測井解釋符合率。

1 測井參數(shù)優(yōu)選

1.1 全直徑巖心分類優(yōu)選及巖電分析

根據(jù)川中古隆起北斜坡震旦系燈影組的取心情況，并考慮不同類型儲(chǔ)層、不同區(qū)域地層水特征等因素，選取了孔隙度1.68%～5.58%、滲透率0.06～1.95 mD的66個(gè)全直徑樣品（圖1）。

圖1 全直徑巖心分類照片圖

根據(jù)川中古隆起北斜坡地層水分析資料和壓力，模擬配制地層水（CaCl2型，地層水電阻率為0.146 Ω·m）和地層圍壓（加載圍壓55 MPa）進(jìn)行巖電實(shí)驗(yàn)。

從實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果分析，巖電關(guān)系復(fù)雜，部分巖樣存在非Archie現(xiàn)象（圖2）。飽和度指數(shù)n隨巖樣孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙度、滲透率的變化而變化[17-19]，關(guān)系十分復(fù)雜。不同類型儲(chǔ)層或不同孔隙結(jié)構(gòu)樣品，其變化規(guī)律與常見的碳酸鹽巖儲(chǔ)層相差很大，不僅n不同，且變化大。

圖2 不同類型儲(chǔ)層全直徑非Archie巖電關(guān)系圖

由于震旦系燈影組碳酸鹽巖儲(chǔ)層溶蝕孔洞、晶間孔、微裂縫同時(shí)存在，孔喉直徑相差懸殊，孔喉比可達(dá)千倍以上[20]。根據(jù)毛細(xì)管理論，在任意含水飽和度，儲(chǔ)層巖石內(nèi)部都會(huì)自然形成高含水網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)由于孔洞發(fā)育的高度非均質(zhì)，使巖樣即使是100%含水，其內(nèi)部任意斷面含水飽和度也會(huì)存在較大差異。高含水網(wǎng)絡(luò)的自然存在，將破壞巖樣孔隙水的均勻?qū)щ姡瑥亩鴮?dǎo)致巖電關(guān)系復(fù)雜。統(tǒng)計(jì)得到的不同儲(chǔ)層類型全直徑具有Archie巖電關(guān)系（圖3）的a、b、m、n值及其均值（表1）。不同儲(chǔ)層類型的白云巖均值都與經(jīng)典值較接近。因此，采用均值的方法，一定程度上近似消除了儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響。

表1 不同儲(chǔ)層類型的a、b、m、n值展示表

圖3 不同類型儲(chǔ)層全直徑Archie巖電關(guān)系圖

1.2 地層水分析

川中古隆起北斜坡震旦系燈影組地層水礦化度15×104～30×104mg/L，估算Rw值介于0.013～0.024 Ω·m（表2）。

表2 震旦系燈影組地層水礦化度及電阻率統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)井溫測井資料，川中古隆起侵蝕面下三疊統(tǒng)嘉陵江組—中二疊統(tǒng)棲霞組地溫梯度基本為2.0℃/100 m，而從奧陶系—震旦系地溫梯度增高，為2.2℃/100 m左右（圖4）。MX8井底溫度159℃，計(jì)算上震旦統(tǒng)燈二段氣水界面（5 518.6 m）溫度大約為148.9℃。

圖4 川中古隆起北斜坡地溫梯度圖

1.3 飽和度模型參數(shù)優(yōu)選及處理效果

通過上述不同儲(chǔ)層類型的全直徑巖電參數(shù)和地層水分析資料，優(yōu)選了Archie飽和度模型參數(shù)（表1、表2）。

在DB1、PT1、PT101等井的燈影組進(jìn)行了取心，使用具有代表性的PT101井密閉取心飽和度對測井計(jì)算含水飽和度進(jìn)行檢驗(yàn)。

對比結(jié)果表明：測井計(jì)算含水飽和度與巖心含水飽和度變化趨勢基本一致（圖5），具有明顯的高產(chǎn)氣層特征。該井試油獲氣220.88×104m3/d，說明含水飽和度模型參數(shù)是可靠的。

圖5 PT101井震旦系燈二段測井計(jì)算飽和度與巖心分析飽和度對比圖

2 聲波特性實(shí)驗(yàn)分析

分別選取10個(gè)巖心樣品做不同飽和狀態(tài)對聲波傳播速度特性實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：隨著巖樣含水飽和度的增大，縱波時(shí)差逐漸減小。飽和度0和低飽和度狀態(tài)下，縱波時(shí)差變化較?。▓D6a）；低飽和度狀態(tài)下縱波時(shí)差約小于巖樣干燥狀態(tài)下的聲波時(shí)差。隨著巖樣含水飽和度的增大，橫波時(shí)差隨著含水飽和度增大變化趨勢不明顯（圖6b）。由此可以得出，隨著含水飽和度的增加，縱波速度降低，而橫波速度變化不大，即隨著含氣飽和度增加縱橫波速度比降低。

圖6 孔洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層縱、橫波時(shí)差與含水飽和度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)分析圖

同時(shí)，縱橫波速度比直接受儲(chǔ)層孔隙的影響，由于縱橫波速度比隨著孔隙的增大會(huì)下降，孔隙越大，縱橫波速度比越小。根據(jù)碳酸鹽巖縱橫波速度比與孔隙度關(guān)系，建立縱橫波速度比孔隙度校正模型（圖7，式1和式2）。

圖7 碳酸鹽巖縱橫波速度比與孔隙度校正關(guān)系圖

式中vpvspd、vpvspc分別表示消除孔隙度影響的白云石和方解石的縱橫波速度比；表示孔隙度。

3 氣層測井識別

3.1 不同含水飽和度計(jì)算電阻率—實(shí)測電阻率重疊判別法

由Archie公式得到：

式中F表示地層因素，R0表示100%飽含地層水時(shí)的地層電阻率，Ω·m；RW表示地層水電阻率，Ω·m；a、b表示巖性參數(shù)；m表示膠結(jié)指數(shù)，n表示飽和度指數(shù)，依據(jù)上述不同儲(chǔ)層類型的全直徑巖電參數(shù)和地層水分析資料確定（表1、表2）；表示孔隙度，由測井計(jì)算；I表示電阻增大系數(shù)，Sw表示假設(shè)地層不含自由流體時(shí)的含水飽和度（即束縛水飽和度），為區(qū)域經(jīng)驗(yàn)值；Rt表示假設(shè)地層不含自由流體時(shí)的電阻率，Ω·m。

不考慮裂縫和大型洞穴等特殊儲(chǔ)層情況影響，定義利用巖電實(shí)驗(yàn)和水分析資料計(jì)算的不同含水飽和度下的電阻率為理論電阻率，以四川盆地震旦系氣層SW上限50%為氣水層界限，當(dāng)實(shí)測電阻率大于理論電阻率時(shí)為氣層，當(dāng)實(shí)測電阻率小于理論電阻率時(shí)為水層。（圖8）。

圖8 震旦系燈影組不同含水飽和度下理論電阻率與實(shí)測電阻率重疊圖

3.2 基質(zhì)電阻率—實(shí)測電阻率重疊判別法

從電法測井可以知道，巖石本身不導(dǎo)電，巖石的導(dǎo)電主要取決于巖石儲(chǔ)層空間的流體。而流體主要分束縛水和自由流體，基質(zhì)電阻率主要包括泥質(zhì)、束縛水的響應(yīng)，當(dāng)儲(chǔ)層含氣時(shí)，儲(chǔ)層的實(shí)測電阻率要高于基質(zhì)電阻率，當(dāng)儲(chǔ)層含水時(shí)，則實(shí)測電阻率要低于基質(zhì)電阻率，因此利用巖石基質(zhì)電阻率與實(shí)測電阻率交會(huì)法，可以有效識別流體性質(zhì)。

選用純氣層的巖心或測井計(jì)算的孔隙度與飽和度建立孔飽關(guān)系，利用孔飽關(guān)系計(jì)算束縛水飽和度，從而計(jì)算束縛水的孔隙度。

通過孔飽關(guān)系可以計(jì)算束縛水飽和度（圖9）：

圖9 孔隙度—飽和度交會(huì)圖

通過束縛水飽和度可以計(jì)算束縛水孔隙度：

通過Archie公式計(jì)算得到只含束縛水的純巖石骨架電導(dǎo)率：

而泥質(zhì)電導(dǎo)率為：

地層條件下，巖石中的束縛水和泥質(zhì)是并聯(lián)關(guān)系，故巖石的骨架電阻率為：

式中SWIRR表示束縛水飽和度；表示束縛水孔隙度；σIRR表示只含束縛水的純巖石骨架電導(dǎo)率，1/Ω·m；σsh表示泥質(zhì)電導(dǎo)率，s/m；Rma表示巖石骨架電阻率Ω·m；當(dāng)實(shí)測電阻率大于基質(zhì)電阻率時(shí)為氣層，當(dāng)實(shí)測電阻率小于基質(zhì)電阻率時(shí)為水層。

3.3 理論計(jì)算縱橫波速度比—實(shí)測縱橫波速度比重疊判別法

根據(jù)上述聲波實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)?shù)貙涌紫吨泻刑烊粴鈺r(shí)，縱波速度（vp）降低，但對橫波速度（vs）影響很小。因此，在巖石孔隙度一定的情況下，隨含氣飽和度增大，縱橫波速度比（vp/vs）降低。

vp/vs不僅與巖石含流體性質(zhì)有關(guān)，而且還受孔隙度和巖性的影響，因而不能直接使用縱橫波速度比或泊松比的方法來判別流體性質(zhì)，需要進(jìn)行巖性和孔隙度校正后，再判別流體性質(zhì)。

通過利用白云石、方解石的縱橫波速度比與孔隙度的關(guān)系作孔隙度校正，再通過測井優(yōu)化算法所計(jì)算的巖性剖面或元素測井巖性剖面，可以計(jì)算一條消除巖性和孔隙度影響的縱橫波速度比和泊松比曲線。

當(dāng)vpvss＞vpvsc，μS＞μC時(shí)，判別為水；

當(dāng)vpvss＜vpvsc，μS＜μC時(shí)，判別為氣。

式中vpvsc、μc分別為消除巖性和孔隙度影響的縱橫波速度比和泊松比曲線；vpvss、μs分別為實(shí)測縱橫波速度比和泊松比曲線；Vdol、Vcal和Vsand分別為白云石、方解石和硅質(zhì)的體積含量，由優(yōu)化算法和ECS計(jì)算；Vsh為泥質(zhì)含量，由ECS或無鈾C(jī)GR計(jì)算。

4 應(yīng)用效果

采用上述氣層識別方法對川中古隆起北斜坡震旦系燈影組儲(chǔ)層從2022年至今試油的21口井共72層進(jìn)行氣水判別，與試油結(jié)果符合67層，氣層識別符合率93.1%，證明建立在巖電實(shí)驗(yàn)、不同區(qū)域地層水化驗(yàn)和聲學(xué)特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)之上的聲、電相結(jié)合氣層識別方法有效、可行。

以PT106井為例，該井是四川盆地川中古隆起北斜坡蓬萊地區(qū)ZS103井東南局部構(gòu)造高點(diǎn)的評價(jià)井，鉆探目的是進(jìn)一步落實(shí)蓬萊構(gòu)造燈二段氣藏特征、查明巖性圈閉含氣面積，為儲(chǔ)量提交奠定基礎(chǔ)。

該井震旦系燈影組為蜂窩狀孔洞型儲(chǔ)層，儲(chǔ)層平均孔隙度大于3.0%，電成像顯示為塊狀構(gòu)造，溶蝕孔洞相對較發(fā)育。通過上述氣層識別方法可以看出：呈“上氣下水”特征（圖10）。該井在5 750～5 925 m井段測試，產(chǎn)氣85.1×104m3/d，與解釋結(jié)果符合。

圖10 PT106井震旦系燈一段氣層識別圖

5 結(jié)論

筆者通過不同類型全直徑巖電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、不同區(qū)域地層水資料和聲學(xué)特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析研究，搞清了川中古隆起北斜坡震旦系燈影組不同類型巖溶儲(chǔ)層的聲、電響應(yīng)規(guī)律，建立了適應(yīng)于該區(qū)的聲波、電阻率相結(jié)合的測井天然氣識別方法：

1）不同類型的巖溶儲(chǔ)層飽和度指數(shù)隨巖樣孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙度、滲透率變化而變化，與碳酸鹽巖儲(chǔ)層經(jīng)典值相差較大，但不同儲(chǔ)層類型的白云巖平均值都與經(jīng)典值較接近。因此，采用平均值的方法，一定程度上近似消除了儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響。

2）隨著含水飽和度的增加，縱波速度降低，而橫波速度變化不大，即隨著含氣飽和度增加縱橫波速度比降低。

3）所建立的聲、電相結(jié)合的測井天然氣識別方法，經(jīng)已完鉆的探井、評價(jià)井試油驗(yàn)證，符合率可以達(dá)90%以上，為該氣區(qū)測井解釋提供了技術(shù)保障。