致密砂巖氣層測井評價新方法研究

張志虎，孫玉紅，金力鉆，李松林，黃 曉

(中海油能源發展股份有限公司，天津 300452)

致密砂巖氣層測井評價新方法研究

張志虎，孫玉紅，金力鉆，李松林，黃 曉

(中海油能源發展股份有限公司，天津 300452)

針對臨興區塊致密砂巖氣層的地質特征及測井資料特點，提出利用密度測井響應方程和中子測井響應方程建立ρt—φN模型，利用該模型可在巖電參數、地層水電阻率不確定的情況下定量求取儲層含氣飽和度。通過多口井的實際資料處理和試氣結果驗證，與常規解釋方法相比，ρt—φN模型計算的含氣飽和度在氣層與非氣層上差異更明顯，在辨別儲層流體性質上，具有更高的分辨率。結果表明，建立的含氣飽和度模型可用于研究區致密砂巖氣層的定量評價。

致密砂巖;密度測井;中子測井;ρt—φN模型;臨興區塊

0 引言

臨興區塊位于鄂爾多斯盆地東緣河東煤田中部，前期勘探和試井生產顯示該區塊煤層氣、頁巖氣和致密砂巖氣具有良好的勘探開發前景［1］。由于該區塊致密砂巖儲層的巖電參數和地層水電阻率難以確定，加上部分儲層電阻率對氣層響應不明顯，利用阿爾奇方程求取的含氣飽和度與相滲實驗數據和試氣結果常常相互矛盾，給儲層定量評價造成了很大困難［2-4］。基于致密砂巖密度測井響應方程和中子測井響應方程建立的ρt—φN模型，可直接利用中子和密度曲線求取儲層含氣飽和度，且與相滲實驗數據和試氣結果吻合較好，從而達到了定量評價致密砂巖氣層的目的。

1 地質概況

晚古生代早期，受海西運動影響，臨興區塊由陸表海開始向近海平原沉積環境過渡，盆地北緣逐步抬高，發育了障壁海岸、三角洲前緣、三角洲平原、曲流河和辮狀河沉積體系，形成了多套不同成因的儲集砂體。儲層平均孔隙度小于10%，平均滲透率小于0.1×10-3μm2，屬于典型的致密砂巖儲層。

2 方法原理

2.1 致密砂巖密度測井響應方程

設致密砂巖孔隙度為φ(%)，骨架含量為Vma(%)。致密砂巖的體積模型如圖1所示。

圖1 致密砂巖體積模型

其物質平衡方程為:

致密砂巖密度測井響應方程的推導是在假設密度測井值為巖石各組分貢獻之和的條件下進行的。設致密砂巖的孔隙度為φ，骨架密度為ρma(g·cm-3)，地層溫度及壓力下的天然氣密度為ρg(g·cm-3)，地層中流體的密度為ρf(g·cm-3)，密度測井探測范圍內總流體飽和度為Swd(%)，密度測井值為ρt(g·cm-3)。則致密砂巖密度測井響應方程為:

2.2 致密砂巖中子測井響應方程

同理，設致密砂巖骨架中子孔隙度為 φNma(%)，地層溫度及壓力下天然氣中子孔隙度為φNg(%)，地層中流體中子孔隙度為φNf(%)，中子測井探測范圍內總流體飽和度為Swn(%)，中子測井值為φN(%)。則中子測井的響應方程為:

2.3 ρt—φN模型的建立

由于致密砂巖儲層屬于低孔、低滲儲層，測井響應受泥漿侵入影響小，則可認為Swd近似等于Swn(%)［5-8］。假設地層流體飽和度為 Swf(%)，用其代替式(3)和式(5)中的Swd、Swn，聯立式(3)和式(5)消去φ，可得:

設地層含氣飽和度為Sg(%)，則:

3 含氣飽和度下限的確定

由于地層流體的黏度至少是氣體的50～100倍，因此，氣體比地層流體更容易流動，在Sg較低時(Sg＜50%)，儲層仍可產氣［9-11］。選取研究區致密砂巖氣層6塊巖樣開展氣水相滲實驗，根據氣水相滲實驗數據建立的氣水相對滲透率曲線如圖2所示。當Sg＞18%時，除巖樣2外，其余5塊巖樣的氣相相對滲透率均大于水相相對滲透率，因此，可將研究區致密砂巖氣層的含氣飽和度下限確定為18%。

圖2 氣水相對滲透率曲線

4 實例分析

LX-A井解釋成果圖如圖3所示，該井試氣井段為1 611.7～1 616.7 m，小型測試壓裂后試氣結果為氣量小，常規方法解釋31、32號層與對應ρt—φN模型解釋31、32號層位于試氣井段內。本段解釋的32號層，電阻率和聲波時差曲線數值明顯高于31號層，中子密度曲線重疊具有一定的包絡面積，含氣特征明顯。ρt—φN模型計算32號層含氣飽和度為44.6%，超過該區實驗分析的含氣飽和度下限值18%，解釋為氣層;31號層計算含氣飽和度為0，解釋為干層。常規方法解釋的31號干層計算的含氣飽和度為37.1%，也超過該區含氣飽和度下限值18%。可見，與常規解釋方法相比，ρt—φN模型計算的含氣飽和度在氣層與非氣層上差異更明顯，在辨別儲層流體性質上，具有更高的分辨率。

圖3 LX-A井解釋成果

圖4 LX-B井解釋成果

LX-B井解釋成果如圖4所示，該井試氣井段為1 547.8～1 580.3 m，未壓裂試氣結果為日產氣107 520 m3/d，常規方法解釋34～39號層與對應的ρt—φN模型解釋34～41號層位于試氣井段內，各層解釋結果如下。

(1)常規方法解釋34號層(1 549.4～1 553.0 m)電阻率上部高，下部低，平均為29.8 Ω·m，計算含氣飽和度為51.4%，解釋為氣層。對應ρt—φN模型解釋34、35號層，上部的34號層(1 549.5～1 551.3 m)電阻率為89.6 Ω·m，計算含氣飽和度為58.7%，解釋為氣層;下部的35號層(1 551.3～1 553.1 m)電阻率為13.4 Ω·m，計算含氣飽和度為35.7%，解釋為差氣層。

(2)常規方法解釋35號層(1 561.7～1 564.2 m)電阻率上部較低，底部較高，平均為17.8 Ω·m，計算含氣飽和度為43.9%，解釋為差氣層。對應ρt—φN模型解釋36、37號層，上部的36號層(1 561.9～1 563.7 m)電阻率為11.3 Ω·m，計算含氣飽和度為0，解釋為干層;下部的37號層(1 563.7～1 564.4 m)電阻率為43.4 Ω·m，計算含氣飽和度為60.2%，解釋為氣層。

(3)常規方法解釋36號層(1 565.6～1 567.4 m)電阻率為30.4 Ω·m，計算含氣飽和度為34.5%，解釋為干層。對應ρt—φN模型解釋38號層(1 565.8～1 568.8 m)電阻率為36.8 Ω·m，計算含氣飽和度為0，解釋為干層。

(4)常規方法解釋37號層(1 567.4～1 571.5 m)電阻率為41.7 Ω·m，計算含氣飽和度為54.8%，解釋為氣層。對應ρt—φN模型解釋39號層(1 568.8～1 571.2 m)電阻率為77.8 Ω·m，計算含氣飽和度為46.3%，解釋為氣層。綜合電阻率曲線以及中子密度曲線的包絡面積，氣層頂界應為1 568.8 m。

由于常規方法計算的含氣飽和度在氣層與干層上區分不明顯，導致氣層解釋厚度偏大。與常規解釋方法相比，ρt—φN模型解釋結論與電阻率等曲線更匹配，分層更精細，與測試結果相符。

5 結論

(1)當地層無侵入或侵入很淺時，測井響應受泥漿侵入影響小，Swd近似等于Swn，此時ρt—φN模型計算的含氣飽和度結果更精確，更有利于識別氣層，而致密砂巖屬于低孔、低滲儲層，正好滿足上述條件。

(2)基于致密砂巖密度測井響應方程和中子測井響應方程推導出的ρt—φN模型可利用密度、中子孔隙度直接定量計算出致密砂巖儲層含氣飽和度，省略了常規測井解釋中的部分環節，解決了巖電參數、地層水電阻率難以確定等疑難問題。

(3)與常規的阿爾奇方程相比，ρt—φN模型求取儲層含氣飽和度與相滲實驗數據和試氣結果更吻合，是一種有效的定量求取致密砂巖氣層含氣飽和度的新方法。

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編輯劉兆芝

TE122.2

A

1006-6535(2015)05-0046-04

20150324;改回日期:20150511

中海油能源發展工程技術公司非常規技術研究院生產項目“臨興區塊先導性試驗方案”(ZKFFWLXKF-14-013)

張志虎(1986-)，男，工程師，2010年畢業于東北石油大學勘查技術與工程專業，2013年畢業于該校地球探測與信息技術專業，獲碩士學位，現從事石油勘探工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.09