油基鉆井液條件下西湖凹陷低孔低滲儲層流體性質(zhì)隨鉆快速識別方法

張國棟， 魯法偉， 陳 波， 羅 健， 胡文亮， 何玉春

（1. 中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335；2. 中海油田服務(wù)股份有限公司，河北三河 065201）

西湖凹陷位于東海陸架盆地浙東坳陷東部，面積約5.9×104km2，新生代地層最大沉積厚度超過1.0×104m，主要目的層為古近系平湖組和花港組地層。儲層巖性以長石砂巖和巖屑砂巖為主，埋深一般大于3 500.00 m，受壓實成巖作用影響，儲層物性一般偏低，孔隙度多在15%以下，滲透率一般小于10 mD。低孔低滲儲層的流體性質(zhì)識別一直是西湖凹陷油氣勘探開發(fā)中的難題之一[1-3]，原因是儲層束縛水含量高、電阻率對比度低，同時受儲層孔隙結(jié)構(gòu)影響，水層的電阻率往往也較高，通過電性判別難度較大[4-6]；另外，低孔低滲儲層毛細管水含量高，當生產(chǎn)壓差增大到一定數(shù)值后，一部分束縛水往往會轉(zhuǎn)化為可動水，導(dǎo)致生產(chǎn)出水，影響油氣產(chǎn)量，特別是氣層一旦出水將嚴重影響最終的采收率，降低油氣田開發(fā)的經(jīng)濟性[7-10]。針對上述問題，筆者利用油基鉆井液的高侵特性，基于時移測井理念[11-12]，提出時移電阻率測井對比識別法，即通過對比隨鉆實時電阻率與復(fù)測電阻率的差異快速識別流體性質(zhì)，并在西湖凹陷低孔低滲儲層進行了現(xiàn)場應(yīng)用，驗證了其可行性和有效性。

1 油基鉆井液濾失性試驗

西湖凹陷低孔低滲儲層鉆井使用的油基鉆井液主要成分為白油，根據(jù)實際需要，其含量約占鉆井液總體積的70%～85%，其余成分為水和各種添加劑，主要起乳化、降濾失和封堵作用。雖然油基鉆井液比水基鉆井液具有更好的井壁穩(wěn)定和儲層保護作用，但仍具有一定的侵入特性。為了分析油基鉆井液的濾失特征，利用具有低孔低滲特征的人造巖心進行了濾失性試驗，巖心參數(shù)見表1。

表 1 油基鉆井液濾失性試驗所用巖心的主要參數(shù)Table 1 Core parameters of oil-based drilling fluid filtration test

將巖心放入夾持器內(nèi)，逐漸加壓至13 MPa，并持續(xù)24 h，測量濾失量、濾餅厚度和濾液侵入深度。試驗結(jié)果為：1 號巖心濾餅厚4.0 mm，濾液侵入深度為 3.5 cm；2 號巖心濾餅厚5.0 mm；濾液侵入深度為6.5 cm；濾失量與侵入時間的關(guān)系如圖1 所示。

從圖1 可以看出，油基鉆井液存在一定的濾失性，濾液能夠侵入巖心，濾失量與巖心物性、壓差和時間都有一定的關(guān)系。這是因為，油基鉆井液濾液侵入地層后，會對儲層中原有流體產(chǎn)生一定的驅(qū)替作用，導(dǎo)致儲層電性特征變化，所以可通過對比儲層電性特征變化情況分析判斷儲層流體的性質(zhì)。

圖 1 油基鉆井液濾失量與侵入時間的關(guān)系Fig. 1 Relationship between fluid loss and intrusion time of oil-based drilling fluid

2 時移電阻率測井對比識別法原理

地層剛鉆開時，油基鉆井液濾液侵入量小，濾餅薄，沖洗帶和過渡帶較窄；鉆開一段時間后，濾餅增厚，沖洗帶和過渡帶寬度增大[13]，如圖2 所示。所以，剛鉆開地層進行隨鉆電阻率測井時，該電阻率一般可以代表地層真電阻率，即原狀地層電阻率Rt；地層鉆開一段時間后復(fù)測電阻率時，電阻率特別是探測深度較淺的電阻率（Rs）會包含沖洗帶和過渡帶的流體性質(zhì)變化信息。對于水基鉆井液，Rs相對于Rt增大或減小，取決于鉆井液濾液礦化度和地層水礦化度的相對大小關(guān)系；但對于油基鉆井液，由于鉆井液濾液不導(dǎo)電，當?shù)貙铀或?qū)替后，復(fù)測時電阻率Rs會變大，即復(fù)測Rs大于隨鉆測量Rs。時移電阻率測井對比識別法就是利用含有不同性質(zhì)流體的儲層被油基鉆井液濾液驅(qū)替后、表現(xiàn)出不同的電性變化特征進行流體識別。

圖 2 地層剛鉆開和鉆開一段時間后的井筒環(huán)境Fig. 2 Wellbore environments after penetrating the formation soon and drilling for a while

為了進一步說明時移電阻率測井對比識別法的技術(shù)原理，分別分析了探測深度與被探測地層電阻率的關(guān)系，以及油基鉆井液濾液侵入不同地層后的電阻率變化特征。

首先用Schlumberger 公司的ARC 隨鉆電阻率測井儀（以下簡稱ARC 測井儀）分析探測深度與被探測地層電阻率的關(guān)系。該儀器有5 個源距（406.4，558.8，711.2，863.6 和1 016.0 mm）的發(fā)射器，采用2 種發(fā)射頻率（400 kHz 和2 MHz），所以可以獲得20 條電阻率曲線（10 條相位電阻率和10 條衰減電阻率）。其中，發(fā)射頻率為2 MHz 時，ARC 測井儀探測深度與地層相位電阻率的關(guān)系曲線如圖3所示。

圖 3 P16H 探測深度與被探測地層電阻率的關(guān)系曲線Fig. 3 Relationship curve between P16H detection depth and the resistivity of measured formation

由圖3 可知，P16H（源距為406.4 mm，頻率為2 MHz 的相位電阻率）探測深度最小，但其探測深度與地層電阻率相關(guān)，電阻率越高，探測深度越大。由于油基鉆井液濾液侵入深度小，所以可以利用P16H 電阻率的變化率分析侵入深度。

然后分析油基鉆井液濾液分別侵入油氣層、水層、含油氣水層和干層后，沖洗帶電阻率的變化情況。對于油氣層，油氣和油基鉆井液濾液都是不導(dǎo)電的流體介質(zhì)，油基濾液侵入地層后，地層電阻率基本不變；對于水層、含油氣水層或同層，油基鉆井液濾液侵入后會減小導(dǎo)電流體（水）的體積，導(dǎo)致儲層的電阻率升高。實際復(fù)測時，同時測量砂巖儲層及上下泥質(zhì)圍巖的電阻率，由于泥巖為非滲透性層，所以隨鉆實時電阻率和復(fù)測電阻率保持一致，通過使圍巖電阻率重合，就可以確定砂巖儲層電阻率的變化。鉆井液濾液的侵入深度與儲層物性、井筒過平衡壓差、侵入時間及鉆井液特性都有關(guān)系。例如，西湖凹陷某區(qū)域的典型低孔低滲儲層，孔隙度為9%～18%，滲透率為1～50 mD，在較大正壓差和較長完鉆時間下的侵入深度一般較大。而致密層由于儲層物性太差，濾液基本無侵入，所以地層電阻率基本不變。不同地層的具體變化特征見表2（其中，P16H 實時，指P16H 隨鉆實時電阻率；P16H 復(fù)測，指P16H 復(fù)測電阻率）。

表 2 油基鉆井液濾液侵入不同地層后的電阻率變化特征Table 2 Characteristics of resistivity change after oil-based drilling fluid filtrate invaded different formations

3 現(xiàn)場應(yīng)用

時移電阻率測井對比識別法在西湖凹陷X1 井和X2 井進行了應(yīng)用，均取得了成功，證明該方法可行且有效。

X1 井4 450.00～4 475.00 m 井段鉆遇油氣顯示層，電阻率最高50 Ω·m，氣測全量Tg最高12.0%，巖性為長石細砂巖，孔隙度為9%～11%，滲透率為1～5 mD，參照鄰井信息，初步判斷該層為氣層。對該層進行了隨鉆電阻率復(fù)測，結(jié)果如圖4 所示。圖4中，第五道“電阻率對比”指P16H 隨鉆實時電阻率（P16H 實時）與P16H 復(fù)測電阻率（P16H 復(fù)測）的對比；P16H 復(fù)測值大于P16H 實時值（對應(yīng)部分進行了藍色充填），表明該層為非純氣層，存在一定量的可動水，或者說在該井鉆井液過平衡壓差約6.9 MPa的條件下，儲層孔隙中的部分水可以流動。

X1 井完鉆后，在井深4 471.50 m 處進行了電纜地層測試泵抽取樣（MDT 儀器），泵抽至45 min 時，通過井下流體識別儀IFA 開始觀察到地層天然氣流體，流線中的成分主要為天然氣和油基鉆井液；泵抽至160 min 時，泵抽壓差增大至4.13 MPa，流線出現(xiàn)了明顯的地層水信號，說明在該壓差下一部分毛細管水開始流動，轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓜铀?。泵抽結(jié)束時，流線中水的體積比約為17%，該結(jié)果與電阻率復(fù)測分析結(jié)果完全一致（如圖5 所示）。這說明該層有一部分毛細管水在壓差大于4.13 MPa 時是可以流動的，可以稱這部分水為弱束縛水；后續(xù)進行地層測試或開發(fā)時，生產(chǎn)壓差應(yīng)小于4.13 MPa，否則會導(dǎo)致地層出水，影響天然氣產(chǎn)能。

圖 4 X1 井隨鉆電阻率實時值與復(fù)測值的對比Fig. 4 Comparison on the resistivity while drilling realtime measurement and the re-tested value in Well X1

X2 井與X1 井處于同一構(gòu)造帶，應(yīng)用油基鉆井液鉆進。該井4 317.00～4 336.00 m 井段鉆遇油氣顯示層，巖性為長石細砂巖，孔隙度為10%～15%，滲透率為1～10 mD。儲層上部電阻率約24 Ω·m，氣測全量Tg最高約6.0%；儲層下部電阻率為13 Ω·m，氣測全量Tg約為2.8%。與鄰區(qū)同層位油氣層相比，該層整體電阻率較低，認為該層未達到純油氣層的標準，為此進行了電阻率隨鉆與復(fù)測對比，結(jié)果如圖6 所示。該井鉆井液過平衡壓差為7.13 MPa。圖6中，第五道為P16H 實時值和復(fù)測值的對比結(jié)果，可以看出井深4 330.00 m 以淺的P16H 實時值與P16H復(fù)測值一致，說明該層不含可動水，為純油氣層；井深4 330.00 m 以深的P16H 復(fù)測值明顯大于P16H 實時值，說明該層含可動水，推測為氣水同層。

圖 6 X2 井隨鉆電阻率實時值與復(fù)測值的對比Fig. 6 Comparison on the resistivity while drilling real-time measurement and the re-tested value in Well X2

完鉆后，X2 井在井深4 321.20 和4 333.00 m 處分別進行了MDT 泵抽取樣。井深4 321.20 m 處泵抽壓差約13.8 MPa，泵抽時間為115 min，證實為純輕質(zhì)油層，不含水；井深4 333.00 m 處泵抽壓差為18.3 MPa，泵抽時間為120 min，后期含水率為60%，證實為油水同層，流體性質(zhì)識別具體情況如圖7 所示。該井的泵抽結(jié)果與電阻率復(fù)測對比分析結(jié)果完全一致，再次證明了該方法的可行性和有效性。

4 結(jié)論與建議

1）油基鉆井液濾液侵入地層后，對儲層中原有流體有一定驅(qū)替作用，從而引起儲層電性特征的變化，通過對比該變化情況，就能夠?qū)又性辛黧w性質(zhì)進行分析判斷。

2）低孔低滲儲層巖性和孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，僅僅依靠對比電阻率的高低或者鄰區(qū)經(jīng)驗識別流體的性質(zhì)很難得到準確的結(jié)果。油基鉆井液條件下利用時移電阻率測井對比識別法，可以快速識別低孔低滲儲層的流體性質(zhì)，現(xiàn)場應(yīng)用也驗證了該方法具有較高的準確性。

圖 7 X2 井井深4 321.20 和4 333.00 m MDT 泵抽流體性質(zhì)綜合識別Fig. 7 Comprehensive identification of MDT pumping fluid properties at 4 321.20 and 4 333.00 m in Well X2

3）時移電阻率測井對比識別法具有較好的通用性，只要使用隨鉆電阻率和油基鉆井液均可進行借鑒，特別是對于一些新區(qū)探井，該方法能夠快速識別流體性質(zhì)，為后續(xù)作業(yè)選擇提供指導(dǎo)，提高作業(yè)效率并節(jié)省成本。