大港探區二疊系碎屑巖儲層測井評價技術

丁娛嬌,李嘉寧,李俊國,朱偉峰,趙同澤

(1.大港油田分公司勘探開發研究院,天津300280;2.江南大學商學院工業工程系,江蘇無錫214073)

0 引 言

圖1 巖心孔隙度滲透率交會圖以及核磁共振T2譜圖

大港油田潛山勘探自1964年在G1井奧陶系試油獲工業油氣流以來,一直以奧陶系為主要勘探目的層系。時隔50年后,大港油田潛山勘探層系由奧陶系向石炭-二疊系、中生界轉變,并在多口井中喜獲高產油氣流,標志大港油田潛山勘探在多層系、多巖性內幕復式油氣藏立體勘探中取得重大突破。大港探區中生界-上古生界發育碎屑巖、火成巖、碳酸鹽巖3大儲集巖類,3大類儲集層與泥巖、煤層等蓋層相匹配,形成8套儲蓋組合,其中1套火成巖儲層主要分布在侏羅系,4套碳酸鹽巖儲層分別分布在白堊系、石炭系和奧陶系,3套碎屑巖儲層分布在二疊系和中生界。中生界碎屑巖儲層以中-低孔隙度滲透率儲層為主,其測井配套評價技術相對比較成熟[1-3]。二疊系碎屑巖儲層砂巖巖性,在大港探區北區以長石砂巖為主,在南區以石英砂巖為主;在儲層物性方面,均表現為儲集空間類型復雜,通過對二疊系儲層巖心CT掃描、薄片分析發現,二疊系碎屑巖儲層儲集空間由孔隙、微裂縫共同構成,不同儲層孔隙、微裂縫發育程度存在明顯差異,使得有效儲層識別和流體評價難度加大;以往的低孔隙度滲透率儲層評價方法在二疊系碎屑巖儲層有效性和流體評價方面已經失效,應用常規方法很難確定有效儲層物性下限和含油氣電阻率下限值,急需建立一套針對大港探區二疊系碎屑巖儲層特征的測井綜合評價技術。通過分析發現,有效儲集空間類型識別是該類儲層成功評價的關鍵。為有效評價該類儲層,本文在大量巖心分析基礎之上,提出了利用核磁共振測井與微電阻率掃描測井相結合的儲集空間類型識別方法,在有效儲集空間類型判別基礎之上,建立了基于儲集空間類型的物性參數計算、儲層有效性評價和流體性質評價方法。該方法在大港探區各大潛山全面推廣應用,基本解決了制約二疊系碎屑巖潛山油氣層識別成功率的難題,為大港探區二疊系碎屑巖潛山勘探提供有力技術支撐。

1 基于儲集空間類型的儲層物性和有效性評價

通過CT掃描、鑄體薄片觀察與分析發現,大港探區二疊系碎屑巖儲層儲集空間類型整體上都是次生成因為主,包括溶蝕孔、粒間孔以及微裂縫,但是不同井溶蝕孔隙和微裂縫發育程度存在明顯差異,儲層整體表現為低孔隙度滲透率-超低孔隙度滲透率儲層特征,孔隙度-滲透率相關性非常差。圖1(a)展示了3口取心井實驗室巖心分析孔隙度—滲透率交會圖,可見,整體上孔隙度—滲透率相關性非常差,相同孔隙度的巖心其滲透率可能相差4個數量級以上,但整體能夠看出隨著孔隙度增加滲透性增加的趨勢,在不考慮其他因素情況下,利用孔隙度來計算滲透率誤差將會非常大。通過各種巖心測量資料對比分析發現,影響滲透率的關鍵因素為總孔隙度、孔徑尺寸和微裂縫。圖1(b)展示了不同巖樣核磁共振T2譜對比情況:相同孔徑尺寸情況下,隨著總孔隙度增加,滲透率增加;相同孔隙度情況下,孔徑尺寸越大,滲透性越好,微裂縫的存在可以有效改善儲層滲透性。通過巖心分析發現,大港探區二疊系碎屑巖儲層,儲集空間類型大致可以歸為以下幾類:小孔徑儲層,巖石非常致密,微裂縫基本不發育;裂縫-孔隙型儲層,溶蝕孔隙發育,孔徑相對較大,同時發育一定微裂縫,但是由于較大孔徑的溶蝕孔隙發育,微裂縫的滲透性改造作用體現不明顯;孔隙-縫型儲層,溶蝕孔隙不發育,裂縫非常發育,儲層滲透性貢獻主要來源于裂縫。

1.1 核磁共振與微電阻率掃描成像測井相結合的儲集空間類型評價

儲層滲透性好壞與儲集空間類型關系密切,有效儲集空間類型評價對儲層有效性評價至關重要。核磁共振測井能夠進行儲層孔隙結構分析[4],微電阻率掃描成像圖像能夠直觀顯示儲集空間類型[5]。將核磁共振孔徑分布與微電阻率掃描成像視孔隙頻譜分析相結合,可以進行儲集空間類型的評價。

圖2 不同類型儲集空間儲層視孔隙頻譜響應特征圖

圖2是通過研究建立的大港探區二疊系碎屑巖儲層不同儲集空間類型典型響應圖譜。第1類是以小孔徑為主的小孔徑孔隙型儲層。該類儲層在核磁共振孔徑分布圖上表現為孔徑尺寸分布變窄,幅度較高,主要占據小孔徑尺寸位置;在微電阻率掃描成像視孔隙頻譜圖上表現為視孔隙頻譜分布相對比較集中,分布范圍變窄,幅度較高,位置相對靠左,視孔隙均值和方差均表現為相對低值。該類儲層物性差,儲層產能低。第2類是大孔徑發育以及可能發育部分微裂縫的裂縫-孔隙型儲層。該類儲層在核磁共振孔徑分布圖上表現為孔徑尺寸分布曲線展布比較寬,幅度較高;在微電阻率掃描成像視孔隙頻譜圖上表現為視孔隙頻譜分布分散且范圍較寬,幅度相對平緩,位置相對靠右,視孔隙均值和方差均表現為相對高值。該類儲層各種孔徑尺寸均發育,孔隙連通性好,儲層產能較高。第3類是孔隙不發育、微裂縫發育的孔隙-裂縫型儲層。該類儲層在核磁共振孔徑分布圖上表現為孔徑尺寸分布較寬,幅度平緩;在微電阻率掃描成像視孔隙頻譜圖上,表現為視孔隙頻譜分布相對比較集中,分布范圍變窄,幅度較高,位置相對靠左,視孔隙均值和方差均表現為相對低值。該類儲層物性差,儲層產能受裂縫發育程度控制:裂縫發育程度高,產能高;裂縫發育程度低,產能低。

1.2 基于儲集空間類型的滲透率定量評價

由前文孔隙度—滲透率關系圖可知,大港探區二疊系碎屑巖儲層孔隙度滲透率關系復雜,滲透率受儲層孔隙度、孔徑尺寸、微裂縫等綜合因素控制,在進行儲層滲透性評價時必須綜合考慮上述因素的影響。為準確進行儲層滲透性評價,建立了基于儲集空間類型分類的滲透率計算模型:基于巖心分析、核磁共振測井以及微電阻率掃描成像測井將儲層分為小孔徑尺寸孔隙型、裂縫-孔隙型和裂縫型3類,利用核磁共振測井束縛水飽和度來定性表征大、小孔徑尺寸發育程度,建立基于儲集空間類型、孔隙度與束縛水飽和度聯合的滲透率解釋模型(見圖3)。

1.3 多譜合一的儲層有效性評價

圖3 基于孔隙度、束縛水飽和度聯合的滲透率解釋模型

對于復雜的巖性和儲集空間類型,利用常規測井難以有效評價大港探區二疊系碎屑巖儲層有效性。由前文分析可知,核磁共振測井提供的孔徑分布譜和微電阻率掃描成像測井提供的視孔隙分布譜,可以有效描述儲層儲集空間類型和聯通性,但是根據T2譜以及視孔隙度分布譜主要是從直觀形態上來識別儲集空間類型。為得到一個儲層有效性評價標準,將二維圖形一維曲線化。通過綜合分析,在核磁共振測井中提取反映儲層物性的有效孔隙度、可動流體體積;在微電阻率掃描成像測井中提取反映儲集空間類型的視孔隙譜的均值和方差。參考石油行業標準,將儲層按產能分為高產(15 m3及以上)、中產(5～15 m3)、低產(1～5 m3)、特低產(1 m3以下)。根據試油成果,統計不同產能級別儲層上述各參數的分布范圍,將核磁共振測井與微電阻率掃描成像測井相結合進行儲層有效性評價。圖4為基于核磁共振測井T2譜和微電阻率掃描成像視孔隙度譜得到的儲層有效性評價圖版。圖4(a)為核磁共振T2譜提取的有效孔隙度—可動流體孔隙交會圖,圖4(b)為微電阻率掃描成像視孔隙度譜提取的均值和方差交匯圖。可見不同差能級別的各種類型儲層在圖版中分布區域存在明顯差異,利用圖版可以較好地進行儲層有效性評價,2個圖版可以單獨應用也可以組合綜合評價。

圖4 核磁共振T2譜與+視孔隙度譜組合的儲層有效性評價圖版

圖5 大港探區二疊系碎屑巖儲層地層因素—孔隙度、電阻率增大率—飽和度關系圖

2 流體性質評價

2.1 飽和度定量評價

為解決大港探區二疊系碎屑巖儲層含油飽和度定量評價問題,在大量巖電實驗基礎上,分析了阿爾奇公式在大港探區二疊系碎屑巖儲層中的適應性。阿爾奇公式由計算油氣飽和度的油氣層巖石電阻增大率與含水飽和度的關系、計算油氣層巖石電阻率背景值的地層因素與巖石孔隙度的關系2部分組成,故阿爾奇公式的適應性分析,可轉化為地層因素與孔隙度關系的適應性分析和巖石電阻增大率與含水飽和度關系的適應性分析。圖5為大港探區二疊系碎屑巖儲層不同儲集空間類型的巖心地層因素—孔隙度、電阻增大率—飽和度交會圖,可見其地層因素與孔隙度的關系,電阻增大率與飽和度的關系均遵從阿爾奇公式的基本關系式,故仍然可以選用阿爾奇公式來評價飽和度;但是不同儲集空間類型儲層阿爾奇公式的m、n參數變化非常明顯,必須選擇根據儲層變化連續可變m、n參數的阿爾奇公式來評價儲層飽和度。

要獲得連續可變的m、n參數,需建立m、n參數與其他可利用測井資料獲得的儲層特征參數之間的關系式,為此首先確定影響m、n值變化的主控因素。通過進一步的巖石物理實驗分析,發現m、n值的主要影響因素為巖性和物性。圖6展示了不同儲集空間類型單塊巖心m、n值與儲層物性參數的關系圖,其中圖6(a)為m與孔隙度關系圖,可見小孔徑孔隙型砂巖單塊巖樣的m值分布范圍在1.44～1.67,m值相對比較固定,與孔隙度滲透率關系不明顯;大孔徑裂縫-孔隙型受儲層孔隙控制作用明顯,隨著孔隙度增加,m值增大。圖6(b)為n與孔隙度滲透率乘積關系圖,可見n值受孔隙度、滲透率綜合影響,隨著孔隙度滲透率乘積增加,n值降低,不同儲集空間類型砂巖n值變化趨勢一致。針對不同儲集空間類型m、n值的主控因素,分儲集空間類型建立m、n值與主控因素的關系式,即可以得到隨儲層物性變化的m、n參數值。

圖6 m、n參數與孔隙度、滲透率關系圖

2.2 流體性質評價

2.2.1分區域流體識別圖版

通過分析發現,大港探區不同潛山二疊系碎屑巖儲層石英、長石含量變化很大,含油性在測井信息上的響應特征也存在明顯差異,需針對不同潛山建立響應的流體性質識別圖版。圖7(a)為G潛山二疊系碎屑巖儲層聲波—電阻率交會流體識別圖版,可見典型水層電阻率低于20 Ω·m,典型油層電阻率高于40 Ω·m,電阻率在20～40 Ω·m之間時,油水關系混亂。該區巖性粗細對油層電性影響明顯,巖性越細,泥質增加,油層電阻率降低,為明確巖性影響,建立電阻率—自然伽馬交會圖[見圖7(b)],可有效區分電阻率在20～40 Ω·m之間的油水關系。針對該區流體性質,首先利用電阻率—聲波交會圖識別典型油、水層,在此基礎之上,應用電阻率—自然伽馬交會圖區分油層和油水同層。

圖7 G潛山二疊系碎屑巖儲層流體識別圖版

圖8(a)為W潛山幾口井二疊系碎屑巖試油層與鄰近泥巖的自然伽馬—電阻率交會圖,顯示不同井泥巖電阻率基線存在明顯差異,泥巖電阻率低的井其儲層電阻率也明顯降低,從而影響電阻率對流體性質的判別。為消除泥巖電阻率基線對儲層電阻率數值的影響,建立了儲層電阻率與泥巖基線電阻率比值曲線與聲波時差交會圖版[見圖8(b)],有效區分流體性質。

圖8 W潛山二疊系碎屑巖儲層流體識別圖版

2.2.2核磁共振測井流體性質評價

圖9(a)為實驗室核磁共振測量檢測到的富含油巖心與飽和水巖心核磁共振標準T2譜對比圖,可見富含油巖心T2譜在長T2譜部分的幅度明顯比飽和水巖心要高,且隨著含油飽和度增加,其長T2譜幅度增加。圖9(b)為試油油氣層與水層核磁共振測井對比圖。由油、水層標準T2譜對比可見,油氣層、 水層標準T2譜差異明顯, 油氣層標準T2譜分布范圍廣,幅度變化平緩,水層T2譜右邊界相對于油層明顯靠左,其可動流體峰以窄范圍正態分布為主,T2譜幅度較高。由于為輕質油氣層,在長回波間隔T2譜上,油氣、水層均表現為明顯前移現象,但是移完后,油氣層T2譜位置相對于水層還是要靠后一些。根據核磁共振測井油氣、水層標準T2譜響應特征差異以及長回波間隔T2譜移動程度差異,可以有效識別二疊系碎屑巖儲層流體性質。

圖9 二疊系碎屑巖儲層油氣、水層核磁共振測量響應特征

3 應用效果分析

二疊系碎屑巖潛山測井評價技術在大港探區得到全面推廣應用,新井油氣層解釋符合率達到84.6%,為大港油田潛山勘探提供了良好的技術支撐。

圖10為潛山預探井Y1井二疊系下石盒子組下段綜合評價成果圖,該井測井系列為常規測井+核磁共振測井,由巖性識別圖版上可見,該井段為純砂巖儲層;從核磁共振孔隙結構分布來看,該層段微裂縫發育,應用基于核磁共振測井的儲層有效性評價圖版,可見該段181、182號層以Ⅰ、Ⅱ類孔隙-裂縫型儲層為主;從流體性質評價圖版可見,181、182在圖版上的區域為典型油氣層顯示特征。綜合評價181、182號層為氣層,對4 959.4～4 987.7 m層段試油,壓后6 mm油嘴放噴,日產油30.2 m3,日產氣80 121 m3。

圖10 Y1井下石盒子下段綜合評價成果圖

4 結 論

(1)針對大港探區二疊系碎屑巖潛山因巖性、儲集空間類型復雜所引起的儲層有效性和含油性評價難題,建立了以核磁共振測井+微電阻率掃描成像測井為核心的儲集空間類型評價方法,在儲集空間類型劃分基礎之上,多方法結合,建立大港探區二疊系碎屑巖儲層有效性評價和流體識別方法。

(2)有效解決了制約大港探區二疊系碎屑巖儲層油氣層識別成功率的物性、流體性質等方面的瓶頸問題,為二疊系碎屑巖潛山勘探提供了技術支撐。

(3)對大港探區二疊系碎屑巖潛山儲層特征深入研究所形成的復雜儲層綜合評價技術思路可以推廣應用到其他潛山,具體方法和標準有待于進一步完善。