測井資料在致密砂巖氣層產(chǎn)水預(yù)測中的應(yīng)用
——以鄂爾多斯盆地L 區(qū)塊為例

成家杰，張宏偉，錢玉萍，侯振學(xué)，王文文

（中海油田服務(wù)股份有限公司，河北廊坊 065201）

鄂爾多斯盆地東北緣L 區(qū)塊勘探目的層主要為上古生界石炭系-二疊系致密砂巖儲層[1]，致密氣層巖石成分與孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔隙度與滲透率極低。在測井解釋中，電性受巖性、儲層孔隙結(jié)構(gòu)的影響較大，導(dǎo)致儲層流體電阻率差異不明顯[2-3]，儲層壓裂后有的低阻層產(chǎn)氣，而有的低阻層產(chǎn)水，僅根據(jù)電阻率值的大小識別流體性質(zhì)極易造成誤判[4]；同時，一些氣井出現(xiàn)不同程度產(chǎn)水的情況，產(chǎn)水量高的層達(dá)10 m3/d 以上，給后續(xù)勘探開發(fā)帶來很大困難。

目前，利用測井資料評價儲層產(chǎn)水的方法主要歸結(jié)于可動水飽和度的評價。馮強(qiáng)漢等[5]利用測井資料定量計算可動水和毛管水飽和度，采用多元回歸法建立地層水含量預(yù)測模型。王麗影等[6-7]認(rèn)為可動水飽和度與氣井產(chǎn)水特征之間具有正相關(guān)關(guān)系，可動水飽和度越高，儲層產(chǎn)水越嚴(yán)重。本文繞過飽和度評價這一問題，提出了另一種產(chǎn)水預(yù)測思路，即在定性判別流體性質(zhì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電阻率、聲波、相關(guān)系數(shù)等參數(shù)構(gòu)建了產(chǎn)水指數(shù)，進(jìn)而建立產(chǎn)水指數(shù)與氣井產(chǎn)水量之間的關(guān)系，對本區(qū)致密砂巖氣的勘探開發(fā)具有重要意義。

1 流體性質(zhì)識別

1.1 電阻率方法

根據(jù)電阻率值的相對高低判別流體性質(zhì)是測井上最為常用的一種方法，圖1 為本區(qū)電阻率值與儲層壓裂后產(chǎn)水情況的關(guān)系。產(chǎn)水的層位電阻率一般低于30 Ω·m，而不產(chǎn)水的層位電阻率分布范圍較大，區(qū)域上存在低阻氣層，僅僅利用電阻率值的高低判別流體性質(zhì)存在一定的局限性。飽含氣和飽含水的儲層，其相滲透率存在一定的差異，導(dǎo)致泥漿的侵入深度不同，表現(xiàn)為不同徑向探測深度的電阻率曲線存在一定程度的分離。據(jù)此，可以利用電阻率總差異參數(shù)以及基于電阻率反演的泥漿侵入深度來判斷地層流體的類型。

1.1.1 利用電阻率總差異參數(shù)識別流體性質(zhì)

圖1 電阻率值與儲層壓裂后產(chǎn)水關(guān)系分析

陣列感應(yīng)測井與其他電阻率測井系列相比，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在能夠提供3 種分辨率（1，2，4 ft）6 種探測深度的電阻率曲線。當(dāng)儲層存在泥漿侵入時，侵入帶的電阻率將發(fā)生變化，儲層流體性質(zhì)不同，侵入帶電阻率變化程度不同，故可以利用不同徑向探測深度電阻率曲線變化差異進(jìn)行流體性質(zhì)評價。不同徑向探測深度電阻率總差異參數(shù)為[8]：

式中：DR 為不同徑向探測深度電阻率總差異參數(shù)，M 2 R1、M 2 R 2、M 2 R 3、M 2 R 6、M 2 R9 、M 2RX為分辨率為2 ft，探測深度分別為10，20，30，60，90，120 in 的陣列感應(yīng)電阻率曲線，Ω·m。

相同地層條件下，氣層比水層、干層更容易侵入，曲線差異更明顯，因此，可以應(yīng)用電阻率曲線總差異參數(shù)DR 區(qū)分氣層、含水層和干層。針對L 地區(qū)19 口井39 層計算了電阻率總差異參數(shù)（圖2）。圖中橫坐標(biāo)為深電阻率曲線，縱坐標(biāo)中DR 為電阻率總差異參數(shù)，可以看出|DR-1|＞0.2 時，地層以產(chǎn)氣為主；|DR-1|＜0.2 時，地層產(chǎn)水或者為干層。

1.1.2 利用反演泥漿侵入深度識別流體性質(zhì)

圖2 電阻率總差異參數(shù)統(tǒng)計

泥漿及濾液侵入地層是一個復(fù)雜的物理過程，受地層物性、儲層流體性質(zhì)、泥漿性能等多種因素的影響。在同一研究區(qū)內(nèi)，儲層物性和泥漿性質(zhì)相同或相近的情況下，儲層流體性質(zhì)對侵入深度影響較大[9-10]；研究區(qū)儲層流體以氣、水為主，在同樣的地層和工程情況下，飽含氣儲層的侵入深度要明顯大于飽含水儲層的侵入深度。根據(jù)這一原理，可以利用侵入深度的大小定性判斷儲層流體性質(zhì)。

中海油服自主研發(fā)的EGPS 測井處理解釋平臺電法模塊集成了陣列感應(yīng)測井反演技術(shù)，通過建立地層電阻率井眼徑向變化模型，利用垂向分辨率一致、徑向探測深度不同的六條電阻率曲線，可以計算出泥漿侵入深度。針對L 地區(qū)19 口井39 層反演得到了泥漿侵入深度（圖3）。圖中橫坐標(biāo)為深電阻率，縱坐標(biāo)為泥漿的侵入深度（LI），可以看出當(dāng)LI＞0.1 m 時，地層以產(chǎn)氣為主；LI＜0.1 m 時，地層產(chǎn)水或者為干層。

圖3 泥漿侵入深度統(tǒng)計

1.2 聲波方法

在含氣地層中，地層縱波速度減小明顯，而橫波速度基本不變，因此，與飽含水地層的縱橫波速度比進(jìn)行比較，結(jié)果表明，含氣地層的縱橫波速度比偏小，并且氣、水的壓縮系數(shù)是不同的，氣的壓縮系數(shù)大，水的壓縮系數(shù)小。根據(jù)氣水的這些性質(zhì)可以識別氣層[11-13]。利用圖版法對L 區(qū)塊有試氣資料的地層進(jìn)行研究，統(tǒng)計對應(yīng)層位的聲波測井響應(yīng)值，建立以下4 個圖版（圖4）。

圖版1：泊松比（POIS）與體積壓縮系數(shù)（CMPR）圖版（圖4a）。將對應(yīng)層位上的數(shù)據(jù)點投影到圖版上，應(yīng)用測試層位數(shù)據(jù)建立氣層下限范圍：泊松比＜0.175，體積壓縮系數(shù)＞0.036。從圖中可以看出，該圖版可以對氣層與非氣層進(jìn)行明顯區(qū)分。

圖版2：縱橫波速度比（Vp/Vs）與敏感參數(shù)（CMPR/POIS）圖版（圖4b）。當(dāng)巖石中天然氣飽和時，地層體積壓縮系數(shù)增大，泊松比減小，構(gòu)建含氣敏感參數(shù)，放大對含氣性的響應(yīng)。在含氣地層中，地層縱波速度減小明顯，而橫波速度基本不變，因此，與飽含水地層的縱橫波速度比相比較，含氣地層的縱橫波速度比偏小。應(yīng)用縱橫波速度比與含氣敏感參數(shù)建立圖版，將測試層位的測井響應(yīng)投影到圖版。應(yīng)用縱橫波速度比-敏感參數(shù)建立流體識別象限：以CMPR/POIS=0.32，Vp/Vs=1.62 為標(biāo)準(zhǔn)劃分象限，第四象限主要為氣層，第二象限不含氣層。

圖版4：縱橫波速度比與拉梅系數(shù)圖版（圖4d）。將測試層位的數(shù)據(jù)點投影到圖版上， 應(yīng)用測試層位數(shù)據(jù)建立氣層上限范圍：縱橫波速度比＜1.62，拉梅系數(shù)＜8.5 GPa。

圖4 流體性質(zhì)識別

1.3 相關(guān)系數(shù)法

針對區(qū)域流體識別難題，還發(fā)展了一套基于常規(guī)測井資料的新方法——相關(guān)系數(shù)法[4]。通過對常規(guī)測井資料深入挖掘，以阿爾奇公式為理論依據(jù)，使用密度孔隙度與電阻率對已經(jīng)測試的層位進(jìn)行回歸分析，求取冪函數(shù)的相關(guān)系數(shù)。

Archie 模型證實了電阻率測井響應(yīng)與孔隙度及含氣飽和度具有相關(guān)性，為利用電阻率測井與孔隙度測井的相關(guān)性判別復(fù)雜儲層流體性質(zhì)提供了理論基礎(chǔ)。用深側(cè)向RD 或者深感應(yīng)M2RX表示地層電阻率， 用密度測井計算得到的孔隙度表示儲層的孔隙度。

根據(jù)Archie 公式，對于水層或者干層，可得到：

式中：RT 為地層電阻率，Ω·m；C 為常數(shù)，無量綱；φ 為孔隙度，%；m 為膠結(jié)指數(shù)，無量綱。

根據(jù)式（2），對于水層或者干層，電阻率與孔隙度呈冪函數(shù)關(guān)系。

對于氣層，可以得到：

式中： Sw為含水飽和度，%；n為飽和度指數(shù)，無量綱。

根據(jù)式（3），對于氣層，電阻率不僅受物性影響，而且受含氣飽和度影響，所以電阻率與孔隙度相關(guān)性差。

R2定義為密度孔隙度與電阻率測井冪函數(shù)關(guān)系的相關(guān)系數(shù)。干層或者水層中，二者相關(guān)性較強(qiáng)，而含氣層中相關(guān)性變差。

通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)（圖5），對于該地區(qū)來說，干層及水層相關(guān)系數(shù)基本在0.2 以上，而工業(yè)氣層相關(guān)系數(shù)基本小于0.2。

圖5 相關(guān)系數(shù)與產(chǎn)量交會分析

根據(jù)上述分析，將流體性質(zhì)識別方法總結(jié)如下（表1）。

表1 流體性質(zhì)定性識別方法

2 產(chǎn)水量預(yù)測

2.1 產(chǎn)水量預(yù)測模型

根據(jù)以上分析，電阻率法、聲波法、相關(guān)系數(shù)法等對流體性質(zhì)皆有一定指示作用，但單一方法停留在定性識別階段。

通過以上圖表分析，R2＞0.2，RT＜30 Ω·m，POIS /CMPR 較大時，產(chǎn)水風(fēng)險提高。 因此，綜合相關(guān)系數(shù)、電阻率、聲波信息，放大其對儲層產(chǎn)水的指示作用，構(gòu)建產(chǎn)水指數(shù)：

由圖6 可見，產(chǎn)水指數(shù)與儲層測試產(chǎn)水量相關(guān)性較好：

利用產(chǎn)水指數(shù)可對儲層產(chǎn)水量作出劃分（表2）：①當(dāng)產(chǎn)水指數(shù)≤5 時，儲層低產(chǎn)水，產(chǎn)水量≤4 m3/d；②當(dāng)產(chǎn)水指數(shù)為5～15 時，儲層中產(chǎn)水，產(chǎn)水量4～10 m3/d；③當(dāng)產(chǎn)水指數(shù)≥15 時，儲層高產(chǎn)水，產(chǎn)水量≥10 m3/d。

圖6 產(chǎn)水指數(shù)與產(chǎn)水量關(guān)系

2.2 應(yīng)用實例

A 井壓裂層段為1 817.4～1 839.6 m，試氣結(jié)果為產(chǎn)氣0.79×104m3/d，產(chǎn)水5.72 m3/d。該段電阻率為26.36 Ω·m，測井計算孔隙度11%，泊松比0.159，體積壓縮系數(shù)0.048，POIS/CMPR 為3.312 5，相關(guān)系數(shù)0.426 5，產(chǎn)水指數(shù)8.04，預(yù)測產(chǎn)水量6.17 m3/d。預(yù)測結(jié)果與生產(chǎn)實際吻合較好。

表2 利用產(chǎn)水指數(shù)劃分產(chǎn)水級別

3 結(jié)論

（1）利用電阻率方法、聲波方法及相關(guān)系數(shù)法建立了多套流體性質(zhì)識別圖版，能對產(chǎn)水層進(jìn)行定性識別。

（2）綜合聲波、電阻率、物性電阻率相關(guān)性信息構(gòu)建了產(chǎn)水指數(shù)，能有效劃分儲層產(chǎn)水級別，產(chǎn)水指數(shù)越大，高產(chǎn)水風(fēng)險越大。