試井資料在復雜碳酸鹽巖儲層類型識別中的應用
——以磨溪地區震旦系碳酸鹽巖儲層為例

胡 燕 易 勁 歐家強 袁 權 郭靜姝 蔡珺君 顏 平

1.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦 2.中國石油西南油氣田公司川中北部采氣管理處3.中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院 4.成都理工大學能源學院

0 引言

儲層類型識別是氣藏開發的基礎，目前的研究方法有：巖心觀察、薄片、測井、錄井、地震等實驗手段和方法[1]。近期在儲層類型識別方面已有大量的研究成果，如：周紅濤、趙永剛、傅海成等在塔里木盆地提出基于測井響應特征識別儲層類型的方法[2-4]；郝敏哲等在鄂爾多斯盆地提出巖心描述識別儲層類型的方法[5]；楊鵬飛、朱正平等在塔里木盆地提出基于地震響應特征識別儲層類型的方法[6-7]。上述儲層類型識別方法都局限于某種單一的地質研究手段，各有優缺點，如：測井以及巖心描述的精度高，但研究對象是單井，研究范圍較小；地震的覆蓋范圍大，但是對儲層的識別精度較低[8]。在一些非均質性強的碳酸鹽巖儲層中，發育不同尺度的孔、洞和縫[9]；另外，如果在生產井投產前進行過酸壓改造，會進一步增加儲滲空間的復雜性。

相較于前述地質研究方法，試井的研究對象是地下流體的滲流過程，劃分的儲層類型更符合油氣井的實際生產特征。近年來，在識別碳酸鹽巖儲層的類別方面，試井技術已經得到現場推廣[10-12]。但是，在復雜碳酸鹽巖儲層的試井解釋中，仍存在下面幾個問題：①如果生產井在增產改造后投產，在分析試井曲線時，如何甄別增產改造的影響，進而判斷儲層的原始類型？②孔-洞型儲層和縫-洞型儲層的滲流模型都同屬于雙重介質類型，僅從試井曲線的形態難以區分，在試井解釋中如何綜合識別？

針對以上問題，本文以磨溪地區上震旦統燈影組臺緣帶碳酸鹽巖儲層為例，通過對研究區的儲層類型進行先導分析，總結工區氣井的試井曲線特征后，提出一套基于試井資料的儲層類型分析方法。

1 根據取心和鉆完井資料識別儲層類型

磨溪地區燈影組臺緣帶碳酸鹽巖儲層位于四川盆地川中古隆平緩構造區的威遠—龍女寺構造群，東至廣安構造，西鄰威遠構造，南與川東南中隆高陡構造區相接，屬川中古隆平緩構造區向川東南高陡構造區的過渡地帶。

根據磨溪區塊燈影組四段儲層的單井取心、成像測井以及鉆井液漏失等資料，可用于識別儲層類型。

1.1 基于鉆井取心識別儲層類型

現場巖心描述和常規薄片鑒定等分析結果表明：磨溪區塊燈影組臺緣帶氣藏的儲集巖主要是富含菌藻類的藻凝塊云巖、藻疊層云巖、藻砂屑云巖；孔隙以晶間、粒間溶孔為主；溶洞以順層狀溶洞為主；裂縫以構造縫、構造-溶蝕縫為主。在孔-洞型巖心上，可觀察到溶蝕孔洞發育，溶洞以小洞為主。與之對照，縫-洞型碳酸鹽巖儲層段取心收獲率低，收獲的巖心一般較破碎[1]。

1.2 基于成像測井的儲層類型分析

在FMI成像測井圖中，能夠定性反映儲集層類別。縫-洞型儲層儲集空間以較大的溶洞為主，裂縫發育，成像測井可見較大的黑色斑塊。

如圖1所示，在A井燈影組四段下部5 315.5～5 318.0 m處成像測井圖中，顯示一條暗色正弦曲線，表征一條斜交縫。

圖1 A井成像測井圖

孔-洞型儲層的儲集空間以溶洞和溶孔為主，裂縫不發育。如圖2所示，成像圖上顯示團塊狀高電導異常，孔洞顏色隨著孔隙度的增大而變深。

圖2 C井成像測井圖

根據成像測井統計結果，在磨溪區塊燈影組儲層中，裂縫的總體發育程度較低，平均在0.2條/m左右；溶蝕孔洞發育，但主要以小孔和微孔為主。

1.3 基于泥漿錄井資料識別儲層類型

縫-洞型儲層和孔-洞型儲層在較小的壓差下會發生漏失。統計磨溪臺緣地層的鉆井記錄發現：在20口井中，有15口井出現不同程度的漏失，比例高達75%。漏失量為9.8～4 554.2 m3，差異性較大。由于縫-洞型儲層的裂縫與洞穴搭配關系較好，儲層的發育規模往往大于孔-洞型儲層。在鉆井過程中，縫-洞型儲層的漏失量較孔-洞型儲層大。

綜合以上研究，可以將磨溪臺緣帶碳酸鹽巖儲層劃分為3種儲層類型：孔隙型、孔-洞型、縫-孔洞型。

2 儲層的壓力恢復試井曲線特征

壓力恢復試井可表征氣井壓降漏斗范圍內的滲流特征，研究的覆蓋范圍遠大于測井和巖心描述，準確度高于地震解釋[13]。下面先分析各類儲層中直井的試井曲線特征。

2.1 單一介質儲層模型

單一介質儲層模型主要適用于孔隙型儲層，在雙對數試井曲線上表現為0.5水平直線（圖3）。

圖3 單一介質的試井曲線示意圖

2.2 雙孔介質模型

在磨溪燈影組臺緣帶儲層，相較于縫-洞和孔-洞，基質孔隙的滲透率極低，所以滲流模型常表現為雙重介質類型，不是三重介質類型。根據工區的成像測井統計結果，在縫-洞型儲層中，裂縫的發育程度不高；另外，在孔-洞型儲層中，主要發育小孔和微孔。因此，在磨溪區塊臺緣帶的縫-洞型儲層和孔-洞型儲層，都適用雙重介質中的雙孔模型，不是雙滲模型（圖4）。

圖4 雙孔地層試井曲線示意圖

縫-洞型和孔-洞型儲層的試井曲線形態是相似的，無法從試井曲線特征上來區分儲層類型。但是，根據其中儲容比和竄流系數兩個參數的定義，可以將這兩種儲層類型分開。

2.2.1 儲容比

在單位體積巖石內，每改變一個大氣壓力，裂縫孔隙體積變化與巖石總孔隙體積的比值就是巖石的儲容比。其表達式為：

根據式（1），如果高滲介質的孔隙度越大，則儲容比應該越大，反之則越小。

2.2.2 竄流系數

表征流體從基質流到裂縫的能力。其表達式為：

式中α表示形狀系數；Kf表示高滲介質的滲透率，mD；Km表示低滲介質的滲透率，mD；rw表示井筒的半徑，m。

根據式（2），高滲介質與低滲介質的滲透率差距越大，則竄流系數應該越小，反之則較大。

在式（1）、（2）中，下標f代表高滲介質。在磨溪燈影組臺緣帶的縫-洞型儲層，由于洞的尺度較小，高滲介質是裂縫；對于孔-洞型儲層，高滲介質是洞。

根據磨溪燈影組臺緣帶儲層的孔、縫、洞的孔隙度和滲透率特征，可作以下推斷：

①就儲集能力而言，溶洞>孔隙>裂縫。因此，孔-洞型儲層的儲容比大于縫-洞型儲層的儲容比；

②就滲透率而言，裂縫>溶洞>孔隙。裂縫與溶洞之間的滲透率差距，遠小于溶洞與孔隙之間的滲透率差距。因此，縫-洞型儲層的竄流系數大于孔-洞型儲層的竄流系數[14]。

因此，根據儲容比以及竄流系數的值，可以區分孔-洞型儲層以及縫-洞型儲層。

3 試井甄別增產改造的影響

根據目前直井的改造工藝，可能會有兩種可能的結果。

3.1 形成單一壓裂縫

在酸壓過程中，如果只形成一條以井筒為軸線對稱擴展的雙翼縫，在雙對數曲線的早期段，出現線性或雙線性裂縫滲流特征（圖5、6）。

圖5 有限導流垂直裂縫的試井曲線圖

圖6 無限導流垂直裂縫的試井曲線圖

3.2 形成網縫

在磨溪區塊燈影組臺緣帶氣藏，目前有3套酸壓工藝：①在縫洞發育的儲層，采用緩速酸酸壓工藝疏通縫洞；②在縫洞較發育儲層，采用深度酸壓工藝溝通縫洞；③在縫洞欠發育儲層，采用復雜網縫酸壓形成網縫，盡量增加改造體積。

在酸壓過程中，如果在近井帶地層中形成復雜的網縫，在雙對數曲線的早期段，無明顯的線性或雙線性裂縫滲流特征。在雙對數曲線，會表現出內好外差的徑向復合型儲層特征（圖7）。

圖7 直井的徑向復合地層的試井曲線圖

4 井型對試井識別儲層類型的影響

目前，在采用試井資料分析地層類別時，所采用的滲流模型和特征曲線都是基于直井井型建立的。但是，井型同樣也會對試井曲線造成影響，從而干擾儲層類型的識別。到2020年12月為止，在磨溪氣田燈影組臺緣帶的生產井中，有大斜度井和水平井共34口，直井8口，討論井型對試井曲線的影響是必要的。

4.1 斜井及水平井的試井曲線特征

在鉆完井中，“斜井”泛指井軌跡具有傾斜角度的井[15]。但是，在試井分析中，“斜井”是指在儲層段的井軌跡與鉛垂線成一定角度θ的井[16]

斜井的雙對數曲線示意圖如圖8所示：

圖8 斜（水平）井的理論試井曲線圖

從圖8可以看出，斜井的壓力導數曲線包含4個流動階段[17-19]，特征分別為：

①早期的純井儲階段，在壓力及壓力導數曲線上反映為45°直線上升；

②早期徑向流期，壓力波尚未傳到儲層的上下蓋層,在壓力導數曲線上反映為出現第1個水平直線段，反映了垂直徑向滲流段的特征；

③過渡流段，壓力導數曲線上表現為一條斜率為0.5的斜直線段。

④擬徑向流期，壓力導數曲線上反映為出現第2個水平直線段，即0.5水平線，反映了水平徑向滲流段的特征。

水平井的試井響應特征與斜井相似[20]，也呈明顯的4段特征。

4.2 井斜角對試井曲線的影響

目前，磨溪區塊的斜井一般是井斜角大于60的大斜度井。為了討論井斜角對試井曲線的影響，采用試井軟件模擬了不同井斜角的試井曲線。

從圖9中可以看出：隨著井斜角逐漸增大，試井曲線逐漸呈現出水平井的特征。

圖9 不同井斜角的試井曲線圖

對比圖7和圖8、圖9發現：受井斜角的影響，斜井的試井曲線與直井在徑向復合地層（外區物性變差）的試井曲線特征非常相似。所以，在應用試井資料進行儲層類型識別的時候，應當盡量選擇直井，避免井型對儲層類型識別結果產生干擾。

5 綜合分析流程

1)排除井型對儲層識別的干擾

在儲層類型識別中，首選直井的試井資料進行分析。

2)基于取心和鉆完井資料預判儲層類型

在試井分析前，應盡量收集巖心描述、成像測井以及鉆井液漏失等資料，綜合識別儲層類型。

3）根據壓裂工藝預判近井地帶的儲層類型

考慮增產改造的有效性，增產改造對儲層的滲流規律的影響可以分為兩種情況。

①孔隙型儲層

對于孔隙型儲層，如果酸壓成功在近井地帶形成縫網，氣井的滲流規律應符合“單一介質+徑向復合”模型。反之，如果縫網改造不成功，應為“單一介質”模型。

②孔-洞型和縫-洞型儲層

如果酸壓改造成功，應為“雙孔介質+徑向復合”模型。反之，應為“雙孔介質”模型

4）甄別孔-洞型儲層和縫-洞型儲層

圖10所示：①由于經過了酸壓改造，儲層物性已經發生變化。在徑向復合模型中，內區的試井曲線段表征近井地帶的滲流特征；②在徑向復合模型中，外區的試井曲線段表征了儲層的原始滲流特征。

圖10 雙孔介質+徑向復合地層試井曲線圖

所以，在進行儲層識別時，應選用徑向復合模型外區的試井曲線段。根據外區的儲容比以及竄流系數的值，可以區分孔-洞型儲層以及縫-洞型儲層：孔-洞型儲層的儲容比大于縫-洞型儲層的儲容比；縫-洞型儲層的竄流系數大于孔-洞型儲層的竄流系數。

6 分析實例

6.1 實例井選擇

通過上文的分析，斜井和水平井會對試井曲線造成影響，進而干擾儲層類型的識別結果。因此，應當選用直井開展儲層類型分析。本次分析選擇的實例井A井和C井在產層段均為直井。A井和C井的產層段以及相應的井斜角如表1所示。

表1 A井和C井的井身軌跡表

6.2 基于取心和鉆完井資料預判儲層類型

6.2.1 A井產層的儲層類型

A井燈影組儲層厚度78.1 m，有效厚度49.2 m。在5 405.75～5 419.61 m井段，取心13.86 m，共觀察到大洞64個，中洞254個，小洞1 620個；泥質充填縫12條。

成像測井觀察到產層段發育裂縫13條，縫密度0.26條/m，主要發育在2#儲層（圖11）。

圖11 A井儲層成像測井解釋成果圖

鉆井過程中在5 400～5 403 m井段發生井漏，一共漏失鉆井液36.6 m3。

初步判斷A井的局部井段存在天然裂縫，但整體的裂縫發育程度不高，產層為縫-洞型儲層。

6.2.2 C井產層的儲層類型

C井燈影組儲層厚度100.6 m，有效厚度93.9 m。在5 299～5 401 m井段取心進尺21.86 m。巖心觀察溶蝕孔、洞較發育，見小洞524個，中洞116個，大洞22個。

常規測井資料指示孔隙較發育，陣列聲波能量衰減較明顯,電成像資料指示溶蝕孔洞較發育（圖12）。另外，核磁共振測井也指示孔隙結構以小孔為主，局部有中孔。

產層段鉆井過程未發生井漏。初步判斷C井產層為孔-洞型儲層。

A井和C井產層段都進行了酸壓改造。其中，A井2013年12月進行酸壓改造,一共注入酸液283.50 m3；C井2015年7月進行酸壓改造,一共注入酸液318.86 m3。

基于巖心描述、成像測井以及鉆井液漏失等資料，A井和C井鉆遇的原始地層符合圖5描述的“雙孔介質”模型。在酸壓改造施工中，A井和C井的施工規模較大。如果在近井區形成縫網，其物性應好于遠井區的原始地層。因此，在A井和C井的井控區，滲流特征均應符合圖14描述的“雙孔介質+徑向復合”模型的特點。

6.3 根據試井曲線儲層識別類型

A井在2019年5月的壓力恢復試井，試井模型選擇“雙孔介質+徑向復合”，試井曲線如圖13所示。

圖13 A井壓力恢復試井曲線

C井在2018年進行了壓力恢復試井測試，試井模型選擇“雙孔介質+徑向復合”，試井曲線如圖14所示。

圖14 C井壓力恢復試井曲線圖

從圖13和圖14中，可發現兩口井的試井曲線形態特征非常相似，都符合圖10描述的“雙孔介質+徑向復合”模型的試井曲線形態：①在內區的試井曲線段，表現出雙孔介質竄流段特有的凹型特征；②在外區的試井曲線段，也表現出雙孔介質竄流段特有的凹型特征。

但是，僅從試井曲線形態，無法區分兩井鉆遇的原始儲層的類型差異。根據“雙孔介質+徑向復合”試井模型，外區（原狀地層）試井解釋結果如表2所示。

表2 試井解釋的地層參數表

對比兩井的徑向復合模型外區的試井解釋結果：A井竄流系數大于C井竄流系數；同時，A井的儲容比小于C井的儲容比。結合前文的分析，A井的儲層應該為縫-洞型儲層；C井的儲層應該為孔-洞型儲層，與前述中的儲層類型預判結果一致。

綜上所述，應用試井解釋的地層的儲容比以及竄流系數的值，劃分的儲層類型符合前期的地質研究認識。

7 結論

1）根據試井曲線識別儲層類型時，需要排除井型差異對試井曲線的影響，首選直井開展試井分析。

2）磨溪區塊臺緣帶燈影組的儲層主要為孔-洞型以及縫-洞型。由于酸壓改造的影響，近井地帶形成了網狀裂縫，儲層物性變好。應選擇“雙孔介質+徑向復合”的試井模型。在徑向復合模型中，內區的試井曲線表征了近井地帶的特征，即酸壓改造形成的縫網的物性；外區的試井曲線表征了遠井區的儲層的特征，即未受酸壓改造影響的原始儲層的物性。

3）根據試井解釋結果統計，所有直井的遠井區具有雙孔介質的特征，表明臺緣帶的地層具有雙重介質的滲流特征。基于竄流系數以及儲容比的解釋結果，孔-洞型儲層的儲容比大于縫-洞型儲層的儲容比；縫-洞型儲層的竄流系數大于孔-洞型儲層的竄流系數。因此，可以通過遠井區的儲容比以及竄流系數區分孔-洞型以及縫-洞型儲層。