臨興區塊致密砂巖儲層錄測綜合評價方法研究

劉 暢,袁勝斌,沈 揚,陳 偉

(中法渤海地質服務有限公司,天津 300457)

2012年,賈承造等針對致密油氣藏勘探給出了十條評價指標,但并沒有立足于致密氣氣田開發的實際評價方法;2013年孫建孟針對非常規油氣提出新“七性”測井評價方法,但測井對油氣生成與運移研究嚴重不足且評價成本較高。致密砂巖儲層具有豐富的潛在油氣資源,但其巖性結構復雜[1],使用常規手段很難采出,將脆性指數作為可壓性評價參數來表征巖石的可壓性已經成為一種必要手段[2-7]。巖石彈性參數法需陣列聲波測井,成本較高,難度較大[8-9]。基于錄井資料的巖石礦物組分法和元素含量法能夠準確分析巖石本構屬性,計算巖石脆性指數,具有連續性強、樣品充足的特點。但僅考慮脆性指數無法準確評價儲層含氣性,需要其他評價參數作為支撐,因此結合錄井氣測響應特征綜合錄測5參數建立了評價指標EI,為致密砂巖氣儲層壓裂段優選提供理論依據。

1 氣測錄井響應特征

1.1 氣測異常倍數

氣測異常倍數通常被認為是某氣測異常井段氣體全烴值與全烴基值(背景值)的比值;烴組分異常倍數為某井段烴組分異常值與對應組分基值的比值,通常選取大套非儲層的氣測烴組分值作為基值,全烴異常倍數與烴組分異常倍數都能夠反映油氣層的好壞,是評價油氣水層的重要參數[10]。

根據研究區內氣測異常響應特征,優選甲烷異常倍數作為分析對象,甲烷異常倍數能夠直接反映氣測烴組分中甲烷含量變化幅度的大小。因各井之間脫氣設備的非定量會造成差異,因此優選“異常幅度”參數而非直接氣測測量數據。

1.2 甲烷單位巖石體積

氣測值表示的是鉆頭在單位時間內破碎巖石所釋放氣體相對體積。鉆進時鉆井參數和鉆遇地層巖性結構不斷變化,導致單位時間破碎地層巖屑量并不是一個穩定值。無論是單井的縱向對比,或者多井的橫向對比都大大降低了可比性。單位巖石氣體體積法模型是基于快速定量氣測錄井新技術Reserval的特點開發的一種解釋模型,該模型解釋數值直接與鉆井工程參數、地層孔隙度、地層壓力以及孔隙中流體性質相關,計算甲烷單位巖石體積模型如下:

VOLC1=K1×K2×ROP×Flwpmp×VC1×D2

(1)

式中:VOLC1為單位體積巖石所含甲烷值,L/L;K1為與脫氣器單位時間所脫泥漿量,色譜分析儀單位時間進樣量以及單位換算相關的常量;K2為不同泥漿體系中甲烷脫氣效率倒數;ROP為鉆時,min/m;Flwpmp為泥漿泵排量,L/min;VC1為實測甲烷值,ppm;D2為井眼尺寸或鉆頭尺寸,cm。

為消除致密氣層中其他工程參數的影響,優選“氣體單位巖石體積”參數。結合C1異常倍數利用兩種氣測衍生參數建立氣測評價圖版,圖版能夠有效識別儲層流體性質(圖1)。利用氣測衍生參數能夠有效劃分氣層、差氣層、干層,參數的劃分區間比較明顯,能夠更好地區分不同儲層的含氣性。結合氣測曲線形態,對不同流體性質儲層進行解釋評價,可有效識別儲層含氣性,建立臨興區塊氣測評價標準(表1)。

表1 氣測評價標準

圖1 C1異常倍數與VOLC1交會圖版

2 脆性評價標準的建立

2.1 基于彈性參數法計算脆性指數

楊氏模量和泊松比是評價儲層脆性指數的關鍵參數[8-9]。楊氏模量是巖石破裂后形成裂縫的能力,其值越高,巖石越易破碎形成裂縫;泊松比是巖石受到外力時,抵抗巖石破碎的能力,其值越高,越不易形成裂縫。楊氏模量和泊松比可由聲波測井數據進行計算,如式(2)、(3)所示:

(2)

(3)

式中:νd為動態泊松比,小數;Ed為動態楊氏模量,GPa;DTS為橫波時差測井值,μs/ft;DTC為縱波時差測井值,μs/ft;DEN為密度測井值,g/cm3。

將二者各取50%權值進行歸一化處理,整理后得到脆性指數表達式,如(4)式所示:

(4)

其中,Δv和ΔE分別為:

Δv=(vmax-vs)/(vmax-vmin)

(5)

ΔE=(Es-Emin)/(Emax-Emin)

(6)

式中:BI為脆性指數,%;Δν為歸一化的泊松比,小數;ΔE為歸一化的楊氏模量,小數;νmax、νmin為某層段最大、最小靜態泊松比;Emax、Emin為某層段最大、最小靜態楊氏模量;Es為靜態楊氏模量,GPa;νs為靜態泊松比。

利用巖石力學實驗數據和測井數據建立了研究區動靜態巖石力學參數的轉換模型,如式(7)、(8)所示:

Es=0.416Ed+0.425

(7)

vs=0.516vd+0.231

(8)

基于常規方法計算脆性指數對測井資料品質要求較高且需要開展巖石力學實驗,在測井資料不全時無法應用,因此該方法不具有普遍適用性。

2.2 基于常規測井曲線計算脆性指數

多元回歸較單因素回歸考慮到更多的影響因素,DEN、CNL、AC和GR等測井值能夠較好地反映頁巖儲層的脆性,計算精度更高。研究分析聲波彈性參數法計算的脆性指數與這些測井曲線的相關性,可以建立致密砂巖儲層脆性指數的測井計算公式。

BIGR=-0.62GR+86.37 (R=0.836)

(9)

BICNL=-1.78CNL+83.29 (R=0.926)

(10)

BIDEN=9.53DEN+10.89 (R=0.253)

(11)

BIDTC=-1.52DTC+157.92 (R=0.835)

(12)

通過對研究區塊測井數據與常規方法計算的脆性指數擬合回歸發現,BI隨GR的增大而減小,二者相關性較好;BI隨CNL的增大而減小,二者負相關性較好;BI隨DTC的增大而減小,φ和CNL相關性較好,BI隨DEN的增大而增大,但二者相關性較差(圖2)。因此,選用GR、CNL、DTC進行多元回歸,其相關性更好,計算精度更高。

圖2 脆性指數與GR、CNL、DEN和AC測井值關系

綜合利用GR、CNL、DTC建立的脆性指數計算公式為:

BIcj=-1.268CNL-0.137GR-0.06DTC+85.189 (R=0.909)

(13)

式中:BIGR為伽馬測井值計算的脆性指數,%;BICNL為中子測井值計算的脆性指數,%;BIDTC為聲波時差測井值計算的脆性指數,%;GR為伽馬測井值,API;CNL為中子測井值,%。

建立的脆性指數計算模型只需要簡單的常規測井資料即可計算脆性指數,無需開展巖石力學實驗,節約了成本,計算結果準確合理,后期能夠為致密砂巖儲層壓裂施工提供評價依據。

2.3 基于XRD和XRF資料計算脆性指數

XRD和XRF技術通常在巖性識別和地層層位的卡取方面有較為突出的效果,應用十分廣泛[11]。現場綜合錄井結合分析化驗能夠定量描述地層礦物組成和元素組分含量。基于XRD和XRF數據,通過礦物和元素組分法能準確計算脆性指數[12],該方法具有非常良好的連續性和即時性。

通過XRD和XRF分析,優選臨興區塊石盒子組致密砂巖的敏感礦物為石英、方解石、白云石和黏土礦物。優選與礦物含量呈正相關的元素,即用Si元素含量計算砂質含量。用K、Al、Fe、Ti元素中相關性最好的元素含量計算泥質含量,用Ca元素計算灰質含量。隨后將計算的泥質、砂質及灰質含量進行歸一化處理,計算脆性指數BIys。研究表明,石英、碳酸鹽巖礦物為脆性礦物,研究區碳酸鹽巖類礦物含量遠小于石英含量,因此優選石英為主要脆性礦物,建立了致密砂巖脆性指數模型。

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

式中:Qhz、Qsz、Qnz為灰質含量、砂質含量、泥質含量,%;Camin、Simin、Kmin、Camax、Simax、Kmax分別為鈣元素、硅元素、鉀元素最小值和最大值;Qsy為石英含量,%;Q(石英+方解石+白云石+黏土礦物)為總礦物含量,%。

建立的礦物元素法脆性指數計算模型考慮了巖石的本構組成,數據量大且能夠隨鉆即時計算儲層脆性指數,計算結果合理,可指導鉆頭向可壓性較好的儲層鉆進,為后期壓裂施工提供理論依據。

3 綜合評價標準的建立

研究區塊石盒子組儲層以巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主,孔隙類型主要以粒間孔、溶孔為主。孔隙度為4.05%～23.50%,平均值為9.05%;滲透率為0.10×10-3～53.07×10-3μm2,平均值為2.56×10-3μm2。儲層物性較差,具有低孔低滲的特點,“四性”關系復雜,并伴有低阻氣,測井評價難度高。溶蝕作用對孔隙結構具有一定的改善作用,提高了儲層物性條件,能夠形成有效的油氣儲集空間。儲層壓力梯度為0.76～1.14 MPa/100 m,平均為0.94 MPa/100 m,為常壓氣層,氣層溫度為38.39～57.58 ℃,地溫梯度為3.01 ℃/100 m,屬正常地溫系統。

對臨興區塊壓裂井錄測資料進行整理統計,優選錄井氣測參數、XRD、XRF、測井計算的脆性指數,結合已有的測試、取樣數據,將儲層劃分為三個類別,其中Ⅰ類儲層代表壓裂后有產能,Ⅱ類儲層代表壓裂后有一定產能但無商業價值,Ⅲ類儲層代表無產能(表2)。

表2 致密砂巖氣層綜合解釋評價指標

優選參數較多,直接在實際中運用存在一定難度,因此將優選參數進行歸一化處理,建立了該區域錄測綜合解釋指標EI,最終建立的評價標準見表3。

表3 致密砂巖氣層綜合解釋評價標準

(19)

(20)

(21)

式中:ΔQI為氣測衍生參數歸一化值,小數;ΔBI為脆性參數歸一化值,小數;QIycbsmax、QIycbsmin為異常倍數最高值和最小值,小數;QIVOLC1max、QIVOLC1min為VOLC1最高值和最小值,小數;BIcjmax、BIcjmin為測井脆性指數最高值和最小值,小數;BIkwmax、BIkwmin為礦物脆性指數最高值和最小值,小數;BIysmax、BIysmin為元素脆性指數最高值和最小值,小數;EI為有效指數,小數。

4 應用實例

解釋標準應用于臨興區塊取得了非常好的效果。以臨興區塊LX-a井鉆遇石盒子組致密砂巖儲層為例,分析井段1 478～1 484 m巖性為淺灰色細砂巖,氣測全量絕對值7.9%～24.1%,異常倍數為20.2～61.7,VOLC1為8.9～58.3;BIkw計算值為42.9%～45.3%,BIcj計算值為50.8%～62.8%,BIys計算值為64.8%～65.0%,EI值為0.67～0.75(表4)。根據建立的致密砂巖氣層綜合解釋評價標準,綜合判定為Ⅰ類儲層(圖3)。本段儲層進行了壓裂測試,壓前無產能,用2、3、5、6、8、10、12 mm油嘴進行放噴排液31 d又2 h,油壓22.5 MPa降至1.0 MPa,套壓20 MPa降至4 MPa,氣舉73 h,累計排液291.72 m3,返排率83.31%。氯根4 608～17 725 mg/L,黏度1 mPa·s,pH值7,點火可燃,火焰橘黃,焰高1.0～1.5 m。經過多次開關井后,地層被激活,6 mm油嘴日產氣量4 100 m3,達到了解釋標準的預期評價效果。

圖3 LX-a井綜合解釋成果

表4 LX-a井綜合評價參數

建立的VOLC1與C1異常倍數交會圖版和解釋標準,能有效識別儲層含氣性。利用GR、CNL、DTC曲線和XRD、XRF計算脆性指數,結果合理可行,可有效評價儲層脆性。根據綜合評價標準,1 478～1 484 m評價為Ⅰ類儲層,評價結論與實際測試效果一致。

5 結論

1)GR、CNL、DTC測井曲線與脆性指數成負相關性,其中CNL測井曲線與脆性指數相關性最好,其次為GR和DTC曲線;DEN測井曲線與脆性指數成正相關關系,但相關性較差,原因是DEN測井曲線受井眼環境影響明顯;

2)基于GR、CNL、DTC測井曲線計算脆性指數,結果合理可行,但若非隨鉆測井數據,計算結果存在滯后性。可結合XRD、XRF資料計算脆性指數,該方法考慮巖石本構屬性,數據量大且易獲取,結果準確合理具有即時性,值得推廣;

3)利用C1ycbs、VOLC1、BIkw、BIcj、BIys多參數建立的致密砂巖有效性指數EI,能夠準確劃分儲層類別,由前期的靜態儲層評價轉變為動態評價,為后期壓裂施工提供儲層評價依據。