楊世奪,雷 霄,蔡 軍,吳紅霞

(1.中國地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院,北京100083;2.中海石油有限公司湛江分公司,廣東湛江524057; 3.斯倫貝謝中國公司數(shù)據(jù)與咨詢服務(wù)部門,北京100015)

0 引 言

潿洲6-1油田是位于南海北部灣海域的石炭系灰?guī)r潛山油田,水深在30 m左右[1]。目前,該油田日產(chǎn)原油2 000～3 000桶,最高日產(chǎn)能達(dá)到3 700桶。

潿洲6-1油田的主力油氣藏為古潛山、斷塊、巖性復(fù)合圈閉的裂縫-溶孔、溶洞型復(fù)雜油氣藏[2]。主要產(chǎn)層為古近系流沙港組三段和石炭系碳酸鹽巖潛山地層。該流三段巖性主要是細(xì)粒、中粒砂屑灰?guī)r和灰色碳酸鹽巖角礫;角礫的主要成分為灰?guī)r或白云巖組成。碳酸鹽巖產(chǎn)層巖性包括灰?guī)r、骨架顆粒和次生白云巖;頂部碳酸鹽巖風(fēng)化帶是有利的產(chǎn)層段,其分布具有很高的不確定性,僅1口探井鉆遇證實。碳酸鹽巖中的裂縫非常發(fā)育,方解石充填現(xiàn)象嚴(yán)重。碳酸鹽巖儲層平均孔隙度為5.8%,風(fēng)化帶高達(dá)16%;具有統(tǒng)一的油水壓力系統(tǒng)。

2006年該油田部署了2口水平開發(fā)井A1h和A2h。這2口水平井設(shè)計井軌跡是鉆穿碳酸鹽巖角礫風(fēng)化殼進(jìn)入碳酸鹽巖儲層。由于風(fēng)化殼分布的不確定性和鉆探過程中的井壁穩(wěn)定性問題,使得測井序列的選擇成為水平井鉆成功與否的關(guān)鍵。

1 測井工具的選擇及特點

選擇了斯倫貝謝公司隨鉆可視系列GVR(geo-VISION)和 ADN(adnVISION)隨鉆測井工具。GVR能提供方位地層伽馬測量和5條側(cè)向電阻率測量,包括近鉆頭電阻率、線圈電阻率和3個方位紐扣電阻率測量[3-4]。其中,近鉆頭電阻率能提供較早的巖性變化指示;線圈電阻率提供深的聚焦電阻率測量;3個方位紐扣電阻率測量具有3個不同的探測深度,每個紐扣電極旋轉(zhuǎn)1周提供56個電阻率值。當(dāng)工具在井中旋轉(zhuǎn),這3個紐扣電極也能提供井眼周圍3個清楚的電阻率圖像。

ADN能提供密度、熱中子孔隙度和超聲波井徑測量[3]。ADN也能提供方位測量。在存儲模式和實時模式里,提供方位性的密度、光電指數(shù)和超聲波井徑數(shù)據(jù)。

2 基于隨鉆電阻率成像測井的綜合解決方案

在多種井眼圖像中,最常用的是電阻率圖像,一種是電纜工具采集的圖像,如地層微電阻率圖像(FMI)[5];另一種是隨鉆測井工具采集的圖像,如GVR工具。2種圖像之間的分辨率差異決定了能提供的地質(zhì)解釋的不同。電纜電成像的分辨率高,如FMI的縱向和橫向分辨率為0.2 in(非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同),能進(jìn)行巖石結(jié)構(gòu)、巖石成分和沉積特征描述;隨鉆電成像的圖像分辨率相對較低,如 GVR的縱向和橫向分辨率為1 in,通常它們限于用來計算地層傾角和構(gòu)造分析及裂縫識別[6]。

2.1 地質(zhì)解釋思路

2.1.1 巖性識別

首先是應(yīng)用巖心或巖屑信息刻度 GVR圖像,建立區(qū)域典型巖性圖像特征模式。然后根據(jù)巖石物理參數(shù),判定表征巖心或巖屑的適當(dāng)?shù)膶傩浴Ｗ詈?通過重復(fù)多次與巖心或巖屑比較,從而最終得到合理巖性識別結(jié)果。這些所需屬性都可以通過隨鉆測井獲得,如GVR(電阻率和GR測量)、ADN(密度、中子孔隙度、光電指數(shù)和井徑測量)[3]。詳細(xì)過程參見流程圖(見圖1)。

圖1 巖性識別方法

圖2 A2h井隨鉆測井電阻率圖像巖性分類結(jié)果

應(yīng)用上述方法,在A2h井識別出4種不同的巖性(見圖2):泥巖、白堊土、砂巖和碳酸鹽巖。

泥巖具有高伽馬、高密度及中子孔隙度、低電阻率的特征,在靜態(tài)電阻率圖像上呈暗棕色。從圖像上看,層界面清楚,有些層段還可見泥巖變形。

白堊土具有相對較高的伽馬、中密度,在靜態(tài)電阻率圖像上呈棕色。從GVR圖像上還可以識別出多個地層界面。

砂巖具有與白堊土相似的測井響應(yīng)。砂巖具有低伽馬、高電阻率響應(yīng)的伽馬響應(yīng),在靜態(tài)電阻率圖像上黃色。

碳酸鹽巖與上述巖性相比就具有顯著不同的特征:低伽馬,高密度,低中子孔隙度,相對較高的電阻率,在靜態(tài)電阻率圖像上呈亮黃色。圖像上可見裂縫特征。

2.1.2 構(gòu)造分析

在泥巖和白堊土地層中,地層界面可以清晰地從GVR圖像上識別。沿著這些層界面的正弦曲線特征可以確定界面產(chǎn)狀[7]。在局部層段,從圖像上可以觀察到結(jié)構(gòu)變形(見圖3)。這些特征也為下步沉積環(huán)境和巖相分析提供了信息。圖像上暗色代表低電阻率測量值,亮色代表高電阻率測量值。

根據(jù)從泥巖段拾取的傾角,解釋出該井的井旁構(gòu)造[6](見圖4)。解釋結(jié)果表明,該構(gòu)造的走向為南東向,傾角在10°～12°之間,與3D地震構(gòu)造圖符合較好,近一步證實了本地區(qū)的構(gòu)造分析。

2.2 巖石物理解釋方法

2.2.1 裂縫分析

裂縫識別和定量分析是碳酸鹽巖儲層評價中的重要內(nèi)容。從隨鉆測井電阻率圖像上識別出3種裂縫類型層段(見圖3)。角礫巖段,具有致密碳酸鹽巖夾層的裂縫段和致密碳酸鹽巖裂縫段。角礫巖段位于碳酸鹽巖頂部,因為不規(guī)則巖石碎塊的形狀使得在這個區(qū)帶很難拾取裂縫;而在碳酸鹽巖裂縫段,特別是在發(fā)育致密夾層的裂縫段,裂縫特征很容易從圖像上識別和拾取。

為了對裂縫的有效性進(jìn)行合理的評價,裂縫孔隙度是一個重要的指標(biāo)。Sibbit和 Faivre(1985年)[8]首先引入雙側(cè)向響應(yīng)對裂縫進(jìn)行評價,該方法主要有2個簡化假設(shè)。①地層與泥漿電阻率高比值(地層真電阻率 Rt?泥漿電阻率 Rm),②深側(cè)向電阻率(RLLd)與淺側(cè)向電阻率(RLLs)曲線分離主要是由于裂縫中侵入的影響造成的。

圖3 典型隨鉆電阻率成像測井圖像特征

圖4 A2h井構(gòu)造橫剖面及地層傾向和傾角

Pezard和Anderson(1990年)[9]考慮到裂縫傾角對響應(yīng)的影響,進(jìn)一步深入地研究了這種方法,優(yōu)化了裂縫孔隙度計算公式。如果 RLLd>RLLs

如果 RLLs>RLLd

式中,φf為裂縫孔隙度,%;Rmf為泥漿濾液電阻率, Ω·m;RLLd為深側(cè)向電阻率,Ω·m;RLLs為淺側(cè)向電阻率,Ω·m。

隨鉆電阻率成像測井GVR可提供多個探測深度的聚焦側(cè)向電阻率測量。在隨鉆測井環(huán)境中,即使在具滲透性的區(qū)域里沒有或很少發(fā)生侵入現(xiàn)象,深紐扣測得的電阻率和線圈測得的電阻率幾乎一樣;淺紐扣測得的電阻率也許會受到侵入的影響或受到不規(guī)則井眼形狀的影響,測量值變化較大;而深紐扣和中紐扣電阻率測量的差異主要是由于裂縫的影響。因此,可以應(yīng)用上述雙側(cè)向電阻率方法進(jìn)行裂縫孔隙度計算。裂縫密度、裂縫長度可采用電纜成像測井相同的方法[10]進(jìn)行求取。結(jié)合裂縫密度、裂縫長度和裂縫孔隙度,就可快速識別出裂縫發(fā)育區(qū)帶。例如,在A1h井中,裂縫碳酸鹽巖層段裂縫密度(FVDC)大約0.6條/m,裂縫長度(FVTL)為1.578 m/m2和孔隙度(FVPA)為0.03%(見圖5和圖6)。

2.2.2 次生孔隙分析

對于某些油田,油氣產(chǎn)量與中子-密度曲線之間的關(guān)系是矛盾的。在各向異性較大的碳酸鹽巖儲層中,常發(fā)現(xiàn)低孔隙度區(qū)帶能獲得較高的產(chǎn)量,而高孔隙度區(qū)帶可能沒有預(yù)期的高產(chǎn)能,次生孔隙度在其中起著決定性的作用。

圖5 裂縫參數(shù)及走向、傾角統(tǒng)計特征

高分辨率的微電阻率電纜成像測井常被用來計算次生孔隙(Newberry,1996)[11],更好地評價碳酸鹽巖儲層。與微電阻率電纜成像相似,孤立的或開啟的裂縫和孔洞也能從隨鉆測井電阻率圖像中識別(見圖3)。針對隨鉆測井 GVR提供的井壁周圍360°覆蓋的電阻率測量,本文提出了1種修正的次生孔隙計算方法。根據(jù)阿爾奇飽和度公式計算孔隙度,假設(shè)阿爾奇公式中a=1.0和m=n=2.0,可得

當(dāng)某個深度點的平均孔隙度值已知,假設(shè) Sw、Rw在某一深度為一確定值,從式(2)可推導(dǎo)出在特定方向上由于地層電阻率的變化引起的孔隙度在該方向上的變化。

隨鉆GVR方位聚焦紐扣電阻率測量提供了進(jìn)行上述分析的可能。在同一深度點,GVR提供了井周圍56個電阻率測量,每個電阻率測量覆蓋6.4°的方位角。1個孔洞可能影響超過1個扇區(qū)的電阻率測量,同時1個扇區(qū)的電阻率可能受多個孔洞影響。因此紐扣電阻率測量提供的電阻率曲線不是簡單的方向電阻率的平均。對于這個影響定義了參數(shù)Vm,其對紐扣電阻率測量的影響可表示為

式中,Rb為1個扇區(qū)內(nèi)地層電阻率,Ω·m;Ri為1個扇區(qū)內(nèi)紐扣測量電阻率,Ω·m;Vm為孔洞影響參數(shù),Ω·m。

圖6 裂縫定量化計算結(jié)果

圖7 A1h井次生孔隙發(fā)育特征及定量計算結(jié)果

式(2)可轉(zhuǎn)化成

應(yīng)用式(4),把 GVR圖像轉(zhuǎn)換成孔隙度圖像,然后采用電纜成像測井孔隙頻譜分析的相同方法(Newberry,1996)[11]分析次生溶孔孔隙度的變化。

從A1h井的計算結(jié)果(見圖7)可以清楚地確定出次生溶孔發(fā)育區(qū)間。在次生溶孔不發(fā)育區(qū)間,輸入的平均孔隙度和從轉(zhuǎn)換的孔隙度圖像上計算出的平均孔隙度幾乎是一樣的(見圖7)。這2種孔隙度曲線的分離指示次生溶孔的發(fā)育情況。

從GVR圖像上計算出來的次生溶孔能被用于評價孔隙結(jié)構(gòu),但并不意味著次生溶孔的絕對值和從巖心資料中得到的一樣。Vm的選擇也是影響次生溶孔計算的變量;我們僅能通過檢查輸入的孔隙度與從圖像上得到的孔隙度在泥巖或裂縫不發(fā)育的致密層段中的標(biāo)準(zhǔn)偏差來調(diào)整Vm(標(biāo)偏差應(yīng)盡可能的小)。

圖7第2道顯示 GVR淺紐扣電阻率靜態(tài)圖像,第3道和第4道顯示孔隙分布頻譜,第5道顯示外部孔隙(黑色),從圖像計算的平均孔隙度(藍(lán)色)和次生孔隙度(紅色)。

2.3 構(gòu)造、地層應(yīng)力與裂縫發(fā)育分析

在碳酸鹽巖裂縫儲層中,油氣產(chǎn)能受裂縫的影響較大,儲層評價時,了解裂縫的發(fā)育程度是很重要的。一般來說,裂縫發(fā)育受到區(qū)域應(yīng)力與局部構(gòu)造應(yīng)力綜合影響。一組裂縫可能受區(qū)域應(yīng)力控制,另一組裂縫可能由局部構(gòu)造應(yīng)力產(chǎn)生。一組裂縫可能由某古應(yīng)力控制產(chǎn)生,而現(xiàn)今應(yīng)力場可能與古應(yīng)力有顯著的不同,對裂縫的開啟程度影響就較大。因此,尋找裂縫與應(yīng)力之間的關(guān)系是裂縫預(yù)測的關(guān)鍵。

從隨鉆測井電阻率圖像可識別出2種不同的裂縫:鉆井誘導(dǎo)縫和天然裂縫。在很多情況下,鉆井誘導(dǎo)縫表現(xiàn)為呈180°對稱出現(xiàn)的直線(見圖3)。因為水平井的高井斜使得天然裂縫一般呈低的視傾角(見圖4)。在井斜角度不大的情況下,鉆井誘導(dǎo)縫的走向反映了最大主應(yīng)力的方向。但是考慮到水平井的高井斜角,鉆井誘導(dǎo)縫的走向不能反映現(xiàn)今最大主應(yīng)力的方向。

根據(jù)這2口井的裂縫統(tǒng)計,該地區(qū)發(fā)育2組裂縫(見圖5)。A1h井中為北西-南東和北東-南西(相對發(fā)育較少);A2h井為北北西-南南東和北東-南西。其中北西-南東走向裂縫與現(xiàn)今區(qū)域最大水平地層應(yīng)力一致,這或許是裂縫保持開啟的原因。另一組北東-南西走向裂縫與主干斷層的走向一致,分析其成因與局部地層應(yīng)力的影響有關(guān)。

2口井都發(fā)育天然裂縫,但是與A1h井比較, A2h井致密層中的裂縫更為發(fā)育,受主干斷層控制的北東-南西走向A2h井較A1h井發(fā)育,推測其發(fā)育程度受與主干斷層距離的影響。

3 結(jié) 論

(1)根據(jù)GVR多探測深度紐扣測量,應(yīng)用雙側(cè)向電阻率方法可以定量分析裂縫的發(fā)育情況,探索了一條利用隨鉆測井測量來實現(xiàn)裂縫評價的創(chuàng)新思路。

(2)次生孔隙度是評價碳酸鹽巖儲層各向異性的關(guān)鍵指標(biāo)。雖然GVR圖像與電纜電阻率圖像比較起來具有相對較低的分辨率,但從 GVR圖像上觀察到的次生溶孔仍能成功地用來進(jìn)行碳酸鹽巖儲層復(fù)雜性分析。

(3)從GVR圖像上可以識別出天然裂縫、鉆井誘導(dǎo)縫或井壁崩落。通過識別不同的裂縫類型,對分析天然縫產(chǎn)生的機(jī)理有了更好地理解并有效地應(yīng)用于天然縫預(yù)測。

(4)通過 GVR電阻率圖像與ADN密度和中子數(shù)據(jù)地有效結(jié)合,形成了1套綜合的地層評價方法以進(jìn)行巖性分類、構(gòu)造分析和其他地質(zhì)應(yīng)用,并為巖石物理分析和巖石力學(xué)分析提供了基礎(chǔ)。

[1] 馮浦涌,劉剛芝,彭雪飛,等.酸洗+氣舉誘噴技術(shù)在潿洲6-1油田石炭系儲層的應(yīng)用[J].海洋石油,2008, 28(4):41-44.

[2] 肖 軍,王 華,馬麗娟,等.北部灣盆地潿西南凹陷W61潛山油氣藏成藏條件分析[J].新疆石油學(xué)院學(xué)報,2003,15(4):30-37.

[3] 陳云峰,魏中文,劉巖松,等.水平井測井相應(yīng)特征及其在地質(zhì)導(dǎo)向中的應(yīng)用[C]∥中國石油天然氣集團(tuán)公司第三屆測井新技術(shù)交流會,2007:63-69.

[4] 布志虹,任干能,陳 樂.隨鉆測井技術(shù)[J].斷塊油氣田,2001,8(4):22-24.

[5] 李玉峰.FMI成像在油氣儲量評價中的作用[J].勝利油田職工大學(xué)學(xué)報,2006,20(2):52-53.

[6] Rosthal R A,et al.Formation Evaluation and Geological Interpretation from the Resistivity-at-the-Bit Tool [C]∥SPE 30550,SPE Annual Technical Conference &Exhibition,Dallas,USA,22-25 October,1995.

[7] Ford G,et al.Dip Interpretation from Resistivity at Bit Images(RAB)Provides a New and Efficient Method for Evaluating Sturcturally Complex Areas in the Cook Inlet,Alaska[C]∥SPE 54611,SPE Western Regional Meeting,Anchorage,Alaska,26-28 May, 1999.

[8] Sibbit A M,Faivare O.The Dual Laterolog Response in Fractured Rocks[C]∥SPWLA 26 Annual Logging Symposium,17-20 June,1985.

[9] Pezard P A,Anderson R N.In Situ Measurements of ElectricalResistivity,Formation Anisotropy,and Tectonic Context Pyilippe[C]∥SPWLA 31st Annual Logging Symposium,June 24-27,1990.

[10]Luthi S M,Souhaite P.Fracture Apertures from Electrical Borehole Scans[J].GeoPhysica,1990,55(7): 821-833.

[11]Newberry B M,Grace L M,Stief D D.Analysis of Carbonate Dual Porosity SystemsfromBorehole Electrical Images[C]∥SPE 35158,Permian Basin Oil&gas recovery Conference,Midland Texas 27-29 March,1996.