陳繼華 （中國(guó)石油大學(xué) （北京）地球物理與信息工程學(xué)院，北京102249 中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

肖 亮，毛志強(qiáng) （中國(guó)石油大學(xué) （北京）地球物理與信息工程學(xué)院，北京102249）

溶孔洞型含氣碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙度評(píng)價(jià)方法研究

陳繼華 （中國(guó)石油大學(xué) （北京）地球物理與信息工程學(xué)院，北京102249 中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

肖 亮，毛志強(qiáng) （中國(guó)石油大學(xué) （北京）地球物理與信息工程學(xué)院，北京102249）

溶孔洞型含氣碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖性變化多樣，巖石骨架參數(shù)難以確定；孔隙空間分布非均質(zhì)性較強(qiáng)，聲波傳播規(guī)律與常規(guī)碎屑巖中的不同；且儲(chǔ)層含氣對(duì)中子、密度測(cè)井有明顯影響，導(dǎo)致了孔隙度評(píng)價(jià)困難。在巖性識(shí)別、求準(zhǔn)巖石骨架參數(shù)的基礎(chǔ)上，提出了聲波相對(duì)時(shí)差－孔隙度對(duì)數(shù)模型來(lái)計(jì)算孔隙度的方法。實(shí)際資料處理結(jié)果表明，利用該方法計(jì)算的孔隙度與巖心分析孔隙度結(jié)果符合較好，能夠滿足儲(chǔ)層孔隙度評(píng)價(jià)精度要求。

碳酸鹽巖；孔隙度；聲波時(shí)差；氣層

碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙空間及孔隙結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，具有較強(qiáng)非均質(zhì)性［1］。儲(chǔ)集空間既有孔隙也有裂縫，其中孔隙包括原生孔隙 （如晶間微孔及粒間微孔隙）和次生孔隙 （主要包括溶蝕孔、洞），裂縫包括微裂縫、構(gòu)造縫和溶蝕縫等。由于碳酸鹽巖性脆易溶，導(dǎo)致在不同的地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要儲(chǔ)集空間類型差異較大，有的以裂縫型為主、有的以溶孔洞型為主、有的以裂縫－孔隙型為主等。碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖性也變化多樣，主要有石灰?guī)r、白云巖，以及兩種巖性之間的過渡巖性如白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖等。

溶孔洞型含氣碳酸鹽巖儲(chǔ)層的巖性變化導(dǎo)致的巖石骨架參數(shù)難以準(zhǔn)確確定，同時(shí)儲(chǔ)層含氣給孔隙度評(píng)價(jià)帶來(lái)了困難［2］。以PG氣田飛仙關(guān)組溶孔洞型含氣碳酸鹽巖儲(chǔ)層的為例，探討此類儲(chǔ)層孔隙度計(jì)算方法。

1 溶孔洞型含氣碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙度評(píng)價(jià)的影響因素分析

根據(jù)巖心分析資料顯示，PG氣田飛仙關(guān)組碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖性有殘鮞白云巖、鮞粒白云巖、糖粒狀殘余鮞粒白云巖、細(xì)晶－粗晶白云巖、中－細(xì)晶含灰質(zhì)白云巖和白云化鮞粒灰?guī)r等。其中，鮞粒和殘余鮞粒白云巖物性最好。儲(chǔ)層孔隙空間以次生孔隙為主，裂縫很少。其中溶蝕孔 （洞）占80%以上，是最主要的儲(chǔ)集空間，溶蝕孔洞大小一般在0.2～10mm之間 （圖1），晶間孔次之，有極少量的原生粒間孔。

圖1 X2井巖心溶蝕孔洞

巖心分析孔隙度與孔隙度測(cè)井曲線對(duì)比分析表明，在PG氣田溶孔洞型含氣碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，單一孔隙度測(cè)井曲線與巖心孔隙度的相關(guān)性較差 （圖2、3）。其主要原因在于以下3個(gè)方面。

圖2 密度與巖心孔隙度關(guān)系圖

圖3 聲波時(shí)差與巖心孔隙度關(guān)系圖

1）巖性的影響 PG氣田目的層巖性包括白云巖、灰質(zhì)云巖及云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r等多種，巖性的變化導(dǎo)致巖石骨架參數(shù)的不一致，給利用聲波、中子、密度測(cè)井曲線計(jì)算孔隙度帶來(lái)困難。因此，要計(jì)算孔隙度，首先要區(qū)分巖性并求出各巖性組分相對(duì)含量，從而計(jì)算巖石真實(shí)骨架參數(shù)。

2）孔隙空間非均質(zhì)性的影響 溶孔洞的發(fā)育，使儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間在縱、橫向上的非均質(zhì)性強(qiáng)，直接影響三孔隙度測(cè)井曲線的測(cè)井響應(yīng)。對(duì)于密度測(cè)井和中子測(cè)井這兩種偏心測(cè)量?jī)x器，測(cè)井時(shí)探測(cè)器只能反映極板所貼靠的方向上儀器探測(cè)深度范圍內(nèi)的地層密度和含氫指數(shù)，儲(chǔ)層孔隙空間非均質(zhì)性的影響主要在于極板可能遇到溶孔洞分布密集的一面或溶孔洞稀疏的一面，使測(cè)量的密度、中子孔隙度大于或小于實(shí)際地層孔隙度。

對(duì)于聲波測(cè)井，由于碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中不同大小的孔隙在空間上的分布非常不均勻，大小相差懸殊，根據(jù)巖石聲速確定其孔隙度時(shí)，必須考慮儲(chǔ)層的這個(gè)特點(diǎn)，并采取與之適應(yīng)的表達(dá)公式。

當(dāng)聲波在固結(jié)良好、具有均勻小孔隙的碎屑巖地層時(shí)，每一時(shí)刻的波前面上孔隙大小與分布幾乎都是均勻的，因而聲波沿直線路徑傳播，此時(shí)可以使用Wylie公式來(lái)計(jì)算孔隙度［1］。

而對(duì)于溶孔洞型儲(chǔ)層，由于孔隙尺寸大小差別很大，分布極不均勻 （見圖1），當(dāng)聲波在儲(chǔ)層中傳播時(shí)，根據(jù)費(fèi)馬時(shí)間最小原理，聲波將沿傳播時(shí)間最短的路徑傳播，任一時(shí)刻聲波波前面將沿速度最快、傳播時(shí)間最短的方向傳播［3］。傳播路徑發(fā)生彎曲，其傳播所用的時(shí)間比在相同孔隙度大小、孔隙均勻分布的巖石中傳播所用的時(shí)間要少，依據(jù)Wylie公式計(jì)算的孔隙度會(huì)小于真實(shí)孔隙度。只有在儲(chǔ)層僅存在粒間孔隙或溶蝕孔洞很小、分布較均勻時(shí)，才能使聲波沿直線傳播，聲波時(shí)差正常增高，這種情況下才能由 Wylie公式計(jì)算孔隙度［1］。

3）含氣性的影響 當(dāng)儲(chǔ)層中存在天然氣時(shí)，對(duì)于聲波測(cè)井，由于聲波傳播路徑在溶孔洞發(fā)育的碳酸鹽巖中沿彎曲的骨架路徑傳播，含氣影響與孔隙均勻分布的地層含氣時(shí)相比，含氣對(duì)聲波測(cè)井的影響相對(duì)較小。但是當(dāng)井壁附近空間內(nèi)存在較大溶孔洞或密集發(fā)育的溶孔洞中含氣時(shí)，聲波速度仍會(huì)大大降低，出現(xiàn)周波跳躍現(xiàn)象。對(duì)于密度測(cè)井，儲(chǔ)層孔隙中含天然氣，會(huì)使密度測(cè)井值降低，導(dǎo)致密度孔隙度與實(shí)際地層孔隙度相比會(huì)偏大。對(duì)于中子測(cè)井，地層含氣時(shí)，中子測(cè)井測(cè)量的孔隙度會(huì)過低，比只考慮天然氣具有低含氫指數(shù)還要低，在中子測(cè)井讀數(shù)中這個(gè)差值稱作 “挖掘效應(yīng)”。如果忽略這個(gè)效應(yīng)的影響，將得到偏低的孔隙度值［1］。由于地層含氣對(duì)中子、密度測(cè)井值有明顯的影響，所以在利用中子－密度交會(huì)法識(shí)別巖性時(shí)，需要先對(duì)中子、密度測(cè)井曲線進(jìn)行含氣校正［4］。

2 儲(chǔ)層孔隙度評(píng)價(jià)模型的建立

根據(jù)以上分析可知，要比較準(zhǔn)確地計(jì)算溶孔洞型含氣碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙度就要校正或消除聲波、密度、中子測(cè)井曲線上各種影響孔隙度計(jì)算的因素。首先要求準(zhǔn)地層真實(shí)骨架參數(shù)，消除巖性變化對(duì)孔隙度計(jì)算的影響，因而要進(jìn)行巖性識(shí)別并計(jì)算礦物相對(duì)含量。其次，在對(duì)三孔隙度測(cè)井曲線消除骨架參數(shù)變化影響的基礎(chǔ)上，分析各條孔隙度測(cè)井曲線與巖心孔隙度的關(guān)系，建立合適的孔隙度計(jì)算模型。

2.1 巖性識(shí)別

2.1.1 光電吸收截面指數(shù)曲線識(shí)別巖性

巖性密度測(cè)井儀除了測(cè)量地層的密度外，還能測(cè)量地層光電吸收截面指數(shù)Pe，它與巖石骨架和孔隙度以及孔隙流體無(wú)關(guān)。因此，首選光電吸收截面指數(shù)Pe來(lái)進(jìn)行巖性識(shí)別及礦物相對(duì)含量計(jì)算，應(yīng)用Pe計(jì)算巖性須滿足以下幾個(gè)條件：

1）儲(chǔ)層僅存在兩種礦物組分，如石灰?guī)r和白云巖。

2）鉆井泥漿中不能摻有重晶石等高Pe值的泥漿添加劑。

3）地層泥質(zhì)含量很低，巖性較純。在泥質(zhì)地層，Pe值包含了泥質(zhì)的信息，此時(shí)不能用Pe來(lái)區(qū)分巖性。

當(dāng)出現(xiàn)以上情形時(shí)，巖性識(shí)別可選擇在對(duì)密度、中子進(jìn)行含氣校正的基礎(chǔ)上，利用雙孔隙度曲線交會(huì)法來(lái)計(jì)算礦物相對(duì)含量。

PG氣田儲(chǔ)層巖石只包含兩種礦物組分——白云巖和石灰?guī)r，儲(chǔ)層段泥質(zhì)含量很低（＜3%），因此在所有鉆井泥漿中未加重晶石的井中都可以利用Pe來(lái)識(shí)別巖性并計(jì)算相對(duì)含量：

式中，Pe為巖性密度測(cè)井測(cè)得的光電吸收截面指數(shù)值；Pe1、Pe2分別為石灰?guī)r、白云巖骨架的光電吸收截面指數(shù)；V1、V2分別為石灰?guī)r、白云巖相對(duì)含量，無(wú)量綱。

2.1.2 雙孔隙度交會(huì)法識(shí)別巖性

當(dāng)鉆井泥漿中含有重晶石或地層泥質(zhì)含量較高時(shí)，不能再用Pe來(lái)區(qū)分巖性，此時(shí)可以采用雙孔隙度交會(huì)法來(lái)識(shí)別巖性。當(dāng)密度曲線質(zhì)量較好時(shí)，一般采用中子 －密度交會(huì)；否則采用中子 －聲波交會(huì)。雙孔隙度曲線交會(huì)法（例如：中子 －密度）確定巖性、計(jì)算礦物相對(duì)含量的公式為：

根據(jù)巖性識(shí)別結(jié)果，可以利用各礦物組分相對(duì)含量計(jì)算得到巖石聲波、密度綜合骨架參數(shù)。

式中，DG為密度綜合骨架參數(shù)，g/cm3；TM為聲波綜合骨架參數(shù)，μs/ft；Δtma1、Δtma2分別為石灰?guī)r、白云巖礦物骨架的聲波時(shí)差，μs/ft。

將依據(jù)巖石綜合骨架參數(shù)計(jì)算的聲波、密度孔隙度與巖心孔隙度對(duì)比，結(jié)果顯示：密度孔隙度普遍大于巖心孔隙度，聲波孔隙度小于巖心分析孔隙度 （圖4）?？梢妰H僅由綜合骨架參數(shù)求取孔隙度，精度還不能滿足孔隙度評(píng)價(jià)要求。

2.2 孔隙度模型建立

目前，李淑榮等［5］根據(jù)密度孔隙度＞巖心分析孔隙度＞中子孔隙度、聲波孔隙度的特點(diǎn)，采用中子－密度孔隙度平均法計(jì)算孔隙度。另外，通過試驗(yàn)研究和實(shí)踐認(rèn)為，在以溶孔洞為主的碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，孔隙度與聲波時(shí)差存在以下指數(shù)關(guān)系［6］：

式中，t為孔隙度，無(wú)量綱；Δt為地層聲波時(shí)差，μs/ft；Δtf為巖石孔隙中流體的聲波時(shí)差，μs/ft；Δtma為巖石骨架聲波時(shí)差，μs/ft。

圖4 聲波、密度孔隙度與巖心孔隙度對(duì)比圖

運(yùn)用該公式對(duì)PG氣田碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙度進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)比計(jì)算結(jié)果與實(shí)際巖心孔隙度發(fā)現(xiàn)，在較低孔隙度 （約0%～12%）層段與實(shí)際孔隙度符合較好，在較高孔隙度井段聲波計(jì)算的孔隙度明顯偏大，說(shuō)明該公式對(duì)該地區(qū)中等以上孔隙度 （＞12%）儲(chǔ)層并不適用。

筆者依據(jù)聲波測(cè)井受含氣影響相對(duì)較小的特點(diǎn)，采用骨架替換法，將變化的巖石骨架參數(shù)替換為單一骨架 （白云巖）參數(shù)，計(jì)算一條消除了巖性變化影響的新聲波曲線，建立了新的聲波曲線與巖心孔隙度關(guān)系模型。方法分兩步。首先，根據(jù)綜合骨架參數(shù)計(jì)算出s：

由式（6）計(jì)算出s，將聲波綜合骨架參數(shù)TM替換為Δtma2，即得到新聲波曲線：

式中，s為聲波孔隙度，%。

在分析新的聲波曲線Δt′與巖心孔隙度關(guān)系基礎(chǔ)上，建立了利用新聲波曲線計(jì)算孔隙度解釋模型（圖5）：

式中，Δt′為替換骨架后新的聲波時(shí)差測(cè)井曲線，μs/ft；Δtma2一般取43.5μs/ft。

從式 （8）可以看出，在溶孔洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，孔隙度是聲波時(shí)差相對(duì)于骨架時(shí)差差值的對(duì)數(shù)函數(shù)。將Wylie公式、指數(shù)關(guān)系公式 （式 （5））和筆者提出的新聲波曲線計(jì)算孔隙度解釋模型 （式（8））進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖6所示?？梢钥吹?，指數(shù)關(guān)系公式在較低孔隙度范圍內(nèi) （＜12%）與新模型很接近，在較高孔隙度范圍明顯大于新模型計(jì)算孔隙度，不再適用于較高孔隙度的溶孔洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙度計(jì)算。

3 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

利用新聲波曲線計(jì)算孔隙度解釋模型對(duì)PG氣田X2井目的層段以溶孔洞為主要儲(chǔ)集空間的碳酸鹽巖儲(chǔ)層進(jìn)行了孔隙度計(jì)算。模型計(jì)算的孔隙度與巖心孔隙度之間對(duì)比結(jié)果如圖7所示。

圖7中第5道是中子－密度平均法計(jì)算的孔隙度，與巖心分析孔隙度對(duì)比，在中等以上孔隙度范圍內(nèi)，密度－中子平均孔隙度小于巖心孔隙度；在低孔隙度段，密度－中子平均孔隙度略大于巖心孔隙度。圖7中第6道是聲波－孔隙度指數(shù)關(guān)系式 （5）計(jì)算的孔隙度與巖心分析孔隙度對(duì)比，在中低孔隙度（＜12%）層段，式 （5）計(jì)算的孔隙度與巖心分析孔隙度符合較好；在較高孔隙度層段，式 （5）計(jì)算的孔隙度明顯大于巖心分析孔隙度。圖7中第7道是新模型 （式 （8））計(jì)算的孔隙度與巖心分析孔隙度對(duì)比，可以看到新模型計(jì)算的孔隙度在低孔隙度段至較高孔隙度段均與巖心分析孔隙度符合較好，能比較準(zhǔn)確地反映儲(chǔ)層真實(shí)孔隙度。

通過對(duì)取心井X2井、XD－1井35個(gè)層統(tǒng)計(jì)表明，由新聲波曲線計(jì)算孔隙度解釋模型計(jì)算孔隙度平均絕對(duì)誤差為0.73%，誤差范圍基本都在一個(gè)孔隙度范圍之內(nèi)，能夠滿足儲(chǔ)層孔隙度評(píng)價(jià)及儲(chǔ)量計(jì)算要求。

圖5 新的聲波時(shí)差Δt′與孔隙度解釋模型圖

圖6 各聲波－孔隙度模型對(duì)比圖

圖7 X2井不同孔隙度模型孔隙度計(jì)算結(jié)果對(duì)比圖｀

4 結(jié) 論

1）溶孔洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙的非均質(zhì)性對(duì)三孔隙度測(cè)井曲線有明顯的影響，特別是聲波測(cè)井響應(yīng)特征與碎屑巖中明顯不同，常規(guī)Wylie公式不再適應(yīng)此類儲(chǔ)層孔隙度計(jì)算。

2）在巖性識(shí)別以及礦物相對(duì)含量計(jì)算的基礎(chǔ)上，采用單一骨架參數(shù)替代變化的綜合骨架參數(shù)，計(jì)算得到單一骨架值聲波曲線，建立新聲波曲線計(jì)算孔隙度解釋模型。模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際地層孔隙度符合較好，能夠滿足儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和儲(chǔ)量計(jì)算要求。

［1］雍世和，張超謨.測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋 ［M］.東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，1996.

［2］范銘濤，沈全意，吳輝，等.復(fù)雜巖性裂縫－孔隙型儲(chǔ)層孔隙度計(jì)算方法研究 ［J］.天然氣工業(yè)，2005，25（5）：29～36.

［3］陸基孟.地震勘探原理 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1993.

［4］斯倫貝謝公司.測(cè)井解釋原理與應(yīng)用 ［M］.李舟波，潘葆芝，譯.北京：石油工業(yè)出版社，1991.

［5］李淑榮，朱留方，李國(guó)雄，等.川東北海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù) ［J］.測(cè)井技術(shù)，2008，32（4）：337～341.

［6］石油勘探開發(fā)規(guī)劃研究院勘探室.碳酸鹽地層測(cè)井解釋的幾個(gè)問題 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1978.

Method for Evaluating Porosity in Carbonate Reservoir with Pores and Vugs

CHEN Ji－h(huán)ua，XIAO Liang，MAO Zhi－qiang（First Author's Address：Faculty of Geophysics and Information Engineering，China University of Petroleum，Beijing102249，China；Research Institute of Petroleum Exploration and Production，SINOPEC，Beijing100083，China）

Lithologic variations were induced in porous and vugg gas carbonate reservoirs，it was difficult to determine the parameters of rock matrix.The distribution of pores and vugs is highly heterogeneous，the rules of sonic wave propagating in the conventional clastic rocks were different from that of in carbonate rock.In addition，bearing gas had a remarkable effect on logging response，thus its pore spatial distribution was with strong heterogeneity，sonic transmission rules were different with those of clastic rocks，gas containing in the reservoirs had evident influence on neutron and density loggings therefore it was very difficult for porosity evaluation.A sonic－transit－time versus porosity logarithmic model was put forward to calculate the porosity of reservoir based on distinguishing lithology and calculating parameters of rock matrix.The result of data processing shows that the porosity calculated by using this method is consistent with of core porosity，it can meet the accuracy in reservoir calculation.

carbonate；porosity；sonic－transit－time；gas reservoir

P631.84

A

1000－9752（2011）06－0092－06

2010－10－04

國(guó)家科技重大專項(xiàng) （2008ZX05005）。

陳繼華 （1978－），男，2000年大學(xué)畢業(yè)，工程師，博士生，現(xiàn)從事測(cè)井資料處理解釋技術(shù)研究工作。

［編輯］ 龍 舟