成志剛，張蕾，趙建武，林偉川，馮春珍，羅少成

（1.中國石油集團測井有限公司油氣評價中心，陜西 西安 710077；2.中國石油集團測井有限公司長慶事業(yè)部，陜西 西安 710201）

0 引 言

致密砂巖氣層是指地下含有天然氣的其孔隙度低（一般小于10%）、含水飽和度高（大于40%）而滲透率?。ㄐ∮?.1×10－3μm2）勉強能使天然氣滲流的砂巖層。這類砂巖層往往處于深處或盆地的深部，又常稱為深層致密砂巖氣層［1］。對低孔隙度低滲透率、巖性成分復(fù)雜的致密砂巖儲層，由于孔隙度、滲透率等性能非常差，儲集空間極為有限，電阻率和孔隙度資料受巖石骨架影響大，流體對其響應(yīng)特征貢獻小，測井曲線包含的流體信息較少，氣層識別較常規(guī)砂巖氣層困難。對該類儲層的含氣性識別盡量避開巖石骨架的影響或者就直接從巖石學(xué)特征出發(fā)研究飽含不同流體性質(zhì)的巖石響應(yīng)特征，進而達到準確判別流體性質(zhì)的目的［2］。

1 實驗設(shè)計及分析

研究選取長慶油田蘇里格×探區(qū)為研究的目標區(qū)塊，按照《巖石聲波特性的實驗室測定》（SY／T6351-1998）標準流程［3］，采用 Panametrics高壓脈沖發(fā)生／接收器、1MHz縱橫波聲波換能器、HP數(shù)字存儲示波器對該地區(qū)的126塊巖樣進行實驗及計算，測量每塊巖心在飽含氣、飽含水及不同含氣飽和度下的縱波速度、橫波速度，求得其縱波時差、縱橫波速度比等聲學(xué)參數(shù)。

表1為部分巖心的物性參數(shù)和聲學(xué)參數(shù)統(tǒng)計表，根據(jù)測得的實驗數(shù)據(jù)可計算出巖石的縱波時差和縱橫波速度比。采用交會對比方法對取得的數(shù)據(jù)進行分析，從圖1中可以看出，由于受不同波的傳播性質(zhì)決定，在不同流體飽和狀態(tài)下，巖心的聲學(xué)參數(shù)存在不同的分布區(qū)域，可以看出流體對聲學(xué)參數(shù)變化影響較大，這種交會圖分析技術(shù)也是流體識別和解釋評價中應(yīng)用相對較多的一種方法，但該方法沒有充分利用聲學(xué)參數(shù)信息，功能相對單一，而且僅僅是進行定性判識，沒有對儲層其他信息提出參考指導(dǎo)和定量評價。針對上述情況，對巖石聲學(xué)參數(shù)信息進行深入挖掘，尋求其信息最大化的表征方法，實現(xiàn)對儲層品質(zhì)的定量評價。

圖1 不同飽和狀態(tài)巖心聲學(xué)參數(shù)對比情況

表1 部分巖心物性參數(shù)和聲學(xué)參數(shù)統(tǒng)計表

2 理論模型的研究和建立

將含氣砂巖儲層看作各向同性的理想介質(zhì)，根據(jù)波動理論，巖石的縱波、橫波時差可以表示為

式中，c為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)；K、G分別為巖石體積模量和剪切模量；ρb為密度。

不同巖性、孔隙度及流體類型將引起式（1）中ρb、K、G等彈性參數(shù)的改變，從而導(dǎo)致其縱波、橫波時差的變化，這是進行儲層流體性質(zhì)判別的基礎(chǔ)。根據(jù)式（1），巖石的波速比r（縱波速度vp、橫波速度vs比值）可以表示為［4］

將飽含氣的砂巖稱為干巖石。Pickett等通過研究證實，砂巖干巖樣的聲波速度比為常數(shù)1.6，而石灰?guī)r和白云巖則相對較高，分別為1.9和1.8。r干與孔隙度無關(guān)，剪切模量也與流體性質(zhì)無關(guān)，因此對于飽和氣砂巖有

Gassmann方程可以看作是低頻條件下的Biot理論。利用Gassmann方程可以將飽和水巖石體積模量K與干巖石體積模量K干聯(lián)系起來，由頻散引起的誤差可以忽略不計。

式中，KF、Km分別為孔隙流體和巖石骨架的體積模量。

剪切模量不受孔隙流體性質(zhì)的影響，只與儲層孔隙度有關(guān)，可利用式（5）建立孔隙度與剪切模量的關(guān)系式

式中，c為經(jīng)驗參數(shù)；Gm為砂巖骨架的剪切模量［3］。

對于純石英砂巖儲層，在已知孔隙度、砂巖骨架的體積模量和剪切模量的前提下，根據(jù)上述公式即可計算出其縱波時差、縱橫波速度比。

圖2為利用這一方法模擬的孔隙度5%～40%、含氣飽和度0～100%的砂巖儲層縱波時差—縱橫波速度比交會圖。

圖2 含氣石英砂巖儲層縱波時差—縱橫波速度比交會圖理論模型

3 區(qū)域模型建立

Murphy通過實驗證實，對于低孔隙度儲層，二次多項式擬合比指數(shù)形式更能接近實際的剪切模量值［4］。因此，對于低孔隙度、低滲透率儲層，根據(jù)飽和水巖心分析資料回歸利用孔隙度計算巖石剪切模量的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停ㄒ妶D3）

圖3 飽和水巖樣孔隙度—剪切模量交會圖

Murphy等根據(jù)接觸理論模型推導(dǎo)出飽和氣石英砂巖的縱橫波速度比值介于1.15～1.73，且與孔隙度無關(guān)［4］。根據(jù)蘇里格×探區(qū)126塊巖心的實驗測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果（見圖4）得出，該地區(qū)干巖樣的縱橫波速度比值為1.53。因此，對于該地區(qū)的飽和氣砂巖有

當巖石分別被水、氣完全飽和時，其縱橫波速度比的取值范圍不同，當巖石中氣、水同時存在時，根據(jù)飽和度的不同，在縱波時差—縱橫波速度比交會圖上應(yīng)當存在不同的分布范圍。

對蘇里格×探區(qū)的巖石物理實驗數(shù)據(jù)按巖石物性、流體飽和狀態(tài)進行分類，得到圖5的利用聲學(xué)參數(shù)進行飽和度定量解釋圖版。該圖版適用于長慶油田蘇里格×探區(qū)低孔隙度儲層。不同孔隙度地層分布范圍不同，實現(xiàn)儲層孔隙度的區(qū)間劃分，不僅對儲層含氣性進行了定性識別，同時能夠劃分不同含氣飽和度的分布區(qū)域，實現(xiàn)飽和度的定量解釋。對于實測資料點，由于巖石中其他成分的影響，其分布區(qū)域向泥巖線偏移；另外，砂巖儲層中的其他成分也造成部分數(shù)據(jù)點分布于干巖石線的上下，這對儲層的巖性也是一種定性指示和簡單判識。

4 應(yīng)用實例

選取研究區(qū)內(nèi)進行偶極聲波測井、試氣測試的7口井作為實驗井對該解釋圖版的適用性進行說明。表2為實驗井試氣層段聲學(xué)參數(shù)特征值的統(tǒng)計表，其中z75井、z50井、s27井原測井解釋結(jié)論與試氣結(jié)論不相符。

通過前期研究發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)含氣飽和度下限值為26%，因此認為利用聲學(xué)參數(shù)進行飽和度定量解釋圖版中含氣飽和度小于26%的區(qū)域都有可能是氣層發(fā)育區(qū)，可以結(jié)合巖石物性情況分析儲層是否含水。

表2 實驗井試氣層段聲學(xué)參數(shù)統(tǒng)計表

將所有試氣層段的聲學(xué)參數(shù)值放入已建好的飽和度定量解釋模板中，得到如圖6的解釋圖版.從圖6中可以看出，氣層數(shù)據(jù)點位于含水飽和度70%砂巖線（含氣飽和度30%）和干巖樣線之間；水層、含氣水層數(shù)據(jù)點位于含水飽和度70%砂巖線和含水純砂巖線之間，物性相對較好；干層數(shù)據(jù)點位于含水飽和度70%砂巖線以上區(qū)域，物性較差。這與該地區(qū)的飽和度下限值26%基本一致。

圖6 試氣層段在飽和度解釋圖版中的分布

將測井解釋與試氣結(jié)論存在出入的z75井、z50井、s27井分別利用該圖版進行解釋，其在飽和度解釋圖版中的分布情況如圖6所示。z75井2 895～2 899m、2 917～2 919m這2個深度段儲層的聲學(xué)參數(shù)值較接近干巖樣線，且位于含氣飽和度40%以下的區(qū)域，判定儲層含氣性情況較好；z50井2 873～2 878m儲層原測井解釋為氣層，但實際試氣過程中產(chǎn)氣僅為1 542m3／d，產(chǎn)水卻為27.4m3／d，在飽和度圖版上，試氣段的聲學(xué)參數(shù)特征值位于含水飽和度80%～90%線之間，且儲層物性條件較好（位于10%的孔隙度線附近），易形成可動水，射開后實際生產(chǎn)過程中造成儲層出水；s27井是口老井，3 170.6～3 173.6m儲層之前解釋時由于認識不足將其解釋為氣層，實際試氣時僅出氣146m3／d，從飽和度解釋圖版上可以看出，該層段含氣飽和度非常低，且物性較差，儲層孔隙空間的水多以束縛水形式存在，重新解釋為干層，與試氣結(jié)論相一致。

5 結(jié)論及認識

（1）致密砂巖氣藏地質(zhì)條件復(fù)雜及流體識別困難，巖石物理實驗和偶極聲波測井資料是進行非電法測井識別致密砂巖氣層的有效手段。

（2）基于巖石物理彈性理論開展理論推導(dǎo)和模擬計算，通過對不同巖性、物性、含氣性巖心聲學(xué)特征參數(shù)的分析研究，探索非電法測井定量評價致密砂巖儲層的方法，實現(xiàn)了致密砂巖氣層含氣性的定量解釋。

（3）形成的非電法測井定量評價致密砂巖儲層的方法是對非電法測井識別低孔隙度低滲透率含氣砂巖的深化和改進，可以有效進行致密砂巖儲層性質(zhì)的綜合評判。通過對實際資料的處理解釋和試氣資料的成果驗證，證實該技術(shù)具有較好的應(yīng)用效果。

（4）為使該方法能適用于復(fù)雜多樣的致密儲層，仍需加強基礎(chǔ)實驗研究，提高實驗的精確度，并利用測定的高溫高壓下的實驗數(shù)據(jù)對實際地層條件進行模擬，進一步結(jié)合實際資料進行應(yīng)用分析，完善解釋圖版，提高其對致密砂巖氣層評價的準確度。

［1］章雄，潘和平，駱淼，等.致密砂巖氣層測井解釋方法綜述 ［J］.工程地球物理學(xué)報，2005，2（6）：431-436.

［2］王振杰，李潮流，張振波.利用陣列聲波測井定量評價低滲透砂巖儲層含氣性 ［J］.國外測井技術(shù)，2010，（176）：45-47.

［3］巖石聲波特性的實驗室測定（SY／T6351-1998）［S］.北京：石油工業(yè)出版社.

［4］Brie A，Pampuri F，Marsala A F，et al.Shear Sonic Interpretation in Gas-bearing Sands［J］.SPE 30595：701-710.

［5］Murphy W，李蘭忠.砂體中縱橫波速度的模量分解［J］.國外油氣勘探，1994，6（1）：100-113.