楊學(xué)峰，覃豪

（大慶油田公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712）

0 引 言

松遼盆地徐深氣田勘探成果表明，在酸性、中性和基性火山巖中均發(fā)育了較好的儲(chǔ)層，以酸性火山巖儲(chǔ)層為主?；鹕綆r巖石類型多樣，儲(chǔ)層類型復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，電性特征變化大，酸性火山巖無論是氣層還是水層電阻率普遍較高，沒有統(tǒng)一的氣水界面等因素使得應(yīng)用常規(guī)中子—密度交會(huì)、電阻率的高低等方法直接識(shí)別儲(chǔ)層流體性質(zhì)時(shí)準(zhǔn)確率較低，影響油氣田勘探與開發(fā)。因此，需要建立一套能夠滿足勘探開發(fā)需求的酸性火山巖儲(chǔ)層流體識(shí)別方法。

火山巖流體識(shí)別在方法上已取得了一定進(jìn)展，但是這些方法只能識(shí)別儲(chǔ)層含氣性，且其識(shí)別準(zhǔn)確率也較低，對(duì)于氣水同層的識(shí)別精度更低［1－7］。本文在對(duì)酸性火山巖儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)及測(cè)井響應(yīng)特征分析基礎(chǔ)上，選用徐深氣田興城地區(qū)試氣資料及常規(guī)測(cè)井、偶極聲波測(cè)井和核磁共振測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，研究了非電法識(shí)別含氣儲(chǔ)層與電法識(shí)別氣層與氣水同層的酸性火山巖流體性質(zhì)逐步判別法，提高了儲(chǔ)層含氣性與氣水同層識(shí)別的準(zhǔn)確率，取得了較好效果。

1 酸性火山巖儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)特征

1.1 酸性火山巖儲(chǔ)層喉道特征

恒速壓汞實(shí)驗(yàn)是獲取微觀孔隙結(jié)構(gòu)定量資料的最重要途徑，能夠分別得到儲(chǔ)層孔隙和喉道的毛細(xì)管壓力數(shù)據(jù)。通過恒速壓汞實(shí)驗(yàn)資料可對(duì)孔隙內(nèi)部的喉道發(fā)育程度、孔隙發(fā)育程度及孔隙與喉道之間的配套狀況進(jìn)行研究。對(duì)營(yíng)城組酸性火山巖儲(chǔ)層36塊巖心恒速壓汞資料分析表明，酸性火山巖儲(chǔ)層具有孔喉半徑比超大的特征。該特征有別于砂巖儲(chǔ)層（見表1），與酸性火山巖的噴發(fā)成巖機(jī)制有關(guān)［8］。

由酸性火山巖儲(chǔ)層喉道特征圖（見圖1）可知，火山巖儲(chǔ)層具有喉道分布頻帶寬的特征。從儲(chǔ)層喉道特征表可以看出，在物性相近的情況下，酸性火山巖儲(chǔ)層孔喉半徑比遠(yuǎn)大于砂巖儲(chǔ)層，表面酸性火山巖儲(chǔ)層孔隙與喉道匹配性較差，小喉道控制大孔隙，非均質(zhì)性更嚴(yán)重。

1.2 孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)火山巖電阻率的影響

在不考慮巖石礦物等其他影響電阻率因素的情況下［9］，巖石僅通過孔隙中的地層水導(dǎo)電，電阻率大小主要受孔隙喉道大小的控制［10］；對(duì)于同一塊巖石，喉道越窄，儲(chǔ)層電阻率越大；對(duì)具有相同孔隙分布特征的儲(chǔ)層，隨著含水飽和度的增加，電阻率變小。但上述特征對(duì)于酸性火山巖并不適用。選取興城地區(qū)具有不同含水飽和度的儲(chǔ)層（試氣驗(yàn)證）對(duì)電阻率影響因素進(jìn)行研究，從深側(cè)向電阻率與孔隙度關(guān)系圖（見圖2）可知，部分純水層和氣水同層電阻率較高，表現(xiàn)為部分水層電阻率值大于某些氣水同層（試氣驗(yàn)證），部分氣水同層（試氣驗(yàn)證）電阻率值大于某些純氣層（試氣驗(yàn)證），這使得直接用電阻率值高低識(shí)別儲(chǔ)層流體性質(zhì)效果較差。對(duì)這類儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究表明，該類儲(chǔ)層具有孔喉半徑比較大的特征。因此，綜合酸性火山巖喉道特征得出結(jié)論：①酸性火山巖電阻率普遍較高主要是由于巖石的微觀孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜所造成，表現(xiàn)為電阻率高的儲(chǔ)層具有高孔喉半徑比，非均質(zhì)性強(qiáng)；②火山巖巖性對(duì)電阻率的影響實(shí)際為巖石孔喉半徑比的影響，表現(xiàn)為小喉道控制了大孔隙，巖石有效導(dǎo)電截面小造成了火山巖儲(chǔ)層無論是氣層還是水層都具有電阻率較高的現(xiàn)象。

表1 火山巖儲(chǔ)層與砂巖儲(chǔ)層喉道特征對(duì)比

圖1 不同類別火山巖儲(chǔ)層孔喉特征圖

圖2 火山巖儲(chǔ)層孔隙度與電阻率關(guān)系圖

1.3 孔喉半徑比計(jì)算模型研究

孔喉半徑比是描述儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，它反映儲(chǔ)層的滲濾能力，而滲透率在一定程度上也反映了儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)，而且實(shí)際資料表明二者具有較好的相關(guān)性，因此可以用滲透率得到孔喉半徑比。滲透率可以通過測(cè)井方法得到。應(yīng)用34塊巖樣恒速壓汞資料建立了孔喉半徑比與滲透率關(guān)系，得到了儲(chǔ)層孔喉半徑比的計(jì)算模型。

式中，Vpf為儲(chǔ)層孔喉半徑比，無因次；K為儲(chǔ)層滲透率，mD。

2 火山巖儲(chǔ)層流體識(shí)別方法研究

2.1 非電法識(shí)別含氣儲(chǔ)層

2.1.1 三孔隙度組合法

三孔隙度測(cè)井是用來評(píng)價(jià)油氣藏儲(chǔ)集性能的重要測(cè)井方法。中子測(cè)井主要反映巖層的含氫指數(shù)，一般情況下儲(chǔ)層中天然氣的含氫指數(shù)低于油和水的含氫指數(shù)，甚至低于巖石骨架的含氫指數(shù)［11］，所以當(dāng)儲(chǔ)層中存在天然氣時(shí)會(huì)引起視中子孔隙度（φNa）減小。天然氣的密度和聲波傳播速度遠(yuǎn)小于油和水，所以當(dāng)?shù)貙又泻瑲鈺r(shí)，可引起密度孔隙度（φDa）與聲波孔隙度（φSa）增大，三孔隙度有明顯差值，表現(xiàn)為φSa＞φNa、φDa＞φNa、（φSaφDa）／φ2Na＞1，可利用這一特征來識(shí)別氣層。考慮到巖性復(fù)雜和泥漿濾液侵入的影響，提出了以下4個(gè)復(fù)合參數(shù)作為地層的含氣指標(biāo)，以放大含氣特征顯示。

式中，φBa為測(cè)井孔隙度背景值，是指巖石孔隙空間完全含水時(shí)的視孔隙度；QCFG為氣層指示參數(shù)。

2.1.2 橫縱波時(shí)差比值法

理論上，當(dāng)?shù)貙雍瑲鈺r(shí)，由于天然氣比液體更容易壓縮，因此含氣巖石的縱波速度一般比含液體巖石的縱波速度低［12］，即縱波時(shí)差（Δtc）在氣層處變大；而橫波只能在固體中傳播，當(dāng)儲(chǔ)層含氣時(shí)，橫波時(shí)差（Δts）變化極小。同時(shí)由于地層巖性、物性的變化同樣也可能引起速度的改變，因此單純應(yīng)用縱波時(shí)差識(shí)別天然氣，存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)性，但如果通過比較縱波和橫波的速度差異來判別氣層，則要可靠得多，因此應(yīng)用橫縱波時(shí)差比值進(jìn)行流體識(shí)別。

式中，BZ為橫縱波時(shí)差比值。

酸性火山巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，橫縱波時(shí)差比值大小不僅與儲(chǔ)層物性有關(guān)，還與儲(chǔ)層巖石特性有關(guān)，因此，不能用一個(gè)定值來判斷儲(chǔ)層的含氣性。但是，在酸性火山巖干層與水層處，橫縱波時(shí)差均不受天然氣的影響，只反映儲(chǔ)層孔隙大小。因此，可用干層或水層的有效孔隙度得到縱橫波時(shí)差，即得到不受含氣影響的橫縱波時(shí)差比基值。當(dāng)儲(chǔ)層橫縱波時(shí)差比值小于基值時(shí)，表明儲(chǔ)層含氣。

2.1.3 核磁共振法

核磁共振T2譜不僅能反映地層孔隙結(jié)構(gòu)信息［13］，還與孔隙中所含的流體相關(guān)，不同流體的核磁共振T2譜分布的位置不同，應(yīng)用這一特性可以進(jìn)行流體性質(zhì)識(shí)別。當(dāng)儲(chǔ)層中含氣時(shí)，由于氣體的含氫指數(shù)較低，且測(cè)量時(shí)間較短導(dǎo)致氣體未完全極化，使核磁共振測(cè)井低估了火山巖地層總孔隙度。密度測(cè)井和核磁共振測(cè)井探測(cè)范圍內(nèi)接近，均受到探測(cè)范圍內(nèi)的孔隙流體的影響，當(dāng)測(cè)量范圍內(nèi)地層孔隙含氣時(shí)，計(jì)算的密度孔隙度偏大，核磁共振孔隙度偏低。因此可利用密度孔隙度和核磁共振孔隙度進(jìn)行氣、水層識(shí)別。

2.1.4 綜合指數(shù)法

由以上分析可知，橫縱波時(shí)差比值法、三孔隙度組合法和核磁共振法均可用來識(shí)別儲(chǔ)層的含氣性，但為了充分應(yīng)用每種測(cè)井信息，研究了綜合指數(shù)（SZ）方法對(duì)流體性質(zhì)進(jìn)行綜合判別（見圖3）。因此，在儲(chǔ)層含氣性判斷中，根據(jù)經(jīng)過試氣的關(guān)鍵層的測(cè)井響應(yīng)，統(tǒng)計(jì)各種測(cè)井信息反映含氣性的能力，確定權(quán)系數(shù)，計(jì)算出儲(chǔ)層含氣的綜合指數(shù)，即

式中，VHZB、VKXD、VHC分別為橫縱波時(shí)差比值法、三孔隙度法和核磁共振法處理后歸一化的交會(huì)值；A1、A2、A3分別為權(quán)系數(shù)。

圖3 興城營(yíng)城組酸性火山巖儲(chǔ)層氣水層識(shí)別圖版

2.2 基于孔隙結(jié)構(gòu)的電法識(shí)別氣層與氣水同層

應(yīng)用以上方法可較好地識(shí)別儲(chǔ)層含氣性，但對(duì)于儲(chǔ)層是否含水及區(qū)別氣層和同層，識(shí)別效果較差，對(duì)此還需要進(jìn)一步研究。儲(chǔ)層電阻率是儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)與流體等因素的綜合反映。理論上，地層水作為巖層中的導(dǎo)體，含水儲(chǔ)層的電阻率響應(yīng)值應(yīng)比氣層的低。研究區(qū)酸性火山巖儲(chǔ)層電阻率高低不能完全反映儲(chǔ)層流體性質(zhì)變化，因此需要對(duì)電阻率影響因素進(jìn)行研究，然后對(duì)電阻率進(jìn)行校正，再來識(shí)別流體。

研究區(qū)的酸性火山巖孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電阻率受微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響較大。在孔隙度相等的條件下，含氣飽和度較高而且孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的氣水同層的電阻率較高，甚至大于某些純氣層的電阻率。因此，應(yīng)用電阻率大小直接識(shí)別氣水同層準(zhǔn)確率低。資料表明，孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜［14－15］，電阻率越高。因此在應(yīng)用電阻率判斷流體性質(zhì)時(shí)，需對(duì)電阻率進(jìn)行校正，減少微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)電阻率的影響，使電阻率變化能夠更真實(shí)地反映儲(chǔ)層流體性質(zhì)變化。在相同孔隙度、相同巖性和流體條件下，孔喉半徑比大的儲(chǔ)層電阻率大。因此，應(yīng)用深側(cè)向電阻率除以孔喉半徑比（定義為儲(chǔ)層參數(shù)SC），消除微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響后，再來識(shí)別氣水同層。應(yīng)用興城地區(qū)的測(cè)試資料，選取綜合指數(shù)（SZ）為橫坐標(biāo)，儲(chǔ)層參數(shù)（SC）為縱坐標(biāo)，建立了基于微觀孔隙結(jié)構(gòu)的酸性火山巖流體識(shí)別圖版（見圖4），對(duì)純氣層和氣水同層進(jìn)行識(shí)別。

圖4 興城營(yíng)城組酸性火山巖儲(chǔ)層氣水層識(shí)別圖版

3 應(yīng)用效果分析

實(shí)際應(yīng)用中，采用逐步判別法進(jìn)行流體性質(zhì)識(shí)別。首先應(yīng)用三孔隙度、核磁共振、橫縱波時(shí)差比值和綜合指數(shù)4種方法判別儲(chǔ)層含氣性，確定含氣儲(chǔ)層、水層和干層；然后應(yīng)用圖版法，識(shí)別氣水同層和純氣層（見圖5）。徐深××井通過橫縱波時(shí)差比值、三孔隙度、核磁共振法和綜合指數(shù)4種方法對(duì)該井進(jìn)行處理，表明175Ⅱ號(hào)層和176號(hào)層含氣性較好，雖然2層的電阻率均較高，但是結(jié)合圖版法，將175Ⅱ號(hào)層解釋為氣層，176號(hào)層解釋為氣水同層。對(duì)176號(hào)層試氣，壓后自噴，日產(chǎn)氣30×104m3，產(chǎn)水19.8m3，與流體識(shí)別解釋結(jié)論一致。

應(yīng)用該方法對(duì)興城地區(qū)的47口井進(jìn)行流體識(shí)別，經(jīng)67個(gè)層試氣驗(yàn)證，識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)89.1%。研究結(jié)果表明，該套方法和流程適用于松遼盆地徐深氣田酸性火山巖儲(chǔ)層的流體性質(zhì)識(shí)別，為深層天然氣儲(chǔ)量提交及單井測(cè)井綜合評(píng)價(jià)提供了技術(shù)保障，對(duì)于其他地區(qū)火山巖儲(chǔ)層流體性質(zhì)識(shí)別也具有借鑒意義。

圖5 徐深××井流體識(shí)別成果圖

4 結(jié) 論

（1）火山巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜是影響電阻率高低的主要因素之一。

（2）應(yīng)用三孔隙度組合、橫縱波時(shí)差比值、核磁共振及綜合指數(shù)判別含氣儲(chǔ)層的效果較好，對(duì)氣水同層的識(shí)別存在一定的誤差。

（3）將儲(chǔ)層微觀參數(shù)與宏觀參數(shù)聯(lián)系起來，建立了儲(chǔ)層孔喉半徑比解釋模型，在此基礎(chǔ)上，建立了基于微觀孔隙結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)層流體性質(zhì)識(shí)別方法。結(jié)合綜合指數(shù)，形成了酸性火山巖儲(chǔ)層流體性質(zhì)逐步判別法。

（4）在火山巖的導(dǎo)電特性方面，目前其導(dǎo)電機(jī)理尚不十分清楚，下一步還要加強(qiáng)對(duì)火山巖的導(dǎo)電機(jī)理方面的研究，以便得到更能反映地層真實(shí)信息的電阻率值，從而進(jìn)一步提高流體識(shí)別的準(zhǔn)確率。

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