周懷容, 陳俊, 黎華繼, 胡華偉

(1.長江大學(xué), 湖北 武漢 430100; 2.中石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院, 四川 成都 610000)

0 引 言

常規(guī)油氣層一般在確定儲層巖性的基礎(chǔ)上分析其孔隙度、滲透率、飽和度等參數(shù)評價其儲層品質(zhì)。川西新場陸相須家河組五段(簡稱新場須五)非常規(guī)天然氣為典型自生自儲式的連續(xù)型天然氣聚集,其厚度大、分布廣、巖性復(fù)雜。前期勘探研究證實川西陸相非常規(guī)氣藏儲層既非常規(guī)致密砂巖儲層,也非典型的頁巖氣儲層,屬于非常規(guī)混合型儲層,該類儲層評價方法與傳統(tǒng)的評價方法有較大的區(qū)別。前期對于該類儲層并無勘探開發(fā)的經(jīng)驗,加之實驗資料匱乏、儲層埋藏深等因素使得對于儲層的評價具有較大的難度。本文嘗試在深入分析地質(zhì)、測試、測井、錄井以及實驗分析等資料的基礎(chǔ)上,重新構(gòu)建了針對新場須五非常規(guī)混合型儲層測井評價技術(shù)體系,為新場須五的評價及開發(fā)提供有效的技術(shù)支撐。

1 須五混合型儲層地質(zhì)特征

1.1 地質(zhì)特征

新場須五地層厚度大,西厚東薄,以砂泥互層巖沉積為主。其構(gòu)造整體上表現(xiàn)為NEE向的鼻狀構(gòu)造,向東以低鞍的形式與羅江構(gòu)造相隔,南北兩翼表現(xiàn)為南陡北緩的斜坡。須五底層為向東傾沒的鼻狀構(gòu)造,軸部發(fā)育有深淺層規(guī)模不一的局部構(gòu)造高點;頂層鼻狀構(gòu)造形態(tài)更為寬緩,軸部的圈閉不復(fù)存在。斷層僅在工區(qū)東部發(fā)育,近SN向斷裂,斷裂產(chǎn)狀較陡,斷距上小下大,斷開層位向上大都終止于TJ1b附近,向下斷至TT3m附近,主要形成于早中喜山期[1-2]。

1.2 儲層特征

新場須五段儲層整體非常致密,依據(jù)巖心掃描電鏡分析,砂巖、泥頁巖均有儲集空間。其中砂巖儲集類型主要以巖屑、長石次生微米級溶蝕孔,黏土膠結(jié)物納米級晶間孔,以及鉀長石微米級解理縫、有機質(zhì)收縮縫為主,由于須五砂巖長石含量低,填隙物含量多大于10%,砂巖的儲集空間以納米級的晶間孔、巖屑微米級的溶蝕孔和有機質(zhì)收縮縫為主[4],長石溶蝕孔或解理縫是儲集空間有效的補充,而這些孔、縫多呈孤立態(tài),連通性較差。泥頁巖以黏土礦物納米級晶間孔為主,在有機質(zhì)發(fā)育處還可見有機質(zhì)納米孔和有機質(zhì)納米或微米級收縮縫,在收縮縫附近常常伴隨次生溶蝕孔的發(fā)育。

1.3 儲層類型確定

前期針對新場須五段純砂巖段、純泥頁巖段、砂泥互層段均進行了測試,從測試情況分析,新場須五由于其儲層的超致密特性,純砂巖段、純泥頁巖段均無法獲得較好的產(chǎn)能,對于砂泥互層段則能獲得較好的產(chǎn)能。

為此,引入砂地比、互層率的概念對須五儲層的巖性組合特征進行分析(砂地比:砂厚/層厚,砂厚包括砂巖和粉砂的厚度;互層率:互層數(shù)/層厚)。將須五儲層整體分為富砂型(砂夾泥型砂地比大于60%);砂泥互層型(砂地比45%～60%);富泥型(泥夾砂砂地比小于45%)。通過前期測試結(jié)果分析,巖性組合為砂夾泥型或砂泥互層型,互層率為0.2%～0.4%的混合型組合則能獲得較好的產(chǎn)能(見表1)。

2 非常規(guī)混合型儲層測井評價方法

新場須五氣藏具有兩大顯著特點:①源儲一體,其賦存與鄰近烴源巖密切相關(guān);②必須采用體積壓裂改造才可獲得工業(yè)氣流。

2.1 巖性識別

新場須五儲層巖性成分復(fù)雜,表現(xiàn)為巖性既有石英含量較高的灰黑色含硅質(zhì)泥質(zhì)頁巖,也有碳酸鹽巖含量高的黑色含灰質(zhì)泥質(zhì)頁巖、黑色含硅質(zhì)含灰質(zhì)泥質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖、細粒巖屑砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖等。新場須五泥頁巖巖心X-衍射全巖定量分析表明,可識別出石英、長石、方解石、白云石、黏土以及其他重礦物等6種礦物成分,其中脆性礦物含量29.9%～83.1%,平均含量為59.6%;石英含量7.1%～55.6%,平均含量為39.8%;長石含量1.0%～7.6%,平均含量為3.7%;方解石含量0.3%～18.4%,平均含量為8.4%;白云石含量0.4%～14.9%,平均含量為6.4%;黏土含量13.1%～65.6%,平均含量為34.7%。研究表明,可以將須五段頁巖礦物成分簡化為泥質(zhì)含量、硅質(zhì)組分(石英+長石)、鈣質(zhì)組分(方解石+白云石)、有機質(zhì)4種主要組成成分,建立地層多礦物組分測井分析模型

表1 新場須五儲層巖性組合分類表

Δt=ΔtquVqu+ΔtcaVca+ΔtshVsh+
ΔtTOCVTOC+Δtfφ
ρb=ρquVqu+ρcaVca+ρshVsh+
ρTOCVTOC+ρfφ
φN=φN,quVqu+φN,caVca+φN,shVsh+
φN,TOCVTOC+φNfφ

GR=GRquVqu+GRcaVca+GRshVsh+
GRTOCVTOC+GRfφ
1=Vqu+Vca+Vsh+VTOC+φ

(1)

采用最優(yōu)化測井數(shù)據(jù)解釋方法進行須五段頁巖礦物組分及含量參數(shù)計算,處理解釋結(jié)果與取心段巖心分析數(shù)據(jù)具有較好的對應(yīng)性(見圖1)。

2.2 儲層參數(shù)計算與評價

(1) 孔隙度計算。新場須五段巖性黏土影響不容忽視,建立孔隙度計算模型時,應(yīng)從巖性角度出發(fā),充分考慮黏土的影響建立孔隙度計算模型。

以巖心分析孔隙度為依據(jù),建立孔隙度經(jīng)驗統(tǒng)計模型,經(jīng)多元回歸擬合

φe=φt-φs

(2)

式中,φe為有效孔隙度;φt為總孔隙度;φs為等效黏土孔隙度。

將模型計算出的測井孔隙度與巖心孔隙度建立相關(guān)關(guān)系式。擬合出巖心分析孔隙度(φc)與測井計算孔隙度(φl)相關(guān)關(guān)系(見圖2),其關(guān)系式為

φc=0.9838φl+0.0008R=0.8985

(3)

圖2 須五巖心孔隙度與測井孔隙度交會圖

兩者對比相關(guān)性好,說明建立的測井孔隙度模型能正確反映儲層孔隙特征、模型可信度高。

(2) 裂縫特征。新場須五屬于致密—超致密儲層,砂、頁巖的基質(zhì)孔隙小,滲透率很低,裂縫的發(fā)育程度極大地影響儲層的儲集能力。在砂泥頁巖中裂縫既是儲集空間,又是滲流通道,因此裂縫的發(fā)育程度和規(guī)模是影響須五儲層油氣聚集的主要因素,它決定儲層滲透率的大小,控制著砂頁巖的連通程度、壓裂改造效率,進一步控制著氣體的流動速度、氣藏的產(chǎn)能。

圖3 ××502井須五段常規(guī)測井曲線識別裂縫成果圖

前期須五作為侏羅系遠源氣藏的主力烴源巖和須家河區(qū)域性蓋層評價,測井資料僅為常規(guī)測井資料,僅有3口井進行了成像測井。對3口成像測井剔除掉由于人為因素引起的誘導(dǎo)縫的基礎(chǔ)上,對裂縫進行識別、處理解釋,須五段共識別出151條裂縫,其中以低角度裂縫及水平縫為主,共有116條,占總數(shù)的76.8%;高角度斜交縫共有35條,占總數(shù)的23.2%?？傮w上須五段裂縫相對不發(fā)育而且以低角度斜縫、水平縫為主。

低角度裂縫導(dǎo)致巖石縱向不連續(xù),因此通過縱波時差的突變(一階差分)檢測(HFRI);高角度縫溝通徑向流體,因此通過雙側(cè)向幅差指標法識別(VFRI)。

圖3為××502井須五段常規(guī)測井曲線識別裂縫成果圖。應(yīng)用上述方法利用常規(guī)測井曲線共識別出高角度裂縫28條,水平裂縫及低角度裂縫69條,成像測井共識別高角度縫26條,低角度裂縫及水平縫74條,常規(guī)測井曲線識別裂縫與成像測井有較好的吻合。

(3) 含水飽和度計算。新場須五儲層泥質(zhì)含量較高,黏土導(dǎo)電因素不能忽略,傳統(tǒng)的阿爾奇公式失效。須五段頁巖取心段巖心分析資料表明儲層泥質(zhì)含量為13.1%～65.6%,平均含量為34.7%,儲層可視為泥質(zhì)砂巖儲層,利用Simandoux公式計算飽和度,其計算結(jié)果與巖心分析飽和度一致。

Sw=1φ20.81RwRt-RwVsh0.4Rsh

(4)

圖4 新場須五段有機碳測井解釋對比圖

式中,φ為孔隙度;Vsh為泥質(zhì)含量;Rsh為泥巖電阻率;Rw=0.05 Ω·m。

(4) 地化參數(shù)評價。泥頁巖有機碳含量TOC和熱成熟度Ro等地化指標參數(shù)是反映巖石有機質(zhì)豐度、評價頁巖生烴潛能和頁巖氣成藏潛力的關(guān)鍵參數(shù)。烴源巖品質(zhì)敏感參數(shù)主要評價有機碳含量TOC及烴源巖豐度。

巖心分析資料表明川西坳陷須五段地層有機碳含量較高,有機質(zhì)含量0.39%～16.33%,平均為2.35%,結(jié)合測井資料分析表明,地層有機質(zhì)含量與黏土含量、地層密度以及Δ lgR具有較好相關(guān)性[5-10],建立多元回歸模型TOC=f(GR,DEN,Δ lgR),相關(guān)系數(shù)R=0.95。圖4為新場須五連井對比圖。從圖4中,高TOC泥巖與厚砂或中-厚砂相鄰配置為須五獲得較好產(chǎn)能的儲層組合。

(5) 巖石力學(xué)特征評價。在巖石力學(xué)實驗及測井資料分析的基礎(chǔ)上,采用巖心實驗數(shù)據(jù)刻度測井的方法,建立了新場須五段地層巖石力學(xué)參數(shù)測井計算模型具體計算見文獻[11]。

(6) 可壓性分析。盡管彈性模量和泊松比并非直接反映巖石脆性的參數(shù),但定性認為,在巖石學(xué)范疇內(nèi),彈性模量越大、泊松比越小,巖石脆性越好,故而有基于彈性模量和泊松比計算巖石脆性指數(shù)的公式[12]

BIE=[(E-1)/(8-1)]×100

BIμ=[(μ-0.4)/(0.15-0.4)]×100

BI=(BIE+BIμ)/2

(5)

式中,BI為脆性指數(shù),無量綱;E為彈性模量;μ為泊松比。

圖5為巖石彈性模量和泊松比交會圖。從圖5中可以看出越位于彈性模量大、泊松比小的區(qū)域巖石脆性越大,可壓性越好。

圖5 巖石彈性模量—泊松比交會圖

2.3 儲層產(chǎn)能主控因素初步分析

根據(jù)新場須五源內(nèi)致密氣藏的特征,選取巖性組合定性分析以及儲層儲集性能、砂地比、有機碳、裂縫發(fā)育程度、脆性礦物含量等定量的判別指標,通過對已投入試采井的測試層段的分析,初步總結(jié)了新場須五段非常規(guī)致密氣富集主控因素?？傮w上,豐富的有機碳含量是須五非常規(guī)致密氣藏獲產(chǎn)的前提;富砂型儲層仍為儲層儲集空間的主要提供者,保證了天然氣的富集;裂縫的發(fā)育程度是新場須五獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一;儲層可壓裂性保證了新場須五段大型改造的可行性,也保證了須五工業(yè)氣流產(chǎn)出的可能性[13-16]。

圖6為××32井3 025～3 150 m井段儲層“七性”關(guān)系圖。從圖6中可以看出其射孔井段3 045～3 115 m,細砂厚20.0 m,粉砂19.1 m,砂地比55.8%,測試層段為砂夾泥型儲層,砂巖平均孔隙度3.7%,含水飽和度39.3%,泥巖平均孔隙度為2.5%,含水飽和度57.6%,共識別低角度裂縫15條,裂縫密度為0.21條/m,平均有機碳含量為1.39%,脆性指數(shù)為37.6%。該射孔段具有較好的含氣性,且有機質(zhì)含量較高,脆性指數(shù)較高有較好可壓性,對該射孔段加砂壓裂,投產(chǎn)初期油壓38.4 MPa,日產(chǎn)氣7.79×104m3。

圖6 ××32井“七性”關(guān)系圖

圖7 ××504井2 915.0～3 120.0 m段測井綜合評價圖

3 應(yīng)用實例

××504井是2014年中石化西南油氣分公司在四川盆地川西坳陷新場構(gòu)造七郎廟高點南翼部署的1口評價井,其完鉆井深為3 565.0 m,目的層為上三疊統(tǒng)須家河組五段,完鉆層位為須家河組四段。圖7為××504井2 915.0～3 120.0 m段測井綜合評價圖。依據(jù)上述研究成果,優(yōu)選2 940.0～3 100.0 m井段進行測試。該段儲層厚度為160.0 m,其中細砂厚33.7 m,粉砂厚43.5 m,砂地比為48.6%,為砂泥互層型儲層。砂巖平均孔隙度2.4%,含水飽和度46.5%,泥巖平均孔隙度為2.3%,含水飽和度59.8%,共識別裂縫20條,全部為低角度裂縫,裂縫密度為0.13條/m,平均有機碳含量為1.21%。

完井后針對該段進行測試,入地液量2 737 m3,入地砂量114.22 m3,油壓17.9 MPa,套壓36.5 MPa,輸天然氣 12 308 m3,排液195 m3,累計排液4 418 m3,返排率55%,目前已投入試采。

4 結(jié) 論

(1) 新場須五氣藏儲層為超低孔隙度-致密混合型儲層。儲層既非常規(guī)致密砂巖儲層,也非典型的頁巖氣儲層,儲層的評價方法與傳統(tǒng)的評價方法有較大區(qū)別。

(2) 針對新場須五非常規(guī)混合型儲層測井評價應(yīng)在確定新場須五有利儲層巖性組合特征的基礎(chǔ)上,結(jié)合孔隙度、含氣飽和度、裂縫指數(shù)、TOC含量、脆性礦物含量、和巖石力學(xué)參數(shù)等多項指標進行儲層綜合評價。

(3) 新場須五非常規(guī)致密混合型儲層測井評價應(yīng)用實例證明,新構(gòu)建的測井評價體系能較好的評價新場須五混合型儲層,應(yīng)用效果良好。

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