桂俊川，夏宏泉，楊雙定，弓浩浩

（1．西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)與開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610500；2．中國石油集團(tuán)測井有限公司長慶事業(yè)部，陜西 西安710201）

0 引 言

氣層識別的主要方法有縱波時(shí)差與背景值的差值法［1］、交會圖法［2］、孔隙度差異法［3］、彈性模量差比法［4－5］、縱橫波速度比法［6］、縱波時(shí)差與理論合成縱波時(shí)差的差值法［7］、移譜法和差譜法［8－10］等。S氣田二疊系儲層具有低孔隙度、低滲透率、非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的氣層識別方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場需要［11］。利用偶極橫波測井提取的參數(shù)可用于氣層識別中［12－14］?；谂紭O橫波測井資料，本文從能夠明顯反映氣層特征的2個(gè)巖石力學(xué)參數(shù)（泊松比和流體壓縮系數(shù)）出發(fā)，結(jié)合試氣結(jié)果，提出了基于儲層巖石力學(xué)參數(shù)識別氣層的新方法，為S氣田三低儲層的試油壓裂井層選取提供了可靠依據(jù)。

1 泊松比和流體壓縮系數(shù)的測井計(jì)算

泊松比是地層縱波與橫波速度比值的函數(shù)，對于相同巖性和物性的儲集層，水層的縱橫波速度比值增大，泊松比相應(yīng)增大；氣層的縱橫波速度比減小，泊松比也相應(yīng)地減小。泊松比μ的計(jì)算公式為

式中，Δts為橫波時(shí)差，μs／ft＊非法定計(jì)量單位，1ft＝12in＝0．3048m；1psi＝6894．757Pa，下同；Δtc為縱波時(shí)差，μs／ft；μ為泊松比，無量綱。

地層孔隙中油、氣、水的聲學(xué)性質(zhì)不同，密度有差異，其壓縮系數(shù)也不同。表1是油、氣、水的理論壓縮系數(shù)［10］?？梢钥闯觯团c水的壓縮系數(shù)相差2倍左右，而天然氣與水的壓縮系數(shù)相差近1～2個(gè)數(shù)量級（40．66倍）。

表1 油、氣、水的聲學(xué)參數(shù)

當(dāng)?shù)貙涌紫吨胁糠趾蜌鈺r(shí)，其流體壓縮系數(shù)

式中，Sog為含油氣飽和度，小數(shù)；Cf、Cog、Cw分別為混合相流體、油氣、水的壓縮系數(shù)。

孔隙中的水只要被油或氣代替，流體壓縮系數(shù)就會明顯增加。只要求準(zhǔn)流體壓縮系數(shù)，就能有效計(jì)算地層含油氣飽和度，判定油氣層。

基于聲波傳播的巖石體積模型（把聲波在單位體積巖石中傳播的時(shí)間分成幾部分傳播時(shí)間的體積加權(quán)值）推導(dǎo)的純巖石體積壓縮系數(shù)計(jì)算公式為

考慮到地層中含有泥質(zhì)或鈣質(zhì)會影響巖石體積壓縮系數(shù)的大小，由式（3）可導(dǎo)出

式中，CB、Cma、Csh、Cf分別為實(shí)際巖石、骨架砂巖（或白云巖）、泥質(zhì)、流體的壓縮系數(shù)，單位為1／104MPa或1／Mpsi或1／GPa；vP、vS分別為巖石縱波速度、橫波速度，km／s；φ、Vsh分別巖石孔隙度和泥質(zhì)含量，小數(shù)；ρ為巖石體積密度，g／cm3。

巖石體積壓縮系數(shù)可由地層密度和縱橫波時(shí)差測井值獲得，泥質(zhì)含量可由GR或CGR曲線獲得；根據(jù)實(shí)際泥巖、砂巖（或白云巖）的骨架密度和縱橫波時(shí)差值可求得Csh、Cma，由式（4）即可得到流體壓縮系數(shù)Cf。

2 利用曲線重疊的鏡像包絡(luò)線面積定量識別氣層

通過分析，含氣儲層段的泊松比（μ）較非儲層段有明顯減小的趨勢，流體壓縮系數(shù)（Cf）有明顯增大的趨勢。理論上，含氣量越多，泊松比和流體壓縮系數(shù)的變化越明顯。繪圖時(shí)將泊松比和流體壓縮系數(shù)繪制在同一曲線道中，氣層的泊松比和流體壓縮系數(shù)曲線朝著相反方向的變化（采用不同比例刻度這2條曲線，使其在水層處完全重合），根據(jù)2條曲線重疊顯示的鏡像包絡(luò)線特征計(jì)算其包絡(luò)線面積并結(jié)合試氣產(chǎn)量得到兩者之間的關(guān)系判斷和預(yù)測儲層的流體性質(zhì)。

基于Forward平臺編寫Cf，01—CQ程序計(jì)算所有單層的包絡(luò)線面積，理論上2條曲線交會的包絡(luò)線面積越大則含氣量越多，產(chǎn)氣量也越高。流體壓縮系數(shù)和泊松比的大小不在同一數(shù)量級，為了均衡流體壓縮系數(shù)和泊松比的貢獻(xiàn)，在求取包絡(luò)線面積（S（μ—Cf））之前應(yīng)對流體壓縮系數(shù)和泊松比數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化（0－1）處理，不同的工區(qū)和地層巖性其歸一化參數(shù)取值不同。歸一化公式為式中，μmin為泊松比最小值；μmax為泊松比最大值；μ01為歸一化以后的泊松比；Cf，min為流體壓縮系數(shù)最小值，Cf，max為流體壓縮系數(shù)最大值，1／MPa；Cf，01為歸一化后的流體壓縮系數(shù)，無量綱。

單點(diǎn)（小層）求取包絡(luò)線面積的公式為

式中，S99是以采樣間隔RLEV（常取0．125m）為高、Cf，01—μ01為寬的小矩形面積。

程序運(yùn)行中，當(dāng)Cf，01＞μ01時(shí)才計(jì)算每個(gè)采樣間隔的小矩形面積并進(jìn)行累加，最后得到單層的總面積。

通過在同一道采用不同的比例刻度繪制對氣層識別敏感參數(shù)曲線，使其重疊顯示出明顯的鏡像特征。例如泊松比和流體壓縮系數(shù)曲線的重疊會在好的氣層段顯現(xiàn)的典型鏡像特征，用式（8）計(jì)算其包絡(luò)線面積總和，建立與試氣結(jié)果對應(yīng)的儲層流體類型和總產(chǎn)氣量的定量關(guān)系。由此根據(jù)儲層段的包絡(luò)線面積大小確定其流體性質(zhì)和產(chǎn)能高低，這對射孔段和壓裂井層的選擇具有非常重要的指導(dǎo)意義。

層段累積的包絡(luò)線總面積S（μ—Cf）計(jì)算公式為

式中，N為某個(gè)試氣產(chǎn)量所對應(yīng)的層數(shù)。

以砂泥巖和碳酸鹽巖地層為例，說明μ—Cf曲線重疊顯現(xiàn)鏡像特征的包絡(luò)線面積大小與儲層流體類型及單井試氣產(chǎn)量的關(guān)系。

2．1 砂泥巖地層μ—Cf與試氣產(chǎn)量的關(guān)系

以S1區(qū)塊×1井砂泥巖地層為例，μmax取0．5，μmin取0，Cf，max取4．5，Cf，min取0，該井μ—Cf曲線重疊的包絡(luò)線面積指示氣層如圖1所示。

圖1 ×1井測井解釋的μ—Cf參數(shù)包絡(luò)線面積與試氣結(jié)果對比圖

從圖1中第8道的μ01與Cf，01曲線交會可以看出，氣層的包絡(luò)線面積大于差氣層，差氣層的包絡(luò)線面積大于干層。第7道測井計(jì)算的流體壓縮系數(shù)和泊松比交會也反映了相同的特征。圖1中解釋結(jié)論二為本研究解釋結(jié)論，解釋結(jié)論一為現(xiàn)場解釋結(jié)論?？梢钥闯靓獭狢f交會、μ01—Cf，01交會面積與本研究解釋結(jié)論具有良好的對應(yīng)關(guān)系和一致性。

2．2 碳酸鹽巖地層μ—Cf與試氣產(chǎn)量的關(guān)系

以G1區(qū)塊×2井碳酸鹽巖地層為例，μmax取0．5，μmin取0．2，Cf，max取1．5，Cf，min取0，該井μ—Cf曲線重疊的包絡(luò)線面積指示氣層的處理成果見圖2所示。

從圖2中第8道的μ與Cf，01交會可以看出，氣層的包絡(luò)線面積大于差氣層，差氣層的包絡(luò)線面積大于干層。第7道測井計(jì)算的流體壓縮系數(shù)和泊松比交會同樣反映了相同的特征。圖2中解釋結(jié)論二為該研究解釋結(jié)論，解釋結(jié)論一為現(xiàn)場解釋結(jié)論，可以看出第8道μ01與Cf，01交會面積與該研究解釋結(jié)論具有良好的對應(yīng)關(guān)系。

用Cf，01—CQ程序處理其他井得到各井射孔層段不同小層的包絡(luò)線面積，結(jié)合對應(yīng)的試氣產(chǎn)量，建立包絡(luò)線面積與產(chǎn)氣量的關(guān)系圖板。由于存在差氣層單層厚度大、面積大和氣層單層厚度小、面積小的問題，面積的大小并不能準(zhǔn)確反映儲層的性質(zhì)和產(chǎn)能，因此在作圖的時(shí)候?qū)⒌玫降膯螌用娣e除以層厚度，可得到一個(gè)單位厚度的包絡(luò)線面積平均值，能較好地反映儲層產(chǎn)液性質(zhì)和產(chǎn)能。

圖2 ×2井測井解釋的μ—Cf參數(shù)包絡(luò)線面積與試氣結(jié)果對比圖

試氣得到的往往是好幾層合起來的結(jié)果數(shù)據(jù)，很少有單層對應(yīng)的試氣結(jié)果。為了得到單層的試氣結(jié)果數(shù)據(jù)，用單層包絡(luò)線面積除以試氣層段內(nèi)的所有層累計(jì)包絡(luò)線面積之和，得到單層在合試氣層段包絡(luò)線面積的權(quán)重（取值范圍0～1），權(quán)重越大，則該層貢獻(xiàn)的氣量越多，這樣可以得到單層的相對產(chǎn)氣量。得到的單層產(chǎn)氣量同樣不能正確反映儲層的性質(zhì)和產(chǎn)能。將該產(chǎn)量除以層厚，得到該層單位厚度的產(chǎn)氣量。

為了作圖方便，將計(jì)算的單位厚度地層的包絡(luò)線面積人為地放大100倍（按百分比計(jì)算），按砂泥巖地層和碳酸鹽巖地層統(tǒng)計(jì)得到每層單位厚度平均面積和單位厚度試氣產(chǎn)量的2個(gè)關(guān)系圖版（見圖3、圖4）。

根據(jù)S氣田儲層巖性將7個(gè)區(qū)塊分成砂泥巖和碳酸鹽巖兩類儲層，針對5個(gè)砂泥巖區(qū)塊，采用其中的107個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到每個(gè)小層單位厚度的試氣日產(chǎn)量與對應(yīng)的μ—Cf曲線重疊的包絡(luò)線面積的關(guān)系圖版（縱坐標(biāo)為對數(shù)刻度，見圖3），其擬合公式為

圖3 砂泥巖μ—Cf包絡(luò)線單位厚度面積與對應(yīng)產(chǎn)氣量交會關(guān)系圖版

根據(jù)試氣結(jié)論與對應(yīng)儲層段中具有代表性的單層μ—Cf包絡(luò)線面積的關(guān)系，統(tǒng)計(jì)多口井砂泥巖地層剖面中的試氣井段的μ—Cf包絡(luò)線面積，得出不同儲層流體類型對應(yīng)的包絡(luò)線面積界限值，即由μ—Cf包絡(luò)線面積大小判釋儲層流體類型的標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。

同理，采用碳酸鹽巖地層24個(gè)井層的數(shù)據(jù)點(diǎn)得到試氣日產(chǎn)量與對應(yīng)的μ—Cf曲線交會的包絡(luò)線面積的關(guān)系圖版（見圖4），其擬合公式為

圖4 碳酸鹽巖μ—Cf包絡(luò)線單位厚度面積與對應(yīng)產(chǎn)氣量交會關(guān)系圖版

根據(jù)試氣結(jié)論與對應(yīng)層段中具有代表性的單層μ—Cf包絡(luò)線面積關(guān)系統(tǒng)計(jì)得到不同儲層流體類型對應(yīng)的包絡(luò)線面積界限值，構(gòu)成了由μ—Cf包絡(luò)線面積大小判釋儲層流體類型的標(biāo)準(zhǔn)（見表3）。

表2 砂泥巖儲層不同流體類型對應(yīng)的包絡(luò)線面積界限值

表3 碳酸鹽巖儲層不同流體類型對應(yīng)的包絡(luò)線面積界限值

3 結(jié)論與建議

（1）利用巖石泊松比和流體壓縮系數(shù)曲線重疊鏡像包絡(luò)線法識別氣層的關(guān)鍵是要準(zhǔn)確計(jì)算泊松比和流體壓縮系數(shù)及其包絡(luò)線面積。儲層含氣飽和度越高則其泊松比明顯減小、流體壓縮系數(shù)明顯增大。可以在同一曲線道中反向刻度這2個(gè)參數(shù)形成鏡像特征明顯的包絡(luò)線有效地識別氣層。

（2）在作試氣產(chǎn)量和包絡(luò)線面積定量關(guān)系圖版時(shí)，最好采用有試氣結(jié)果的單層數(shù)據(jù)建立圖版，這樣才具有代表性和能提高氣層識別精度，而采用單層面積在整個(gè)試氣層段的面積權(quán)重來求取單層試氣產(chǎn)量是不太合理的。

（3）由于缺少現(xiàn)場單層試氣資料，得到的鏡像包絡(luò)線的面積與氣層產(chǎn)能大小難以完全對應(yīng)，但仍能定性反映兩者密切相關(guān)。如果試氣井層足夠多，應(yīng)該分區(qū)塊、分儲層類型建立包絡(luò)線面積與試氣產(chǎn)量的關(guān)系圖版，而不是籠統(tǒng)得到砂泥巖和碳酸鹽巖2種巖性地層的包絡(luò)線面積與試氣產(chǎn)量的關(guān)系圖版。

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