袁龍, 張鳳生, 吳思儀, 司馬立強, 肖華, 青松

(1.中國石油集團測井有限公司油氣評價中心, 陜西 西安 710021; 2.中國石油集團測井有限公司長慶事業(yè)部, 陜西 西安 710021; 3.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 四川 成都 610500; 4.中國石油長慶油田第五采氣廠, 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300)

0 引 言

碳酸鹽巖油氣田主要以低孔隙度、低滲透率、高電阻率的裂縫型碳酸鹽巖油氣藏為主,國內(nèi)外許多專家在常規(guī)的低孔隙度、低滲透率、高電阻率碳酸鹽巖裂縫型儲層測井研究方面作了大量工作,為碳酸鹽巖裂縫型儲層測井評價奠定了理論基礎(chǔ)[1-6]。高孔隙度、低滲透率、低電阻率的碳酸鹽巖裂縫型油氣藏由于發(fā)現(xiàn)的少,研究程度較低,有關(guān)該類型儲層的測井評價理論和方法遠(yuǎn)不如常規(guī)的裂縫型碳酸鹽巖、碎屑巖的研究深入、成熟,國內(nèi)外發(fā)表的關(guān)于該類型儲層的文獻相對較少[7]。

針對這些難點,本文通過對儲層特征分析、巖性與裂縫測井識別研究、儲層流體性質(zhì)判別研究和儲層參數(shù)的計算方法等4個方面的深入研究,最終形成一套完善的高孔隙度低滲透率碳酸鹽巖儲層測井評價方法。

1 工區(qū)概況

研究區(qū)位于中東地區(qū)油氣產(chǎn)量較豐富的Jbisseh附近,處于Sinjar地塹。該油田由一個大型背斜構(gòu)成,其構(gòu)造形態(tài)為由東南向西北傾末的鼻狀構(gòu)造,整體表現(xiàn)為南高北低,東高西低,深淺層構(gòu)造之間具有繼承性的特征。最近的一次區(qū)域構(gòu)造運動是阿拉伯板塊和歐亞板塊碰撞引起的,研究區(qū)的斷層以北東—南西向斷層和低幅度斷層為主,大部分?jǐn)鄬邮亲鳛橥戆讏资篮偷谌o(jì)油氣的運移通道。

2 儲層基本特征

2.1 巖性特征

按照鄧漢姆巖性分類,Chilou組巖性主要為顆粒灰?guī)r與泥?；?guī)r、粒泥灰?guī)r、泥晶灰?guī)r和硬石膏;其礦物成分為方解石,含量占90%以上,局部含少量白云石和黏土礦物、微量黃鐵礦、鉀長石和斜長石等。Jaddala組巖性主要為粒泥灰?guī)r、泥晶灰?guī)r;其礦物成分以方解石為主(見圖1)。

2.2 物性特征

研究區(qū)收集整理了共19口井615塊巖心樣品孔隙度和滲透率分析資料。chilou A地層的91.5%的樣品孔隙度分布在10%～30%之間,孔隙度平均值為21.54%;chilou B地層的95.8%的樣品孔隙度分布在5%～25%之間,平均孔隙度為14.67%;Jaddala地層的88.3%的樣品孔隙度分布在10%～30%之間,孔隙度的平均值為16.24%。

圖1 研究區(qū)Chilou組與Jaddala組巖心照片

巖心分析滲透率值范圍分布較大,介于0.01～962.00 mD*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同之間,表現(xiàn)為典型的雙孔隙度雙滲透率特征,即滲透率由基質(zhì)滲透率和裂縫滲透率組成,大部分滲透率小于1 mD,表現(xiàn)為基質(zhì)低滲透率特征。高滲透率部分主要由裂縫滲透率貢獻。

2.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

研究區(qū)碳酸鹽巖儲層的孔隙空間受沉積、成巖作用和構(gòu)造運動的控制,屬于海相斜坡深水沉積環(huán)境,水動力較弱,巖石顆粒很細(xì)小,孔隙以晶間微孔隙為主,其次有孔蟲等生物體腔孔隙發(fā)育。成巖過程中的壓實、膠結(jié)和溶蝕作用,在孔隙微孔化中起著重要作用,研究區(qū)屬于第三紀(jì)地層,相對較新,埋藏較淺,地層壓實作用較弱,微孔隙發(fā)育(見表1)。與沉積和成巖作用相比,構(gòu)造對儲層孔隙空間起主導(dǎo)作用,構(gòu)造運動對沉積成巖過程的地層后期改造,形成大的斷裂和裂縫,是油氣運移的主要通道和控制儲層發(fā)育的關(guān)鍵因素。

表1 研究區(qū)碳酸鹽巖儲層孔隙空間類型劃分表

2.4 儲層類型特征

受成巖作用與構(gòu)造運動影響,研究區(qū)的巖石孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,孔隙度滲透率關(guān)系較差,斷層附近破碎角礫巖發(fā)育。儲集空間分布不均且非均質(zhì)性強,主要為基質(zhì)孔隙和裂縫。在該油田中,高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的儲層一般都具有裂縫和孔隙的雙重儲層空間特征(見圖2)。

3 高孔隙度低滲透率碳酸鹽巖儲層測井評價方法

3.1 巖性識別

圖2 不同儲層類型成像圖

圖3 M-Δlg Rt交會識別圖版

分析研究區(qū)碳酸鹽巖巖性測井響應(yīng)特征,應(yīng)用對巖性反映敏感的自然伽馬、光電吸收截面指數(shù)、電阻率、三孔隙度等常規(guī)測井曲線特征值作為判別巖性的方法,主要采用分層級剝蝕法的思想研究碳酸鹽巖。①雙側(cè)向電阻率對碳酸鹽巖剖面中的灰?guī)r、燧石結(jié)核、石膏反映敏感,利用電阻率曲線可有效區(qū)分這3大巖性。②因研究區(qū)主要儲集層巖性為泥(顆)?；?guī)r、粒泥灰?guī)r和泥晶灰?guī)r,且難以區(qū)分。通過用巖心資料刻度測井資料發(fā)現(xiàn),這幾種巖性在孔隙度和轉(zhuǎn)換電阻率交會圖上有很好的識別度(見圖3),其中橫坐標(biāo)為M值,縱坐標(biāo)ΔlgRt是深側(cè)向電阻率刻度的電阻率轉(zhuǎn)換值。

(1)

(2)

式中,lgRt,min為最小深側(cè)向電阻率的對數(shù)值;lgRt,max為最大深側(cè)向電阻率的對數(shù)值;lgRt為測量記錄點的深側(cè)向電阻率對數(shù)值;Δtf在泥漿濾液的聲波時差值,即189 μs/ft*非法定計量單位,ft=12 in=0.304 8 m,下同;AC為測量記錄點的聲波時差值,μs/ft;DEN為測量記錄點的密度值,g/cm3;Df泥漿密度值,即淡水泥漿中為1.0 g/cm3。

3.2 裂縫識別

利用成像測井可以準(zhǔn)確識別研究區(qū)儲層裂縫,確定裂縫的密度、產(chǎn)狀以及充填情況等。高角度裂縫在FMI圖像上表現(xiàn)為暗色的大幅度正弦條帶,裂縫角度越高,正弦幅度越大;低角度縫在FMI圖像上顯示為暗色的低幅度正弦曲線形態(tài),裂縫角度越小,幅度越低;小于10°時的裂縫就為水平縫,表現(xiàn)為近似水平的暗色線條(見圖4)。

圖4 研究區(qū)FMI圖像上的不同產(chǎn)狀裂縫

3.3 流體性質(zhì)評價

在測井資料、試油和生產(chǎn)動態(tài)資料分析基礎(chǔ)上,應(yīng)用單井測井響應(yīng)特征法、交會法和數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法等繪制多種流體性質(zhì)識別解釋圖版,建立單井分析和生產(chǎn)動態(tài)資料標(biāo)定的流體識別方法,對儲層流體性質(zhì)進行客觀判斷和精確識別。

3.3.1 深側(cè)向絕對值法

在地層沉積、巖性變化穩(wěn)定的地區(qū),滲透層電阻率的高低主要取決于地層流體性質(zhì)。油層的深側(cè)向電阻率要高于水層的深側(cè)向電阻率。對于裂縫-孔隙型儲層,經(jīng)過統(tǒng)計有測試資料井的電阻率,油層的深側(cè)向的電阻率值一般大于1.5 Ω·m,大部分油層的電阻率集中在1.5～2.5 Ω·m,水層的電阻率值小于1.5 Ω·m;對于裂縫型儲層,油層電阻率大于1.5 Ω·m,而水層電阻率為1～1.5 Ω·m。應(yīng)用電阻率絕對值法,能夠?qū)⒋蟛糠钟汀⑺畬幼R別出來。

3.3.2 孔隙度與電阻率交會法

研究區(qū)Chilou和Jaddala組地層巖性穩(wěn)定,儲集類型有裂縫-孔隙型和裂縫型,地層水礦化度基本穩(wěn)定,滿足電阻率—孔隙度交會法的應(yīng)用條件。對研究區(qū)的Chilou和Jaddala組油藏100口有生產(chǎn)動態(tài)資料井631個層分裂縫-孔隙型和裂縫型作電阻率—孔隙度交會圖(見圖5)。根據(jù)交會點所在區(qū)域的含水飽和度與電阻率大小和范圍對流體性質(zhì)進行識別。裂縫-孔隙型儲層主要集中在以下范圍:孔隙度主要分布20%～30%,水層的含水飽和度90%～100%;油水同層的含水飽和度75%～90%之間;而油層含水飽和度主要分布80%以下,主要分布55%～80%之間。裂縫型儲層主要集中在以下范圍:孔隙度主要分布15%～25%,水層含水飽和度主要85%～100%;油水同層含水飽和度主要分布75%～85%;油層含水飽和度主要分布75%以下,主要分布60%～75%之間。

3.3.3 逐步分析法

判別分析的目的是得到體現(xiàn)分類的函數(shù)關(guān)系式,在已知觀測對象的分類和特征變量值的前提下,從中篩選出能提供較多信息的變量,并建立判別函數(shù),使得到的判別函數(shù)在對觀測量進行判別其所屬類別時的錯判率最小。

判別函數(shù)

Y=a1x1+a2x2+…+anxn

(3)

式中,Y為判別函數(shù)的判別值;x1,x2,…,xn為反映研究對象特征的變量;α1,α2,…,αn為各變量的系數(shù),即判別系數(shù)。

判別過程中,使用的數(shù)據(jù)是GR、Δt、DEN、CNL、Rt、Rxo、Rt/Rxo、SH、SP,這些數(shù)據(jù)均對儲層流體性質(zhì)識別有一定貢獻。根據(jù)逐步判別法的判別原則對這些曲線進行評分,最后得出裂縫-孔隙型儲層和裂縫型儲層的判別關(guān)系式。

根據(jù)逐步分析法原理以及2種儲層類型的判別式方程,應(yīng)用分析判別式分儲層類型作交會圖,在研究區(qū)應(yīng)用該方法識別流體效果較好(見圖6)。

3.4 儲層參數(shù)計算

3.4.1 孔隙度模型

圖5 裂縫-孔隙型與裂縫型儲層孔隙度—電阻率交會法識別流體圖版

圖6 裂縫-孔隙型與裂縫型儲層逐步分析法識別流體

(1) 總孔隙度計算模型。研究數(shù)據(jù)表明單孔隙度曲線與巖心分析孔隙度相關(guān)性較差,選用交會法計算地層總孔隙度,能減小巖性和井眼環(huán)境對三孔隙度曲線計算孔隙度所帶來的影響,計算孔隙度的公式為

(4)

式中,φ、CNL、NSH、Nf、φNi分別為地層有效孔隙度、中子測井值、泥質(zhì)中子值、流體中子值及骨架礦物中子值;ρb、ρf、ρSH、ρmai分別為地層、流體、泥質(zhì)及礦物的補償密度;Δt、Δtf、ΔtSH、Δtmai分別為地層、流體、泥質(zhì)及骨架礦物的聲波時差;Vi為第i種礦物百分含量。

求解上述方程組便可以得到2種礦物骨架百分含量V1、V2和孔隙度φ。

(2) 束縛孔隙度計算模型。根據(jù)核磁共振測井、成像測井和常規(guī)測井,在分不同儲層類型的基礎(chǔ)上,分儲層類型對核磁共振測井計算的束縛孔隙度與常規(guī)測井曲線做多元回歸分析。基于不同儲層類型下建立的束縛孔隙度模型,并建立該儲層類型的束縛孔隙度經(jīng)驗計算公式。

裂縫-孔隙型

φR=0.184 Δt+0.402CNL-1.307DEN-

0.104GR

(5)

裂縫型

φR=0.568 Δt-11.41DEN-0.293GR+

1.89Pe

(6)

式中,φR為束縛孔隙度,%;Δt為補償聲波時差,μs/ft;DEN為補償密度,g/cm3;CNL為補償中子,p.u.;GR為自然伽馬,API;Pe為光電吸收截面指數(shù),b/eV。

(3) 有效孔隙度計算模型。在總孔隙中去除無效的束縛孔隙部分,剩下的即為連通孔隙,故有效孔隙度φe計算模型為

φe=φ-φR

(7)

式中,φe為有效孔隙度,%;φ為總孔隙度, %。

3.4.2 滲透率模型

研究區(qū)碳酸鹽巖儲滲空間由孔隙和裂縫雙重介質(zhì)組成,因此,其滲透率是由基塊孔隙滲透率Kb和裂縫滲透率Kf共同組成,且兩者的差別很大(裂縫滲透率Kf比基塊孔隙滲透率Kb大得多)。裂縫的發(fā)育導(dǎo)致基塊孔隙滲透率Kb和裂縫滲透率Kf對總滲透率的貢獻程度不相同。圖7為裂縫-孔隙型、裂縫型的連通孔隙度與基質(zhì)滲透率的交會圖,研究發(fā)現(xiàn),二者通過乘冪方式建立起的相關(guān)性公式效果最好,故得到相應(yīng)的經(jīng)驗公式。

基質(zhì)滲透率模型

(8)

式中,Kb為基質(zhì)滲透率,mD。

裂縫滲透率模型。單組系裂縫

(9)

多組系裂縫

(10)

網(wǎng)狀裂縫

(11)

式中,EF為裂縫張開度,μm;R為延伸系數(shù);φf為裂縫孔隙度,%;mf為裂縫孔隙度指數(shù)。

圖7 裂縫-孔隙型與裂縫型儲層基質(zhì)滲透率模型

3.4.3 雙重孔隙介質(zhì)飽和度模型

(1) 孔隙型儲層的飽和度方程。孔隙型儲層可以近似看作均勻、各向同性介質(zhì),當(dāng)儲層泥質(zhì)含量不高或泥質(zhì)對儲層電阻率影響較小時,可直接利用阿爾奇公式計算飽和度

(12)

式中,Sw為儲層含水飽和度;a為巖性系數(shù);m、n分別為孔隙度指數(shù)、飽和度指數(shù);φ為孔隙度;Rw、Rt分別為地層水、原狀地層電阻率。

(2) 裂縫-孔隙型儲層的飽和度方程。由于深、淺側(cè)向測量的回路電流不同,在各向異性強的裂縫中必然產(chǎn)生不同程度的畸變,而這種畸變對飽和度計算結(jié)果有較大的影響。根據(jù)研究區(qū)實際資料和地質(zhì)特征分析,單組系裂縫造成的畸變系數(shù)K1=Rd/Rs,一般在1.7～2.0左右;多組系裂縫造成的畸變系數(shù)K2=Rd/Rs在1.2～1.3之間。

①單組系裂縫-孔隙型儲層。這類儲層的侵入特征與水平裂縫-孔隙型儲層完全一致,不同的是該類裂縫使淺側(cè)向的響應(yīng)相對于深側(cè)向下降幅度更大,其畸變系數(shù)為K2,取值范圍1.7～2.0,飽和度方程為

(13)

②多組系裂縫-孔隙型儲層飽和度方程為

(14)

式中,Swb為基巖塊含水飽和度;φb、φf為基巖塊孔隙度、裂縫孔隙度;Rs、Rd、Rmix、Rw、Rm、Rmf分別為淺側(cè)向、深側(cè)向、侵入帶混和液、地層水、鉆井液、鉆井液濾液電阻率;mb、mf分別為基巖塊孔隙度指數(shù)和裂縫孔隙度指數(shù),mb取值范圍2～3,基巖塊孔隙度越高,取值越大,mf取值范圍1～1.5,裂縫越不規(guī)則,取值越大;nb為飽和度指數(shù),取值基本與mb一致;Sx為中間轉(zhuǎn)換變量。

(3) 地層總含水飽和度。根據(jù)儲層流體性質(zhì)判別結(jié)果,確定裂縫孔隙空間的含水飽和度Swf,油氣層Swf=0%,水層Swf=100%;根據(jù)儲層裂縫特征分析確定儲層的裂縫類型,由裂縫-孔隙型儲層含水飽和度計算公式(12)～式(14),可以計算基巖塊的含水飽和度,最后代入式(15)就可計算地層總的含水飽和度Sw

(15)

(5) 飽和度參數(shù)選取。根據(jù)Y-338、Y-704、Y-705等3口井的巖電實驗分析資料結(jié)果,研究區(qū)a、b、m、n值見表2。

表2 研究區(qū)巖石物理參數(shù)表

4 儲層綜合評價應(yīng)用實例

以中東地區(qū)某油田Chliou和Jaddala組儲層為研究對象,根據(jù)該地區(qū)裂縫-孔隙型碳酸鹽巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征,通過對測井、巖心、試油、壓汞、核磁共振等資料分析,建立了不同類型儲層的識別模式,較好地解決了該類儲層流體性質(zhì)判別難的問題,探索出一套適合于該地區(qū)的裂縫型碳酸鹽巖儲層測井評價方法。

以Y-049井為例(見圖8),在裂縫識別的基礎(chǔ)上,利用有效孔隙模型求取連通孔隙度,可以實現(xiàn)定量評價有效儲層。Y-049井739.6～747.4 m和751.3～758.7 m井段常規(guī)測井曲線與成像測井提供裂縫密度參數(shù)綜合解釋為裂縫發(fā)育段,裂縫較為發(fā)育,三孔隙度曲線一致增大,補償聲波81.5～90 μs/ft,補償密度2.4～2.18 g/cm3,補償中子值21.8～33.9 p.u.;雙側(cè)向曲線在低阻背景下有所增大,呈負(fù)差異;錄井指示有好的油氣顯示,綜合劃分為裂縫-孔隙型儲層。應(yīng)用孔隙模型求取了有效孔隙度、基質(zhì)滲透率以及裂縫參數(shù)。用雙重孔隙介質(zhì)飽和度模型計算含水飽和度比阿爾奇公式計算含水飽和度要小,一般小1%～3%,在裂縫很發(fā)育的層段雙重孔隙介質(zhì)計算的含水飽和度比阿爾奇公式計算的含水飽和度小3%～6%。儲層定性與定量評價結(jié)果與研究區(qū)地質(zhì)和生產(chǎn)動態(tài)資料符合性好,說明研究區(qū)的儲層綜合評價結(jié)果較為準(zhǔn)確。

圖8 Y-049井雙重孔隙介質(zhì)模型測井解釋成果圖*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

根據(jù)上面的模型求得高孔隙度低滲透率碳酸鹽巖儲層的儲層參數(shù),最終結(jié)合巖心分析資料、核磁共振實驗和測試資料進行可靠性評價,具有較好的應(yīng)用效果(見表3)。

表3 研究區(qū)儲層參數(shù)模型計算值與巖心值對比表

5 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)高孔隙度低滲透率碳酸鹽巖儲層巖性以泥晶灰?guī)r為主,巖石顆粒粒度小,顆粒大小為灰泥級別,巖石成分以純的方解石晶泥為主,黏土含量低;其物性為具有基質(zhì)高孔隙度、低滲透率特征。

(2) 研究區(qū)的孔隙空間以原生晶間微孔隙和生物體腔孔為主,孔隙中大部分是不可動的束縛孔隙,微裂縫較發(fā)育。根據(jù)巖心分析資料、特殊測井和生產(chǎn)動態(tài)資料,將該油田儲層分為裂縫型和裂縫-孔隙型2種儲層類型,為后續(xù)的不同類型儲層測井評價提供了地質(zhì)依據(jù)。

(3) 在巖性、裂縫識別的基礎(chǔ)上建立了不同類型儲層測井識別模式,確定了適合該油田高孔隙度低滲透率儲層流體識別方法;在核磁共振測井資料的刻度下,建立的了連通孔隙、基質(zhì)滲透率及雙重孔隙介質(zhì)飽和度模型,實現(xiàn)定量計算和儲層有效性評價。

(4) 應(yīng)用實例分析表明,建立的一系列測井評價技術(shù)對研究區(qū)有較好的適應(yīng)性,為進一步尋找高產(chǎn)儲層提供了技術(shù)支撐,也對中東、中亞等類似地質(zhì)條件的高孔隙度低滲透率裂縫-孔隙型碳酸鹽巖儲層測井評價具有一定的借鑒意義。

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