覃　豪 李洪娟

中國石油大慶油田勘探開發(fā)研究院

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基于巖相的酸性火山巖儲層流體識別方法

覃豪 李洪娟

中國石油大慶油田勘探開發(fā)研究院

覃豪等. 基于巖相的酸性火山巖儲層流體識別方法. 天然氣工業(yè), 2016,36(4):35-40.

摘 要松遼盆地徐深氣田火山巖巖相不僅類型多樣，而且還控制著巖性的成因和孔隙結(jié)構(gòu)類型，使得應(yīng)用中子—密度測井曲線交會和電阻率的高低來識別儲層流體性質(zhì)的效果變差。為此，探討了該區(qū)火山巖流體識別的問題：對不同巖相儲層的巖性和孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析后，將成因和測井響應(yīng)特征相近的巖相歸類為爆發(fā)相和溢流相；然后根據(jù)儲層含天然氣時在測井響應(yīng)上的特征，在四性關(guān)系研究和巖相識別的前提下，先用三孔隙度、核磁共振及橫縱波時差等曲線特征識別儲層的含氣性，把水層(包括高阻水層)和含氣儲層分開；進(jìn)而分巖相建立了火山巖儲層流體識別標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此識別出氣水同層(包括高阻同層)和氣層。運用該識別方法對徐深氣田的21口新井39個層位進(jìn)行流體識別和試氣驗證，結(jié)果表明：識別準(zhǔn)確率達(dá)89.1％，提高了近12％。結(jié)論認(rèn)為，分巖相建立流體識別標(biāo)準(zhǔn)的方法不僅適用于徐深氣田酸性火山巖儲層的流體性質(zhì)識別，而且對于其他巖相復(fù)雜火山巖或沉積巖儲層流體識別也具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞酸性火山巖儲集層 流體識別 巖相 爆發(fā)相 溢流相 識別標(biāo)準(zhǔn) 準(zhǔn)確率 松遼盆地 徐深氣田

松遼盆地徐深氣田火山巖巖相不僅類型多樣，而且還控制著儲層巖性的成因和孔隙結(jié)構(gòu)類型，使得常規(guī)的中子—密度曲線交會、電阻率與孔隙度交會圖等[1-8]對火山巖儲層流體性質(zhì)進(jìn)行識別時精度變低，主要表現(xiàn)為高阻水層和氣水同層識別效果差，影響了勘探與開發(fā)試氣選層。為此筆者選用徐深氣田地質(zhì)劃分巖相結(jié)果、試氣資料及常規(guī)測井、偶極聲波測井和核磁測井?dāng)?shù)據(jù)，對識別精度低的原因進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同巖相發(fā)育的儲層的孔隙結(jié)構(gòu)相差較大[9-10]，且孔隙結(jié)構(gòu)好壞直接影響了電阻率的大小，這使得不同巖相發(fā)育儲層的流體識別標(biāo)準(zhǔn)不同。因此將成因特征和測井響應(yīng)特征相近的巖相歸類為爆發(fā)相和溢流相后，在天然氣的測井響應(yīng)特征分析基礎(chǔ)上，應(yīng)用三孔隙度、橫縱波時差比值、核磁共振分巖相構(gòu)建綜合參數(shù)，并分巖相建立了火山巖儲層流體識別標(biāo)準(zhǔn)。實際資料驗證結(jié)果表明，該方法提高了火山巖儲層流體識別的準(zhǔn)確度和符合率。

1 火山巖巖相類型及識別

前人對松遼盆地的火山巖巖相研究時，一般采用了王璞珺的“巖性—組構(gòu)—成因”的劃分方案，將徐深氣田的火山巖劃分為5相15亞相[11-15]。這套劃分巖相的標(biāo)準(zhǔn)突出了巖相之間能夠識別的差異，即在巖心或巖屑、手標(biāo)本、剖面上可識別，應(yīng)用測井和地震資料識別時可操作。將松遼盆地徐家圍子地區(qū)40口井的巖心與測井曲線、微電阻率掃描圖像進(jìn)行對比研究，15種亞相中有11亞相在測井上具有明顯的響應(yīng)特征（表1），以此為基礎(chǔ)制訂了火山巖巖相測井識別的流程：首先采用ECS與常規(guī)曲線識別巖石成分，再應(yīng)用成像測井識別反映巖相變化的結(jié)構(gòu)，并確定期次/旋回地質(zhì)界面，最后在期次內(nèi)根據(jù)巖石成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造劃分火山巖巖相。該流程實現(xiàn)了應(yīng)用測井資料識別火山巖巖相的目的[16-17]。根據(jù)識別結(jié)果，按火山巖巖相發(fā)育的厚度統(tǒng)計，徐深氣田爆發(fā)相占40.0％，溢流相占44.5％，其次是火山沉積相占12.1％，火山通道相和侵出相最少，分別占2.0％和1.4％。

表1　火山巖巖相類型與測井識別特征表

2 巖相對流體識別的影響

對一般儲層而言，電阻率是反映流體性質(zhì)變化最敏感的測井信息，而對于火山巖儲層，由于不同巖相發(fā)育儲層的孔隙結(jié)構(gòu)具有各自的特殊性，在電阻率與密度的交會圖中，部分水層比一些氣水同層難以識別，一些氣水同層比一些氣層難以識別（圖1）。因此，需分巖相進(jìn)行儲層的電阻率隨物性變化規(guī)律研究。

圖1　火山巖儲層電阻率與密度關(guān)系圖

2.1 巖相歸類

從表1中火山巖亞相的成因特征來看，徐深氣田巖相成因包括冷凝成因和壓實固結(jié)成因，這使得巖性和孔隙空間存在較大差異，從而造成了不同巖相儲層電阻率與物性對應(yīng)規(guī)律不一致?；趲r相的成因，將徐深氣田亞相歸位相，以冷凝成因為主的巖相包括溢流相、侵出相、火山通道相，以壓實為主的巖相包括爆發(fā)相、火山巖沉積相。基于徐深氣田巖相發(fā)育的主要巖相類型、試氣儲層的巖相類型（95％的儲層發(fā)育于爆發(fā)相和溢流相），此次研究針對爆發(fā)相和溢流相展開。那么，爆發(fā)相和溢流相發(fā)育的儲層用相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解釋，對于較少發(fā)育侵出相和火山巖通道相儲層應(yīng)用溢流相標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行流體性質(zhì)解釋，對于較少發(fā)育的火山通道相儲層應(yīng)用爆發(fā)相標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解釋。

2.2 不同巖相的電阻率特征

儲層物性以及流體性質(zhì)是電阻率主要影響因素，研究不同巖相形成儲層的物性對電阻率的影響時，應(yīng)在流體性質(zhì)相同時對比電阻率隨物性變化的規(guī)律。選取24口井爆發(fā)相氣層28層（孔隙度范圍介于3.4％～12.1％，平均為7.7％）、10口井溢流相氣層12層（孔隙度范圍介于3.2％～11.3％，平均為7.1％）來分析電阻率特征，爆發(fā)相和溢流相氣層的孔隙度相近（圖2），電阻率如圖3所示。爆發(fā)相的電阻率變化范圍在110.0～770.4 Ω·m之間，平均為323.7 Ω·m；而溢流相電阻率變化范圍在157.0～2 010.0 Ω·m之間，平均為518.0 Ω·m。溢流相的電阻率整體大于爆發(fā)相電阻率，而兩類巖相儲層的孔隙度相當(dāng)，可知當(dāng)兩類巖相發(fā)育的儲層孔隙度相近、流體性質(zhì)相同時，溢流相的電阻率比爆發(fā)相的電阻率高。

圖2　爆發(fā)相與溢流相儲層孔隙度柱狀圖

圖3　爆發(fā)相與溢流相儲層深側(cè)向電阻率柱狀圖

從以下兩個方面對造成爆發(fā)相和溢流相電阻率差異原因進(jìn)行了分析。在巖心分析的滲透率數(shù)據(jù)統(tǒng)計中（爆發(fā)相和溢流相樣品數(shù)基本相當(dāng)），爆發(fā)相的滲透率平均為0.41 mD，溢流相的滲透率平均為0.3 mD；壓汞資料表明，孔隙度相同條件下，爆發(fā)相的孔隙結(jié)構(gòu)比溢流相的好，即溢流相的喉道比爆發(fā)相的細(xì)，在恒速壓汞資料得到的平均孔喉半徑上，溢流相平均喉道半徑比大于爆發(fā)相，溢流相中小喉道控制著大孔隙（表2），造成了孔隙度相當(dāng)條件下電阻率高的特征。在巖性及成巖方式方面，爆發(fā)相的巖性主要以凝灰?guī)r、角礫（晶屑）凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r及角礫巖為主，成巖方式為壓實膠結(jié)成巖，孔隙空間主要為粒間孔隙、溶蝕孔洞等，孔隙與孔隙之間的連通性好，而溢流相巖性為流紋巖，成巖方式為冷凝固結(jié)成巖，孔隙空間主要為氣孔、溶蝕孔洞等，孔隙與孔隙之間的連通性差。因此溢流相與爆發(fā)相儲層相比，相同孔隙和流體性質(zhì)條件下溢流相的電阻率高。

表2　爆發(fā)相和溢流相儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征表

3 基于巖相的火山巖儲層流體識別標(biāo)準(zhǔn)

針對徐深氣田火山巖儲層氣水同層和高阻水層識別難的問題，在四性關(guān)系研究和巖相識別的前提下，先用三孔隙度、核磁及橫縱波時差等曲線特征識別儲層的含氣性，把水層（包括高阻水層）和含氣儲層分開，再分巖相建立流體識別標(biāo)準(zhǔn)，識別氣水同層（包括高阻同層）和氣層。

3.1 含氣儲層識別方法

當(dāng)儲層含氣時，在三孔隙度測井曲線上表現(xiàn)為：中子孔隙度變小，密度孔隙度變大。為了突出這兩個孔隙度的差異，構(gòu)建了比值、差值等方法。在橫縱波時差上，當(dāng)?shù)貙雍瑲鈺r，縱波時差變大，橫波時差基本不變。為了可靠識別含氣性，構(gòu)建了橫縱波時差比背景值法。在核磁共振測井上，當(dāng)儲層中含氣時，核磁測井計算地層總孔隙度偏低。在密度測井上，受天然氣的影響測井的密度低，計算的密度孔隙度偏大，構(gòu)建了核磁與密度孔隙度交會法（具體計算方法參見本文參考文獻(xiàn)[18]）。

三孔隙度組合、橫縱波時差比值和核磁共振均可反映儲層的含氣性，為了充分利用測井信息，提高儲層含氣性識別的準(zhǔn)確性，構(gòu)建出綜合指數(shù)，即

式中ZHZS表示綜合指數(shù)，％；VB、VPOR、VCMR分別表示橫縱波時差比值背景值法、三孔隙度組合法和核磁密度孔隙度交會法處理后歸一化的交會值；a1、a2、a3分別表示3種方法所占的權(quán)重系數(shù)，可根據(jù)相應(yīng)測井信息反映含氣性的能力來確定。

3.2 基于巖相的流體識別標(biāo)準(zhǔn)

研究溢流相和爆發(fā)相的電阻率特征表明，孔隙度與流體性質(zhì)相近時，前者比后者電阻率值高，使得將兩類巖相的儲層建立統(tǒng)一的流體識別標(biāo)準(zhǔn)，造成了高阻水層和氣水同層難以識別的現(xiàn)象（圖1）。因此，需要分爆發(fā)相和溢流相來建立徐深氣田酸性火山巖儲層流體識別標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用綜合指數(shù)和深側(cè)向電阻率，選用發(fā)育爆發(fā)相儲層32口井43個層、發(fā)育溢流相儲層21口井27個層的測井和試氣資料，分爆發(fā)相和溢流相建立流體識別標(biāo)準(zhǔn), 圖版精度分別為92.8％（圖4）、 96.4％（圖5），其中氣水同層識別精度由原來的50％提高到了85％。溢流相氣層識別標(biāo)準(zhǔn)高于爆發(fā)相，使得氣水同層得到較好識別，選用綜合指數(shù)后，使得一些高阻水層也得到了較好地識別。

圖4　爆發(fā)相酸性火山巖流體識別圖版

圖5　溢流相酸性火山巖流體識別圖版

4 應(yīng)用效果分析

應(yīng)用以上方法進(jìn)行流體性質(zhì)識別時，首先確定儲層巖相類型，然后計算綜合指數(shù)，最后應(yīng)用分巖相的識別標(biāo)準(zhǔn)確定流體性質(zhì)。從圖4與圖5的標(biāo)準(zhǔn)中可知，爆發(fā)相儲層氣藏識別標(biāo)準(zhǔn)相對于溢流相的低，溢流相的同層在原標(biāo)準(zhǔn)中是極易被錯判的儲層。如徐深X井176Ⅲ號層（圖6），巖性為流紋巖，巖相為溢流相，電阻率為130 Ω·m，含氣指數(shù)為7.8％，不分巖相時，解釋為氣層，分巖相后，應(yīng)用溢流相標(biāo)準(zhǔn)解釋該層為氣水同層，對該層進(jìn)行試氣，壓后自噴，日產(chǎn)氣42 872 m3、水69.2 m3，為氣水同層，與分巖相后解釋結(jié)論相符。應(yīng)用該套方法完成了徐深氣田21口新井的流體解釋，其中39個層試氣驗證，其識別符合率達(dá)89.1％。

圖6　徐深X井測井綜合解釋成果圖(1 in=25.4 mm；1 ft=0.304 8 m)

5 結(jié)論

1）火山巖巖相控制儲層的巖性、孔隙結(jié)構(gòu)以及儲集空間類型，造成不同巖相儲層電阻率隨物性變化規(guī)律不同，使得爆發(fā)相和溢流相儲層建立統(tǒng)一的流體識別標(biāo)適用性差。

2）建立在橫縱波時差比背景值、三孔隙度組合、核磁密度孔隙交會基礎(chǔ)上的綜合指數(shù)指識別含氣儲層，解決了高阻水層識別問題。

3）在巖相識別基礎(chǔ)上，分爆發(fā)相和溢流相建立流體識別標(biāo)準(zhǔn)，較好解決了氣水同層識別問題，流體識別精度達(dá)到了89.1％。應(yīng)用結(jié)果表明，分巖相建立流體識別標(biāo)準(zhǔn)的方法適用于徐深氣田酸性火山巖儲層的流體性質(zhì)識別，對于其他巖相復(fù)雜的火山巖或沉積巖儲層流體識別具有借鑒意義。

參 考 文 獻(xiàn)

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(修改回稿日期 2016-01-20 編 輯 韓曉渝)

A lithofacies-based fuid identifcation method for acidic volcanic rock reservoirs: Case history of the Xushen Gas Field, Songliao Basin

Qin Hao, Li Hongjuan
(Exploration and Development Research Institute of PetroChina Daqing Oilfield Company, Daqing, Heilongjiang 163712, China)

NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 4, pp.35-40, 4/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

Abstract:In the Xushen Gas Field, Songliao Basin, there are multiple types of volcanic rock facies, which control the genesis of reservoir lithology and the type of pore structure, so reservoir fluid properties cannot be better identified by applying the neutron-density logging curve intersection and the value of resistivity. In this paper, therefore, the fluid identification method for volcanic rocks in this area was discussed. First, after reservoirs of different lithofacies were analyzed in terms of lithology and pore structure characteristics, the lithofacies with the similar origins and logging response characteristics was classified as eruptive facies and overflow facies. Then, according to the characteristics of natural gas in the logging response, the gas-bearing property of reservoirs was identified by using the curve characteristics of porosity combination, NMR (nuclear magnetic resonance) and shear-compressional wave slowness ratio so as to distinguish aquifers (high-resistivity aquifers included) from gas-bearing reservoirs, after the four-property (lithology, physical property, hydrocarbon potential and electric property) relationship study and lithofacies identification were completed. Finally, a fluid identification standard for volcanic reservoirs was established on the basis of each lithofacies, and accordingly, gas–water layers (those with high resistivity included) and gas layers were identified. This method was applied in the Xushen Gas Field for fluid identification and gas testing of 39 intervals in 21 new wells. It is shown that the identification accuracy (up to 89.1％) is increased by 12％. And it is concluded that the lithofacies-based fluid identification method is not only applicable to the fluid property identification of the acidic volcanic reservoirs in the Xushen Gas Field, but also acts as reference for the fluid identification of volcanic or sedimentary facies with more complicated lithofacies.

Keywords:Acidic volcanic reservoirs; Fluid identification; Lithofacies; Eruptive facies; Overflow facies; Identification standard; Accuracy; Songliao Basin; Xushen Gas Field

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2016.04.005

基金項目：國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）項目“火山巖油氣藏的形成機制與分布規(guī)律”（編號： 2009CB219307）。

作者簡介：覃豪，1979年生，高級工程師，碩士；從事火山巖儲層測井評價方法研究工作。地址： （163712）黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西靈路。電話： 13936724829。ORCID: 0000-0002-1607-6507。E-mail: qinhao@petrochina.com.cn