魏志鵬，馮 青，楊 浩，杜少波

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津 300459）

致密氣藏氣層識別方法綜合應(yīng)用研究

魏志鵬，馮 青，楊 浩，杜少波

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津 300459）

在鄂爾多斯盆地LX區(qū)塊致密氣勘探開發(fā)的過程中，急需建立一套適用于致密氣層的解釋與識別技術(shù)，以期較準(zhǔn)確的識別氣層、差氣層與水層?；贚X區(qū)塊致密氣層的儲層特征，充分利用各類資料對研究區(qū)19口井的石盒子組、太原組等試氣層的測井響應(yīng)特征及儲層參數(shù)進(jìn)行分析研究，揭示了儲層巖性、物性和含氣性與測井響應(yīng)特征的關(guān)系，提出以電阻率-密度相關(guān)法、中子-密度重疊、陣列聲波參數(shù)重疊、核磁共振測井和成像測井法等5種低滲氣層識別方法，為LX致密氣藏成藏規(guī)律的進(jìn)一步認(rèn)識打下了基礎(chǔ)。

低滲儲層；測井響應(yīng)特征；氣層識別

1 研究區(qū)概況

LX區(qū)塊地理位置為鄂爾多斯盆地東北部伊陜斜坡東段、晉西撓褶帶西緣，面積約為2 620 km2。伊陜斜坡底部基巖無較大起伏，頂部蓋層傾角平緩，主要于早白堊世生成，該斜坡帶現(xiàn)今構(gòu)造呈一向西傾斜的單斜，傾角平緩，小于1°，主要發(fā)育鼻狀構(gòu)造；晉西撓褶帶位于盆地東部邊緣，整體呈帶狀，向東部延伸。中生代侏羅紀(jì)末隆起，與華北地臺分離，形成鄂爾多斯地區(qū)的東部邊緣。晉西撓褶帶于燕山運動時期形成，其區(qū)域構(gòu)造東翹西伏，亦可視為伊陜斜坡東部的翹起部分。晚石炭世-早二疊世沉積的海陸過渡相含煤層系是該區(qū)域上古生界的主力烴源巖，且在本溪組至石千峰組均發(fā)育有利的儲層類型，在縱向上構(gòu)成了下部（本溪組-山西組）、中部（下石盒子組）和上部（上石盒子組-石千峰組）三套成藏組合，表明LX區(qū)塊是天然氣聚集的有利場所[1]。

LX區(qū)塊三維區(qū)主要目的層為太2段和盒8段，太2段整體處于潮控-浪控三角洲沉積體系，巖石礦物成分以巖屑石英砂巖、巖屑砂巖、石英砂巖為主，砂巖巖心分析孔隙度平均為7.7%，氣層孔隙度平均值8.5%，儲層滲透率范圍在0.1 mD～12.66 mD，平均為0.43 mD。盒8段處于辮狀河三角洲前緣沉積體系，砂巖巖石礦物成分以巖屑石英砂巖、巖屑砂巖為主，巖心分析孔隙度在4%～13.14%，平均為6.8%，滲透率范圍在0.1 mD～5.6 mD，平均為0.21 mD，屬于特低孔、低滲儲層（見表1）。

表1 LX區(qū)塊物性統(tǒng)計表（據(jù)巖心分析數(shù)據(jù)換算至地下）

2 低滲致密氣層識別技術(shù)

本文利用各類資料對鄂爾多斯盆地LX區(qū)塊致密氣田主力產(chǎn)氣構(gòu)造共19口井的盒8段及太2段試氣層的測井響應(yīng)特征及儲層參數(shù)進(jìn)行分析研究，探索總結(jié)出如下5種識別低滲氣層的方法，并最終綜合運用這5種方法來識別致密砂巖氣層、差氣層和水層。

2.1 電阻率-密度曲線相關(guān)法識別氣層

阿爾奇公式對電阻率測井響應(yīng)與孔隙度測井響應(yīng)的相關(guān)性進(jìn)行了論證，通過該公式，可以利用電阻率測井與孔隙度測井的相關(guān)性，對流體性質(zhì)多樣且復(fù)雜儲集層進(jìn)行有效識別[2]。

在純水地層中，含水飽和度Sw=1，當(dāng)密度測井響應(yīng)值增加時，電阻率值呈減小趨勢，當(dāng)密度測井響應(yīng)值減小時，電阻率值呈增加趨勢，可以推出電阻率測井值與密度測井響應(yīng)關(guān)系呈現(xiàn)出一定的負(fù)相關(guān)；在純氣地層中，含水飽和度為0，當(dāng)密度測井值增加時，孔隙度測井響應(yīng)呈減小趨勢，電阻率測井響應(yīng)值也相對降低，可以推出，電阻率測井響應(yīng)與密度測井呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)。

需要注意的是，在部分氣層段，受泥質(zhì)含量的影響，可見部分相關(guān)系數(shù)仍顯示正相關(guān)，在識別過程中應(yīng)區(qū)別分析，如LX-34井1 456 m～1 458 m氣層，電阻率與密度測井值呈正相關(guān)性，但同時與GR測井值呈正相關(guān)性，氣層電阻率受泥質(zhì)含量影響（見圖1）。

圖1 LX-34井測井解釋成果圖

2.2 中子-密度曲線交匯法識別氣層

根據(jù)密度測井與中子測井的測量原理研究，毛志強(qiáng)等人對電子密度指數(shù)PE與含氫指數(shù)（H）的關(guān)系式進(jìn)行了理論推導(dǎo)，證實了中子測井響應(yīng)與密度測井響應(yīng)之間具有一定的相關(guān)性，在判別復(fù)雜儲集層流體性質(zhì)時，可利用中子測井與密度測井的相關(guān)性[3]。

（1）對于純水層，在不含泥質(zhì)的情況下，氣層密度孔隙度φN與中子孔隙度φD均等于介質(zhì)孔隙度，當(dāng)密度孔隙度升高時，中子孔隙度也相應(yīng)上升，即φN與φD表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。在測井解釋曲線上，水層表現(xiàn)為電阻率低，中子-密度曲線交匯，或反向包絡(luò)面積較小。

（2）對于氣層，由于氣的存在，使得φD增大而φN減小，導(dǎo)致φD與φN表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)性，且氣層具有挖掘效應(yīng)，表現(xiàn)為中子孔隙度的增大，于是放大了這種負(fù)相關(guān)性；在測井解釋曲線上，氣層表現(xiàn)為電阻率高，中子-密度曲線重疊反向包絡(luò)面積大（見圖2）。

2.3 陣列聲波測井資料識別氣層

縱波與橫波的性質(zhì)不同，縱波為壓縮波的一種，橫波為剪切波的一種，當(dāng)?shù)貙雍瑲怙柡投容^高時，地層的縱波速度會有比較明顯的降低，而地層橫波速度則變化不明顯，造成含氣地層的縱橫波速度比要比飽和水地層的縱橫波速度比小的多；同時孔隙中水相和氣相在聲學(xué)特性上有很大的差異，水的壓縮系數(shù)遠(yuǎn)小于氣的壓縮系數(shù)，所以，充滿氣的地層具有較小的縱橫波速比和泊松比、較大的壓縮系數(shù)[3]。因此根據(jù)陣列聲波測井資料提取的縱橫波時差、泊松比（POIS）和縱橫波速比（SCRAP）等參數(shù)可以識別低滲致密復(fù)雜含氣地層（見表2、表3）。

表2 典型流體與骨架的泊松比

圖2 LX-103-4D井測井解釋成果圖

表3 典型流體與骨架的壓縮系數(shù)

基于上述原理衍生出2種識別方法：

（1）縱橫波時差交匯法：縱橫波時差的變化能夠定性指示氣的存在，縱波速度在含水飽和度很高的巖石中對于氣體含量敏感，少量氣體可以使其急劇降低，對橫波速度影響不大[4]。從偶極子陣列聲波資料中提取縱波和橫波時差曲線，利用橫波測井計算的縱橫波時差差值指示儲層中天然氣的存在，氣層的 DTC（縱波）＜DTS（橫波）。

需要注意的是，與地層縱橫波速比關(guān)系相近的因素很多，如流體性質(zhì)、地層巖性、地層成巖作用（壓實和膠結(jié)程度）、巖石上覆壓力、有效孔隙度以及鉆井泥漿侵入的影響等多種因素，所以，應(yīng)通過準(zhǔn)確求取完全飽和水時的縱橫波速度比，對氣層進(jìn)行準(zhǔn)確識別。

（2）縱橫波速比-泊松比重疊法：當(dāng)?shù)貙雍瑲怙柡投雀邥r，其縱波速度會減小，橫波速度增大；當(dāng)?shù)貙雍柡投雀邥r，縱波速度增大，橫波速度減小，通過縱橫波速比（SCRAP）可以指示含氣性變化。泊松比是地層縱波與橫波速度比值的函數(shù)，氣層橫縱波時差比減小，泊松比減小，水層相應(yīng)增大。

LX-4井盒8段測井解釋成果圖（見圖3），可見DTC與DTS有明顯交匯，縱橫波速比與泊松比有明顯交匯，指示良好的含氣性，測試無阻流量61 800 m3/d。

2.4 核磁共振法識別氣層

核磁共振測井判別儲層流體性質(zhì)必須恰當(dāng)選擇測井參數(shù)，特別是標(biāo)準(zhǔn)T2測井方式下的等待時間TW及雙TW或雙TE測井方式下的長短等待時間或長短回波間隔等。

2.4.1 雙TW模式識別輕質(zhì)油氣（差譜法） 油氣與水的縱向弛豫時間T1具有較大差異，對孔隙水，較短的極化時間就可使其完全磁化；而另一方面，若對油和天然氣進(jìn)行磁化，則需要很長的極化時間。TWL測量所得的回波串，包含油、氣、水的三種信號，而TWS測量所得的回波串，則只包含部分油、氣及水的信號（見圖4）。

2.4.2 核磁共振結(jié)合密度測井資料評價氣層 在利用密度-中子孔隙度等交匯圖等常規(guī)方法識別氣水層時，中子測井會受孔隙流體含氫指數(shù)的影響，同時會受到骨架礦物含氫指數(shù)的影響，在致密氣儲層中，地層巖性多樣，沉積雜亂，巖性復(fù)雜，造成了巖石骨架對中子測井的影響大于流體的影響，在某些含水飽和度較高的地層，也會出現(xiàn)中子-密度孔隙度曲線呈一定程度的交匯。而核磁共振測井的優(yōu)勢在于，其測量結(jié)果很少受到地層骨架影響，而是更真實反映孔隙流體的性質(zhì)，因此利用密度與核磁孔隙度差值可以更準(zhǔn)確的識別巖性復(fù)雜地層的含氣或含水性質(zhì)[6，7]。

圖3 LX-4盒8段74號層測井解釋成果圖

圖4 油、氣及水的信號

以LX-103井核磁測井結(jié)果為例，顯示正態(tài)雙峰的兩峰呈分開狀，毛管束縛流體波譜與可動流體波譜同時呈正態(tài)分布，該類型一般出現(xiàn)在儲層以雙孔隙結(jié)構(gòu)為主；若單斜雙峰兩峰未有明顯分開，且儲層以大孔徑孔隙為主時，則主峰位于可動流體部分，峰值普遍大于33 ms，可動流體部分波譜向左拖曳，呈右單斜分布，如LX-103井太2段158號層（見圖5），主峰呈右單斜分布，指示發(fā)育大孔隙，壓后無阻流量16.3×104m3/d，為高產(chǎn)氣層。當(dāng)儲層內(nèi)發(fā)育小孔隙大量發(fā)育時，主峰值位于33 ms以內(nèi)，可動流體部分波譜向右拖曳，呈左單斜分布（見圖6）。

當(dāng)近井地帶含氣較高時，會影響密度測井，使得密度測井值減小，造成密度測井對總孔隙度值測量偏大。然而，氣體的存在對核磁孔隙度的影響相反，氣體使核磁過低地估計了地層總孔隙度，這是因為：（1）氣體的含氫指數(shù)低；（2）氣體未完全極化。為了使儲集層氣體充分極化，要求CPMG脈沖粗劣的等待時間為10 s左右，這么長的等待時間對于常規(guī)測井作業(yè)并不現(xiàn)實。因此，在氣層中，核磁測井總孔隙度會略低于密度測井孔隙度，而密度-核磁孔隙度之差與含氣飽和度呈正比，在氣層中其效應(yīng)類似于中子-密度交叉效應(yīng)。

2.5 與成像測井資料結(jié)合識別高產(chǎn)氣層

成像測井資料在油氣勘探與開發(fā)中已得到廣泛的應(yīng)用，是一種根據(jù)井眼中地球物理場的觀測，對井壁和井周圍物體進(jìn)行物理參數(shù)成像的方法，該方法直觀、可視性強(qiáng)、可靠地特點使得它優(yōu)于常規(guī)測井，從而對地層傾角、傾向、裂縫發(fā)育情況、溶蝕孔等進(jìn)行更好的描述。致密砂巖儲層中裂縫發(fā)育段常為有利的儲層，利用成像測井可以直觀地顯示出儲層裂縫發(fā)育程度，進(jìn)而結(jié)合其他測井資料進(jìn)行油氣層的識別[8]。對LX-4井太2段104號氣層進(jìn)行成像測井解釋（見圖7），底部1803m～1 804 m發(fā)育網(wǎng)狀裂縫，對應(yīng)電阻率下降，滲透率升高，經(jīng)測試日產(chǎn)氣量119 520 m3，折算無阻流量128 800 m3/d，屬于高產(chǎn)氣層。

圖5 LX-103井太2段158號層測井解釋成果

圖6 LX-103井盒1段115號層測井解釋成果

3 方法綜合應(yīng)用

在LX區(qū)塊先導(dǎo)實驗區(qū)的實際生產(chǎn)中綜合應(yīng)用以上方法，定性和定量結(jié)合綜合確定解釋結(jié)論。首先應(yīng)用常規(guī)資料的電阻率-密度重疊、中子-密度重疊定性識別；以及特殊測井的陣列聲波測井、核磁測井、成像測井的定性識別；然后結(jié)合電阻率-孔隙度-含水飽和度、電阻率-孔隙度差（比）值、縱橫波速度比-縱波時差交匯等的定量識別綜合確定解釋結(jié)論，為實驗區(qū)開發(fā)井壓裂前選井選層提供地質(zhì)依據(jù)。

3.1 典型水層

LX-103井盒4段一次解釋為氣層，其電阻率-密度曲線呈明顯的正相關(guān)特征，中子-密度曲線反向包絡(luò)的含氣較低，物性較好，計算含水飽和度高，泊松比-縱橫波速比無反向包絡(luò)面積，縱橫波時差交匯，深電阻絕對值低于10 oHmm，核磁顯示可動流體孔隙度較高，定性識別表現(xiàn)為明顯的水層特征；在定量識別的電阻率-孔隙度、差比值、密度與陣列聲波多參數(shù)交匯圖版上也落在明顯的水區(qū)，該層壓后產(chǎn)水70 m3/d（見圖8）。

圖7 LX-4井成像測井資料

圖8 LX-103井盒4段114號層測井解釋曲線

3.2 氣層

LX-104-3D井盒2段160號氣層電阻率-密度曲線呈明顯的負(fù)相關(guān)特征，中子-密度曲線有明顯反向包絡(luò)的含氣指示，物性較好，計算含氣飽和度高，泊松比-縱橫波速比有反向包絡(luò)，橫波時差小于縱波時差，定性識別表現(xiàn)為明顯的氣層特征；在定量識別的電阻率-孔隙度、差比值、密度與陣列聲波多參數(shù)交匯圖版上也落在明顯的氣區(qū)。

3.3 差氣層

LX-104-3D井盒2段159號層解釋為差氣層，與氣層相比，電阻率降低，電阻率-密度曲線呈明顯的負(fù)相關(guān)特征，但差異減小，中子-密度曲線有明顯反向包絡(luò)的含氣指示，差異減小，物性較氣層變差，計算含氣飽和度較氣層低，泊松比-縱橫波速比有反向包絡(luò)，橫波時差小于縱波時差，定性識別表現(xiàn)為含氣層特征但比氣層的各項指標(biāo)減弱（見圖9），在定量識別的電阻率-孔隙度、差比值、密度與陣列聲波多參數(shù)交匯圖版上也落在差于氣層的差氣層區(qū)。

表4 LX實驗區(qū)油氣解釋情況統(tǒng)計表

應(yīng)用低滲氣層識別技術(shù)解釋了LX實驗區(qū)4口開發(fā)井全井段氣層176.2 m/46層，差氣133.1 m/17層（見表4）。

圖9 LX-104-3D井測井解釋曲線

4 結(jié)論

（1）研究證明，在LX區(qū)塊，以電阻率-密度相關(guān)法、中子-密度重疊、陣列聲波參數(shù)重疊、核磁共振測井和成像測井法結(jié)合可以較好地識別低滲致密氣層。

（2）多種方法綜合應(yīng)用是識別低滲氣層最為可行的解釋方法。

不同測井曲線對地質(zhì)信息的反映是相互關(guān)聯(lián)的，但單一測井信息局限性較大，某些時候某些參數(shù)會不靈敏或失效，所以多數(shù)時候是不同方法綜合應(yīng)用，每種方法并沒有特別嚴(yán)格的界限，綜合解釋是最為可行的方法。

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TE122.1

A

1673-5285（2017）08-0110-07

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.08.025

2017－07-12

2017－08-04