趙 永 剛

中石化華北石油工程有限公司測井分公司

0 引言

鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏，總體呈現(xiàn)儲(chǔ)層橫向變化快、縱向多層發(fā)育的地質(zhì)特征[1]。而東勝氣田位于鄂爾多斯盆地北部伊盟隆起區(qū)[2]，勘探面積9 805.11 km2。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育泊爾江海子斷裂、烏蘭吉林廟斷裂和三眼井?dāng)嗔?，?gòu)造平緩單斜，傾向西南，傾角小于1°，坡降介于3～10 m/km，單斜背景上發(fā)育多排北東—南西走向的低緩鼻隆，幅度介于10～20 m。

目前，低阻氣層井主要集中在東勝氣田J58井區(qū)西部，是近年來中國石化華北油氣分公司天然氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)地區(qū)。J58井區(qū)內(nèi)斷裂不發(fā)育，主要含氣層位是下二疊統(tǒng)下石盒子組、山西組和太原組，其中太原組和山1段石英含量高，巖性主要為亞巖屑砂巖，孔隙以剩余粒間孔為主。山2段和下石盒子組的長石和巖屑含量較高，主要為巖屑砂巖、亞巖屑砂巖和長石質(zhì)巖屑砂巖[3]。

低電阻率氣層主要集中在下石盒子組，為辮狀河道沉積環(huán)境[4]，巖性以粗—中粒、巖屑砂巖和長石巖屑砂巖為主[5]，該類氣層具有電性反映流體能力差的特點(diǎn)，其形成機(jī)理尚不明確，氣層識(shí)別存在困難，進(jìn)而嚴(yán)重影響該區(qū)儲(chǔ)層的產(chǎn)能評價(jià)[6]和預(yù)測。

筆者從低阻氣層測井響應(yīng)特征出發(fā)，在研究和梳理低阻氣層形成主控因素的基礎(chǔ)上，開展低阻氣層常規(guī)測井識(shí)別方法研究，以期為東勝氣田后期高效開發(fā)提供可靠技術(shù)支撐、助力該地區(qū)的天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)。

1 低阻氣層測井響應(yīng)特征

低阻氣層井在測井響應(yīng)特征[7]上與常規(guī)儲(chǔ)層明顯不同，從巖心分析孔隙度和滲透率交會(huì)圖（圖1）可以明顯看到，低阻氣層的孔隙度、滲透率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)儲(chǔ)層，在測井響應(yīng)特征上主要表現(xiàn)為聲波時(shí)差高、深側(cè)向電阻率低。

通過對研究區(qū)內(nèi)19口低阻氣層井進(jìn)行歸納總結(jié)，得到其測井響應(yīng)特征如表1所示。

2 低阻氣層成因分析

對低阻氣層形成機(jī)理[8]主要從以下11個(gè)方面進(jìn)行分析，即巖石骨架粒度、泥質(zhì)含量、導(dǎo)電礦物含量、砂泥巖薄互層、地層水礦化度、泥質(zhì)分布形式、陽離子交換能力、高孔隙度高滲透率（高可動(dòng)水含量）[9]、高束縛水飽和度（主要為毛細(xì)管水且儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜）[9-10]、低幅度構(gòu)造[11]以及鉆井液侵入[12-15]等。結(jié)果表明，低阻氣層的成因主要分為兩種類型：一種是高孔隙度高滲透率（高可動(dòng)水含量）儲(chǔ)層；另一種是高束縛水飽和度（主要為毛細(xì)管水且儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜）儲(chǔ)層。泥質(zhì)分布形式、陽離子交換能力和鉆井液侵入都是次要影響因素，其他因素則對研究區(qū)低阻氣層形成沒有影響。

圖1 巖心化驗(yàn)分析孔隙度與滲透率交會(huì)圖

表1 東勝氣田低阻氣層井測井響應(yīng)特征表

2.1 高孔隙度、高滲透率（高可動(dòng)水含量）

東勝氣田屬于低孔隙、特低滲透儲(chǔ)層，但是低阻氣層井無論是從巖心分析數(shù)據(jù)上，還是測井響應(yīng)特征上，都明顯表現(xiàn)為異常高孔隙度特征。

通過對低阻氣層井的化驗(yàn)分析孔隙度與深側(cè)向電阻率交會(huì)圖進(jìn)行研究，認(rèn)為孔隙度越高，電阻率越低，最低低于5 Ω·m。另外，從常規(guī)儲(chǔ)層物性分析可知，J58井區(qū)下石盒子組儲(chǔ)層孔隙度主要集中在5%～12%，峰值在7%～9%，滲透率主要集中在0.15～1.20 mD，平均滲透率為0.6 mD。但是低阻氣層的巖心化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)顯示，其孔隙度主要集中在13%～25%。再利用圖2可知，當(dāng)孔隙度為13%時(shí)，對應(yīng)的滲透率為1.5 mD，明顯高于常規(guī)儲(chǔ)層滲透率。所以從統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，該區(qū)高孔隙度、高滲透率是低阻氣層的一個(gè)普遍特征。

圖2 低阻氣層化驗(yàn)分析孔隙度與滲透率交會(huì)圖

從鑄體薄片數(shù)據(jù)分析可知，該類低阻氣層孔隙結(jié)構(gòu)以中—大孔徑、中等以上孔喉為主，壓汞數(shù)據(jù)顯示，排驅(qū)壓力和中值壓力都很小，反映儲(chǔ)層連通性較好，所以儲(chǔ)層曲折度小，形成了較好的導(dǎo)電通路。這類儲(chǔ)層從二維核磁共振測井上可以看到，具有高可動(dòng)水飽和度。所以在相對高孔隙度、高滲透率的儲(chǔ)層中，再含有較高含量的可動(dòng)水，必然導(dǎo)致儲(chǔ)層電阻率降低，形成低阻氣層。

2.2 高束縛水飽和度（主要為毛細(xì)管水且儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜）

圖3是JX2井核磁共振測井解釋成果圖，第2（2）號層為低阻氣層，該層深側(cè)向電阻率最低為4.0 Ω·m，平均值為12.2 Ω·m。從核磁共振測井成果圖上可以明顯看到，該層T2譜呈多峰分布，且不連續(xù)，束縛水飽和度在低阻層段超過60%。通過T2譜分析可知，該層束縛水主要為毛細(xì)管束縛水。同時(shí)，從鑄體薄片及壓汞數(shù)據(jù)分析可知，小、中、大孔均有發(fā)育，喉道有微喉、細(xì)喉和特粗喉，說明該層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，再從二維核磁成像圖上也可以看出，該層主要以毛細(xì)管束縛水為主，且束縛水含量較高。該類儲(chǔ)層由于毛細(xì)管水含量高，雖然孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但孔隙連通性相對較好，儲(chǔ)層可以形成較好導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致電阻率降低，形成低阻氣層。

圖3 JX2井核磁共振測井解釋成果圖

3 低阻氣層流體性質(zhì)識(shí)別方法

利用低阻氣層區(qū)別于常規(guī)氣層的測井響應(yīng)特征，在明確低阻氣層成因機(jī)理的基礎(chǔ)上，運(yùn)用常規(guī)測井資料開展低阻氣層識(shí)別方法研究。

3.1 交會(huì)圖版法

交會(huì)圖版法主要利用測井?dāng)?shù)據(jù)，結(jié)合測試結(jié)果，對測井曲線進(jìn)行交會(huì)，建立識(shí)別圖版，是目前較流行的一種流體性質(zhì)識(shí)別方法，該方法具有直觀、簡單、便捷的特點(diǎn)。在J58井區(qū)，交會(huì)圖版法對常規(guī)氣水層識(shí)別效果較好，但是從含有低阻氣層的交會(huì)圖版（圖4）上可以看到，低阻氣層的區(qū)域?qū)嶋H上是和水層區(qū)域有重疊的，所以單靠交會(huì)圖版并不能很好地識(shí)別低阻氣層。

圖4 J58井區(qū)氣水識(shí)別交會(huì)圖版

3.2 測井曲線重疊法

該方法主要是針對中子—密度重疊法和聲波時(shí)差—自然電位重疊法進(jìn)行了應(yīng)用分析。

中子—密度重疊法[16]是最普遍應(yīng)用且可直觀定性判別氣水層的方法，主要是利用了補(bǔ)償中子孔隙度的“挖掘效應(yīng)”，對低阻氣層識(shí)別亦有一定適用性。低阻氣層識(shí)別的難點(diǎn)在于電阻率曲線對于低阻儲(chǔ)層的氣水差異判別效果差，但是補(bǔ)償中子孔隙度受到天然氣挖掘效應(yīng)作用顯著，因而利用中子—密度曲線重疊的方式，可以定性識(shí)別低阻氣層。

另外，根據(jù)低阻氣層明顯高聲波時(shí)差的特征，基于聲波時(shí)差和自然電位曲線對儲(chǔ)層特征反應(yīng)的差異性，提出了聲波時(shí)差—自然電位重疊[17]法識(shí)別氣層。天然氣的存在會(huì)使聲波時(shí)差增大（含氣性越好，聲波變化越明顯，甚至?xí)斐陕暡ㄇ€“跳躍”現(xiàn)象），而自然電位曲線主要反映儲(chǔ)層滲透性，負(fù)異常幅度越大，說明儲(chǔ)層滲透性越好。一個(gè)好的氣層使得聲波時(shí)差增大，自然電位曲線有明顯的負(fù)異常顯示，將兩條曲線重疊（在泥巖段使得兩條曲線基本重合），會(huì)有明顯的包絡(luò)面積，根據(jù)其包絡(luò)面積大小，再結(jié)合錄井資料，可以用于低阻氣層的定性識(shí)別。

圖5是JXPB井導(dǎo)眼段測井曲線成果圖，下部氣層顯示，中子—密度曲線以及聲波時(shí)差—自然電位曲線的包絡(luò)面積均較大，上部儲(chǔ)層兩個(gè)曲線包絡(luò)面積則明顯變小，說明下部儲(chǔ)層含氣性明顯好于上部，故上部解釋為含氣層，下部解釋為氣層，該氣層為水平段入靶層位，該井水平段壓裂測試，獲得日產(chǎn)氣4.3h104m3，無阻流量達(dá)13.9h104m3/d，日產(chǎn)液1.1 m3，證實(shí)了該層為典型氣層。從研究區(qū)內(nèi)19口低阻氣層井的應(yīng)用效果來看，聲波時(shí)差—自然電位重疊法具有較好的適用性。

3.3 四孔隙度差值/比值法

已有的研究表明，三孔隙度測井資料對含氣儲(chǔ)層的響應(yīng)特征[18]與飽含水地層的測井曲線特殊有差異，典型氣層的聲波時(shí)差測井值大于飽和水儲(chǔ)層的聲波時(shí)差測井值，中子和密度的測井值小于飽含水儲(chǔ)層的測井值。用電阻率計(jì)算的氣層含水孔隙度小于飽含水時(shí)的孔隙度。為提高低阻氣層的測井識(shí)別，要綜合考慮電阻率和三孔隙度測井曲線特征[19]，從而提出四孔隙度差值/比值法進(jìn)行低阻氣層識(shí)別。

由泥質(zhì)砂巖體積模型可以看出，地層流體為淡水時(shí)的地層視密度孔隙度（φda）、視中子孔隙度（φna）、視聲波孔隙度（φsa）和含水孔隙度（φw）計(jì)算公式為：

式中ρb表示密度測井值，g/cm3；ρma表示骨架密度，g/cm3；Vsh表示泥質(zhì)含量；ρsh表示純泥巖密度，g/cm3；H表示中子測井值；Hma表示骨架含烴指數(shù)；Hsh表示純泥巖含烴指數(shù)；Cp表示壓實(shí)校正系數(shù)；Δtc表示縱波時(shí)差測井值，μs/ft；Δtma表示骨架縱波時(shí)差，μs/ft；Δtsh表示純泥巖縱波時(shí)差，μs/ft；φ表示地層有效孔隙度。

四孔隙度差值（C4）和四孔隙度比值（B4）分別定義為：

為了反映孔隙流體性質(zhì)，對φda、φna、φsa和φw做泥質(zhì)校正和巖性校正。儲(chǔ)層為氣層時(shí)，C4＞0、B4＞0，且值越大，說明儲(chǔ)層含氣性越好；儲(chǔ)層為水層時(shí)，C4=0、B4=0。兩者反向刻度交會(huì)，可識(shí)別氣水層，反向刻度包絡(luò)面積越大，儲(chǔ)層含氣性越好。該方法在研究區(qū)的應(yīng)用效果也較好。

圖5 JXPB井導(dǎo)眼段測井曲線重疊法識(shí)別氣層成果圖

圖6是JX5井盒1段四孔隙度法識(shí)別氣層的成果圖。從圖可見，在氣層的地方顯示C4＞0、B4＞0，并且二者的包絡(luò)面積較大，而對比下部含氣水層的位置，雖然第4號層也顯示C4＞0、B4＞0，但二者的包絡(luò)面積卻很小，說明該層的含氣性整體比第3（2）號層差。第3（2）號層3 052.00～3 058.00 m處進(jìn)行射孔測試，日產(chǎn)氣0.912h104m3，日產(chǎn)液2.4 m3，天然氣無阻流量為0.924 7h104m3/d，證實(shí)為典型的氣層。

3.4 可動(dòng)水飽和度識(shí)別法

可動(dòng)水飽和度[20]是根據(jù)總含水飽和度（Sw）與束縛水飽和度（Swi）計(jì)算得到的，其中Sw計(jì)算是利用阿爾奇公式，巖性系數(shù)a、b，膠結(jié)指數(shù)（m）、飽和度指數(shù)（n）則是根據(jù)巖電實(shí)驗(yàn)得到；而Swi的計(jì)算是依據(jù)氣水相滲實(shí)驗(yàn)分析的巖心束縛水飽和度與巖心孔隙度建立的回歸關(guān)系得出。通過分析東勝氣田下石盒子組束縛水飽和度與巖樣對應(yīng)深度點(diǎn)孔隙度之間的相關(guān)性，得到下石盒子組束縛水飽和度的經(jīng)驗(yàn)公式為：

利用所建立的經(jīng)驗(yàn)公式帶入測井計(jì)算的孔隙度，可計(jì)算連續(xù)的束縛水飽和度曲線。根據(jù)計(jì)算的總含水飽和度和束縛水飽和度，可以得到可動(dòng)水飽和度（Swd），進(jìn)而對儲(chǔ)層含氣性進(jìn)行判別。

氣層：

氣水同層：

水層：

為了顯示方便，通常利用Sw與Swi重疊的方式來顯示含有可動(dòng)水的多少，當(dāng)重疊面積較大時(shí)，顯示可動(dòng)水含量較高[17]；反之，說明儲(chǔ)層含氣性較好。

圖6 JX5井盒1段四孔隙度差值/比值法成果圖

圖7 JX6井可動(dòng)水飽和度法識(shí)別氣層成果圖

如圖7是JX6井盒3段應(yīng)用可動(dòng)水飽和度法識(shí)別氣層的測井成果圖所示，Sw與Swi的重疊面積很小，含水飽和度近45%，以束縛水為主，可動(dòng)水很少，說明該層氣層特征明顯，解釋該層為氣層。該井在2 985.00～2 994.00 m處進(jìn)行測試，日產(chǎn)氣1.272h104m3，天然氣無阻流量為1.413 3h104m3/d，日產(chǎn)液2.4 m3。

4 結(jié)論

1）東勝氣田低阻氣層成因除了受到泥質(zhì)分布形式、黏土礦物陽離子附加導(dǎo)電性及鉆井液侵入的影響外，主要還有兩種類型的影響：一是由于高孔隙度、高滲透率及高可動(dòng)水飽和度引起的低電阻率氣層；另一種是由于復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)引起的高束縛水（毛細(xì)管水）飽和度，毛細(xì)管水形成較好導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，造成儲(chǔ)層呈現(xiàn)低阻特征。

2）利用測井曲線重疊法和四孔隙度差值/比值法對東勝氣田低阻氣層的識(shí)別具有較好的應(yīng)用效果，可動(dòng)水飽和度識(shí)別法效果稍差，交會(huì)圖版法效果最差，常規(guī)測井方法識(shí)別低阻氣層，其解釋符合率達(dá)到83%，該低阻氣層的識(shí)別方法具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。