塔巴廟區塊風化殼巖性及流體類型的測井識別

周功才 曹延旭

1.中國地質大學(武漢) 2.中石化華北石油局測井公司 3.中國石化華北分公司工程監督中心

塔巴廟區塊風化殼巖性及流體類型的測井識別

周功才1,2曹延旭3

1.中國地質大學(武漢) 2.中石化華北石油局測井公司 3.中國石化華北分公司工程監督中心

由于風化殼原巖經過長期風化、淋濾等作用,其儲層的巖性和孔隙類型變得復雜多樣,用常規測井方法進行儲層巖性識別和流體類型判別存在很大難度。為此,通過對風化殼儲層測井解釋方法的研究,利用Pe(U)曲線分析法、多巖性三孔隙度曲線交會法等測井方法來識別風化殼儲層的巖性,并在準確計算地層泥質含量基礎上,通過泥質校正將泥質雙礦物巖石模型變換成純雙礦物巖石模型,再進行交會求解孔隙度與礦物成分,較好地解決了只有通過鉆井取心和薄片分析才能解決的儲層巖性識別問題;在分析影響流體類型判別因素的基礎上,通過電阻率數值判別法、深淺側向電阻率的差值法、孔隙度—含水飽和度交會判別法等測井評價,研究解決了鄂爾多斯盆地塔巴廟風化殼儲層流體類型的判別問題。利用該測井評價方法對鄂8井進行了流體類型判別,得出的結論與測試結果相吻合,印證了該方法在塔巴廟區塊應用的有效性。

鄂爾多斯盆地 早古生代 風化殼 儲集層 巖性 流體性質 測井 識別

0 引言

鄂爾多斯盆地塔巴廟區塊下古生界奧陶系馬家溝組風化殼主要為碳酸鹽巖儲層,具有良好的油氣生成及儲存條件,蘊藏著豐富的油氣資源。從已有的巖心分析數據、錄井資料、測井資料、試氣數據來看,塔巴廟區塊下古生界的風化殼儲層巖性特征如下:①馬五1亞段,以泥微晶云巖、微晶云巖、泥微晶灰巖為主;②馬五2亞段,以泥微晶云巖為主,泥云巖次之,夾典型的透鏡狀泥云巖及泥質巖、砂礫屑云巖;③馬五3亞段,以泥微晶云巖為主,泥云巖次之,夾透鏡狀泥云巖、微晶砂礫屑云巖、鮞粒云巖、泥微晶灰巖、泥微晶白云巖;④馬五4亞段,以泥微晶云巖、白云質膏巖為主,夾透鏡狀泥云巖、微晶砂礫屑云巖;⑤馬五5亞段,中上部為粉晶白云巖,白云質微晶灰巖,中下部為深灰、灰黑色泥微晶灰巖、微晶砂礫屑灰巖,微晶灰巖組成[1-2]。根據以上特征,馬家溝組風化殼有很多不同于碎屑巖儲層的地質特征,具有強非均質性,儲集空間十分復雜,主要以裂縫為滲流通道和儲集空間[3-4]。因此,孔隙度與滲透率的關系不同于砂泥巖,常常孔隙度小、滲透率大,鉆井液侵入張開縫處于較深部位,受其影響儲層中流體性質識別困難,無法正確解釋出巖性和氣層、水層。因此由于巖性的復雜和氣水層流體類型判別困難為該區勘探帶來很大的難度。

1 儲層巖性識別方法

在現場應用中,孔隙度測井主要有以下方式:①聲波測井孔隙度(φS),主要是反映基塊巖石孔隙度(φb);②中子測井孔隙度(φN),經過泥質校正、巖性校正及含氣校正后能得到總孔隙度;③密度測井孔隙度(φD),巖性密度測井可以直接提供光電吸收截面指數(Pe)來進行巖性指示。對于純碳酸鹽巖地層,在三孔隙度測井中,聲波測井主要反映基塊巖石孔隙度,中子、密度測井基本反映的是地層總孔隙度(φT)。

利用測井資料識別碳酸鹽巖地層巖性就是利用上述曲線,其主要手段有 Pe(U)曲線分析法、三孔隙度交會圖識別巖性等方法[5-6]。

1.1 Pe(U)曲線分析法

巖性密度測井中的光電吸收截面指數對地層巖性很敏感,區分巖性能力很強。而且石灰巖和白云巖的Pe相差較大,如石灰巖為5.08 B/e、白云巖為3.14 B/ e等。因此可用它來區分主要成分。可是 Pe不能直接用于體積模型,但根據 Pe和ρb得到體積光電吸收截面指數(U),可用于體積模型。因此,實際應用時,可先將 Pe轉換成U。即

在塔巴廟區塊風化殼儲層發育段,巖性主要為白云巖、石灰巖及其組成的混合巖類,泥質含量較低。因此,巖性測井曲線(Pe或U)能較好地分辨出白云巖、石灰巖及兩者在其組成的混合巖類中所占的比例。

第一步是計算地層白云巖、石灰巖各自的相對百分含量;第二步是計算三孔隙度曲線的巖石視骨架參數;第三步是確定孔隙度;第四步是根據確定的孔隙度確定礦物的百分含量。

1.2 三孔隙度曲線交會法

對于由白云巖、石灰巖兩種巖性構成儲層,Pe曲線識別巖性效果較好。但是,當有兩種以上礦物存在時,宜采用三孔隙度曲線交會法來識別巖性和求解孔隙度。

三孔隙度曲線交會法確定巖性、計算孔隙度的公式為:

式中:φ為地層有效孔隙度,%;CNL為地層中子測井值,%;NSH為泥質中子值,%;φn為骨架礦物中子值,%;ρb、ρf、ρSH、ρma分別為地層、流體、泥質及骨架礦物的密度,g/cm3;D T、D Tf、D TSH、D Tma分別為地層、流體、泥質及骨架礦物的聲波時差,μs/m;Vi為第i種礦物的百分含量,%;VSH為泥質的百分含量,%。

求解方程組便可以得到礦物骨架百分含量V1、V2和孔隙度(φ)。

實際應用中,一般在準確計算地層泥質含量基礎上,通過泥質校正將泥質雙礦物巖石模型變換成純雙礦物巖石模型,再進行交會求解孔隙度與礦物成分。

2 流體類型的測井判別

用測井資料判別儲層含流體類型首先必須排除巖性與物性的影響,其次還要確定儲集層的巖性與儲集類型,然后在此基礎上綜合分析油氣的響應特征。

2.1 影響流體類型判別的因素

2.1.1 泥質含量的影響

電阻率的高低是判斷儲層是否含氣的關鍵因素,實際上電阻率的高低不僅由儲層是否含氣決定,還受泥質含量的影響。在高阻背景下,泥質含量稍有增加,就會使束縛水含量隨之增加,從而出現電阻率降低的現象。泥質含量增加時,縱橫波的波速比也會出現下降的現象,與含氣造成的特征近似。因此在泥質含量稍重的情況下,進行綜合分析是必要的,能最大限度地避免解釋失誤。

2.1.2 物性的影響

當地層巖性一定時,物性的好壞對測井響應特征影響很大。通常情況下,隨著孔隙度的增大,會導致電阻率下降(即使在氣層段,由于鉆井濾液侵入、束縛水等原因,地層電阻率也會下降,只有當含氣飽和度極高時,地層電阻率才不隨孔隙度增高而下降)。

2.1.3 儲集空間類型的影響

對于均質孔隙型儲層,儲層電阻率一般沒有異常部分,主要受流體性質影響。但對于裂縫發育的儲層,儲集空間為多重孔隙介質的儲層(孔隙、溶洞、裂縫)。這種多重孔隙介質儲層具有很強的非均質性。而各種測井儀器都是以均勻介質為模型設計的。因此,儲層及儲層孔隙空間的非均質性對測井響應有較大的影響。特別是不同產狀的裂縫對電阻率的影響很大,嚴重影響了儲層流體性質的判斷。

2.2 氣、水層的識別方法[4]

依據塔巴廟區塊的地質特征以及該區塊下古生界碳酸鹽巖地層已有的試氣資料,分析了測試段的測井曲線特征,提取了幾個關鍵特征參數來識別氣層,主要建立了以下幾種識別方法。

2.2.1 電阻率數值判別法

淺側向電阻率的徑向探測深度為30～50 cm,反映侵入帶地層電阻率變化情況;深側向電阻率的徑向探測深度為1.5～2 m,反映了井壁周圍深部原狀地層。顯然,雙側向測井探測深度大,受環境條件影響較小,電阻率的高低與儀器探測范圍內地層所含流體類型具有密切關系。因此,雙側向測井是反映地層中所含流體類型的基本方法之一。

采用測試已證實的氣層、水層測井數據做孔隙度—電阻率交會圖(圖1),可以看出,測試出水的地層中,孔隙度較大、物性好的部分電阻率都低于100Ω· m,而測試為氣層的層段不論孔隙度大小,對應電阻率都大于100Ω·m。總的來看,氣層電阻率高,水層電阻率低。

圖1 試井資料氣、水、干層孔隙度和電阻率交會圖

經理論分析和實踐驗證,上述方法只要滿足下述條件就有比較好的使用效果:①適用于以孔隙型為主的儲層,包括裂縫—孔隙型儲層,在實際應用時,要考慮不同角度裂縫的影響;②適用于鉆井液侵入不太深(沒有過分影響深側向的測井響應)的儲層。而塔巴廟區塊風化殼儲層就能滿足這2個條件。

2.2.2 深淺側向電阻率差值法

在塔巴廟區塊海相碳酸鹽巖地層,尤其在馬五5亞段中溶孔發育的氣層段,侵入帶孔隙中的天然氣部分被鉆井濾液取代,導致侵入帶地層電阻率降低,造成雙側向多為正差異且深電阻率一般大于100Ω·m。在水層;若鉆井濾液電阻率大于地層水電阻率,深淺雙側向呈負差異且電阻率低于100Ω·m;若鉆井濾液電阻率小于地層水電阻率,深淺雙側向電阻率則可能呈正差異或無差異。

從實際統計資料看,上述特征在塔巴廟區塊具有普遍性,孔隙度大的氣層中深淺雙側向電阻率出現正幅度差的頻率高,而致密地層的雙側向電阻率基本重合。

2.2.3 孔隙度—含水飽和度交會判別法

文化創意產業園區發展評價指標體系的建立是一項系統工程，由于文化創意產業屬于精神類服務產業，園區的產品不止是有形的物質產品，更多的成果體現為無形的精神食糧，價值很難量化.此外,園區發展考量中存在許多環境與制度性因素也難以量化，所以指標設置中要兼顧定性和定量指標.

沉積巖儲層在形成之初是完全被水充填的,隨著儲層對油氣的捕獲,其中的可動水會逐漸被排擠出去。這一過程進行的程度也就決定了儲層的流體類型:如果可動水完全被天然氣所驅替,儲層就是氣層;如果可動水基本上沒被天然氣驅替(儲層根本沒有或很少捕獲油氣,或者油氣逐漸散失),儲層就是水層;如果可動水被部分驅替,儲層就是氣水同層。同時,通過對這一過程的分析不難看出,可動水飽和度的高低與孔隙度無關。因此,問題的根本就是怎樣判斷儲層是否含有可動水。根據測井解釋中最經典的公式—阿爾奇公式可導出:

一般令a=b=1,取m=n=c。當地層只含有束縛水時,含水飽和度Sw=Swi,對應的地層電阻率為 Rti,可寫成:

大量實驗觀察結果表明:如果地層只含束縛水,此時φ與Swi的乘積趨于一個常數。這個數值在一定程度上反映巖石的類型,同時也說明,如果地層只含束縛水,在φ—Swi交會圖中,點子呈近雙曲線分布特征。因此,在φ—Swi交會圖中,如交會點呈近雙曲線分布規律,說明儲層只含束縛水,不含可動水,儲層為油氣層;如交會點不呈近雙曲線分布規律,說明儲層不僅含束縛水,還含可動水,儲層為水層或油氣水同層。

3 應用效果

根據研究結果,對大29井進行了詳細的巖性分析,該井2 819.54～2 821.64 m鉆井取心為含泥灰巖,局部有溶洞發育,被方解石充填,實際處理結果為含泥灰巖,泥質含量小于20%;2 821.64～2 834.98 m鉆井取心為灰黑色石灰巖,溶洞被方解石充填,下部發育一溶洞,直徑約3 cm,溶洞內發育方解石晶體,實際處理結果為石灰巖,泥質含量小于5%。資料處理結果和巖心分析較吻合。

無論是石灰巖、白云巖,還是兩者之間的巖性,交會圖識別出的巖性剖面與鉆井取心巖性有較好的對應關系。故可利用光電吸收截面指數和交會圖方法識別研究區內的巖性。對區內地層巖性處理結果發現:對于密度測井曲線的質量較好的井,用光電吸收截面指數法識別地層巖性較為合理;對于密度測井曲線在部分井段失真的和沒有光電吸收截面指數的井,利用三孔隙度交會識別該段地層巖性更趨于合理。

利用流體類型的判別測井評價方法對鄂8井進行了流體類型判別分析(圖2)。該井碳酸鹽巖剖面地層共解釋氣層3層8.2 m,井段為2 800.3～2 816.3 m。2 803.4～2 806.5 m井段,厚度3.1 m,處理孔隙度最小3.14%,最大8.72%,平均5.59%,含氣飽和度平均76%,該層綜合解釋為氣層;2 812.0～2 816.3 m井段,厚度4.3 m,處理孔隙度平均6.79%,含氣飽和度平均78.8%,該層綜合解釋為氣層。對該井2 800.37～2 816.57 m井段3層8.1 m進行地層測試,該層段合試,日產氣14 587 m3,不含水,測試結果為氣層。這與解釋結論相吻合。

圖2 鄂8井測井解釋成果圖

[1]惠寬洋.塔巴廟地區奧陶系風化殼馬五5亞段儲層特征[J].天然氣工業,2005,25(11):25-26.

[2]姚涇利,趙永剛,雷卞軍,等.鄂爾多斯盆地西部馬家溝期層序巖相古地理[J].西南石油大學學報:自然科學版, 2008,30(1):33-37.

[3]龍勝祥,朱虹,朱彤,等.中國石化天然氣勘探前景展望[J].天然氣工業,2008,28(1):17-21.

[4]李良,袁志祥,惠寬洋,等.鄂爾多斯盆地北部上古生界天然氣聚集規律[J].石油與天然氣地質,2000,22(3):268-271.

[5]趙良孝,補勇.碳酸鹽巖儲層測井評價技術[M].北京:石油工業出版社,1994.

[6]孫建孟,王永剛.地球物理資料綜合應用[M].東營:石油大學出版社,2001.

Logging iden tification of weathering crust lithology and fluid types in the Tabam iao Block,Ordos Basin

Zhou Gongcai1,2,Cao Yanxu3
(1.China University of Geosciences,Beijing 100083,China;2.Logging Service Section,N orth China Petroleum A dm inistration,Sinopec Group,Xinxiang,Henan 450074,China;3.Engineering Supervision Centre, N orth China Com pany,China Petroleum &Chem ical Corporation,Renqiu,Henan 062552,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 3,pp.40-43,3/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

Lithologies and pore typesof weathering crust reservoirs are comp lex and varied due to long-term weathering and leaching, thus it is very difficult to identify them with conventional logging methods.Studies are made on the log interp retation methods of weathering crust reservoirs.Variousmethods such as the Pe(U)curve analysis and themultip le lithologies tri-po rosity curve cross plotting are used to identify the lithologiesof weathering crust reservoirs.Based on an accurate estimation of shale contentof the reservoirs,the shaly dualmineralmodel is transfo rmed into the pure dualmineralmodel through shale content calibration.Po rosity and mineral composition are determined then through cross p lotting.Thesemeasures successfully solve the p roblem of reservoir lithology identification w hich can be only solved through coring and thin section analysis.Based on an analysisof the factors influencing the identification of fluid types,various logging evaluation methods such as resistivity numerical discrimination,deep-shallow lateral logging resistivity difference,and po rosity-water saturation cross plotting are app lied to identify the fluid types of the weathering crust reservoirs in the study area.Thesemethods are used to identify the fluid typesof reservoirs in the E-8 well and the results coincide w ith the test results,verifying the effectiveness of these methods in the Tabamiao Block.

O rdos Basin,Early Paleozoic,weathering crust,reservoir,lithology,fluid p roperty,logging,identification

周功才,1964年生,高級工程師;從事測井技術研究工作。地址:(430074)河南省新鄉市洪門。電話:(0373) 5795605,13803730195。E-mail:hbsjzhougc@vip.163.com

周功才等.塔巴廟區塊風化殼巖性及流體類型的測井識別.天然氣工業,2010,30(3):40-43.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.03.009

(修改回稿日期 2010-01-13 編輯 韓曉渝)

Zhou Gongcai,senior engineer,was born in 1964.He is engaged in research of logging techniques.

Add:Hongmen,Xinxiang,Henan 430074,P.R.China

Tel:+86-373-5795 605E-mail:hbsjzhougc@vip.163.com