十里加汗地區下石盒子組一段致密砂巖氣層識別研究

潘秀萍，胡挺

(中石化華北石油工程有限公司測井分公司，河南 鄭州 450006)

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十里加汗地區下石盒子組一段致密砂巖氣層識別研究

潘秀萍，胡挺

(中石化華北石油工程有限公司測井分公司，河南 鄭州 450006)

十里加汗地區下石盒子組一段(P1sh1)是典型的低孔、低滲致密砂巖儲層。由于儲層物性差、非均質性強等因素，使得該區存在氣層識別難度大的問題。為了準確識別氣層，提出了幾種適合研究區的氣層識別方法：雙孔隙度重疊法、視水層中子孔隙度測井值法、核磁共振法以及偶極聲波測井法。通過試氣結果分析，證明了氣層識別方法的有效性，較好地解決了十里加汗地區下致密砂巖儲層氣層識別難度大的問題，具有良好的推廣應用價值，也為油田的進一步開發提供了一定的技術支持。

致密砂巖；氣層識別；視水層中子孔隙度；核磁共振；偶極聲波

十里加汗地區下構造上位于伊陜斜坡北部，泊爾江海子斷裂帶以南，南部與蘇里格氣田北部相鄰，總體以向西南傾斜的單斜構造為特征，在該背景上發育一系列向西南或南傾沒的鼻狀構造。研究區地層厚度相對穩定，烴源巖發育，成熟度高，發育大面積展布的辮狀河三角洲沉積砂體，氣藏屬于典型的低孔、低滲致密砂巖氣藏。十里加汗地區下鉆遇地層多，包含數套氣水系統，多段獲工業氣流，多層合采具有經濟開發可行性[1]。但是，由于該地區具有低孔、低滲的特點[2，3]，儲層物性差，非均質性強，地層水活躍且礦化度變化大(范圍在30000～85000mg/L)，氣水關系復雜，給氣層識別造成了很大困難[4～8]。因此，開展氣層識別方法研究十分必要。

目前，國內外對于致密砂巖氣層識別方法的研究有很多[9～11]，常規方法主要有中子-密度重疊法、各種交會圖法[12，13]、判別參數法、氣測判別法[12]等；新技術方法主要包括重復式地層測試(RFT)[14]、長源距全波列測井[15]以及人工神經網絡法[16]等。對于十里加汗地區下的氣層識別，前人已做過相關研究，但是識別效果不理想。筆者在前人研究的基礎上，根據研究區的實際情況，充分利用測井資料，采用雙孔隙度重疊法和視水層中子孔隙度測井值法，并結合特殊測井方法(核磁共振和偶極聲波測井法)，在十里加汗地區下得到成功應用，不僅解決了油田開發生產中的實際問題，同時也為進一步評價致密砂巖氣層提供了依據[17]。

1　儲層物性特征

據十里加汗地區下石盒子組一段(P1sh1)薄片資料統計，砂巖類型主要為巖屑砂巖、巖屑石英砂巖，少量長石巖屑砂巖。其中巖屑砂巖所占比例最高，達76.4%，粒度主要為粗粒、中粒；巖屑石英砂巖次之，所占比例為20.2%，以粗粒為主；長石巖屑砂巖所占比例最少，僅為3.4%，粒度主要以中-細粒為主。儲集砂巖粒徑主要分布在0.1～1.6mm范圍內。顆粒分選中等-好，磨圓一般為次棱角狀和次圓狀，碎屑間多為顆粒支撐，接觸方式以點線狀接觸為主。

取心物性資料分析表明，十里加汗地區下P1sh1儲層孔隙度主要為5%～15%(平均9.1%)；滲透率主要分布區間為0.1～1.0mD(平均0.60mD)，屬于典型的低孔、低滲儲層。

2　氣層識別方法

2.1雙孔隙度重疊法

雙孔隙度重疊法是應用地層含水孔隙度與總有效孔隙度的重疊來識別氣層。利用阿爾奇公式計算地層含水孔隙度[18]：

(1)

式中：Sw為地層含水飽和度，1；a、b分別為與地層巖性有關的參數，1；m、n分別為膠結指數和飽和度指數(由巖電試驗測得)，1；ρw為地層水電阻率，Ω·m；ρt為實測地層電阻率，Ω·m；φ為地層孔隙度，1。

當地層飽含水時，Sw=1，此時由阿爾奇公式反算出的地層孔隙度實際反映的是地層含水孔隙度。令b=1，n=2，則有：

(2)

式中：φw為地層含水孔隙度，1。

由于十里加汗地區下地層水礦化度變化較大，所以該次研究地層水電阻率的選取是通過對地層水的氯根離子濃度、礦化度、靜溫、靜壓以及試采時間長短等進行統計分析得到的。選取關鍵井——錦C井，根據其試氣報告中的地層水礦化度和地層溫度查圖版，最終確定P1sh1地層水電阻率取值為0.05Ω·m。

天然氣含氫指數低，當儲層中含氣時，會使得中子孔隙度(φn)減小、密度孔隙度(φd)增大[19]。為了準確計算總有效孔隙度(φe,t)，采用中子-密度孔隙度幾何平均值公式[20，21]，消除地層含氣性對孔隙度計算的影響：

(3)

在氣層識別過程中，用φw與φe,t進行重疊，重疊的曲線幅度差可以反映儲層的含氣孔隙度。令φe,t=100%，當φe,t≥2φw時，則有φw≤50%，即含氣孔隙度(或含氣飽和度)≥50%，判斷為氣層：

(4)

2.2視水層中子孔隙度測井值法[22]

儲層中含氣會造成密度孔隙度增大、中子孔隙度減小[19,22]，利用密度-中子孔隙度重疊法可識別氣層，視水層中子孔隙度測井值法就是該方法的改進。該方法是讀取井眼條件較好的水層段的密度(ρw)及中子孔隙度(φn,w)，通過交會圖回歸擬合，建立中子-密度測井值之間的函數關系，即φn,w=f(ρw)；利用該關系式計算出一條全井段的視水層中子孔隙度曲線(φn,s)，然后將目的層段的φn,s與實際測量的中子孔隙度曲線(φn,m)重疊，由于氣層會使得中子孔隙度減小，所以在氣層段，φn,s大于φn,m。

(5)

經實例應用證實，該方法可以有效識別氣層，但是該方法具有一定的局限性，若井眼條件很差或者沒有明顯的水層，該方法不適用。

2.3核磁共振測井法

核磁共振測井法[12]是利用原子核的磁性及其與外加磁場的相互作用而反映地層中孔隙結構與流體性質的一種測井方法。該方法不受地層礦物成分的影響，其優勢是可提供與巖性無關的地層有效孔隙度，區分自由流體體積和束縛流體體積，估算滲透率等，同時還可以利用差譜和移譜分析識別油氣層[23]。

2.3.1差譜法

根據氣、水具有不同弛豫響應的特征，采用不同的等待時間(Tw)進行測量，可反映流體性質。短等待時間(Tws)內，水信號可完全恢復，烴信號不能完全恢復；長等待時間(Twl)內，水信號可完全恢復，烴信號也能完全恢復。將2種等待時間測得的橫向弛豫時間(τ2)譜相減(差譜)，可基本消除水的信號，突出烴信號，從而達到識別氣層的目的[24，25]，即氣層的地方會顯示有差譜信號(見圖1)。

圖1　差譜識別天然氣示意圖

2.3.2移譜法

利用流體擴散特性對τ2的影響來探測天然氣。在油、氣、水三相中，由于天然氣的擴散系數最大，因此擴散弛豫時間可以利用不同長度的回波間隔進行控制，回波間隔時間越長，擴散弛豫時間越短，即長回波間隔的τ2譜相較于短回波間隔的τ2譜前移[24，25]，氣層會有明顯的移譜現象(見圖2)。

圖2　移譜識別天然氣示意圖

2.4偶極聲波測井法

當巖石孔隙流體中含有氣體時，使得縱波能量衰減增大，速度就會明顯降低，而橫波是剪切波，速度基本不變，縱、橫波速度因含氣存在較大差異，因此可以根據偶極聲波測井資料計算出的縱橫波速度比識別儲層含氣性。地層含氣飽和度越高，縱橫波速度比下降越明顯[26]。泊松比是縱橫波速度比的函數，當儲層含氣時，泊松比降低[27]，體積壓縮系數增大[28]，所以可以根據泊松比與體積壓縮系數之間的包絡面積有效識別氣層，包絡面積越大，含氣性越好。砂巖的縱橫波速度比在1.58～1.78之間，其中砂巖氣層的縱橫波速度比為1.6左右。

3　應用實例及效果分析

圖3　十里加汗地區下錦A井水層實測φn,w-ρw交會圖

圖3為十里加汗地區下錦A井水層的φn,w-ρw交會圖，φn,w和ρw讀取的是井眼條件好、水層對應的測井值，可以看出，φn,w與ρw呈明顯的負相關關系，且相關性很好。應用該關系式可計算一條全井段的φn,s。

圖4為錦A井P1sh1利用雙孔隙度重疊法和視水層中子孔隙度測井值法識別氣層的成果圖。從圖4中可以看出，5號層深度段3133.50～3139.00m，層厚5.50m，對應的自然伽馬(qAPI)整體呈低值，巖性較純；自然電位(Usp)為明顯的負異常，說明該層段具有一定的滲透性；井徑曲線規則、井眼條件良好；深、淺側向電阻率(ρlld、ρlls)曲線基本重合；三孔隙度曲線間具有明顯的幅度差；從解釋結果看，φe,t平均為7.3%，φw平均為1.6%，φe,t>3φw，指示該層段為氣層；同時，儲層段φn,m明顯小于φn,s，也指示該儲層段具有很好的含氣性。該井3134.5～3138.5m層段射孔，獲得日產氣47707m3，無阻流量102643m3/d，為工業氣流層，與解釋結論完全符合。

圖4　十里加汗地區下錦A井P1sh1常規資料處理成果圖

圖5、6分別為錦B井P1sh1第3～5號層對應的常規測井及核磁共振測井解釋成果圖。從圖5中可以看到，第3(1)號層深度段為3111.50～3114.50m，層厚3.0m，該層段qAPI整體呈低值，巖性較純；Usp明顯負異常，說明該層具有一定的滲透性；井徑曲線擴徑明顯；ρlld、ρlls曲線基本重合，且電阻率值相較第3(2)、4和5號層沒有明顯變化；三孔隙度曲線受井眼影響變化較大；僅僅從常規測井曲線并不能體現第3(1)號層比其他3個層的含氣性好。

圖5　十里加汗地區下錦B井P1sh1常規資料處理成果圖

而從圖6中可以看出，第3(1)號層核磁計算的有效孔隙度(φe,n)為6.18%，其中毛細管束縛水孔隙度(φMBVI)為1.83%，平均滲透率為0.74mD，含水飽和度(Sw)為38%；從區間孔隙度的分析結果來看，16～128ms的τ2譜均有分布，呈孤立的雙峰分布，以中、小孔徑為主，該層束縛水含量較低，物性相對較好，有明顯的差譜信號，且長回波間隔的τ2譜峰較短回波間隔的τ2譜峰明顯前移(金黃色線為基線，藍色線為譜峰線)，說明孔隙中含氣特征明顯，所以綜合解釋該層為氣層。從圖6上可以明顯地看到第3(1)號層的含氣性和孔隙結構要比其他3個層好，該井3111.50～3114.00m井段射孔試氣，最終獲得日產氣9823m3，無阻流量10198m3/d，與解釋結論完全一致。

圖6　十里加汗地區下錦B井P1sh1核磁共振測井解釋成果圖

圖7為錦C井P1sh1的4號層對應的常規+偶極聲波測井解釋成果圖，4號層深度段為3078.20～3088.50m，層厚10.3m，從圖中可以看到，該層qAPI整體呈低值，巖性較純；Usp明顯的負異常，表明該層段具有一定的滲透性；電阻率和三孔隙度曲線沒有明顯的含氣顯示特征，所以從常規測井曲線上難以確定該層的含氣性好壞；然而從偶極聲波測井曲線上可以明顯看到，在3078.20～3088.50m層段，縱橫波速度比(Rvp/vs)減小，其均值為1.59，泊松比(ν)是Rvp/vs的函數，因此當儲層含氣時，ν降低，該層的ν均值為0.17，同時，該層ν和體積壓縮系數(CMPB)曲線的“包絡面積”較大，說明該層具有明顯的含氣特征，綜合解釋4號層為氣層。該井3061.50～3064.00m和3082.00～3085.00m經射孔試氣，獲得日產氣25045m3，日產水5.1m3，無阻流量25602m3/d，與解釋結論完全一致，驗證了氣層識別方法的有效性。

圖7　十里加汗地區下錦C井P1sh1常規+偶極聲波測井解釋成果圖

4　結論

1)十里加汗地區下P1sh1屬于典型的低孔、低滲致密砂巖儲層，氣層識別困難。筆者采用雙孔隙度疊合法、視水層中子孔隙度測井值法、核磁共振測井法以及偶極聲波測井法，將常規測井與特殊測井相結合，在定性識別氣層的實際應用中取得了良好的效果，其有效性得到了試氣資料的驗證，提高了氣層識別效果，為該類致密砂巖氣層的識別提供了具有應用推廣價值的方法。

2)核磁共振測井可提供束縛水孔隙度和可動流體孔隙等信息，在致密砂巖氣層識別方面具有明顯的優勢。

3)對于氣層識別，在實際解釋分析過程中，不應局限于此，應深度挖掘測井響應特征，放大含氣信息，充分運用多種方法進行氣層識別，以提高氣層識別精度，為天然氣勘探開發提供技術支持。

本文為中石化華北分公司勘探開發研究院合作項目“天然氣儲量計算測井參數優選研究”(編號：34550008-13-ZC0609-0015)的部分成果。

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[編輯]龔丹

2015-08-17

潘秀萍(1986-)，女，碩士，助理工程師，主要從事測井解釋及儲層評價工作，panxiuping1314@126.com。

P631.84

A

1673-1409(2016)17-0032-07

[引著格式]潘秀萍，胡挺.十里加汗地區下石盒子組一段致密砂巖氣層識別研究[J].長江大學學報(自科版), 2016,13(17):32～38.