致密氣藏氣層識別方法綜合應用研究

2017-09-12 09:41:48魏志鵬杜少波

石油化工應用 2017年8期

魏志鵬，馮青，楊浩，杜少波

（中海油田服務股份有限公司油田生產研究院，天津 300459）

致密氣藏氣層識別方法綜合應用研究

魏志鵬，馮青，楊浩，杜少波

（中海油田服務股份有限公司油田生產研究院，天津 300459）

在鄂爾多斯盆地LX區塊致密氣勘探開發的過程中，急需建立一套適用于致密氣層的解釋與識別技術，以期較準確的識別氣層、差氣層與水層。基于LX區塊致密氣層的儲層特征，充分利用各類資料對研究區19口井的石盒子組、太原組等試氣層的測井響應特征及儲層參數進行分析研究，揭示了儲層巖性、物性和含氣性與測井響應特征的關系，提出以電阻率-密度相關法、中子-密度重疊、陣列聲波參數重疊、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致密氣藏成藏規律的進一步認識打下了基礎。

低滲儲層；測井響應特征；氣層識別

1 研究區概況

LX區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，該斜坡帶現今構造呈一向西傾斜的單斜，傾角平緩，小于1°，主要發育鼻狀構造；晉西撓褶帶位于盆地東部邊緣，整體呈帶狀，向東部延伸。中生代侏羅紀末隆起，與華北地臺分離，形成鄂爾多斯地區的東部邊緣。晉西撓褶帶于燕山運動時期形成，其區域構造東翹西伏，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域上古生界的主力烴源巖，且在本溪組至石千峰組均發育有利的儲層類型，在縱向上構成了下部（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區塊是天然氣聚集的有利場所[1]。

LX區塊三維區主要目的層為太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區塊物性統計表（據巖心分析數據換算至地下）

2 低滲致密氣層識別技術

本文利用各類資料對鄂爾多斯盆地LX區塊致密氣田主力產氣構造共19口井的盒8段及太2段試氣層的測井響應特征及儲層參數進行分析研究，探索總結出如下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-密度曲線相關法識別氣層

阿爾奇公式對電阻率測井響應與孔隙度測井響應的相關性進行了論證，通過該公式，可以利用電阻率測井與孔隙度測井的相關性，對流體性質多樣且復雜儲集層進行有效識別[2]。

在純水地層中，含水飽和度Sw=1，當密度測井響應值增加時，電阻率值呈減小趨勢，當密度測井響應值減小時，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關系呈現出一定的負相關；在純氣地層中，含水飽和度為0，當密度測井值增加時，孔隙度測井響應呈減小趨勢，電阻率測井響應值也相對降低，可以推出，電阻率測井響應與密度測井呈現一定的負相關。

需要注意的是，在部分氣層段，受泥質含量的影響，可見部分相關系數仍顯示正相關，在識別過程中應區別分析，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性，但同時與GR測井值呈正相關性，氣層電阻率受泥質含量影響（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

根據密度測井與中子測井的測量原理研究，毛志強等人對電子密度指數PE與含氫指數（H）的關系式進行了理論推導，證實了中子測井響應與密度測井響應之間具有一定的相關性，在判別復雜儲集層流體性質時，可利用中子測井與密度測井的相關性[3]。

（1）對于純水層，在不含泥質的情況下，氣層密度孔隙度φN與中子孔隙度φD均等于介質孔隙度，當密度孔隙度升高時，中子孔隙度也相應上升，即φN與φD表現出正相關關系。在測井解釋曲線上，水層表現為電阻率低，中子-密度曲線交匯，或反向包絡面積較小。

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

2.3 陣列聲波測井資料識別氣層

縱波與橫波的性質不同，縱波為壓縮波的一種，橫波為剪切波的一種，當地層含氣飽和度較高時，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特性上有很大的差異，水的壓縮系數遠小于氣的壓縮系數，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[3]。因此根據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）等參數可以識別低滲致密復雜含氣地層（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

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系相近的因素很多，如流體性質、地層巖性、地層成巖作用（壓實和膠結程度）、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，應通過準確求取完全飽和水時的縱橫波速度比，對氣層進行準確識別。

（2）縱橫波速比-泊松比重疊法：當地層含氣飽和度高時，其縱波速度會減小，橫波速度增大；當地層含水飽和度高時，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，氣層橫縱波時差比減小，泊松比減小，水層相應增大。

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必須恰當選擇測井參數，特別是標準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方法識別氣水層時，中子測井會受孔隙流體含氫指數的影響，同時會受到骨架礦物含氫指數的影響，在致密氣儲層中，地層巖性多樣，沉積雜亂，巖性復雜，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勢在于，其測量結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，因此利用密度與核磁孔隙度差值可以更準確的識別巖性復雜地層的含氣或含水性質[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井核磁測井結果為例，顯示正態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分布，該類型一般出現在儲層以雙孔隙結構為主；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，指示發育大孔隙，壓后無阻流量16.3×104m3/d，為高產氣層。當儲層內發育小孔隙大量發育時，主峰值位于33 ms以內，可動流體部分波譜向右拖曳，呈左單斜分布（見圖6）。

當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測井作業并不現實。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，在氣層中其效應類似于中子-密度交叉效應。

2.5 與成像測井資料結合識別高產氣層

成像測井資料在油氣勘探與開發中已得到廣泛的應用，是一種根據井眼中地球物理場的觀測，對井壁和井周圍物體進行物理參數成像的方法，該方法直觀、可視性強、可靠地特點使得它優于常規測井，從而對地層傾角、傾向、裂縫發育情況、溶蝕孔等進行更好的描述。致密砂巖儲層中裂縫發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育程度，進而結合其他測井資料進行油氣層的識別[8]。對LX-4井太2段104號氣層進行成像測井解釋（見圖7），底部1803m～1 804 m發育網狀裂縫，對應電阻率下降，滲透率升高，經測試日產氣量119 520 m3，折算無阻流量128 800 m3/d，屬于高產氣層。

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 方法綜合應用

在LX區塊先導實驗區的實際生產中綜合應用以上方法，定性和定量結合綜合確定解釋結論。首先應用常規資料的電阻率-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論，為實驗區開發井壓裂前選井選層提供地質依據。

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特征，中子-密度曲線反向包絡的含氣較低，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交匯圖版上也落在明顯的水區，該層壓后產水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相關特征，中子-密度曲線有明顯反向包絡的含氣指示，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，橫波時差小于縱波時差，定性識別表現為明顯的氣層特征；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交匯圖版上也落在明顯的氣區。

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相關特征，但差異減小，中子-密度曲線有明顯反向包絡的含氣指示，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，橫波時差小于縱波時差，定性識別表現為含氣層特征但比氣層的各項指標減弱（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交匯圖版上也落在差于氣層的差氣層區。