應用測井儲層品質綜合評價指數來判別儲層的有效性
——以四川盆地西部地區二疊系棲霞組為例

齊寶權 趙佐安 賀洪舉 黃 宏 曹 蓁

1.中國石油測井有限公司西南分公司 2.中國石油西南油氣田公司

近年來，在四川盆地西部的雙魚石、大興場、九龍山地區二疊系天然氣勘探取得了可喜的進展，多口井在二疊系茅口組、棲霞組白云巖儲層段鉆獲了高產工業氣流[1]，顯示出較好的勘探開發潛力。因而，棲霞組已成為四川盆地現階段最現實的接替層系之一。鉆井取心結果表明，川西地區棲霞組儲層具有溶蝕孔洞和裂縫均較發育、基質孔隙度低、非均質性強的特點，不同區域儲層的巖性和儲層類型有較大的差異，從而導致儲層的有效性和氣井生產能力對聲、電、核等特性的反應也有所不同。因此，測井儲層評價中采用傳統孔隙度方法致使漢深1、龍崗70、大深001-X4等多口井的儲層有效性評價失誤，預測的氣井生產能力低于或高于實際值。那么，如何通過新的測井手段、新的評價方法來解決生產中的技術難題呢？筆者從分析該區域棲霞組的儲層特征入手，通過數值模擬和對特殊測井資料的精細處理，建立了棲霞組孔、洞、縫一體化評價方法以及評價標準。

1 儲層特點及傳統方法的適應性分析

1.1 儲層基本特點

四川盆地西部的雙魚石、大興場、九龍山地區二疊系儲層在準同生期暴露溶蝕作用、淺埋藏期白云石化作用、后期熱水沉積與熱液改造作用、構造破裂作用等的影響下，形成了茅口組熱液白云巖和棲霞組顆粒白云巖。從鉆井取心結果來看，棲霞組儲集層具有3大特征（圖1）。

1.1.1 巖性差異大

不同區域儲層白云化程度差異大，雙魚石、大興場地區的儲集巖以白云巖為主，九龍山地區以石灰巖為主。

1.1.2 儲層多為低孔隙

白云巖儲層在北部地區高低孔隙均有分布，平均孔隙度為3.15%，南部地區主要分布在1%～3%之間，平均為2.06%。石灰巖儲層北部地區和南部地區都主要分布在0.5%～2.0%之間，平均孔隙度為1.12%（圖 1）。

1.1.3 復雜縫洞系統

大部分的溶蝕孔洞主要是先期孔隙的擴溶，沿裂縫的溶蝕也常常形成各式的溶洞；裂縫有構造縫和溶蝕縫，對儲層有效性貢獻較大的是溶蝕縫。裂縫常與沿裂縫溶蝕的孔洞一起構成裂縫溶洞系統[2]。

1.2 傳統方法的適應性分析

1.2.1 復雜巖性導致使用統一的孔隙度評價標準來評價儲層有效性的不適應

綜合研究認為，二疊系白云巖儲層孔隙度下限為2%左右。從巖心物性分析來看，白云巖儲層物性優于石灰巖儲層。如雙魚001-1井棲霞組2、3號儲層巖性為白云巖，中子平均孔隙度在4%左右，氣產量為83.7h104m3/d；而龍探1井棲霞組5、6號儲層巖性為石灰巖，中子平均孔隙度在2%左右，氣產量為105.6h104m3/d。因此，對于棲霞組較為復雜的巖性，不宜使用統一的孔隙度評價標準來評價儲層的優劣。

圖1 四川盆地西部地區二疊系棲霞組儲層特征圖

1.2.2 復雜洞縫系統導致使用定性的縫洞評價方法來評價儲層有效性的不適應

棲霞組無論是白云巖還是石灰巖儲層，均屬低孔隙儲層，但其裂縫和溶蝕孔洞的滲透性卻有較大差異，如雙探3、雙魚001-1井、漢6井和龍探1井的棲霞組，從成像測井看雙探3、雙魚001-1井和龍探1井儲層溶蝕孔洞發育，并伴有裂縫，測試為高產，但漢6井雖然孔洞發育，但較孤立，無裂縫，連通性差，測試為干層（圖2）。因此，對于棲霞組低孔隙儲層，不能簡單地以溶蝕孔洞發育與否來評價儲層的有效性，還需要對其滲濾能力進行評價。

2 儲層有效性評價方法

通過上述分析和多種方法的實踐證明：使用統一的孔隙度評價標準在川西地區二疊系棲霞組儲層進行有效性評價時適應性較差，導致了漢深1、龍崗70、大深001-X4井等的解釋失誤。因此，需要探索其他方法或新的技術來進行評價。

地質綜合研究表明：早期高能灘相沉積是二疊系白云巖儲層演化的基礎，準同生期暴露溶蝕作用、淺埋藏期白云化作用、后期熱液白云化作用以及構造破裂形成的縫洞，對儲滲空間的優化是優質儲層形成的關鍵因素。因此，儲層有效性評價的關鍵是對儲層的儲集性和滲濾能力的評價，最終完成對儲層品質的綜合評價。

2.1 儲層儲集性評價

儲層儲集性的好差主要體現在儲層的孔隙度和厚度（即儲能系數）、溶蝕孔洞發育程度等方面。

2.1.1 儲能系數評價

圖2 各氣井棲霞組復雜縫洞系統成像測井圖

表1 單井孔隙度、儲能系數及產能統計表

圖3 川西地區棲霞組儲層孔隙度、儲能系數與測試產量關系圖

通過樣本井參數統計（表1）及孔隙度、儲能系數[3]與測試產量的關系分析（圖3），可以看出：儲層孔隙度、儲能系數越高，儲層有效性越好；當φ≥3.2%或φhH≥0.6時，儲層可以獲得工業氣流。

2.1.2 溶蝕孔洞評價

采用K—均值聚類、跟蹤蟲等圖像處理技術，對成像測井進行精細處理，拾取溶蝕孔洞，并提取表征孔洞發育的關鍵參數（孔洞個數、面洞率、非均質孔隙譜），再通過面洞率與氣井生產能力建立關系來評價儲層有效性[4]。

根據樣本井的面洞率與無阻流量的關系，基本建立了面洞率評價標準，即當有裂縫或有一定基質孔隙時，面洞率大于0.6%，可獲工業產能。從成像處理結果看，溶蝕孔洞發育程度雙魚001-1井優于雙探3井，雙探2井最差（圖4）。說明溶蝕作用越強，儲層有效性越好，產能越高。

2.2 儲層滲濾能力評價

儲層的滲濾能力主要表現在裂縫的發育程度、縫洞徑向延伸情況和孔洞縫的連通狀況（滲透性）等方面。

2.2.1 裂縫發育程度評價

地質研究表明：二疊系棲霞組儲層基本上都有不同程度的裂縫發育，這對儲層的有效性起著至關重要的作用，而晚期形成的構造縫和溶蝕縫是形成優質高產儲層的關鍵因素。

圖4 棲霞組高產儲層與差儲層面洞率對比圖

通過成像測井特殊處理，拾取裂縫并計算裂縫參數（寬度、長度、密度、孔隙度）來評價裂縫的發育程度。

2.2.2 縫洞徑向延伸情況評價

根據深淺雙側向的測井原理和深雙側向的探測深度（2～3 m）以及縫洞在不同方向對巖石電阻率的影響（圖5），分析認為：當地層基本無孔、洞、縫及巖石成分、結構等因素影響時，深側向電阻率為高阻；當縫洞徑向延伸度較淺時，深側向電阻率下降不明顯；當縫洞徑向延伸度較深時，深側向電阻率下降較明顯。據此認為，縫洞徑向延伸度可通過深側向電阻率高背景值下的下降幅度進行描述[5]。

根據研究區棲霞組儲層電阻率的多井對比分析認為：產氣井深側向電阻率多分布在5 000 Ωgm以下，微氣或干層井多分布在5 000 Ωgm以上。深側向電阻率的降低幅度反映了孔洞的徑向延伸度，即儲層有效性的好壞。

2.2.3 孔縫洞連通狀況（滲透性）評價

在假設僅有大孔、僅有小孔、既有大孔又有小孔等3種情況進行數值模擬（圖6），結果表明：大小孔并存時聲波能量衰減最大，表明滲透性最好；聲波能量可表征儲層的滲透性。

圖5 孔洞在不同方向延展對巖石電阻率的影響圖（摘自張兆輝等[6]）

圖6 能量衰減的數值模擬及斯通利波能量衰減圖

在區內選取樣本井進行斯通利波能量衰減計算，與產能關系的分析結果表明（表2、圖6）：儲層斯通利波能量衰減越明顯，儲層有效性越好；當斯通利波能量衰減大于等于10%時，儲層可獲得工業氣流。

表2 斯通利波能量衰減計算統計表

2.3 儲層品質綜合評價

通過前面對儲層有效性的主控因素進行分析，表明儲層的有效性與巖性、基質孔隙度、有效儲層厚度、面洞率、孔洞徑向延伸度、裂縫發育程度、滲透性（斯通利波能量衰減）等眾多因素有關，但它們并非簡單的函數關系。所以，需要考慮構建一個綜合指數來對儲層品質進行評價。因而，提出了適用于川西地區的“儲層品質綜合評價指數（RQ）”的概念。

RQ計算方法為：

式中RQ表示儲層品質綜合評價指數，無量綱，0＜RQ＜1；φ表示孔隙度；H表示儲層厚度，m；W1表示孔隙度及儲層厚度權重系數，無量綱；ASTC表示歸一化和井眼校正后的斯通利波能量衰減；Rt表示深側向電阻率，Ωgm；W2表示斯通利波能量衰減及儲層厚度權重系數，無量綱；HPOR表示面洞率；W3表示面洞率及儲層厚度權重系數，無量綱。

通過主成分分析（Principal component analysis on data，PCA）方法，確定各項權重系數W1、W2和W3。

結合前面有關儲層有效性主控因素的單因素分析評價，并根據單井計算的儲層綜合評價指數（RQ）結果（圖7），與測試產量及無阻流量建立關系，基本建立了適用于四川盆地西部地區的儲層品質綜合評價標準（表3）。

3 生產應用效果

在四川盆地西部地區的雙魚石、大興場、九龍山等構造一批探井和評價井、開發井的實踐與應用中，采用上述評價方法和技術，大大提高了生產解釋成功率。

圖7 多井儲層品質綜合評價指數（RQ）計算成果圖

表3 儲層品質綜合評價標準表

截至2017年6月，該地區棲霞組已試油18口，試油28層，參加統計的測井解釋層段有38層，儲層有效性解釋符合35層，符合率92.1%。

例如雙魚001-1井棲霞組儲層，巖性為白云巖，平均孔隙度為3.7%，有效厚度為23.1 m，儲能系數為0.85，成像測井拾取面洞率為1.6%，斯通利波能量衰減量為32.4%，成像測井資料顯示儲層段溶蝕孔洞、裂縫發育，綜合評價儲層有效性較好，天然氣測試產量為83.7h104m3/d（圖8）。

圖8 雙魚001-1井儲層測井綜合評價成果圖

4 結論

1）四川盆地西部地區二疊系棲霞組儲層的有效性不適宜使用傳統的孔隙度評價方法或統一的孔隙度評價標準來評價。

2）該地區二疊系棲霞組白云巖儲層受溶蝕作用控制，溶蝕孔洞越發育，儲層有效性越好，產能也越高。通過常規＋電成像測井特殊處理計算的基質孔、次生溶蝕孔洞面洞率可評價儲層的儲集性；通過深淺雙側向＋電成像＋斯通利波能量可評價儲層的滲濾能力；通過主控因素建立的“儲層品質綜合評價指數（RQ）”能較好地表征儲層的品質。

3）對于低孔隙但伴有裂縫、溶洞的非均質碳酸鹽巖儲層的評價[7]，還有諸多世界級難題亟待解決，如裂縫的定量評價、含氣性評價等等，因而這是一個需要長期探索、長期實踐的課題。

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中石油境內天然氣年產量首超1 000億立方米

中石油2017年天然氣業務取得歷史性突破，產量達到1 033h108m3，同比增長5.3%，首次突破1 000h108m3，占到國內天然氣產量的70.1%、消費量的44%。

據測算，1 000h108m3天然氣燃燒值接近于1h108t石油，相當于替代國內1.33h108t煤炭，也相當于減排二氧化碳1.42h108t、二氧化硫220h104t。按一棵樹每年吸收100 kg二氧化碳來計算，相當于新植14.2億棵樹。

數據顯示，2017年，中國天然氣消費量重回兩位數增長，總消費量同比增長約17%，天然氣對外依存度快速攀升。與此同時，中石油加強勘探開發，新增常規天然氣探明儲量連續11年超過4 000h108m3，為天然氣產量的持續增長奠定了資源基礎。同時，不斷提升精細管理和調控水平，加大天然氣開發前期評價投入，為天然氣持續上產筑牢基石。

在立足境內資源的同時，中石油還運用海外資源提升中國天然氣供應保障系數。2017年，中石油海外天然氣權益產量達254.5h108m3。積極開展國際貿易，通過四大戰略通道進口天然氣超過500h108m3，為天然氣保供發揮了積極作用。