定北地區盒1段致密砂巖氣層測井識別與評價研究

李 陽

（中國石化華北油氣分公司采氣二廠，陜西咸陽 712000）

1 研究區概況

定北地區地理上位于鄂爾多斯盆地中西部，構造上位于鄂爾多斯盆地天環向斜與伊陜斜坡兩個一級構造交界處，面積888.4 km2。該區上古生界發育煤系烴源巖，晚侏羅世-早白堊世末期，生、排烴達到高峰期，大量的氣態烴生成排出，在中燕山運動期通過異常高壓、浮力等動力開始初次運移、聚集，于喜馬拉雅運動期完成天然氣的二次運移。目前已在上古生界發現了六套含氣層系，其中二疊系下石盒子組盒1段是該區的主力氣層之一，已提交控制地質儲量615×108m3。但研究區下石盒子組盒1段氣層埋深約3 735 m，巖性為陸相辮狀河三角洲前緣水下分流河道沉積的石英砂巖，儲層具有特低孔-特低滲（孔隙度6.8%、滲透率0.43×10-3μm2）、非均質強的特點，造成了測井對這種致密砂巖氣層的識別與評價難度較大。

隨著天然氣勘探開發程度的不斷深入，特低滲致密砂巖氣層已成為測井識別與評價的主要對象[1]。定北地區上古生界二疊系下石盒子組盒1段特低滲致密砂巖氣層、水層分布情況復雜，常具有低阻氣層與高阻水層共存，運用測井識別與評價難度較大。本文主要對研究區目的層致密砂巖儲層“四性”關系進行研究，采用幾種不同的方法對氣層進行識別，并且對致密砂巖氣層進行分類評價。

2 致密砂巖儲層 “四性”關系特征

儲層“四性關系”是指儲層的巖性、物性、電性以及含油氣性之間的相關性，其中巖性起著控制作用，物性是儲層內在微觀聯系的宏觀反映，而電性則是巖性、物性以及含油氣性的綜合反映。

2.1 巖性與物性、含氣性的關系

（1）巖性與物性的關系。研究區盒1段致密砂巖儲層以巖屑石英砂巖為主，其碎屑顆粒按粒度可劃分為含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖以及細砂巖四類，而像粉砂巖、粉砂質泥巖等以下級別的顆粒在特低滲致密砂體中不具有天然氣的運移、富集、成藏條件，文中不做統計研究。對研究區28口天然氣勘探井盒1段砂巖樣品的巖性、物性進行統計分析表明，盒1段致密砂巖儲層孔滲具有較好的相關性，呈指數正相關（圖1），而物性與巖性也表現出一種內在的相關性，即隨著巖性顆粒粒度的不斷增大物性越來越好（圖1、表1），其變化規律也符合一般儲層巖性-物性的變化特征。

圖1 定北地區盒1段致密砂巖儲層孔隙度與滲透率交匯圖

表1 不同巖性與物性含氣性統計

（2）巖性與含氣性的關系。一般而言，代表儲層巖性的巖石顆粒大小、分選、磨圓、成熟度等特征參數和巖石顆粒之間的接觸、膠結關系直接制約著儲層微觀孔隙結構特征，而影響儲層宏觀物性參數決定著天然氣的運移、聚集和成藏。研究區儲層的巖性與含氣性具有很好的相關關系，隨著致密砂巖碎屑顆粒粒徑的不斷增大，砂巖儲層的含氣飽和度（Sg）呈增大的趨勢（表1）。通過對試采資料進行分析，粗砂巖-中砂巖儲層多為產氣層或產液量較低氣水層，而細砂巖儲層試氣多為產液量較高的氣水層或含氣水層。

2.2 電性與巖性、物性的關系

（1）電性與巖性的關系。在電性與巖性關系的分析過程中，對四類不同粒徑的儲層砂巖進行劃分，研究區砂巖普遍具有低自然伽馬（GR）、低補償中子（CNL）、低密度（DEN）的特征。

從交匯圖（圖2）可以看出，GR能很好劃分不同粒徑的致密砂巖，粗砂巖以上級別的砂巖GR＜50 API，中砂巖GR主要為50～65 API，細砂巖65 API＜GR＜80 API。而聲波時差（AC）、CNL、DEN受巖石成分、含氣性的影響，不能很好地區分砂巖的粒級，但總體上AC隨砂巖粒級的增大而增大、DEN隨粒級的增大而減小，不同粒級的砂巖顆粒CNL幾乎在同一范圍內。

圖2 定北地區盒1段致密砂巖儲層電性與巖性交匯圖

（2）電性與物性的關系。三孔隙度測井是常規測井系列中最能反映儲層物性的，但對于致密砂巖儲集層而言，聲波時差、補償中子、密度受巖石骨架、地層流體類型、孔隙結構等因素影響較大。在研究儲層電性與物性關系之前，筆者通過對儲層兩個主要物性參數進行分析，發現儲層孔隙度和滲透率具有很好的指數正相關（相關系數0.97），即滲透率隨著孔隙度的增大而增大。因此，在后面只選取了物性孔隙度參數進行與電性關系的研究。由物性與電性交匯圖（圖3）可以看出，孔隙度與GR、AC以及DEN具有很好的相關性；而前面研究表明，儲層GR與巖石粒級相關（GR隨粒徑越小而增大），因此可以認為孔隙度與儲層巖石粒級具有一定的相關。整體上看，表現為粒徑越大、聲波時差越大，密度越小，儲層孔隙度越大。

通過上述研究發現，測井的電性特征能夠很好地反映儲層巖性、物性、含氣性[2]；自然伽馬測井參數能夠對儲層巖性進行解釋；自然伽馬、聲波時差、密度參數能夠對儲層物性進行解釋，而自然伽馬對物性的解釋其實是巖性對物性的控制作用；巖性與儲層含氣性具有很好的相關性，間接地反映出儲層物性和含氣性也存在著一定的內在關系。

3 致密砂巖氣層識別

由于定北地區盒1段致密砂巖儲層以特低孔特低滲為特征，運用常規的氣層測井解釋已經不能滿足此類氣層的識別，因此，本文主要采用交匯圖版和三孔隙度組合識別的方法，在逐步識別的基礎上，對氣層進行綜合評價。

3.1 交匯圖版法

交匯圖版法是利用單層試氣資料的測井參數進行交匯來識別氣層和非氣層的經驗方法[3]，該方法能夠對氣層進行定性、半定量的評價。本文選取盒1段試氣氣層、測井解釋氣層（含氣層）以及測井解釋干層作為研究對象，對選取層的測井參數進行交匯，得到相應層的測井參數極限值。

定北地區盒1段目前試氣總計32井次，53個層點。本文對相應層點的測井及解釋參數繪制了AC—ILD、CNL—ILD、DEN—CNL、DEN—ILD等一系列交匯圖（圖4），并根據其結果確定了氣層的電性下限（表2）。

圖3 定北地區盒1段致密砂巖電性與物性交匯圖

圖4 定北地區盒1段測井參數交匯圖

表2 定北地區盒1段氣層電性下限標準

3.2 三孔隙度組合識別法

由于天然氣的含氫指數與體積密度比油或水的小得多[4-7]，因此，當儲層空間聚集或充滿天然氣時，氣層的密度要小于油層或水層，中子測井在氣層中表現為低值，聲波孔隙度測井出現高幅。

盒1段32井次試氣層段的測井資料顯示，氣層或氣水層相對于其它砂巖段儲層而言，呈現出相對較低的密度和中子特征，聲波時差曲線明顯出現高幅段；試氣、試采效果越好，中子測井值相對較低。因此，將中子與密度測井曲線以相反的方向進行刻度，密度值向左增大，中子值向左減小，在氣層處密度曲線右偏、中子曲線左偏，兩條曲線之間有明顯的幅度差，在圖上形成明顯的閉合區域（圖5）。盒1段測試氣層段大部分都可用此法識別出來。

圖5 盒1段測井識別氣層成果

4 致密砂巖氣層分類評價

致密砂巖儲層無論宏觀上還是微觀上物性均較差，非均質性較強；而在致密砂巖氣層中儲層的物性又是天然氣成藏和富集的主控因素。在試氣（試采）過程中發現，即使在同一圈閉中不同位置的氣井試氣（試采）產氣、產液以及壓力等各方面都存在很大的差別，因而在對氣藏進行大規模開發之前，要對氣層進行分類評價，尋找高產“甜點”。

依照上述氣層識別的方法，根據氣層巖性、物性、電性等參數，結合單井試氣（試采）特征，將定北地區盒1段儲層劃分為三類，并得到三類氣層相對應的測井分類標準（表3）。

表3 定北地區盒1段氣層評價標準

Ⅰ類氣層。這類氣藏儲層一般壓裂改造后，可獲得中–中高產氣流、達到工業氣流，其中直井產氣量在1.0×104m3/d以上、水平井產氣量在2.0×104m3/d以上，且產液量較低。

Ⅱ類氣水層。這類氣藏儲層一般壓裂改造后，可獲得一定的氣流，但產氣量較小、產液量較高，其中產液量直井在4.0 m3/d以上、水平井在10.0 m3/d以上，液氣比可達到2 /104。

Ⅲ類致密層。這類砂巖層在目前工程工藝條件下不具有開發價值。

根據上述評價標準，對研究區盒1段試氣（試采）的 53個層點進行分類評價，其中Ⅰ類氣層16個，Ⅱ類氣水層31個，Ⅲ類致密層6個。以上數據顯示，研究區盒1段主要分布為Ⅱ類氣水層，但其較高的產液量制約著其開發效果，很難作為理想的高效開發陣地，Ⅰ類氣層雖然具有較好的工業氣流，但分布規模卻相對較小。因此，定北地區盒1段氣藏具有一定開發潛力，但要加大對基礎地質的研究，明確高產氣層（Ⅰ類氣層）的分布規律。

5 結論

（1）定北地區盒1段致密砂巖儲層巖性、粒度和孔隙結構是影響儲層物性和含氣性的主要因素，儲層具有巖性控制物性、物性控制含氣性的基本特征。儲層受其控制因素的影響，巖性較好的粗粒砂巖儲層物性、電性和含氣性明顯好于細粒砂巖儲層。

（2）利用交匯圖版法和三孔隙度組合法可以較好地識別研究區盒1段氣層。其中三孔隙度組合法可以快速直觀地對氣層進行定性識別，而利用圖版法得到的氣層電性下限標準，雖識別過程有些繁瑣，但符合率較高。

（3）根據儲層巖性、物性、電性等參數，結合單井試氣（試采）特征，將定北地區盒1段氣層劃分為三類，建立了三類氣層的測井參數標準。結果表明，研究區盒1段可理想高效開發的Ⅰ類氣層分布規模相對較小，應以高產液開發效果較差的Ⅱ類氣水層開發為主。

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