偶極橫波遠探測技術在X油田的驗證及應用

武衛鋒,劉樹鞏

(1.中海油能源發展股份有限公司,北京100027;2.中國海洋石油國際有限公司,北京100027)

0 引 言

國外進行了大量聲波成像[1-5]研究工作,Schlumberger和Baker Hughes公司開發了反射波成像測井儀和相應的處理軟件。因為單極子聲源無方向性,無法反映反射體的方位,唐曉明[6]第1次將偶極子聲源引入遠探測聲波成像技術中。偶極子聲源由于使用比單極子聲源頻率低的2～5 kHz頻率,因此,偶極子橫波法與單極子縱波法相比有較深的橫向探測深度。另外,采用四分量的偶極發射和接收,還可以確定反射體的方位。2009年,唐曉明等利用四分量偶極數據對井旁裂縫和鹽丘內部構造進行了成像,取得了顯著的應用效果。中國測井工作者為探測井旁地層界面、斷層、裂縫、孔洞等地質特征,進行了大量的遠探測聲波成像研究[7-10]工作。中海油田服務有限公司研制了偶極橫波遠探測測井儀器[11-14]和相應的處理軟件,可以探測井旁的斷層、裂縫、孔洞等地質現象。

X油田生產中面臨的主要問題是地層產水量增加導致油井停噴關井。確定X油田的出水原因從而控水成為解決問題的關鍵。巖心資料顯示該油田裂縫發育,發育的裂縫是否能引起C油組及以下地層的水上竄至其上部地層沒有定論。在X-24井嘗試用偶極橫波遠探測等測井資料、巖心資料、地質錄井資料認識X油田裂縫、孔洞的發育情況獲得成功,證明了A、B、C等3個油組裂縫或孔洞都比較發育,3個油組之間是連通的,后續完鉆X-26井C油組及以下地層的流體上竄證實了連通通道的存在。

通過偶極橫波遠探測等測井資料、巖心資料、地質錄井資料的相互驗證解決了X油田的問題,也證實了偶極橫波遠探測技術在探測地層裂縫、孔洞方面的能力。

1 偶極橫波遠探測技術

1.1 偶極橫波遠探測測井成像原理

偶極橫波遠探測測井技術采用偶極子聲源在井中向井外發射橫波,探測從井旁的裂縫、孔洞、斷層等地質體反射回井中的橫波,并對井周的這些地質構造進行聲波成像,雖然反射信號比沿井傳播的聲波要小很多,但經過專門的數字信號處理,可以提取其中的微弱反射波信號并得到井旁反射體的位形。

單極聲源頻率一般在10 kHz左右,較高頻率造成其探測范圍有限,約為幾米到十幾米的范圍,而且單極子聲源無方向性,因而不能確定反射體的方位。偶極聲源由于頻率較低(約為2～5 kHz)、波的能量衰減弱,該方法有較深的橫向探測距探測距離(可達70 m)。由于偶極子聲源具有方向性,采用多分量四分量的偶極發射器和接收器,偶極子聲源的這些優良特性使得偶極橫波法不但能確定反射體距井筒的距離,還能確定其方位。

1.2 偶極橫波遠探測測井解釋模型

采用正反演相結合的方式建立了典型地質體反射體解釋模型。根據實際井中出現的反射現象,分析建立可能的地質模型,然后依據地質模型進行正演模擬,得到理論的反射特征。如果理論反射特征與井的反射現象相一致,證明建立的地質體模型可靠,把成像圖上出現的反射現象建立為地質解釋模型,這樣就建立了一些典型地質構造體的解釋模型,這些解釋模型為以后的遠探測解釋提供了一種模式,即可以通過正演模擬驗證的方法為解釋遠探測反射現象提供依據。圖1為典型地質體解釋模型示例。

圖1 典型地質體的解釋模型

2 偶極橫波遠探測測井技術X油田的應用

X油田開發的目的層為第三系地層,由上至下分為A、B、C等3個油組,各個油組之間分布廣泛的泥巖,B和C油組之間的泥巖厚度6～30 m左右,因為沒有泥巖不能作為隔層的證據,X油田定為層狀邊水構造油藏。X油田為欠飽和油藏,泡點壓力2 450 psi[注]非法定計量單位,1 psi=6 894.76 Pa,下同,原始地層壓力為4 730 psi,氣油比為103,油層主要分布在A和B這2個油組,C油組只在構造高部位有油層發育。該油田1976年開始生產,射孔井段主要為A油組和B油組的上部,個別井射孔段包括B油組的下部油層。

2010年重新研究發現一些生產井的生產數據不符合層狀邊水構造油藏的特點,而是符合底水油藏的出水規律,為解決該油田這一油藏特征的問題,在X-24井進行完井測井時采集了偶極橫波遠探測測井資料,資料采集及處理由中海油田服務有限公司完成,并在A油組及B油組上部井段進行連續取心,通過研究認為X油田地層存在裂縫為塊狀油藏。

2.1 X-24井偶極橫波遠探測測井成果的驗證

2.1.1 硬石膏段偶極橫波遠探測測井成果驗證

偶極橫波遠探測資料顯示硬石膏段存在裂縫,通常認為硬石膏為理想的蓋層,裂縫不應該發育。但是氣測錄井資料顯示在對應的硬石膏存在裂縫的井段有氣測異常,即有氣體從該井段流出(見圖2),硬石膏為化學沉積形成的巖石,沒有原始孔隙,只有硬石膏地層存在裂縫的情況下油氣才能運移進地層,鉆入該地層時則形成氣測異常,所以硬石膏井段氣測異常可以證明偶極橫波遠探測的裂縫顯示可信。

圖2 硬石膏段偶極橫波遠探測裂縫發育和氣測異常對照圖

硬石膏段為該區的蓋層,之上地層為異常高壓,之下地層則為正常壓力,鉆井時要求用飽和鹽水的重鉆井液鉆入硬石膏段1～2 m即下套管封住高壓段,改用1.2 g/cm3左右的鉆井液繼續鉆進,以防出現因為沒有控制好鉆入硬石膏段深度造成井報廢的情況。

從偶極橫波遠探測資料看硬石膏段頂部有5 m左右裂縫不發育(見圖2),這5 m左右及上次下套管前鉆穿的硬石膏為上下2個壓力系統的分割層,其上為高壓系統,其下的裂縫發育段和油層段為正常的壓力系統,上述井報廢是因為用重鉆井液鉆入正常壓力的硬石膏裂縫發育段地層造成的,這一現象是該段地層存在裂縫的又一個證據。該研究前只知道鉆進該硬石膏段需要盡快調整鉆井液密度,通過研究知道了需要盡快調整鉆井液密度的原因。

2.1.2 A油組井段偶極橫波遠探測測井成果驗證

A油組的地層主要為白云巖,偶極橫波遠探測資料顯示A油組井段地層發育裂縫和孔洞,縫洞發育情況與典型地質體解釋模型中“孔洞+裂縫群”的特征近似,上部裂縫和孔洞比下部發育。

巖心取自井眼位置對應的地層,偶極橫波遠探測測井探測的是井壁以外的地層,因為巖心與測井探測的地層距離較近,地層的特點較為接近,可以用巖心裂縫及孔洞的發育情況驗證偶極橫波遠探測測井資料。

該井段連續取心段,巖心觀察到的裂縫和孔洞發育情況與偶極橫波遠探測資料顯示基本一致,巖心中發育大量的裂縫和孔洞(見圖3),巖心中的裂縫規模較小,裂縫長度在25 cm內,裂縫產狀以高角度裂縫為主;巖心薄片資料顯示裂縫寬度大多數為0.02～0.07 mm,孔洞直徑通常小于10 mm,所以,巖心資料驗證了A油組地層偶極橫波遠探測測井資料顯示的裂縫和孔洞發育情況。

圖3 A油組偶極橫波遠探測和巖心裂縫、孔洞對比圖

2.1.3 B油組井段偶極橫波遠探測測井成果驗證

圖4 B油組偶極橫波遠探測和巖心裂縫、孔洞對比圖

B油組的地層主要為灰巖,頂部和底部有少量砂泥巖地層,偶極橫波遠探測資料顯示B油組井段地層也存在裂縫和孔洞,縫洞發育情況與典型地質體解釋模型中“孔洞+裂縫群”的特征近似,上部裂縫和孔洞比下部略發育,高孔隙度的灰巖和砂巖井段裂縫和孔洞發育較差。在該層段的上部進行了鉆井取心,巖心觀察到的裂縫和孔洞發育情況與偶極橫波遠探測資料顯示基本一致(見圖4)。

B油組巖心中發育了1條長度85 cm的裂縫,其他裂縫長度則在30 cm內,裂縫產狀以高角度裂縫為主;巖心薄片資料顯示裂縫寬度大多數為0.02～0.08 mm,孔洞直徑通常小于8 mm,所以巖心資料驗證了B油組地層偶極橫波遠探測測井資料顯示的裂縫和孔洞發育情況。

2.2 偶極橫波遠探測測井成果應用

硬石膏井段偶極橫波遠探測資料顯示的裂縫用氣測異常得到了驗證,A油組和B油組偶極橫波遠探測資料顯示的裂縫和孔洞通過巖心資料得到了驗證,即可認為偶極橫波遠探測資料可以反映了地層的真實情況。

上面論述證明了該井的偶極橫波遠探測結果是可信的,則偶極橫波遠探測資料顯示C油組泥巖段發育的裂縫和孔洞同樣可信(見圖5),縫洞發育情況與典型地質體解釋模型中“孔洞+裂縫群”的特征近似,X-24井偶極橫波遠探測資料顯示的裂縫和孔洞形成了A、B、C等3個油組之間的流體流動通道,從而證明該油藏是塊狀油藏。

圖5 測量井段偶極橫波遠探測裂縫、孔洞發育情況圖

2.3 偶極橫波遠探測測井成果驗證

X-24井偶極橫波遠探測資料顯示的裂縫和孔洞形成了A、B、C等3個油組之間的流體流動通道,證明該油藏是塊狀油藏。為了進一步驗證上述結論,在油藏高部位X-1井附近鉆了1口新井,新鉆的X-26井C油組對應X-1井油層的海拔深度的儲層變為水層(水淹)(見圖6),因為該油田的C油組沒有射孔生產,C油組的油只能通過A、B、C等3個油組之間的流體流動通道流到A、B油組產出,從而獲得了C油組的油通過C油組泥巖段流動的證據,則進一步驗證C油組泥巖段發育有裂縫和孔洞,A、B、C等3個油組之間是連通的,所以該油田是塊狀油藏。

圖6 投產前后油水層的變化情況圖*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m; 1 mD=9.87×10-4 μm2;下同

3 結束語

(1)偶極橫波遠探測測井是一項全新的技術,該技術在X油田的檢驗性應用在解決油田問題的

同時又證明了該技術解決地層裂縫和孔洞問題的能力,利用偶極橫波遠探測測井技術探測地層的裂縫和孔洞發育情況是可行的。

(2)偶極橫波遠探測測井技術可以在低孔隙度、低滲透率儲層的裂縫評價中發揮較好的作用。今后應在儲層評價特別是低孔隙度、低滲透率儲層、頁巖氣的評價中廣泛應用

(3)X油田A、B、C等3個油組發育的裂縫和孔洞形成了3個油組之間流體的流動通道。該油田是塊狀油藏,C油組發育裂縫、孔洞的泥巖和硬石膏裂縫段也是儲層。該油田的儲量大于之前按層狀邊水油藏評價的結果。

(4)從C油組的泥巖裂縫獲得一點啟示,在測井資料處理程序中有個泥巖截止值SHCT參數,當泥質含量大于SHCT時,該層就作為非儲層處理并被忽視了,這樣就可能漏掉了一些裂縫性泥巖油氣層。在油田內尋找漏掉的裂縫性泥巖油氣層可作為油田挖潛的一種手段。偶極橫波遠探測測井技術的應用可以避免漏掉的裂縫性泥巖油氣層。