測井資料在致密砂巖氣層產水預測中的應用
——以鄂爾多斯盆地L 區塊為例

成家杰，張宏偉，錢玉萍，侯振學，王文文

（中海油田服務股份有限公司，河北廊坊 065201）

鄂爾多斯盆地東北緣L 區塊勘探目的層主要為上古生界石炭系-二疊系致密砂巖儲層[1]，致密氣層巖石成分與孔隙結構復雜，孔隙度與滲透率極低。在測井解釋中，電性受巖性、儲層孔隙結構的影響較大，導致儲層流體電阻率差異不明顯[2-3]，儲層壓裂后有的低阻層產氣，而有的低阻層產水，僅根據電阻率值的大小識別流體性質極易造成誤判[4]；同時，一些氣井出現不同程度產水的情況，產水量高的層達10 m3/d 以上，給后續勘探開發帶來很大困難。

目前，利用測井資料評價儲層產水的方法主要歸結于可動水飽和度的評價。馮強漢等[5]利用測井資料定量計算可動水和毛管水飽和度，采用多元回歸法建立地層水含量預測模型。王麗影等[6-7]認為可動水飽和度與氣井產水特征之間具有正相關關系，可動水飽和度越高，儲層產水越嚴重。本文繞過飽和度評價這一問題，提出了另一種產水預測思路，即在定性判別流體性質的基礎上，結合電阻率、聲波、相關系數等參數構建了產水指數，進而建立產水指數與氣井產水量之間的關系，對本區致密砂巖氣的勘探開發具有重要意義。

1 流體性質識別

1.1 電阻率方法

根據電阻率值的相對高低判別流體性質是測井上最為常用的一種方法，圖1 為本區電阻率值與儲層壓裂后產水情況的關系。產水的層位電阻率一般低于30 Ω·m，而不產水的層位電阻率分布范圍較大，區域上存在低阻氣層，僅僅利用電阻率值的高低判別流體性質存在一定的局限性。飽含氣和飽含水的儲層，其相滲透率存在一定的差異，導致泥漿的侵入深度不同，表現為不同徑向探測深度的電阻率曲線存在一定程度的分離。據此，可以利用電阻率總差異參數以及基于電阻率反演的泥漿侵入深度來判斷地層流體的類型。

1.1.1 利用電阻率總差異參數識別流體性質

圖1 電阻率值與儲層壓裂后產水關系分析

陣列感應測井與其他電阻率測井系列相比，其優越性主要體現在能夠提供3 種分辨率（1，2，4 ft）6 種探測深度的電阻率曲線。當儲層存在泥漿侵入時，侵入帶的電阻率將發生變化，儲層流體性質不同，侵入帶電阻率變化程度不同，故可以利用不同徑向探測深度電阻率曲線變化差異進行流體性質評價。不同徑向探測深度電阻率總差異參數為[8]：

式中：DR 為不同徑向探測深度電阻率總差異參數，M 2 R1、M 2 R 2、M 2 R 3、M 2 R 6、M 2 R9 、M 2RX為分辨率為2 ft，探測深度分別為10，20，30，60，90，120 in 的陣列感應電阻率曲線，Ω·m。

相同地層條件下，氣層比水層、干層更容易侵入，曲線差異更明顯，因此，可以應用電阻率曲線總差異參數DR 區分氣層、含水層和干層。針對L 地區19 口井39 層計算了電阻率總差異參數（圖2）。圖中橫坐標為深電阻率曲線，縱坐標中DR 為電阻率總差異參數，可以看出|DR-1|＞0.2 時，地層以產氣為主；|DR-1|＜0.2 時，地層產水或者為干層。

1.1.2 利用反演泥漿侵入深度識別流體性質

圖2 電阻率總差異參數統計

泥漿及濾液侵入地層是一個復雜的物理過程，受地層物性、儲層流體性質、泥漿性能等多種因素的影響。在同一研究區內，儲層物性和泥漿性質相同或相近的情況下，儲層流體性質對侵入深度影響較大[9-10]；研究區儲層流體以氣、水為主，在同樣的地層和工程情況下，飽含氣儲層的侵入深度要明顯大于飽含水儲層的侵入深度。根據這一原理，可以利用侵入深度的大小定性判斷儲層流體性質。

中海油服自主研發的EGPS 測井處理解釋平臺電法模塊集成了陣列感應測井反演技術，通過建立地層電阻率井眼徑向變化模型，利用垂向分辨率一致、徑向探測深度不同的六條電阻率曲線，可以計算出泥漿侵入深度。針對L 地區19 口井39 層反演得到了泥漿侵入深度（圖3）。圖中橫坐標為深電阻率，縱坐標為泥漿的侵入深度（LI），可以看出當LI＞0.1 m 時，地層以產氣為主；LI＜0.1 m 時，地層產水或者為干層。

圖3 泥漿侵入深度統計

1.2 聲波方法

在含氣地層中，地層縱波速度減小明顯，而橫波速度基本不變，因此，與飽含水地層的縱橫波速度比進行比較，結果表明，含氣地層的縱橫波速度比偏小，并且氣、水的壓縮系數是不同的，氣的壓縮系數大，水的壓縮系數小。根據氣水的這些性質可以識別氣層[11-13]。利用圖版法對L 區塊有試氣資料的地層進行研究，統計對應層位的聲波測井響應值，建立以下4 個圖版（圖4）。

圖版1：泊松比（POIS）與體積壓縮系數（CMPR）圖版（圖4a）。將對應層位上的數據點投影到圖版上，應用測試層位數據建立氣層下限范圍：泊松比＜0.175，體積壓縮系數＞0.036。從圖中可以看出，該圖版可以對氣層與非氣層進行明顯區分。

圖版2：縱橫波速度比（Vp/Vs）與敏感參數（CMPR/POIS）圖版（圖4b）。當巖石中天然氣飽和時，地層體積壓縮系數增大，泊松比減小，構建含氣敏感參數，放大對含氣性的響應。在含氣地層中，地層縱波速度減小明顯，而橫波速度基本不變，因此，與飽含水地層的縱橫波速度比相比較，含氣地層的縱橫波速度比偏小。應用縱橫波速度比與含氣敏感參數建立圖版，將測試層位的測井響應投影到圖版。應用縱橫波速度比-敏感參數建立流體識別象限：以CMPR/POIS=0.32，Vp/Vs=1.62 為標準劃分象限，第四象限主要為氣層，第二象限不含氣層。

圖版4：縱橫波速度比與拉梅系數圖版（圖4d）。將測試層位的數據點投影到圖版上， 應用測試層位數據建立氣層上限范圍：縱橫波速度比＜1.62，拉梅系數＜8.5 GPa。

圖4 流體性質識別

1.3 相關系數法

針對區域流體識別難題，還發展了一套基于常規測井資料的新方法——相關系數法[4]。通過對常規測井資料深入挖掘，以阿爾奇公式為理論依據，使用密度孔隙度與電阻率對已經測試的層位進行回歸分析，求取冪函數的相關系數。

Archie 模型證實了電阻率測井響應與孔隙度及含氣飽和度具有相關性，為利用電阻率測井與孔隙度測井的相關性判別復雜儲層流體性質提供了理論基礎。用深側向RD 或者深感應M2RX表示地層電阻率， 用密度測井計算得到的孔隙度表示儲層的孔隙度。

根據Archie 公式，對于水層或者干層，可得到：

式中：RT 為地層電阻率，Ω·m；C 為常數，無量綱；φ 為孔隙度，%；m 為膠結指數，無量綱。

根據式（2），對于水層或者干層，電阻率與孔隙度呈冪函數關系。

對于氣層，可以得到：

式中： Sw為含水飽和度，%；n為飽和度指數，無量綱。

根據式（3），對于氣層，電阻率不僅受物性影響，而且受含氣飽和度影響，所以電阻率與孔隙度相關性差。

R2定義為密度孔隙度與電阻率測井冪函數關系的相關系數。干層或者水層中，二者相關性較強，而含氣層中相關性變差。

通過統計發現（圖5），對于該地區來說，干層及水層相關系數基本在0.2 以上，而工業氣層相關系數基本小于0.2。

圖5 相關系數與產量交會分析

根據上述分析，將流體性質識別方法總結如下（表1）。

表1 流體性質定性識別方法

2 產水量預測

2.1 產水量預測模型

根據以上分析，電阻率法、聲波法、相關系數法等對流體性質皆有一定指示作用，但單一方法停留在定性識別階段。

通過以上圖表分析，R2＞0.2，RT＜30 Ω·m，POIS /CMPR 較大時，產水風險提高。 因此，綜合相關系數、電阻率、聲波信息，放大其對儲層產水的指示作用，構建產水指數：

由圖6 可見，產水指數與儲層測試產水量相關性較好：

利用產水指數可對儲層產水量作出劃分（表2）：①當產水指數≤5 時，儲層低產水，產水量≤4 m3/d；②當產水指數為5～15 時，儲層中產水，產水量4～10 m3/d；③當產水指數≥15 時，儲層高產水，產水量≥10 m3/d。

圖6 產水指數與產水量關系

2.2 應用實例

A 井壓裂層段為1 817.4～1 839.6 m，試氣結果為產氣0.79×104m3/d，產水5.72 m3/d。該段電阻率為26.36 Ω·m，測井計算孔隙度11%，泊松比0.159，體積壓縮系數0.048，POIS/CMPR 為3.312 5，相關系數0.426 5，產水指數8.04，預測產水量6.17 m3/d。預測結果與生產實際吻合較好。

表2 利用產水指數劃分產水級別

3 結論

（1）利用電阻率方法、聲波方法及相關系數法建立了多套流體性質識別圖版，能對產水層進行定性識別。

（2）綜合聲波、電阻率、物性電阻率相關性信息構建了產水指數，能有效劃分儲層產水級別，產水指數越大，高產水風險越大。