低阻氣層測井識別和評價新方法
——以鄂爾多斯盆地東勝氣田為例

趙 永 剛

中石化華北石油工程有限公司測井分公司

0 引言

鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏，總體呈現儲層橫向變化快、縱向多層發育的地質特征[1]。而東勝氣田位于鄂爾多斯盆地北部伊盟隆起區[2]，勘探面積9 805.11 km2。區內主要發育泊爾江海子斷裂、烏蘭吉林廟斷裂和三眼井斷裂，構造平緩單斜，傾向西南，傾角小于1°，坡降介于3～10 m/km，單斜背景上發育多排北東—南西走向的低緩鼻隆，幅度介于10～20 m。

目前，低阻氣層井主要集中在東勝氣田J58井區西部，是近年來中國石化華北油氣分公司天然氣勘探開發的重點地區。J58井區內斷裂不發育，主要含氣層位是下二疊統下石盒子組、山西組和太原組，其中太原組和山1段石英含量高，巖性主要為亞巖屑砂巖，孔隙以剩余粒間孔為主。山2段和下石盒子組的長石和巖屑含量較高，主要為巖屑砂巖、亞巖屑砂巖和長石質巖屑砂巖[3]。

低電阻率氣層主要集中在下石盒子組，為辮狀河道沉積環境[4]，巖性以粗—中粒、巖屑砂巖和長石巖屑砂巖為主[5]，該類氣層具有電性反映流體能力差的特點，其形成機理尚不明確，氣層識別存在困難，進而嚴重影響該區儲層的產能評價[6]和預測。

筆者從低阻氣層測井響應特征出發，在研究和梳理低阻氣層形成主控因素的基礎上，開展低阻氣層常規測井識別方法研究，以期為東勝氣田后期高效開發提供可靠技術支撐、助力該地區的天然氣增儲上產。

1 低阻氣層測井響應特征

低阻氣層井在測井響應特征[7]上與常規儲層明顯不同，從巖心分析孔隙度和滲透率交會圖（圖1）可以明顯看到，低阻氣層的孔隙度、滲透率遠遠高于常規儲層，在測井響應特征上主要表現為聲波時差高、深側向電阻率低。

通過對研究區內19口低阻氣層井進行歸納總結，得到其測井響應特征如表1所示。

2 低阻氣層成因分析

對低阻氣層形成機理[8]主要從以下11個方面進行分析，即巖石骨架粒度、泥質含量、導電礦物含量、砂泥巖薄互層、地層水礦化度、泥質分布形式、陽離子交換能力、高孔隙度高滲透率（高可動水含量）[9]、高束縛水飽和度（主要為毛細管水且儲層孔隙結構復雜）[9-10]、低幅度構造[11]以及鉆井液侵入[12-15]等。結果表明，低阻氣層的成因主要分為兩種類型：一種是高孔隙度高滲透率（高可動水含量）儲層；另一種是高束縛水飽和度（主要為毛細管水且儲層孔隙結構復雜）儲層。泥質分布形式、陽離子交換能力和鉆井液侵入都是次要影響因素，其他因素則對研究區低阻氣層形成沒有影響。

圖1 巖心化驗分析孔隙度與滲透率交會圖

表1 東勝氣田低阻氣層井測井響應特征表

2.1 高孔隙度、高滲透率（高可動水含量）

東勝氣田屬于低孔隙、特低滲透儲層，但是低阻氣層井無論是從巖心分析數據上，還是測井響應特征上，都明顯表現為異常高孔隙度特征。

通過對低阻氣層井的化驗分析孔隙度與深側向電阻率交會圖進行研究，認為孔隙度越高，電阻率越低，最低低于5 Ω·m。另外，從常規儲層物性分析可知，J58井區下石盒子組儲層孔隙度主要集中在5%～12%，峰值在7%～9%，滲透率主要集中在0.15～1.20 mD，平均滲透率為0.6 mD。但是低阻氣層的巖心化驗分析數據顯示，其孔隙度主要集中在13%～25%。再利用圖2可知，當孔隙度為13%時，對應的滲透率為1.5 mD，明顯高于常規儲層滲透率。所以從統計結果顯示，該區高孔隙度、高滲透率是低阻氣層的一個普遍特征。

圖2 低阻氣層化驗分析孔隙度與滲透率交會圖

從鑄體薄片數據分析可知，該類低阻氣層孔隙結構以中—大孔徑、中等以上孔喉為主，壓汞數據顯示，排驅壓力和中值壓力都很小，反映儲層連通性較好，所以儲層曲折度小，形成了較好的導電通路。這類儲層從二維核磁共振測井上可以看到，具有高可動水飽和度。所以在相對高孔隙度、高滲透率的儲層中，再含有較高含量的可動水，必然導致儲層電阻率降低，形成低阻氣層。

2.2 高束縛水飽和度（主要為毛細管水且儲層孔隙結構復雜）

圖3是JX2井核磁共振測井解釋成果圖，第2（2）號層為低阻氣層，該層深側向電阻率最低為4.0 Ω·m，平均值為12.2 Ω·m。從核磁共振測井成果圖上可以明顯看到，該層T2譜呈多峰分布，且不連續，束縛水飽和度在低阻層段超過60%。通過T2譜分析可知，該層束縛水主要為毛細管束縛水。同時，從鑄體薄片及壓汞數據分析可知，小、中、大孔均有發育，喉道有微喉、細喉和特粗喉，說明該層孔隙結構復雜，再從二維核磁成像圖上也可以看出，該層主要以毛細管束縛水為主，且束縛水含量較高。該類儲層由于毛細管水含量高，雖然孔隙結構復雜，但孔隙連通性相對較好，儲層可以形成較好導電網絡，導致電阻率降低，形成低阻氣層。

圖3 JX2井核磁共振測井解釋成果圖

3 低阻氣層流體性質識別方法

利用低阻氣層區別于常規氣層的測井響應特征，在明確低阻氣層成因機理的基礎上，運用常規測井資料開展低阻氣層識別方法研究。

3.1 交會圖版法

交會圖版法主要利用測井數據，結合測試結果，對測井曲線進行交會，建立識別圖版，是目前較流行的一種流體性質識別方法，該方法具有直觀、簡單、便捷的特點。在J58井區，交會圖版法對常規氣水層識別效果較好，但是從含有低阻氣層的交會圖版（圖4）上可以看到，低阻氣層的區域實際上是和水層區域有重疊的，所以單靠交會圖版并不能很好地識別低阻氣層。

圖4 J58井區氣水識別交會圖版

3.2 測井曲線重疊法

該方法主要是針對中子—密度重疊法和聲波時差—自然電位重疊法進行了應用分析。

中子—密度重疊法[16]是最普遍應用且可直觀定性判別氣水層的方法，主要是利用了補償中子孔隙度的“挖掘效應”，對低阻氣層識別亦有一定適用性。低阻氣層識別的難點在于電阻率曲線對于低阻儲層的氣水差異判別效果差，但是補償中子孔隙度受到天然氣挖掘效應作用顯著，因而利用中子—密度曲線重疊的方式，可以定性識別低阻氣層。

另外，根據低阻氣層明顯高聲波時差的特征，基于聲波時差和自然電位曲線對儲層特征反應的差異性，提出了聲波時差—自然電位重疊[17]法識別氣層。天然氣的存在會使聲波時差增大（含氣性越好，聲波變化越明顯，甚至會造成聲波曲線“跳躍”現象），而自然電位曲線主要反映儲層滲透性，負異常幅度越大，說明儲層滲透性越好。一個好的氣層使得聲波時差增大，自然電位曲線有明顯的負異常顯示，將兩條曲線重疊（在泥巖段使得兩條曲線基本重合），會有明顯的包絡面積，根據其包絡面積大小，再結合錄井資料，可以用于低阻氣層的定性識別。

圖5是JXPB井導眼段測井曲線成果圖，下部氣層顯示，中子—密度曲線以及聲波時差—自然電位曲線的包絡面積均較大，上部儲層兩個曲線包絡面積則明顯變小，說明下部儲層含氣性明顯好于上部，故上部解釋為含氣層，下部解釋為氣層，該氣層為水平段入靶層位，該井水平段壓裂測試，獲得日產氣4.3h104m3，無阻流量達13.9h104m3/d，日產液1.1 m3，證實了該層為典型氣層。從研究區內19口低阻氣層井的應用效果來看，聲波時差—自然電位重疊法具有較好的適用性。

3.3 四孔隙度差值/比值法

已有的研究表明，三孔隙度測井資料對含氣儲層的響應特征[18]與飽含水地層的測井曲線特殊有差異，典型氣層的聲波時差測井值大于飽和水儲層的聲波時差測井值，中子和密度的測井值小于飽含水儲層的測井值。用電阻率計算的氣層含水孔隙度小于飽含水時的孔隙度。為提高低阻氣層的測井識別，要綜合考慮電阻率和三孔隙度測井曲線特征[19]，從而提出四孔隙度差值/比值法進行低阻氣層識別。

由泥質砂巖體積模型可以看出，地層流體為淡水時的地層視密度孔隙度（φda）、視中子孔隙度（φna）、視聲波孔隙度（φsa）和含水孔隙度（φw）計算公式為：

式中ρb表示密度測井值，g/cm3；ρma表示骨架密度，g/cm3；Vsh表示泥質含量；ρsh表示純泥巖密度，g/cm3；H表示中子測井值；Hma表示骨架含烴指數；Hsh表示純泥巖含烴指數；Cp表示壓實校正系數；Δtc表示縱波時差測井值，μs/ft；Δtma表示骨架縱波時差，μs/ft；Δtsh表示純泥巖縱波時差，μs/ft；φ表示地層有效孔隙度。

四孔隙度差值（C4）和四孔隙度比值（B4）分別定義為：

為了反映孔隙流體性質，對φda、φna、φsa和φw做泥質校正和巖性校正。儲層為氣層時，C4＞0、B4＞0，且值越大，說明儲層含氣性越好；儲層為水層時，C4=0、B4=0。兩者反向刻度交會，可識別氣水層，反向刻度包絡面積越大，儲層含氣性越好。該方法在研究區的應用效果也較好。

圖5 JXPB井導眼段測井曲線重疊法識別氣層成果圖

圖6是JX5井盒1段四孔隙度法識別氣層的成果圖。從圖可見，在氣層的地方顯示C4＞0、B4＞0，并且二者的包絡面積較大，而對比下部含氣水層的位置，雖然第4號層也顯示C4＞0、B4＞0，但二者的包絡面積卻很小，說明該層的含氣性整體比第3（2）號層差。第3（2）號層3 052.00～3 058.00 m處進行射孔測試，日產氣0.912h104m3，日產液2.4 m3，天然氣無阻流量為0.924 7h104m3/d，證實為典型的氣層。

3.4 可動水飽和度識別法

可動水飽和度[20]是根據總含水飽和度（Sw）與束縛水飽和度（Swi）計算得到的，其中Sw計算是利用阿爾奇公式，巖性系數a、b，膠結指數（m）、飽和度指數（n）則是根據巖電實驗得到；而Swi的計算是依據氣水相滲實驗分析的巖心束縛水飽和度與巖心孔隙度建立的回歸關系得出。通過分析東勝氣田下石盒子組束縛水飽和度與巖樣對應深度點孔隙度之間的相關性，得到下石盒子組束縛水飽和度的經驗公式為：

利用所建立的經驗公式帶入測井計算的孔隙度，可計算連續的束縛水飽和度曲線。根據計算的總含水飽和度和束縛水飽和度，可以得到可動水飽和度（Swd），進而對儲層含氣性進行判別。

氣層：

氣水同層：

水層：

為了顯示方便，通常利用Sw與Swi重疊的方式來顯示含有可動水的多少，當重疊面積較大時，顯示可動水含量較高[17]；反之，說明儲層含氣性較好。

圖6 JX5井盒1段四孔隙度差值/比值法成果圖

圖7 JX6井可動水飽和度法識別氣層成果圖

如圖7是JX6井盒3段應用可動水飽和度法識別氣層的測井成果圖所示，Sw與Swi的重疊面積很小，含水飽和度近45%，以束縛水為主，可動水很少，說明該層氣層特征明顯，解釋該層為氣層。該井在2 985.00～2 994.00 m處進行測試，日產氣1.272h104m3，天然氣無阻流量為1.413 3h104m3/d，日產液2.4 m3。

4 結論

1）東勝氣田低阻氣層成因除了受到泥質分布形式、黏土礦物陽離子附加導電性及鉆井液侵入的影響外，主要還有兩種類型的影響：一是由于高孔隙度、高滲透率及高可動水飽和度引起的低電阻率氣層；另一種是由于復雜孔隙結構引起的高束縛水（毛細管水）飽和度，毛細管水形成較好導電網絡，造成儲層呈現低阻特征。

2）利用測井曲線重疊法和四孔隙度差值/比值法對東勝氣田低阻氣層的識別具有較好的應用效果，可動水飽和度識別法效果稍差，交會圖版法效果最差，常規測井方法識別低阻氣層，其解釋符合率達到83%，該低阻氣層的識別方法具有一定的推廣應用價值。