聲電成像測井在川中龍王廟組縫洞型儲層勘探中的應用

2021-03-22 07:21:02賀川航林煜陳華代瑞雪王紫笛李春梅

測井技術 2021年1期

賀川航,林煜,陳華,代瑞雪,王紫笛,李春梅

(1.中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司西南物探研究院,四川成都610016;2.中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院,四川成都610041)

0 引言

四川盆地中部磨溪主體區是安岳氣田重要的產能區,其深層寒武系龍王廟組碳酸鹽巖地層為主要產氣層[1-2],是四川盆地重點研究的層系之一。龍王廟組儲層儲集空間包括溶蝕孔洞、粒間孔以及裂縫等,研究表明縫洞較發育地區地層整體滲透性較強,有利于油氣運移及成藏,容易形成優質儲層[3-4]。但龍王廟組地層物性較差,縫洞類型復雜多樣,地層縫洞的常規測井響應信息又易被巖性、流體掩蓋,較難精準刻畫縫洞型儲層位置。

圖1 MX13井溶蝕孔洞型儲層巖心、測井綜合解釋圖*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m;1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

前人主要采用直接觀察、間接計算2種方法識別縫洞。直接觀察法利用巖心統計縫洞發育位置和條數,間接計算法是統計縫洞引起的三孔隙度、電阻率曲線偏移變化量進而獲取縫洞信息。碳酸鹽巖地層中被流體填充的縫洞,其電阻率、波阻抗特征與圍巖差異較大,當電流、聲波經過縫洞時,電導率、聲波能量均發生明顯變化,這種變化與地層縫洞發育程度有密切關系。電成像測井通過測量地層微電流變化,能準確識別井壁縫洞發育狀況及分布[5-7]。陣列聲波測井直接測量環井壁1～3 m內聲波能量信息,不受巖性影響,直接表征地層整體的滲透性[8-9],但是如何有效使用陣列聲波資料識別研究區縫洞型儲層,還需要“橋梁”建立其與縫洞發育區的關聯。

本文結合電成像測井縱向分辨率高與陣列聲波測井橫向探測范圍深的特點,建立基于巖心、電成像資料的樣本井縫洞分布區間,以此為約束刻畫斯通利波能量衰減值在縫洞發育段的截止值,實現了縫洞發育段的精細刻畫。

1 方法流程

研究區龍王廟組的陣列聲波、電成像測井資料豐富,綜合現有巖心、測井資料建立縫洞識別標準,精確刻畫縫洞型儲層是本文研究重點。具體步驟:①優選目的層巖心、特殊項目測井資料完整的單井作為樣本井;②根據電成像測井資料獲取井壁的面洞率信息;③基于樣本井的面洞率差異,將縫洞型儲層進行分類;④提取樣本井不同類型儲層的斯通利波能量衰減曲線值,采用數學統計法分析歸納不同類型儲層的斯通利波能量衰減值范圍。

2 龍王廟組儲層縫洞類型

根據研究區巖心資料結合三孔隙度、電成像測井等成果分析,依據縫洞發育程度,將龍王廟組儲層按縫洞發育大小及規模劃分3類,即:溶蝕孔洞型儲層、裂縫-孔洞型儲層和裂縫-孔隙型儲層。

(1)溶蝕孔洞型儲層。儲集空間大多以中、小溶蝕孔洞為主,局部見大洞。巖心資料顯示孔洞比較發育,孔洞大小為1～10 mm,多為石英部分填充,保留有效空間,該類儲層孔隙度大于7%,物性較好,試氣資料顯示儲層均能夠形成工業氣流。溶蝕孔洞型儲層測井響應特征(見圖1),與圍巖(非儲層)相比總體上表現為三低兩高的特點:自然伽馬低,圍巖高阻背景下電阻率降低,深、淺電阻率呈正差異,密度明顯低,聲波時差值高,中子值明顯高。電成像圖中縫洞發育段常見蜂窩狀暗斑點。

(2)裂縫-孔洞型儲層。孔隙為主要儲集空間,裂縫為滲流通道,孔隙和裂縫同時發育,形成了比較優質的儲層。此類儲層在川中地區龍王廟組地層普遍發育,儲層孔隙度為2%～7%,儲集性能較好。裂縫-孔洞型儲層測井響應特征(見圖2),與圍巖(非儲層)相比具有如下特點:自然伽馬低,圍巖高阻背景下電阻率表現中高值,深、淺電阻率呈正差異,密度稍低,聲波時差值高,中子值明顯高。電成像圖中縫洞發育段常見正弦裂縫以及少量蜂窩狀暗斑點。

圖2 MX29井裂縫-孔洞型儲層測井綜合解釋圖

圖3 MX39井裂縫-孔洞型儲層測井綜合解釋圖

(3)裂縫-孔隙型儲層。儲集空間主要為基質孔隙,低角度裂縫為滲流通道,孔洞不發育,有一定的滲透性。此類儲層在川中地區龍王廟組發育較少,儲層孔隙度小于2%,儲集性能較差。裂縫-孔隙型儲層測井響應特征(見圖3),與圍巖(非儲層)相比具有如下特點:電阻率曲線呈明顯的“尖刺狀”分布、雙側向電阻率呈小幅度正差異或無幅度差,電成像圖上見近水平暗色條帶分布。

由于巖心采樣較少,不能對整個地層進行有效評價,且常規曲線只能定性描述縫洞型儲層分布,不能定量刻畫儲層邊界,因此,引入具有分辨率高、貼井壁測量的電成像測井,通過計算處理后的電成像資料面洞率(每平米異常圖像面積百分比)區分縫洞發育區。

圖4給出了研究區巖心實驗測量的孔隙度與面洞率的交會圖,面洞率與孔隙度呈正相關關系,面洞率越高,孔隙度越大,說明縫洞越發育。Ⅰ區表明儲層具有明顯的裂縫機制參與滲流,存在裂縫發育區,面洞率較低,孔隙度有明顯增大,說明儲層以裂縫為主要滲流通道;Ⅱ區隨著面洞率逐漸變大,孔隙度也增大,表明儲層主要以孔隙喉道為滲流通道。由此可見,面洞率的大小反映地層縫洞發育情況,進而劃分縫洞類型。

圖4 面洞率與孔隙度交會圖

3 樣本井的縫洞類儲層劃分標準

優選目的層巖心、電成像測井以及陣列聲波測井資料齊全的單井作為樣本井,建立縫洞型儲層的劃分標準。電成像測井反映井壁電阻率的異常,當儲層溶蝕孔洞發育時,在電成像測井圖上顯示高電導率異常,呈現出不規則小圓狀或橢圓形狀圖像,主要以斑狀為主;當儲層段裂縫發育時,溶洞不發育,在電成像測井圖上顯示高電導率異常,呈現出不規則的正弦曲線特征圖像,主要以塊狀為主[10-11]。利用電成像測井圖上的顯示差異可以定性識別縫洞發育區,也可以人機交互解釋計算面洞率。研究發現,當電成像測井資料顯示縫洞較發育時,得到的面洞率值較高;縫洞欠發育時,面洞率值較低。

從圖1可見,溶蝕孔洞型儲層的電成像圖清晰呈現蜂窩狀暗斑點,巖心顯示多為大溶孔,且面洞率≥5%;從圖2可見,裂縫-孔洞型儲層的電成像圖上可清晰呈現正弦裂縫以及少量蜂窩狀暗斑點,巖心顯示多發育中小溶孔,面洞率主要為3%～5%;從圖3可見,裂縫-孔洞型儲層的電成像圖多為近水平暗色條帶、少見裂縫,巖心顯示少量小尺度縫洞,且面洞率<3%。綜合樣本井巖心、電成像測井資料,劃分龍王廟組縫洞類型(見圖5)。

圖5 不同類型儲層的面洞率分布圖

4 陣列聲波測井識別縫洞發育段

通過陣列聲波測井資料,能夠得到地層中縱波、橫波、斯通利波的能量信息。斯通利波是一種管波,在井筒中以活塞運動的方式向前傳播,垂直井壁產生的壓力和張力交替出現,導致井壁在垂向上膨脹和收縮,地層中有效連通空間與井筒連接,鉆井液、地層流體沿著連通空間流動,導致斯通利波在傳播過程中會消耗能量,振幅減弱;反之,地層較致密,滲透性較差,流體運動較少時,斯通利波能量衰減較弱[12]。因此,地層縫洞是影響斯通利波能量衰減的主要因素,這是斯通利波能量衰減刻畫地層縫洞發育區的理論基礎。

4.1 斯通利波能量衰減曲線計算

陣列聲波測井在井筒內采集8條不同源距的聲波全波波形信息,經過計算得到地層縱波、橫波、斯通利波等信息。基于斯通利波波形相似性特征,采用時差相關分析法在一組全波波形中開設時窗,移動合適的時窗找出相似波形,以此分離出斯通利波。

在斯通利波初至時間后開一個時窗,對選定時窗內的信號r(t)進行傅里葉變換成為R(ω),計算出信號的振幅譜,運算后得到斯通利波能量

(1)

式中,E為斯通利波能量,無量綱;ω為信號有效頻帶,無量綱;ωmin、ωmax為信號有效頻帶最小值、最大值;Rreal、Rimag為R(ω)的實部和虛部;dω為信號有效頻帶間距。

斯通利波能量受測量儀器發射能量、測量方式的影響,井與井之間的能量值域不統一,需要消除非地層因素引起的誤差,提高縫洞識別精度。首先進行斯通利波能量的單井歸一化[見式(2)],歸一化后的斯通利波能量值統一到0～1,基本消除了測井儀器或者測量方式不同造成的系統誤差。單井歸一化后,還應該考慮井眼坍塌對數據采集的影響,通過開展井眼校正,較好地消除井眼坍塌對斯通利波能量的影響[見式(3)]。

Enorm=(1-E/Emax)×100%

(2)

式中,Enorm為歸一化后的斯通利波能量值;Emax為處理深度內斯通利波能量最大值。

Ecal=Enorm-aln(CAL-BIT)+b

(3)

式中,Ecal為井筒校正后的斯通利波能量值,無量綱;CAL為井徑值,in;BIT為鉆頭尺寸,in;a、b為區域常數。

斯通利波能量隨縫洞增大而明顯減小,對校正后的斯通利波能量由式(4)轉換成能量衰減值,即

Estc=lg(Ecal,max/Ecal)/l

(4)

式中,Estc為校正后的斯通利波能量衰減值,無量綱;Ecal,max為井筒校正后的斯通利波能量值最大值,無量綱;l為源距,m。

采用上述方法,校正研究區內龍王廟組斯通利波能量,最終得到全區統一值域的斯通利波能量衰減曲線。

4.2 斯通利波能量衰減曲線劃分縫洞類型

以巖心、面洞率劃分的3類儲層為約束,制作利用斯通利波能量衰減值識別縫洞的圖版(見圖6)。溶蝕孔洞型儲層日產量高于50×104m3,面洞率大于5%,斯通利波能量衰減值大于20%;裂縫-孔洞型儲層日產量為(25～50)×104m3,面洞率為3%～5%,斯通利波能量衰減值大于10%;裂縫-孔隙型儲層測試為微氣或者干層,面洞率小于3%,斯通利波能量衰減值小于10%。

圖6 面洞率—斯通利波能量衰減值交會圖

從圖6中可知,從溶蝕孔洞型、裂縫-孔洞型到裂縫-孔隙型儲層面洞率逐漸變小,各自對應的斯通利波能量衰減值也逐步降低。以巖心、電成像資料劃分的縫洞做約束樣本,統計不同縫洞類型斯通利波衰減值的截止值,建立龍王廟組斯通利波能量衰減值評價儲層標準:Estc≥20%,溶蝕孔洞型儲層;10%≤Estc<20%,裂縫-孔洞型儲層;Estc<10%,裂縫-孔隙型儲層。

統計分析表明面洞率、衰減值較大的井均出現高產工業氣流,說明該區域儲層縫洞的連通性較好。總之,斯通利波能量衰減曲線是對地層縫洞發育情況以及滲透性的綜合反映,能夠更好地劃分縫洞型儲層分布。

5 應用效果

運用此套縫洞評價方法對研究區新井進行了精細解釋,圖7為MX23井測井解釋綜合圖。由圖7可見,該井存在2個明顯的儲層段:4 800.5～4 823.7 m、4 826.0～4 831.5 m,其電成像測井顯示面洞率大于5%,斯通利波能量衰減值為23%,說明該段地層縫洞發育,地層滲透性較好;在該井非儲層段,電成像測井顯示面洞率小于3%,斯通利波能量衰減值為5%,說明該段地層縫洞不發育,地層滲透性較差。經過射孔試氣,在4 800.5～4 823.7 m層段存在較好氣層,日產氣114×104m3,證實了該方法能夠有效識別縫洞型儲層的發育位置,為開發試氣提供可靠依據。