基于四定分析的特低滲-致密儲層測井綜合評價
——以川西坳陷XC構造帶須二氣藏為例

黎華繼，陳 俊，鄧雙林，金武軍

(1.中國石化西南油氣分公司采氣三廠，四川中江 618100；2.中國石化西南油氣分公司勘探開發研究院，四川成都 610000；3.中國石化石油勘探開發研究院四川中心，四川成都 610000)

在油氣藏的勘探開發過程中，測井一直是不可或缺的一環，它是地質學家破譯地下密碼的一把鑰匙，但是“破譯”的過程相當復雜，且具有多解性和不確定性。上世紀60年代，我國的地質學家們提出了以四性關系分析為重點的測井評價內容，并沿用至今；同時制定出一系列交會圖版，并逐步將定性、定量解釋的標準可視化[1-3]。隨著以成像測井為代表的特殊測井技術飛速發展，中國測井評價技術再上新的臺階，形成了復雜因素的低電阻率油氣層評價、“七性及三品質”致密油氣評價等為代表的解釋評價技術系列，有效支撐了一批隱蔽型油氣田的勘探與開發[4-5]。近年來，隨著勘探開發程度的進一步加大，各油氣田面臨的地質對象也從前期厚度大、物性好、豐度高的常規油氣藏逐漸轉向厚度薄、物性差、豐度低的非常規油氣藏，地質條件日益復雜。為適應地質綜合評價的要求，測井評價的主要內容也已不僅僅包括孔隙度、滲透率、含油氣飽和度(孔、滲、飽)及油氣分布，區域甜點的預測也需要測井給予更精細、精準、精確的解答，為此需進一步豐富測井評價的內容。XC構造帶須家河組二段氣藏(以下簡稱須二氣藏)是典型的特低滲-致密、低豐度油氣藏，地質條件異常復雜，本文嘗試將“四定”評價思路[6]引入測井評價中，經實踐應用，取得了一定的效果，為準確評價XC構造帶須二氣藏，明確其甜點分布，以及氣藏的有效開發提供了有力支撐。

1 氣藏基本特征及四定分析的內涵

XC構造帶位于四川盆地川西坳陷中段，為南陡北緩、多個高點組成的北東東向復式背斜，區內斷裂發育，均為逆斷層，走向復雜，其中南北向斷層規模較大。須二氣藏埋深4 500～5 300 m，自上而下可劃分為上、中、下三個亞段，10套砂層組，產層主要分布在上亞段和中亞段。儲層巖性多樣，以巖屑砂巖為主(占比47.9%)，其次為長石巖屑砂巖(占比22.6%)，少量巖屑石英砂巖、巖屑長石砂巖等。據1 690 塊巖樣統計，須家河組二段(以下簡稱須二段)超98%的砂巖樣品孔隙度小于10.0%，平均3.7%；基質滲透性差，多低于0.10×10-3μm2，平均0.07×10-3μm2，屬于典型的特低孔、特低滲超致密砂巖儲層。儲層孔滲相關性差，儲集空間類型以孔隙型及裂縫-孔隙型為主。前人研究表明裂縫是XC構造帶須二氣藏氣井獲得中、高產的決定性因素，氣藏為異常高壓(原始壓力系數為1.7)、致密、構造-巖性、彈性氣驅、干氣、邊水為主的有水氣藏。

面對XC構造帶須二氣藏復雜的地質條件以及勘探開發一體化、地質物探一體化、地質工程一體化新的形勢，測井評價在須二氣藏油氣勘探開發過程中需著眼于氣藏評價的難點，尋求新的油氣評價思路，提供定性、定量、定域、定向的滿足氣藏地質工程一體化的參數與成果，具體內涵見表1。

表1 須二氣藏油氣四定評價方案內涵

2 須二氣藏的四定測井評價

2.1 定性評價有利巖相

通過對XC構造帶須二段巖心觀察，共識別出12種巖相(圖1)。研究表明在不同亞段有利巖相也略有差異，其中，上亞段，塊狀層理中粗砂巖相、斜層理中粗砂巖相和含炭屑中粗砂巖相為有利巖相；中亞段，千層餅狀平行層理中粗砂巖相、平行層理中粗砂巖相、塊狀層理中粗砂巖相、斜層理中粗砂巖相和含炭屑中粗砂巖相為有利巖相。

a.千層餅狀平行層理中粗砂巖，XX7井，Tx26；b.平行層理中粗砂巖，XX12井，Tx24；c.塊狀層理中粗砂巖，XX11井，Tx26；d.斜層理中粗砂巖，XX127井，Tx21；e.含炭屑中粗砂巖，XX127井，Tx21；f.含泥礫中粗砂巖，XX127井，Tx21；g.斜層理細砂巖，XX7井，Tx23；h.波狀層理粉砂巖，XX7井，Tx23；i.炭質泥巖，XX127井，Tx22；j.煤層，XX127井，Tx22；k.鈣質膠結斜層理中粗砂巖，XX127井，Tx22；l.鈣質膠結塊狀層理中粗砂巖，XX7井，Tx26

依據“優中選優、逐步推進”的原則，先根據粒度參數，去除細粒巖相，然后根據礦物成分參數，去除鈣質膠結巖相，最后根據反映儲層滲透性的參數，選出較有利和有利巖相。研究表明不同粒度的巖相在AC(聲波時差)-GR(自然伽馬)交會圖版中可以得到很好區分。在此基礎上利用GR-RT(電阻率)交會圖版，識別出較為有利的巖相，為后期優質儲層預測奠定基礎。

2.2 定量評價儲層參數

孔、滲、飽是測井評價的核心內容之一，研究方法眾多，但XC構造帶須二氣藏儲層孔隙結構復雜，非均質性強，傳統的計算模型已無法滿足致密儲層精細評價的需求。因此，提出了以實驗分析為基礎，利用巖心刻度測井資料，突出核磁[7-8]、偶極等特殊測井應用，實現對儲層特征精準描述的研究思路。

結合XC構造帶須二氣藏礦物組分構成特點，采用基于巖石物理體積模型的最優化方法[9]，通過礦物含量和孔隙流體求解不同測井的響應方程組，獲取精確可靠的礦物和物性評價結果。根據須二段礦物主要由泥質、石英、長石、巖屑、炭屑組成的特點，結合孔隙中只含水和氣兩種流體的情況，建立巖石物理體積模型。根據不同測井曲線對儲層巖性、物性及流體的響應差異，優選自然伽馬、補償中子、補償密度、聲波時差、深淺側向6條曲線參與巖石物理體積方程求解。通過與巖心薄片礦物組分分析結果對比表明，礦物組分評價結果精度較高、評價結果可靠。圖2為XX856井礦物含量測井評價結果與巖心薄片分析結果對比，從對比結果來看，測井評價結果中的石英含量和長石巖屑含量與巖心薄片分析結果均吻合良好，12個點中有10個點的絕對誤差在5%內，剩余2個點的絕對誤差在10%左右，誤差精度明顯提高且能夠滿足精度要求。在準確計算礦物含量的基礎上開展孔隙度精準評價，絕對誤差從前期的12%減低至5%，精準度明顯優于采用傳統孔隙度模型計算的物性參數，能夠更好地滿足地質精細分析需求。

圖2 XX856井礦物含量測井評價結果與巖心薄片分析結果對比

定量評價油氣層的另一個關鍵就是油氣含量的評價，但常規的阿爾奇公式往往不能很好地適用于致密儲層[10-12]。XC構造帶須二氣藏特殊測井資料豐富，從而為儲層研究提供了更為豐富的手段。偶極橫波測井反映地層骨架、流體聲波速度信息，它避開了地層電阻率大小的影響，因此充分利用聲學信息進行天然氣層評價成為天然氣測井解釋的一個發展方向[13-14]。XC構造帶須家河組測試氣層段的含水飽和度與泊松比統計分析結果表明，須家河組儲層的泊松比與儲層含氣性、孔隙度有著密切的關系。當孔隙度一定時，含水飽和度隨泊松比的增大而增大；當泊松比一定時，含水飽和度隨孔隙度的增大而減小(圖3a)。同樣也可發現，楊氏模量與儲層含氣性、孔隙度也有相類似的關系(圖3b)。據此，建立XC構造帶須二氣藏致密碎屑巖儲層含水飽和度計算模型及圖版，選擇精度較高的拋物線擬合方法對此圖版擬合，同時結合地區經驗，得出相應的計算公式；再根據差值法，可以得到任何孔隙度所對應的含水飽和度。

圖3 泊松比、楊氏模量、孔隙度與含水飽和度關系

2.3 定域評價裂縫展布

勘探開發實踐表明，XC構造帶須二氣藏氣井產能與裂縫發育關系密切，裂縫是氣井高產的主要控制因素之一[15-16]。由于成像測井成本較高，數量有限，為滿足裂縫在縱向上和平面上精細評價的要求，開展基于常規測井資料的裂縫評價十分必要。從研究區裂縫發育程度和裂縫類型出發，基于巖心標定成像測井、成像測井刻度常規測井的技術思路開展基于常規測井資料的裂縫評價。

分析不同類型裂縫在各種常規測井曲線上的響應特征，優選AC、CNL(補償中子)、RD(深側向電阻率)、RS(淺側向電阻率)四條裂縫敏感曲線，構建聲波和中子增大因子(AC_FF與CNL_GR_FF)、電阻率降低因子(RT_GR_FF)、雙側向電阻率幅度差因子(RDS_FF)4個裂縫敏感指示因子[17-18]。并基于裂縫與基質孔隙在聲波時差和電阻率曲線上具有不同分形維度差異的特征，對各種敏感曲線的分形維度進行計算，根據分形維度的大小區分裂縫和基質孔隙，進而約束各種裂縫敏感因子，從中篩選出裂縫層段。然后將基于電成像解釋的裂縫孔隙度與各種裂縫敏感指示曲線進行灰度關聯，計算灰色關聯系數作為各個敏感曲線的權重因子，以此參與裂縫綜合指示曲線的計算(表2)。根據電成像的解釋結果對裂縫綜合指示曲線設定一個合適的閾值，高于該閾值的為有效裂縫，低于該閾值的為無效裂縫。研究表明須二段上亞段和中亞段裂縫識別閾值均為0.1。

表2 各個敏感因子權重及分形維度

研究表明XC構造帶須二段儲層低角度縫、水平縫普遍發育，高角度縫僅發育于局部區域的局部井段。上亞段高角度縫多發育于構造的褶曲部位，中亞段高角度縫主要分布在南北向斷層上盤附近。

2.4 定向評價儲層類型

為滿足老井挖潛和新井測試選層選段的實際需求，開展了儲層測井甜點類型識別方法構建及評價研究。基于XC構造帶須二氣藏地質特征和工程改造的難易程度，總結出氣藏甜點類型主要有三大類(Ⅰ類甜點可自然建產，Ⅱ類甜點可壓裂后建產，Ⅲ類甜點需新工藝改造后方可建產)，并進一步結合不同測井甜點類型的層段分布、試采情況、產氣效果等，連同水層、致密儲層和泥巖，將XC構造帶的儲層及相關地層類型細分為十個小類，總結各個類型的測井響應特征及其物性和流體性質(表3)。

表3 不同測井甜點類型所對應的測井特征及地質內涵

根據不同類型的測井曲線響應特征及差異，制作各種敏感性分析圖版，嘗試建立不同測井甜點類型的識別標準，從而將不同類型的儲層段在井上連續地劃分出來，為甜點地震預測和地質綜合評價提供井上數據基礎。十種儲層及相關地層類型在巖性、物性、裂縫發育及含氣性上多有重疊區域，很難用一個測井交會圖版將十種不同類型儲層較好地區分開來。某些圖版對其中一類或者相近的幾類能夠有較好的識別效果，如AC-GR交會圖能夠較好地將泥巖和炭質泥巖識別出來；AC-RT交會圖中致密層和非儲層與其他甜點類型的分布區域有較大的差異；I類甜點、II類甜點、裂縫型水層可通過裂縫綜合指示曲線將其與其他類型儲層及相關地層區分開(圖4a)；另外，根據所構建的流體指示因子[19-20]，可將裂縫型水層與I類甜點、II類甜點較好地區分開來(圖4b)。因此，采用多個“甜點”敏感曲線交會圖版，按“篩泥-去干-選甜-排水”四個主要技術環節，分步驟逐級開展井上的甜點類型連續識別。利用該方法針對區內5口典型井開展測井甜點類型識別，其識別結果與地質分析和實際測試生產結果相對比，吻合率較高(表4)。

a.含氣指示曲線-裂縫指示因子交會圖 b.流體指示因子-裂縫指示因子交會圖

表4 典型井(X2-L150-X10-CX566-XC6)測井甜點類型識別符合率統計

3 實例分析

XS構造位于XC構造帶東部，在巖心分析基礎上，根據粒度和礦物成分測井識別結果，針對XS構造須二氣藏開展有利巖相的測井識別，結果表明上亞段有利巖相主要為塊狀層理中粗砂巖相、斜層理中粗砂巖相和含炭屑中粗砂巖相等。結合地質分析和地球物理預測成果，分析認為XS構造須二氣藏上亞段有利巖相展布方向為北東-南西向，有利巖相厚度為5～70 m，平均厚度為46 m。基于有效裂縫測井及地震識別標準，建立了斷縫體識別標準及斷縫有利區分級評價流程[21-22]，明確了不同類型斷縫有利區平面分布。認為XS構造南北向斷層附近為I類有利區，預測裂縫發育。結合氣水分布認識認為該區具有較大建產潛力，部署實施滾動勘探井XS101井(圖5)。

圖5 XC構造帶Tx21+2砂組氣藏綜合評價

XS101井完鉆后測井顯示Tx21(須二段1號小層)、Tx22(須二段2號小層)砂組砂體厚度較大，巖性較純。Tx21砂組聲波時差平均為63.9 μs/ft，局部呈明顯周波跳躍；RD整體較高，平均為71.7 Ω·m，局部呈明顯高阻背景下的低值；電成像測井顯示中高角度裂縫發育，裂縫密度達0.67條/m，以I+II類甜點為主，具較好的可壓性(圖6)；綜合評價Tx21為氣層。Tx22砂組聲波時差較Tx21砂組低，平均為57.0 μs/ft；RD整體較高，平均為11.9 Ω·m；成像測井顯示高角度裂縫欠發育，局部發育少量低角度裂縫，裂縫密度達0.41條/m，以III類甜點為主，可壓性較差；綜合評價Tx22砂組為含氣層(圖7)。針對Tx21+2開展體積壓裂，Tx22砂組加砂量及加砂強度均較低，Tx21砂組相對較高，測試無阻流量68.3×104m3/d，證實了基于四定分析的測井評價方法的可靠性及實用性。

圖6 XS101井Tx21砂組甜點成果評價

圖7 XS101井Tx22砂組甜點成果評價

4 結論

(1)針對XC構造帶須二氣藏采用基于巖石物理體積模型的最優化方法，通過礦物含量和孔隙流體求解不同測井的響應方程組，能夠較為精準地評價礦物含量，從而獲得精度更高的儲層物性評價結果。

(2)傳統的阿爾奇公式在XC構造帶須二氣藏適用性較差，需充分結合偶極橫波測井資料、核磁測井資料等多角度、多維度的開展評價，從而提高測井解釋符合率。

(3)裂縫是XC構造帶須二氣藏氣井高產的主要控制因素之一，開展基于常規測井資料的裂縫評價十分必要。通過優選裂縫敏感曲線，構建裂縫敏感指示因子，對各種敏感曲線的分形維度進行計算，進而約束各種裂縫敏感因子，能有效地識別裂縫發育層段，與成像測井識別結果較為一致。