風(fēng)西混積碳酸鹽巖儲(chǔ)層測(cè)井流體識(shí)別及定量評(píng)價(jià)

史亞紅,陳文安,李 綱,劉國(guó)良,王青川,郭正權(quán)

(中國(guó)石油青海油田分公司勘探開發(fā)研究院,甘肅敦煌 736202)

風(fēng)西地區(qū)構(gòu)造位于青海省柴達(dá)木盆地西部坳陷區(qū)[1-3],是大風(fēng)山背斜構(gòu)造帶上的三級(jí)潛伏構(gòu)造,位于大風(fēng)山構(gòu)造的西段。該地區(qū)N1-N21油藏為一構(gòu)造背景上的巖性油藏,以湖相碳酸鹽巖沉積為主,受季節(jié)性或陣發(fā)性洪水流的注入將細(xì)粒的泥質(zhì)和粉砂質(zhì)帶入該區(qū),形成了以湖相碳酸鹽巖夾薄層陸源碎屑巖沉積為特征的混積型沉積。儲(chǔ)層巖性主要為灰云巖,其次為藻灰?guī)r,儲(chǔ)集空間主要為晶間孔、溶蝕孔加少量微裂縫[4-5]。由于油水分異不明顯,試油及試采證實(shí)該區(qū)構(gòu)造高、中、低部位油井生產(chǎn)多為油水同出,少數(shù)為純油層,具有平面疊合連片、縱向相對(duì)集中、低孔低滲低飽和度的特點(diǎn)。受巖性混積、儲(chǔ)層致密及薄互層發(fā)育等因素影響,電阻率影響因素復(fù)雜,使用傳統(tǒng)電法手段進(jìn)行流體識(shí)別難度大,儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算精度低,測(cè)井解釋符合率無法滿足油田開發(fā)要求[6-10]。因此,有必要開展工區(qū)混積碳酸巖鹽流體識(shí)別和儲(chǔ)層參數(shù)評(píng)價(jià)研究,本文基于取心資料、常規(guī)測(cè)井、巖性掃描和核磁共振測(cè)井等資料,提出了消除巖性影響和孔隙結(jié)構(gòu)影響的流體識(shí)別方法,建立了混積碳酸鹽巖孔隙度、滲透率、飽和度計(jì)算模型,有效提高了測(cè)井解釋符合率,為復(fù)雜碳酸鹽巖流體識(shí)別和儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算提供了新的方法和手段[11-13]。

1 儲(chǔ)層特征

1.1 巖性特征

研究區(qū)多口取心井巖心X衍射全巖分析表明,巖石礦物主要為長(zhǎng)英質(zhì)礦物、碳酸鹽巖礦物及黏土礦物,礦物成分復(fù)雜,混積特征明顯。混積巖中碳酸鹽巖礦物含量占明顯優(yōu)勢(shì),碳酸鹽巖中白云石含量占60.4%,高于方解石含量,含少量黃鐵礦、硬石膏;黏土礦物以伊/蒙混層、伊利石、綠泥石為主,其中伊/蒙混層占49.2%,含量最高。

研究區(qū)N1-N21油藏以混積巖為主,地層巖性混雜,發(fā)育灰云巖、藻灰?guī)r、粉砂巖或其中幾種的交互層。巖石類型主要為灰云巖和藻灰?guī)r,其中灰云巖占71%,發(fā)育塊狀與紋層狀兩種結(jié)構(gòu),多混雜陸源碎屑,薄片上常見分散狀黃鐵礦;藻灰?guī)r占29%,發(fā)育團(tuán)塊狀、紋層狀、疊層狀結(jié)構(gòu),陸源碎屑含量相對(duì)較少,方解石和白云石兩者含量無明顯優(yōu)勢(shì)。由于填隙物常充填于碎屑巖,導(dǎo)致其物性差,難以形成有效儲(chǔ)層。

1.2 物性特征

風(fēng)西地區(qū)N1-N21儲(chǔ)層多口取心井共計(jì)1 582個(gè)樣品的實(shí)測(cè)分析結(jié)果表明,巖心孔隙度的分布范圍為0.1%～15.0%,平均3.8%,中值2.8%(其中孔隙度大于5.0%的有效儲(chǔ)層平均值為7.6%,中值6.6%);滲透率多數(shù)小于0.01×10-3μm2,屬中孔-低滲型儲(chǔ)層。藻灰?guī)r孔滲明顯優(yōu)于灰云巖,灰云巖平均孔隙度7.1%,平均滲透率0.1×10-3μm2,藻灰?guī)r平均孔隙度8.2%,平均滲透率1.4×10-3μm2,藻灰?guī)r中孔隙度大于10.0%的樣品數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于灰云巖,滲透率大于0.1×10-3μm2的樣品數(shù)也比灰云巖多。

2 流體識(shí)別方法

研究區(qū)儲(chǔ)層礦物成分多樣、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,電阻率值受孔隙結(jié)構(gòu)、礦物組分、地層水礦化度、構(gòu)造應(yīng)力等影響,流體性質(zhì)對(duì)電阻率的影響微弱,電阻率曲線含油性指示變?nèi)酢?duì)研究區(qū)多口取心井巖樣進(jìn)行核磁實(shí)驗(yàn)和X衍射分析,得到對(duì)應(yīng)巖樣的核磁孔隙度和礦物含量,將核磁總孔隙度、有效孔隙度與總孔隙度的比值(代表孔隙結(jié)構(gòu))、碳酸鹽巖含量和泥質(zhì)含量與電阻率(Rt)擬合,得到電阻率與核磁孔隙度、孔隙結(jié)構(gòu)、礦物組分關(guān)系圖(圖1),可以看出,電阻率值與孔隙度、孔隙結(jié)構(gòu)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,隨著儲(chǔ)層物性變好、孔隙結(jié)構(gòu)變好,電阻率值呈下降的趨勢(shì);隨著碳酸鹽巖含量的增加,電阻率值呈增大的趨勢(shì);儲(chǔ)層黏土礦物主要為伊/蒙混層,占49.2%,黏土具有附加導(dǎo)電性,隨著黏土含量的增大,電阻率值呈下降趨勢(shì)。同時(shí),不同的構(gòu)造位置,標(biāo)準(zhǔn)層電阻率值相差較大,構(gòu)造東西兩翼及構(gòu)造頂部電阻率值相對(duì)較高。

圖1 核磁總孔隙度、孔隙結(jié)構(gòu)、礦物組分、泥質(zhì)含量與電阻率的關(guān)系

由于研究區(qū)電阻率影響因素復(fù)雜,單一的常規(guī)測(cè)井解釋圖版難以進(jìn)行儲(chǔ)層流體性質(zhì)判別,本文結(jié)合常規(guī)與特殊測(cè)井、電法與非電法測(cè)井,深度分析測(cè)井敏感參數(shù),建立消除巖性影響和消除孔隙結(jié)構(gòu)影響的流體識(shí)別方法。

2.1 消除巖性影響的流體識(shí)別方法

考慮巖性變化對(duì)電阻率的影響以及電阻率基值的不同,構(gòu)建含油性指數(shù)Io,如公式(1)所示,消除電阻率平面差異以及礦物組分差異對(duì)電阻率的影響;以X衍射分析及常規(guī)測(cè)井資料為依據(jù),建立儲(chǔ)層黏土含量Vsh、碳酸鹽組分Vca計(jì)算模型,如公式(2)、(3)所示。

(1)

Vsh=-26.380 7+40.802 6GRP+20.098 4CNLP-
1.5194GRPCNLP(R=0.917 2,N=582)

(2)

Vca=142.337 1-59.202 6GRP-
35.839 2ACP-5.060 6GRP×ACP
(R=0.880 3,N=825)

(3)

式中:Io為含油性指數(shù),無量綱;Rt為儲(chǔ)層深側(cè)向電阻率,Ω·m;Rt0為本井標(biāo)準(zhǔn)層深側(cè)向電阻率基值,Ω·m;Vsh為黏土含量,%;Vca為碳酸鹽巖含量,%;GRP、CNLP、ACP分別為自然伽馬、中子孔隙度和聲波時(shí)差歸一化曲線。

研究表明,風(fēng)西混積巖儲(chǔ)層孔隙度與碳酸鹽巖含量呈正比,與泥質(zhì)含量和砂質(zhì)含量成反比,為了消除巖性對(duì)孔隙度的影響,設(shè)在混積碳酸鹽巖中有效孔隙為碳酸鹽巖所占的空間,且考慮泥質(zhì)和砂質(zhì)中混雜的碳酸鹽巖的含量,將有效孔隙度Φe表示為式(4)所示的模型[14],令孔隙性指數(shù)Ip=Φe。

Ip=Φe=Φca0+Φsand0Vca+Φsh0Vca

=ΦtVca(1+Vsand+Vsh)

(4)

Vsand=1-(Vca+Vsh)

(5)

式中:Φe為有效孔隙度,%;Φca0、Φsand0和Φsh0分別為混積碳酸鹽巖中碳酸鹽巖組分、砂巖組分、黏土組分占據(jù)孔隙,計(jì)算表達(dá)式分別為Φca0=ΦtVca、Φsand0=ΦtVsand、Φsh0=ΦtVsh;Φt為總孔隙度,%;Vsh、Vca和Vsand分別為泥質(zhì)、碳酸鹽巖和砂質(zhì)含量,小數(shù)。

考慮N21與N1地層水礦化度相差較大,利用風(fēng)西地區(qū)試油數(shù)據(jù),以孔隙度指數(shù)Ip為橫坐標(biāo),含油性指數(shù)Io為縱坐標(biāo),分層系建立流體識(shí)別圖版(圖2,圖中點(diǎn)的大小代表產(chǎn)液量的高低),將其應(yīng)用于風(fēng)西地區(qū)多口井的油水層識(shí)別中,取得了較好的效果。

圖2 N1地層含油性指數(shù)與孔隙度指數(shù)交會(huì)關(guān)系

2.2 消除孔隙結(jié)構(gòu)影響的流體識(shí)別方法

利用核磁因子得到的復(fù)合T2譜以及對(duì)應(yīng)的T2截止值為3.61 ms和53.88 ms,將孔隙度分為微孔、中小孔和大孔三部分,并分別與電阻率建立關(guān)系,分析可得微孔和大孔部分的孔隙度與電阻率值相關(guān)性較差,而與中小孔部分的孔隙度具有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系,因此電阻率主要受中小孔隙的影響。為消除孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)電阻率的影響,利用核磁中小孔隙與電阻率的關(guān)系,分層系擬合視電阻率曲線Rta,如式(6)和式(7)所示。并定義深電阻率與視電阻率比值為含油性指數(shù)Io′,見公式(8);利用含油性指數(shù)Io′與核磁大孔隙度(圖3a)、含油性指數(shù)Io′與核磁大孔孔隙度與中小孔孔隙度比值交會(huì)圖建立流體識(shí)別圖版(圖3b),將其應(yīng)用于風(fēng)西地區(qū)多口井油水層識(shí)別中,也取得了較好的效果。

圖3 核磁大孔孔隙度、核磁大孔孔隙度與中小孔孔隙度比值與含油性指數(shù)的交會(huì)關(guān)系

N21地層:Lg(Rta)= -8.48Φme+1.19

(R=0.65)

(6)

N1地層:Lg(Rta)= -11.57Φme+1.57

(R=0.60)

(7)

(8)

式中:Rta為視電阻率,Ω·m;Φme為核磁中小孔孔隙度,%;Io′為含油性指數(shù);R為模型相關(guān)性系數(shù)。

3 混積碳酸鹽巖儲(chǔ)層參數(shù)定量評(píng)價(jià)

3.1 孔隙度計(jì)算模型

選取有代表性的混積巖樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,得到巖心分析孔隙度,將其與校正后的巖性密度進(jìn)行擬合,建立巖心刻度孔隙度計(jì)算模型:

Φt1=-69.272DEN+189.78
(R=0.900 8)

(9)

式中:Φt1為巖心刻度孔隙度,%;DEN為巖石密度,g/cm3。

混積巖樣品X衍射分析表明,樣品平均碳酸鹽巖含量、黏土含量和砂質(zhì)含量分別為42.3%,26.6%,25.2%。但是,實(shí)際混積碳酸鹽巖中有些碳酸鹽巖含量大于50% ,尤其是藻灰?guī)r的碳酸鹽巖含量可能大于65%,導(dǎo)致采用公式(9)計(jì)算得到的孔隙度偏低。為了提高混積碳酸鹽巖孔隙度計(jì)算精度,在巖心刻度孔隙度模型和純碳酸鹽巖理論趨勢(shì)線進(jìn)行插值(圖4),建立考慮碳酸鹽巖含量變化的混積巖孔隙度校正模型[14],如公式(10)所示:

圖4 風(fēng)西N21-N1混積巖儲(chǔ)層孔隙度校正圖版

Φt=A0DEN+B0

(10)

式中:A0、B0是與碳酸鹽巖含量相關(guān)的系數(shù),其中A0=-78.523+0.220 3Vca;B0=209.79-0.476 4Vca。

3.2 滲透率計(jì)算模型

風(fēng)西地區(qū)儲(chǔ)層孔隙類型多,孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,資料分析表明,儲(chǔ)層滲透率與總孔隙度的相關(guān)性較低。依據(jù)風(fēng)西地區(qū)H5井32塊樣品核磁實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),建立巖心滲透率與核磁可動(dòng)孔隙度交會(huì)圖版(圖5),可以看出,除去3塊樣品發(fā)育微裂縫導(dǎo)致樣品滲透率較高外,巖心滲透率與核磁可動(dòng)孔隙度具有較好的相關(guān)性,核磁可動(dòng)孔隙度越大,滲透率越高。因此,以巖心標(biāo)定為手段,利用風(fēng)西地區(qū)H7井和H5井的資料,去掉滲透率小于0.02×10-3μm2的樣品點(diǎn),應(yīng)用核磁共振測(cè)井(CMR)測(cè)得的核磁可動(dòng)孔隙度建立滲透率解釋模型,計(jì)算模型為:

圖5 核磁可動(dòng)流體孔隙度與滲透率關(guān)系

K=0.118 9Φf2.827 1(R=0.901 6)

(11)

式中:Φf為核磁可動(dòng)流體孔隙度,%;K為滲透率,10-3μm2。

3.3 飽和度計(jì)算模型

風(fēng)西地區(qū)儲(chǔ)層孔隙特征復(fù)雜,但總體上更接近粒間孔隙度類型儲(chǔ)層的測(cè)井響應(yīng)特征,可基于阿爾奇模型計(jì)算儲(chǔ)層原始含油飽和度[15]。

結(jié)合薄片、常規(guī)物性、巖電及核磁平行樣測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn),灰云巖孔隙結(jié)構(gòu)較單一,相對(duì)于灰云巖而言,藻灰?guī)r孔隙度分布范圍更大,孔隙結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,地層因素與孔隙度關(guān)系復(fù)雜,導(dǎo)致藻灰?guī)r和灰云巖巖電參數(shù)存在較大區(qū)別,需分巖性確定巖電參數(shù)。受孔隙結(jié)構(gòu)等因素影響,藻灰?guī)r地層因素變化不穩(wěn)定,采用固定的阿爾奇解釋參數(shù)計(jì)算飽和度容易造成結(jié)果不準(zhǔn)。

利用16塊灰云巖巖電實(shí)驗(yàn)分析資料,根據(jù)阿爾奇公式,在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中分別回歸地層因素與孔隙度、電阻增大率與含水飽和度的關(guān)系,結(jié)果如式(12)、(13)所示,得到灰云巖的膠結(jié)指數(shù)m=1.884,巖性系數(shù)a=1.126 5,飽和度指數(shù)n=1.801,巖性系數(shù)b=1.001。

F=1.126 5Φ-1.884(R=0.989 9)

(12)

I=1.001Sw-1.801(R=0.989 3)

(13)

式中:F為地層因素,無量綱;I為電阻率增大系數(shù),無量綱。

利用17塊藻灰?guī)r巖電實(shí)驗(yàn)分析資料,使用藻灰?guī)r核磁可動(dòng)孔隙度與膠結(jié)指數(shù)擬合(圖6),可以看出,可動(dòng)孔隙度與膠結(jié)指數(shù)具有較好的相關(guān)性,隨著可動(dòng)孔隙度的增加,膠結(jié)指數(shù)呈先增后減的規(guī)律,因此,利用可動(dòng)孔隙度構(gòu)建藻灰?guī)r變m方程,如式14所示。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中回歸電阻增大率與含水飽和度關(guān)系,結(jié)果見公式(15),得到藻灰?guī)r飽和度指數(shù)n=1.728,系數(shù)b=0.996。

m=-0.009Φf2+ 0.111Φf+1.778 7
(R=0.761 4)

(14)

I=0.996Sw-1.728 (R=0.996 2)

(15)

式中:Φf為核磁可動(dòng)孔隙度,%。

因此,對(duì)風(fēng)西地區(qū)分巖性進(jìn)行含水飽和度計(jì)算時(shí),灰云巖儲(chǔ)層采用固定的阿爾奇解釋參數(shù)、藻灰?guī)r儲(chǔ)層采用變m值進(jìn)行飽和度計(jì)算(表1)。

表1 風(fēng)西地區(qū)N21-N1巖電參數(shù)統(tǒng)計(jì)

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

使用本文建立的儲(chǔ)層流體識(shí)別方法對(duì)風(fēng)西地區(qū)H8井N1層段進(jìn)行處理,可以得到H8井測(cè)井解釋成果圖(圖7),倒數(shù)兩道為根據(jù)式(4)、式(1)和式(8)計(jì)算的孔隙性指數(shù)和含油性指數(shù);將測(cè)井解釋結(jié)果應(yīng)用于本文建立的兩種流體識(shí)別圖版中,可得到風(fēng)西H8井N1Ⅳ41小層流體識(shí)別圖版,如圖8所示。

圖7 風(fēng)西地區(qū)H8井測(cè)井解釋成果

從圖8可以看出,風(fēng)西地區(qū)H8井N1Ⅳ41小層①、②、③層位自然伽馬低值,自然電位負(fù)異常,聲波時(shí)差分別為204.3、188.5、185.9 μs/m,中子孔隙度分別為12.5%,12.4%,12.8%,深側(cè)向電阻率分別為43.0、21.9、6.6 Ω·m,計(jì)算總孔隙度分別為6.6%,7.6%,8.6%,計(jì)算有效孔隙度分別為4.3%,6.3%,8.1%,計(jì)算滲透率分別為1.2×10-3、0.7×10-3、0.3×10-3μm2,計(jì)算含油飽和度分別為83.6%、66.3%、46.5%。根據(jù)常規(guī)流體識(shí)別方法很難識(shí)別流體類型,根據(jù)建立的消除巖性影響和消除孔隙結(jié)構(gòu)影響的流體識(shí)別圖版可知(圖8),①②③層位均位于3個(gè)流體識(shí)別圖版的油水同層區(qū),綜合解釋為油水同層,經(jīng)壓裂后抽汲,最高日產(chǎn)油6.1 m3,日產(chǎn)水21.7 m3,與建立的流體識(shí)別方法解釋結(jié)論相符合,使用該方法對(duì)風(fēng)西多口井進(jìn)行儲(chǔ)層流體識(shí)別,均與試油結(jié)論一致,證明該方法的可行性,可在其他混積碳酸鹽巖儲(chǔ)層推廣應(yīng)用。

5 結(jié)論

1)基于X衍射分析、巖性掃描和核磁測(cè)井資料,建立混積碳酸鹽巖礦物組分計(jì)算模型,考慮巖性變化和孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)電阻率的影響,形成消除巖性影響和消除孔隙結(jié)構(gòu)影響的混積碳酸鹽巖流體識(shí)別方法。

2)巖心標(biāo)定、特殊測(cè)井與理論模型結(jié)合,建立風(fēng)西地區(qū)混積碳酸鹽巖儲(chǔ)層參數(shù)定量評(píng)價(jià)方法。①考慮巖性對(duì)孔隙度的影響,建立混積巖碳酸巖鹽孔隙度校正模型;②使用核磁可動(dòng)孔隙度與巖心滲透率擬合,建立滲透率解釋模型;③結(jié)合巖電及核磁平行樣測(cè)試,考慮膠結(jié)指數(shù)m與巖性、孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系,形成了分巖性、變巖電參數(shù)的改進(jìn)阿爾奇飽和度計(jì)算模型。

3)將本文研究成果應(yīng)用于風(fēng)西多口井儲(chǔ)層流體識(shí)別和儲(chǔ)層參數(shù)評(píng)價(jià)中, 發(fā)現(xiàn)該方法可以有效地解決該區(qū)混積碳酸鹽巖流體識(shí)別困難和儲(chǔ)層參數(shù)算不準(zhǔn)的難題,提高了測(cè)井解釋符合率,可以在柴西北湖相混積碳酸鹽巖油藏中推廣應(yīng)用。