成志剛，張蕾，趙建武，林偉川，馮春珍，羅少成

（1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司油氣評(píng)價(jià)中心，陜西 西安 710077；2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶事業(yè)部，陜西 西安 710201）

0 引 言

致密砂巖氣層是指地下含有天然氣的其孔隙度低（一般小于10%）、含水飽和度高（大于40%）而滲透率?。ㄐ∮?.1×10－3μm2）勉強(qiáng)能使天然氣滲流的砂巖層。這類砂巖層往往處于深處或盆地的深部，又常稱為深層致密砂巖氣層［1］。對(duì)低孔隙度低滲透率、巖性成分復(fù)雜的致密砂巖儲(chǔ)層，由于孔隙度、滲透率等性能非常差，儲(chǔ)集空間極為有限，電阻率和孔隙度資料受巖石骨架影響大，流體對(duì)其響應(yīng)特征貢獻(xiàn)小，測(cè)井曲線包含的流體信息較少，氣層識(shí)別較常規(guī)砂巖氣層困難。對(duì)該類儲(chǔ)層的含氣性識(shí)別盡量避開巖石骨架的影響或者就直接從巖石學(xué)特征出發(fā)研究飽含不同流體性質(zhì)的巖石響應(yīng)特征，進(jìn)而達(dá)到準(zhǔn)確判別流體性質(zhì)的目的［2］。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析

研究選取長(zhǎng)慶油田蘇里格×探區(qū)為研究的目標(biāo)區(qū)塊，按照《巖石聲波特性的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定》（SY／T6351-1998）標(biāo)準(zhǔn)流程［3］，采用 Panametrics高壓脈沖發(fā)生／接收器、1MHz縱橫波聲波換能器、HP數(shù)字存儲(chǔ)示波器對(duì)該地區(qū)的126塊巖樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及計(jì)算，測(cè)量每塊巖心在飽含氣、飽含水及不同含氣飽和度下的縱波速度、橫波速度，求得其縱波時(shí)差、縱橫波速度比等聲學(xué)參數(shù)。

表1為部分巖心的物性參數(shù)和聲學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表，根據(jù)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可計(jì)算出巖石的縱波時(shí)差和縱橫波速度比。采用交會(huì)對(duì)比方法對(duì)取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從圖1中可以看出，由于受不同波的傳播性質(zhì)決定，在不同流體飽和狀態(tài)下，巖心的聲學(xué)參數(shù)存在不同的分布區(qū)域，可以看出流體對(duì)聲學(xué)參數(shù)變化影響較大，這種交會(huì)圖分析技術(shù)也是流體識(shí)別和解釋評(píng)價(jià)中應(yīng)用相對(duì)較多的一種方法，但該方法沒有充分利用聲學(xué)參數(shù)信息，功能相對(duì)單一，而且僅僅是進(jìn)行定性判識(shí)，沒有對(duì)儲(chǔ)層其他信息提出參考指導(dǎo)和定量評(píng)價(jià)。針對(duì)上述情況，對(duì)巖石聲學(xué)參數(shù)信息進(jìn)行深入挖掘，尋求其信息最大化的表征方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層品質(zhì)的定量評(píng)價(jià)。

圖1 不同飽和狀態(tài)巖心聲學(xué)參數(shù)對(duì)比情況

表1 部分巖心物性參數(shù)和聲學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2 理論模型的研究和建立

將含氣砂巖儲(chǔ)層看作各向同性的理想介質(zhì)，根據(jù)波動(dòng)理論，巖石的縱波、橫波時(shí)差可以表示為

式中，c為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)；K、G分別為巖石體積模量和剪切模量；ρb為密度。

不同巖性、孔隙度及流體類型將引起式（1）中ρb、K、G等彈性參數(shù)的改變，從而導(dǎo)致其縱波、橫波時(shí)差的變化，這是進(jìn)行儲(chǔ)層流體性質(zhì)判別的基礎(chǔ)。根據(jù)式（1），巖石的波速比r（縱波速度vp、橫波速度vs比值）可以表示為［4］

將飽含氣的砂巖稱為干巖石。Pickett等通過研究證實(shí)，砂巖干巖樣的聲波速度比為常數(shù)1.6，而石灰?guī)r和白云巖則相對(duì)較高，分別為1.9和1.8。r干與孔隙度無關(guān)，剪切模量也與流體性質(zhì)無關(guān)，因此對(duì)于飽和氣砂巖有

Gassmann方程可以看作是低頻條件下的Biot理論。利用Gassmann方程可以將飽和水巖石體積模量K與干巖石體積模量K干聯(lián)系起來，由頻散引起的誤差可以忽略不計(jì)。

式中，KF、Km分別為孔隙流體和巖石骨架的體積模量。

剪切模量不受孔隙流體性質(zhì)的影響，只與儲(chǔ)層孔隙度有關(guān)，可利用式（5）建立孔隙度與剪切模量的關(guān)系式

式中，c為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)；Gm為砂巖骨架的剪切模量［3］。

對(duì)于純石英砂巖儲(chǔ)層，在已知孔隙度、砂巖骨架的體積模量和剪切模量的前提下，根據(jù)上述公式即可計(jì)算出其縱波時(shí)差、縱橫波速度比。

圖2為利用這一方法模擬的孔隙度5%～40%、含氣飽和度0～100%的砂巖儲(chǔ)層縱波時(shí)差—縱橫波速度比交會(huì)圖。

圖2 含氣石英砂巖儲(chǔ)層縱波時(shí)差—縱橫波速度比交會(huì)圖理論模型

3 區(qū)域模型建立

Murphy通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，對(duì)于低孔隙度儲(chǔ)層，二次多項(xiàng)式擬合比指數(shù)形式更能接近實(shí)際的剪切模量值［4］。因此，對(duì)于低孔隙度、低滲透率儲(chǔ)層，根據(jù)飽和水巖心分析資料回歸利用孔隙度計(jì)算巖石剪切模量的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄒ妶D3）

圖3 飽和水巖樣孔隙度—剪切模量交會(huì)圖

Murphy等根據(jù)接觸理論模型推導(dǎo)出飽和氣石英砂巖的縱橫波速度比值介于1.15～1.73，且與孔隙度無關(guān)［4］。根據(jù)蘇里格×探區(qū)126塊巖心的實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見圖4）得出，該地區(qū)干巖樣的縱橫波速度比值為1.53。因此，對(duì)于該地區(qū)的飽和氣砂巖有

當(dāng)巖石分別被水、氣完全飽和時(shí)，其縱橫波速度比的取值范圍不同，當(dāng)巖石中氣、水同時(shí)存在時(shí)，根據(jù)飽和度的不同，在縱波時(shí)差—縱橫波速度比交會(huì)圖上應(yīng)當(dāng)存在不同的分布范圍。

對(duì)蘇里格×探區(qū)的巖石物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按巖石物性、流體飽和狀態(tài)進(jìn)行分類，得到圖5的利用聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行飽和度定量解釋圖版。該圖版適用于長(zhǎng)慶油田蘇里格×探區(qū)低孔隙度儲(chǔ)層。不同孔隙度地層分布范圍不同，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層孔隙度的區(qū)間劃分，不僅對(duì)儲(chǔ)層含氣性進(jìn)行了定性識(shí)別，同時(shí)能夠劃分不同含氣飽和度的分布區(qū)域，實(shí)現(xiàn)飽和度的定量解釋。對(duì)于實(shí)測(cè)資料點(diǎn)，由于巖石中其他成分的影響，其分布區(qū)域向泥巖線偏移；另外，砂巖儲(chǔ)層中的其他成分也造成部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)分布于干巖石線的上下，這對(duì)儲(chǔ)層的巖性也是一種定性指示和簡(jiǎn)單判識(shí)。

4 應(yīng)用實(shí)例

選取研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行偶極聲波測(cè)井、試氣測(cè)試的7口井作為實(shí)驗(yàn)井對(duì)該解釋圖版的適用性進(jìn)行說明。表2為實(shí)驗(yàn)井試氣層段聲學(xué)參數(shù)特征值的統(tǒng)計(jì)表，其中z75井、z50井、s27井原測(cè)井解釋結(jié)論與試氣結(jié)論不相符。

通過前期研究發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)含氣飽和度下限值為26%，因此認(rèn)為利用聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行飽和度定量解釋圖版中含氣飽和度小于26%的區(qū)域都有可能是氣層發(fā)育區(qū)，可以結(jié)合巖石物性情況分析儲(chǔ)層是否含水。

表2 實(shí)驗(yàn)井試氣層段聲學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

將所有試氣層段的聲學(xué)參數(shù)值放入已建好的飽和度定量解釋模板中，得到如圖6的解釋圖版.從圖6中可以看出，氣層數(shù)據(jù)點(diǎn)位于含水飽和度70%砂巖線（含氣飽和度30%）和干巖樣線之間；水層、含氣水層數(shù)據(jù)點(diǎn)位于含水飽和度70%砂巖線和含水純砂巖線之間，物性相對(duì)較好；干層數(shù)據(jù)點(diǎn)位于含水飽和度70%砂巖線以上區(qū)域，物性較差。這與該地區(qū)的飽和度下限值26%基本一致。

圖6 試氣層段在飽和度解釋圖版中的分布

將測(cè)井解釋與試氣結(jié)論存在出入的z75井、z50井、s27井分別利用該圖版進(jìn)行解釋，其在飽和度解釋圖版中的分布情況如圖6所示。z75井2 895～2 899m、2 917～2 919m這2個(gè)深度段儲(chǔ)層的聲學(xué)參數(shù)值較接近干巖樣線，且位于含氣飽和度40%以下的區(qū)域，判定儲(chǔ)層含氣性情況較好；z50井2 873～2 878m儲(chǔ)層原測(cè)井解釋為氣層，但實(shí)際試氣過程中產(chǎn)氣僅為1 542m3／d，產(chǎn)水卻為27.4m3／d，在飽和度圖版上，試氣段的聲學(xué)參數(shù)特征值位于含水飽和度80%～90%線之間，且儲(chǔ)層物性條件較好（位于10%的孔隙度線附近），易形成可動(dòng)水，射開后實(shí)際生產(chǎn)過程中造成儲(chǔ)層出水；s27井是口老井，3 170.6～3 173.6m儲(chǔ)層之前解釋時(shí)由于認(rèn)識(shí)不足將其解釋為氣層，實(shí)際試氣時(shí)僅出氣146m3／d，從飽和度解釋圖版上可以看出，該層段含氣飽和度非常低，且物性較差，儲(chǔ)層孔隙空間的水多以束縛水形式存在，重新解釋為干層，與試氣結(jié)論相一致。

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）致密砂巖氣藏地質(zhì)條件復(fù)雜及流體識(shí)別困難，巖石物理實(shí)驗(yàn)和偶極聲波測(cè)井資料是進(jìn)行非電法測(cè)井識(shí)別致密砂巖氣層的有效手段。

（2）基于巖石物理彈性理論開展理論推導(dǎo)和模擬計(jì)算，通過對(duì)不同巖性、物性、含氣性巖心聲學(xué)特征參數(shù)的分析研究，探索非電法測(cè)井定量評(píng)價(jià)致密砂巖儲(chǔ)層的方法，實(shí)現(xiàn)了致密砂巖氣層含氣性的定量解釋。

（3）形成的非電法測(cè)井定量評(píng)價(jià)致密砂巖儲(chǔ)層的方法是對(duì)非電法測(cè)井識(shí)別低孔隙度低滲透率含氣砂巖的深化和改進(jìn)，可以有效進(jìn)行致密砂巖儲(chǔ)層性質(zhì)的綜合評(píng)判。通過對(duì)實(shí)際資料的處理解釋和試氣資料的成果驗(yàn)證，證實(shí)該技術(shù)具有較好的應(yīng)用效果。

（4）為使該方法能適用于復(fù)雜多樣的致密儲(chǔ)層，仍需加強(qiáng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，提高實(shí)驗(yàn)的精確度，并利用測(cè)定的高溫高壓下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)際地層條件進(jìn)行模擬，進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際資料進(jìn)行應(yīng)用分析，完善解釋圖版，提高其對(duì)致密砂巖氣層評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度。

［1］章雄，潘和平，駱淼，等.致密砂巖氣層測(cè)井解釋方法綜述 ［J］.工程地球物理學(xué)報(bào)，2005，2（6）：431-436.

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