郭書(shū)生，李國(guó)軍，張文博，張傳舉

（1. 中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524034；2. 中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，北京 101149）

南海西部砂泥巖薄互層滲透率評(píng)價(jià)技術(shù)

郭書(shū)生1，李國(guó)軍2，張文博2，張傳舉2

（1. 中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524034；2. 中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，北京 101149）

砂泥巖薄互層非均質(zhì)性強(qiáng)、孔滲關(guān)系復(fù)雜，特別是有些紋層屬厘米級(jí)遠(yuǎn)低于常規(guī)測(cè)井的分辨率，因此地層評(píng)價(jià)面臨挑戰(zhàn)，對(duì)海上油氣井測(cè)試及完井的決策帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)中國(guó)南海西部油田，基于砂泥巖薄互層的巖石類(lèi)型、滲流特征，應(yīng)用核磁共振測(cè)井及成像測(cè)井建立一種新方法，獲得一定井段內(nèi)的薄互層的有效儲(chǔ)層厚度，可以鑒別儲(chǔ)層類(lèi)型、求取內(nèi)在滲透率。通過(guò)分析集成已鉆井的測(cè)井、地層測(cè)試和鉆桿DST測(cè)試資料已證實(shí)其可靠性。該技術(shù)適用于裸眼測(cè)井之后的快速產(chǎn)能評(píng)價(jià)，對(duì)于探井或評(píng)價(jià)井，可以用最小的成本，為作業(yè)者提供測(cè)試決策及射孔位置。

薄互層；核磁共振；電成像；滲透率；應(yīng)用

南海西部珠江口盆地珠江組一段發(fā)育砂泥巖薄互層，這些地層屬海相沉積，分布范圍廣，勘探潛力大[1]。由于薄層厚度呈現(xiàn)厘米級(jí)甚至更薄，遠(yuǎn)低于常規(guī)測(cè)井儀器1 ～ 4 ft（0.3 ～ 1.2 m）的垂向分辨率，來(lái)源于薄層的綜合響應(yīng)信號(hào)將被圍巖物

理性質(zhì)響應(yīng)所鈍化，大部分響應(yīng)反映地層的圍巖物理性質(zhì)[2]，測(cè)井資料表現(xiàn)為低電阻率、高自然伽馬等低阻油層特征[3]。單個(gè)砂層厚度越薄測(cè)井響應(yīng)值偏離真實(shí)值的差異越大，所以這樣的油氣儲(chǔ)層極可能因沒(méi)有被正確識(shí)別而被忽略，而其測(cè)井評(píng)價(jià)長(zhǎng)期以來(lái)也面臨著巨大挑戰(zhàn)。

在過(guò)去幾十年，針對(duì)高分辨率測(cè)量研究出幾種方法，例如垂向分辨率高達(dá)0.2 in（0.5 cm）的地層微電阻率成像（FMI）、先進(jìn)的砂泥巖薄互層處理解釋模型（LSA）、高分辨率分析和巖石學(xué)參數(shù)重構(gòu)等。這些方法通常需要高分辨率測(cè)量的輔助，并且在地層建?；驕y(cè)井評(píng)價(jià)中需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。由于海上作業(yè)的特點(diǎn)，需要在裸眼測(cè)井完成之后不久，對(duì)目標(biāo)層段進(jìn)行快速合理的評(píng)價(jià)以便做出正確及時(shí)的決策，前述這些方法往往不能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)快速?zèng)Q策的需求。

1 砂泥巖薄互層的巖石特性與核磁響應(yīng)機(jī)理

核磁共振T2譜反映了地層的孔隙結(jié)構(gòu)，在儀器測(cè)量體積范圍內(nèi)T2值的大小與巖石孔徑大小相關(guān)。對(duì)于均質(zhì)的碎屑巖，典型的T2譜是隨巖石孔隙大小而連續(xù)分布的。對(duì)于砂泥薄互層，通常包含有兩組顯著的大小孔隙分布：黏土水、束縛流體等微孔隙主要存在于泥巖薄層中，而大孔隙僅存于砂巖薄層中，大孔隙填充的主要是自由流體。因此在核磁測(cè)井儀器探測(cè)體積內(nèi)，來(lái)自于儲(chǔ)層砂泥巖薄互層的孔隙信息表現(xiàn)值在T2分布譜上通常為比較明顯的雙峰分布。

Cao Minh等人在2006年展示了砂泥巖薄互層的核磁巖石物理特征并用地面試驗(yàn)?zāi)M的方法得到了雙峰譜。實(shí)驗(yàn)顯示，核磁測(cè)量是儀器垂向分辨率范圍內(nèi)，在儀器測(cè)量空間內(nèi)所有測(cè)量信號(hào)的線性累加。由于泥巖比砂巖通常具有更小的孔隙，T2譜的分布將呈現(xiàn)雙峰分布的特征，核磁響應(yīng)的重點(diǎn)是它與泥巖薄層的幾何形態(tài)無(wú)關(guān)，只要總的體積部分不變化，2個(gè)或3個(gè)泥巖層分層或連接到一起，將產(chǎn)生相同的T2雙峰分布[4]。

圖1是中國(guó)南海西部的一個(gè)實(shí)例，顯示了在砂泥巖薄互層中核磁T2譜的巖石物理特征。在最右邊道的微電阻率成像給出了精細(xì)的砂泥巖薄互層直觀圖；從左邊數(shù)第三道核磁T2譜也清楚地呈現(xiàn)出雙峰現(xiàn)象。高的T2峰態(tài)反應(yīng)的是砂巖紋層，低的反應(yīng)的是泥質(zhì)或粉砂紋層。應(yīng)指出的是薄層厚約1 in（2.5 cm）或者更薄；體積密度和中子孔隙度測(cè)井曲線不能夠分辨出這些薄層地層。

在文獻(xiàn)中，也給出了計(jì)算砂巖含量和薄層砂巖內(nèi)在滲透率（Ksand）的公式[4]。在砂泥巖薄互層條件下，用于現(xiàn)場(chǎng)砂巖比（Fsand）計(jì)算方法簡(jiǎn)化公式如下：

式中：Φt— 核磁測(cè)量的總孔隙度；

Φsand— 劃分的砂巖核磁孔隙度；

Kt— 地層的真正有效滲透率；

泥巖被認(rèn)為是不滲透的。在文獻(xiàn)中，Kt用來(lái)自于CPMG回波總數(shù)方法計(jì)算的核磁滲透率來(lái)替代。

圖1 砂泥巖薄互層核磁T2譜和電成像響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例

2 滲透率計(jì)算方法研究

盡管Fsand和Ksand的計(jì)算在文獻(xiàn)中已給出，精確的核磁砂巖含量和滲透率仍不能在薄儲(chǔ)層直觀顯現(xiàn)。目前常用的核磁儀器的垂向分辨率是18 in（45.72 cm）或更低。盡管過(guò)去研發(fā)的核磁測(cè)井的高分辨率方法以及對(duì)砂泥巖薄互儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)得到了改善，這種級(jí)別的垂向分辨率仍不足于直接表現(xiàn)薄層的特征[5]。因此，對(duì)砂泥巖薄互層來(lái)說(shuō)，需要建立一種新的滲透率模型評(píng)價(jià)地層物理特性。

2.1薄層滲透率測(cè)量誤差分析

有效滲透率與測(cè)量尺度相關(guān)，不同測(cè)井工具和不同方法由于自身的垂向分辨率和探測(cè)深度不同，對(duì)同一段薄互層地層，會(huì)得出不同的測(cè)量結(jié)果和滲透率計(jì)算結(jié)果。如圖2所示，建立一個(gè)砂巖比Fsand=1∶2，砂巖自身滲透率Ksand=1 μm2的砂泥巖薄互層正演模型[6]。假定砂泥巖都是均質(zhì)的，根據(jù)達(dá)西定律，在考察（測(cè)量）空間內(nèi)的地層平均滲透率（Kb）和實(shí)際有效滲透率都是0.5 μm2。假定砂巖和泥巖薄層都具有等同的總核磁孔隙度（Φt），所有的束縛流體僅存于泥巖中，用隱含參數(shù)和Timur-Coates公式進(jìn)行核磁滲透率計(jì)算[7]，則得到的核磁視滲透率（KTIM）為0.08 μm2，計(jì)算得到的相對(duì)誤差為（500－80）/80=525%。如果砂巖比例更低，F(xiàn)sand=1∶3，則誤差變得更大，相對(duì)誤差達(dá)到（333－20）/20=1 565%。在砂泥薄互層這種情況下，利用常用公式計(jì)算的核磁視滲透率比實(shí)際地層的真實(shí)滲透率就大大降低了，從而低估了砂泥巖薄互儲(chǔ)層的質(zhì)量和產(chǎn)能，導(dǎo)致有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的層段被忽略。

圖2 砂泥巖薄互層正演模型（砂巖比例1∶2）

2.2薄互層鑒別

利用核磁測(cè)量識(shí)別薄互層是基于這樣的邏輯進(jìn)行計(jì)算的：有生產(chǎn)能力的砂泥巖薄互層通常是由分開(kāi)的大孔隙（砂巖紋層）和小孔隙（泥巖紋層）組成，這就導(dǎo)致T2譜分布的雙峰形態(tài)。

首先，醫(yī)生會(huì)用手將寶寶的足部掰至正常位置，然后用石膏繃帶將其固定好。然后每周打開(kāi)重新調(diào)整位置再固定好，這樣一邊觀察進(jìn)展一邊治療（Ponseti法）?；纬C正后，患兒還需要在數(shù)年的時(shí)間內(nèi)使用特制矯形支具以維持效果。治療期間長(zhǎng)，還需要在白天和夜晚兩種類(lèi)型設(shè)備之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。這需要家長(zhǎng)給予充分的耐心，配合好醫(yī)生，完滿地完成整個(gè)療程。沒(méi)有父母的配合和支持，保守治療基本上是會(huì)復(fù)發(fā)的。

在研究中首先建立了一個(gè)巖石類(lèi)型指數(shù)SQI，以用來(lái)進(jìn)一步區(qū)分地層是薄互層或常規(guī)層。由核磁T2譜分布形態(tài)計(jì)算產(chǎn)生的SQI定義為高于某個(gè)截止值的大孔隙與總孔隙體積比的函數(shù)。薄互層區(qū)分指示線SQI_disc，從核磁視滲透率KTIM計(jì)算得到，計(jì)算方法如下；式中的視滲透率KTIM由Timur-Coates滲透率計(jì)算公式[7]所得。式中：A、B分別為單獨(dú)的偏差量和系數(shù)，它們可以從SQI-KTIM交會(huì)圖推斷所得；對(duì)于多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)研究例子，簡(jiǎn)單估算的隱含值為0和0.33；圖3中在常規(guī)砂巖和泥質(zhì)砂巖中指示出砂泥巖薄互層，高的SQI和低的KTIM反映了高概率的砂泥巖互層。如果SQI大于SQI_disc，巖石類(lèi)型認(rèn)為是互層的，相反則認(rèn)為是常規(guī)砂泥巖儲(chǔ)層。

圖3 T2譜分布的SQI和KTIM交會(huì)圖

2.3滲透率計(jì)算

如前所述，由于采用的是均質(zhì)砂巖模型，在砂泥巖薄互層中測(cè)井計(jì)算的視滲透率受泥質(zhì)紋層影響很大；同時(shí)由于受測(cè)井儀器分辨率的局限，如何確定砂巖紋層的真實(shí)滲透率進(jìn)而準(zhǔn)確計(jì)算砂泥巖薄互層有效滲透率是一個(gè)難題。相關(guān)文獻(xiàn)[4-8]中給出的計(jì)算方法都無(wú)法真正排除泥質(zhì)紋層的影響。如果認(rèn)為巖石類(lèi)型是砂泥互層，比較準(zhǔn)確的砂層紋層內(nèi)在滲透率可以通過(guò)修正的SDR公式計(jì)算所得。

式中：T2LM,sand為與核磁砂巖劃分相關(guān)的T2對(duì)數(shù)平均值，Φt,sand是與薄層砂巖相關(guān)的100%砂巖總孔隙度，對(duì)于SDR滲透率轉(zhuǎn)化的隱含常數(shù)是：a=4，m=2，n=4。需要指出的是，T2LM,sand并不是通常意義的整個(gè)核磁T2譜的對(duì)數(shù)平均值，而是被認(rèn)為是砂巖響應(yīng)部分的T2譜峰的對(duì)數(shù)平均值。這可以通過(guò)進(jìn)一步分析核磁測(cè)井T2譜得到，但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井通常無(wú)法直接提供。

本文中闡述的方法開(kāi)發(fā)了一種相對(duì)簡(jiǎn)單易行的用以評(píng)價(jià)砂巖紋層內(nèi)在滲透率（Ksand）的替代方法。從油田實(shí)際生產(chǎn)角度來(lái)說(shuō)，在砂泥巖薄互層中真正感興趣的僅僅是高滲透的有經(jīng)濟(jì)性的砂巖紋層。在研究的目標(biāo)油田高滲透砂巖中，大孔隙和總孔隙體積比Ratio_L2T與SQI呈典型的線性關(guān)系[9]，如圖4所示。因此，通過(guò)SQI和圖4確定的參數(shù)可以計(jì)算Ratio_L2T；利用Ratio_L2T對(duì)核磁測(cè)量的薄互層T2譜中的砂巖紋層孔隙度進(jìn)行校正，得到砂巖紋層的總孔隙Φsand（式5～式7）；結(jié)合式1：Fsand=Φsand/Φt，可以進(jìn)一步計(jì)算Fsand。

式5中，c=0.9147，d=0.078 1，校正的Φsand計(jì)算如下：

式6中的cutoff1是一個(gè)核磁測(cè)井T2截止值參數(shù)，用以劃分出砂泥巖薄互層核磁T2譜中砂巖/泥巖的雙峰部分，結(jié)合圖3，對(duì)砂巖紋層的滲透率進(jìn)行校正和估算：

式7中A和B即式3中的偏移量A和系數(shù)B，由SQI-KTIM交會(huì)確定。

圖4 砂泥巖薄互層SQI與大孔隙和總孔隙體積比L2T交會(huì)圖

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例應(yīng)用

南海西部珠江口盆地珠江組一段富集砂泥巖薄互層沉積。多年來(lái)，已經(jīng)采用多種手段，諸如核磁、巖石物理分析、地層測(cè)試（MDT）、鉆桿測(cè)試（DST）等方法對(duì)砂泥巖薄互層進(jìn)行了測(cè)量和滲透率解釋?zhuān)媒Y(jié)果缺乏一致性。尤其是基于核磁滲透率的產(chǎn)能估計(jì)比地層測(cè)試（MDT）和鉆桿測(cè)試（DST）結(jié)果要低得多。原因就是對(duì)于砂泥巖薄互層用傳統(tǒng)核磁滲透率轉(zhuǎn)換而來(lái)的滲透率計(jì)算產(chǎn)能，會(huì)帶來(lái)較大的誤差?，F(xiàn)方法應(yīng)用于被常規(guī)評(píng)價(jià)方法忽視的砂泥巖薄互層產(chǎn)層，這種方法輸出的薄互層砂巖比Fsand、體積平均有效孔隙度CMFF、體積平均滲透率Kbulk是評(píng)價(jià)油藏和儲(chǔ)量計(jì)算的主要巖石特性參數(shù)，最終輸出成果實(shí)例如圖5。圖5中，道1為深度道，道2 ～道4為常規(guī)測(cè)井資料，道5為薄互層標(biāo)志，道6為地層砂巖比（純砂巖層相對(duì)于薄互層的總體厚度比率），道7為體積平均滲透率，道8為薄互層識(shí)別置信度，道9為FMI成像；從這個(gè)圖中可以很好的識(shí)別砂泥巖薄互層。新方法計(jì)算的薄互層平均滲透率比Timur-Coates公式計(jì)算的滲透率明顯要高要好。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)研究對(duì)本方法和常規(guī)方法計(jì)算的核磁滲透率進(jìn)行對(duì)比，從地層測(cè)試MDT解釋的有效滲透率用來(lái)刻度點(diǎn)，很明顯與地層測(cè)試MDT結(jié)論相比的新方法所得的滲透率比標(biāo)準(zhǔn)的核磁轉(zhuǎn)換所得的滲透率要好得多。圖6左圖顯示的是用Timur-Coates公式計(jì)算的核磁滲透率與MDT直接測(cè)量的滲透率的相關(guān)對(duì)比，右圖為新方法得到的核磁滲透率與MDT直接測(cè)量的滲透率相關(guān)對(duì)比。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例可知，新方法得到的核磁滲透率的精確度有明顯的改善（圖6）。

4 結(jié)論

論述了一種利用核磁測(cè)量的T2譜來(lái)探測(cè)和評(píng)價(jià)砂泥巖薄互層的巖石物理屬性的新方法。它利用在砂泥巖薄互層中核磁響應(yīng)的雙峰分布特征的優(yōu)點(diǎn)來(lái)克服常規(guī)測(cè)井儀器垂向分辨率測(cè)量的局限。

這種方法定義了一些有用的參數(shù)，例如巖石類(lèi)型、砂巖紋層比例Fsand、體積平均滲透率Kbulk等。它是基于儀器探測(cè)范圍內(nèi)薄互層的整體響應(yīng)來(lái)設(shè)定和計(jì)算這些參數(shù)，而不是為了尋求解決某個(gè)獨(dú)立的、單一的砂巖紋層的屬性。文中論述的方法

圖5 薄互層識(shí)別及滲透率計(jì)算結(jié)果組合圖

圖6 從Timur-Coates轉(zhuǎn)換滲透率、MDT滲透率、新方法得到的核磁滲透率交會(huì)圖

和認(rèn)識(shí)可以用于在類(lèi)似地區(qū)識(shí)別和評(píng)價(jià)新井或老井中可能被忽視的砂泥巖薄互層油氣藏。

本文描述的新方法通過(guò)核磁測(cè)井為現(xiàn)場(chǎng)決策提供了快速直觀的結(jié)論。案例研究證實(shí)從新方法所得的滲透率與MDT滲透率關(guān)系比標(biāo)準(zhǔn)核磁轉(zhuǎn)換所得滲透率要好得多，砂泥巖薄互層的產(chǎn)能評(píng)價(jià)得到了顯著改善，為確定經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)層提供了可靠依據(jù)。

術(shù)語(yǔ)含義：

T2：橫向弛豫時(shí)間；T2LM，sand：T2譜砂巖劃分對(duì)數(shù)平均值；Fsand：砂巖含量；Fclay：黏土含量；Fshale：泥巖含量；Φt：總孔隙度；Φt，sand：100%砂巖薄層的總孔隙度；Φsand：砂巖孔隙度；Φclay：黏土孔隙度；Φshale：泥巖孔隙度；BFV：束縛流體體積；KTIM：Timur-Coates滲透率；KSDR：SDR滲透率。

[1] 《中國(guó)海洋石油南海西部公司志》編輯部．中國(guó)海洋石油南海西部公司志（第二卷）1988-1995[M]．中國(guó)海洋石油南海西部公司志出版，1995：94-98．

[2] 李長(zhǎng)喜，李潮流，周燦燦，等．淡水鉆井液侵入對(duì)雙感應(yīng)和雙側(cè)向測(cè)井響應(yīng)的影響[J]．石油勘探與開(kāi)發(fā)，2007，34（5）：603-608．

[3] 孫娜．遼河灘海地區(qū)低阻油氣層測(cè)井系列的選擇[J]．海洋石油，2007，27（3）：116-117．

[4] Cao Minh C, Sundararaman P. NMR Petrophysics in Thin Sand/ Shale Laminations[C]. SPE 102435, presented at the 2006 SPE Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio, Texas, USA, September 24～27, 2006.

[5] 肖立志，謝然紅．核磁共振測(cè)井儀器的最新進(jìn)展與未來(lái)發(fā)展方向[J]．測(cè)井技術(shù)，2003，27（4）：265-269．

[6] Heaton N J, et al. High-Resolution Permeability Bound-Fluid, Free-Fluid and Total Porosity with Fast NMR Logging[C]. SPWLA Annual Logging Symposium, Oslo, Norway, 2000.

[7] Timur A. Effective Porosity and Permeability of Sandstones Investigated through Nuclear Magnetic Resonance Principles[C]. Transactions of the SPWLA 9th Annual Logging Symposium, New Orleans, Louisiana, USA. June 23～26, 1968.

[8] Sezginer A, Cao Minh C, Heaton N, et al. An NMR High-Resolution Permeability Indicator[C]. Transactions of SPWLA 40th Annual Logging Symposium, May 30～June 3, 1999.

[9] Shi-Yi Zheng，等．試井中的不確定性和巖芯滲透率分析[J]．王堅(jiān)勇，張輝，譯.海洋石油，2002（1）：62-65．

Evaluation Technology on Permeability of Thin Interbedded Sand Shale Layers in Western Part of South China Sea

GUO Shusheng1, LI Guojun2, ZHANG Wenbo2, ZHANG Chuanju2
（1. Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Zhanjiang Guangdong524034,China; 2. Oilfield Services Limited,CNOOC,Beijing101149,China）

The thin interbedded sand-shale layers are highly heterogeneous, and the relationship between porosity and permeability is complex, especially some lamina of centimeter level, far lower than the conventional logging resolution. Therefore, there is great challenge in formation evaluation, which might bring risk to offshore oil gas well testing and well completion. Thus the formation evaluation is facing the challenges. For the oilfields in the western part of South China Sea, by analyzing the rock type and the percolation characteristics, a new kind of method has been developed by using nuclear magnetic resonance imaging data and electric imaging logging data to get the effective reservoir thickness, distinguish reservoir types and calculate intrinsic permeability. It has been confirmed that this kind of method is reliable by analyzing the logging, formation test and DST formation test data. This method can be used for rapid productivity evaluation after the open whole logging, and can be used for making testing decision and perforating strategy with the lowest cost.

thin interbedded; NMR; electric imaging logging; permeability; application

P631.8+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.04.065

1008-2336（2014）04-0065-05

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)課題“南海西部海域已證實(shí)的富生烴凹陷再評(píng)價(jià)及新領(lǐng)域勘探方向”（2011ZX05023-001-007）

2014-03-20；改回日期：2014-05-12

郭書(shū)生，男，高級(jí)工程師，地質(zhì)總監(jiān)，1997年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）測(cè)井專(zhuān)業(yè)，主要從事測(cè)井、錄井現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)管理及研究工作。E-mail：zycjlgj@163.com。