李國軍，張文博

(中海油田服務股份有限公司油田技術事業(yè)部，北京 101149)

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]。由于薄層厚度呈現厘米級甚至更薄，遠低于常規(guī)測井儀器垂向分辨率1～4英尺(0.3～1.2 m)，來源于薄層的綜合響應信號將被圍巖物理性質響應所鈍化，大部分響應反映地層的圍巖物理性質[2]，測井資料表現為低電阻率、高自然伽馬等低阻油層特征[3]。單個砂層厚度越薄，測井響應值偏離真實值的差異越大,所以這樣的油氣儲層極可能因沒有被正確識別而被忽略，而其測井評價長期以來也面臨著巨大挑戰(zhàn)。

在過去幾十年，針對高分辨率測量研究出了幾種方法，例如垂向分辨率高達0.2英寸的地層微電阻率成像(FMI)、砂泥巖薄互層處理解釋模型(LSA)、高分辨率分析和巖石學參數重構等。這些方法通常在地層建?；驕y井評價中需要花費較長時間，往往不能夠滿足現場快速決策的需求。

1 砂泥巖薄互層的巖石特性與核磁響應機理

Cao Minh 在2006年展示了砂泥巖薄互層的核磁巖石物理特征，并用地面試驗模擬的方法得到了雙峰譜。實驗顯示，核磁測量是儀器垂向分辨率范圍內，在儀器測量空間內所有測量信號的線性累加。由于泥巖比砂巖通常具有更小的孔隙，T2譜的分布將呈現雙峰分布的特征，核磁響應的重點是它與泥巖薄層的幾何形態(tài)無關，只要總的體積部分不變化，2個或3個泥巖層分層或連接到一起，將產生相同的T2雙峰分布。

圖1是中國南海西部的一個實例，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的砂泥巖薄互層直觀圖；從左邊數第三道核磁T2譜也清楚的呈現出雙峰現象。高的T2峰態(tài)反應的是砂巖紋層，低的T2峰反應的是泥質或粉砂紋層。應指出的是薄層厚約1英寸(2.5 cm)或者更薄；體積密度和中子孔隙度測井曲線不能夠分辨出這些薄層地層。

圖1 砂泥巖薄互層核磁T2譜和電成像響應現場實例

文獻[4]給出了計算砂巖含量和薄層砂巖內在滲透率(Ksand)的公式。在砂泥巖薄互層條件下，用于現場砂巖滲透率比Fsand計算簡化公式如下：

Fsand=φsand/φt

(1)

Kt=Ksand×Fsand

(2)

式中，φt是核磁測量的總孔隙度；φsand是劃分的砂巖核磁孔隙度；Kt是地層的真正有效滲透率；泥巖被認為是不滲透的；在文獻中，Kt用來自于CPMG回波總數方法計算的核磁滲透率來替代。

2 滲透率計算方法研究

盡管Fsand和Ksand的計算在文獻中已給出，但精確的核磁砂巖含量和滲透率仍不能在薄儲層直觀顯現。目前常用的核磁儀器的垂向分辨率是18英寸(45.72 cm)或更低。盡管過去研發(fā)的核磁測井的高分辨率方法以及對砂泥巖薄互儲層的評價得到了改善，但這種級別的垂向分辨率仍不足于直接表現薄層的特征[5]，因此，對砂泥巖薄互層來說，需要建立一種新的滲透率模型，評價地層物理特性。

2.1 薄層滲透率測量誤差分析

有效滲透率是與測量尺度相關的問題，不同測井工具和不同方法由于自身的垂向分辨率和探測深度不同，對同一段薄互層地層，會得出不同的測量結果和滲透率計算結果。建立一個砂巖滲透率比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的，根據達西定律，在考察(測量)空間內的地層平均滲透率(Kb)和實際有效滲透率都是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，用隱含參數和Timur-Coates公式進行核磁滲透率計算，則得到的核磁視滲透率(KTIM)為0.08 μm2，計算得到的相對誤差為(500-80)/80=425%。如果砂巖滲透率比更低，Fsand=1∶3，則誤差變得更大，相對誤差達到(333-20)/20=1565%。在砂泥薄互層這種情況下，利用常用公式計算的核磁視滲透率比實際地層的真實滲透率就大大降低了，從而低估了砂泥巖薄互儲層的質量和產能，導致有經濟價值的層段被忽略。

2.2 薄互層鑒別

利用核磁測量識別薄互層是基于這樣的邏輯進行計算的：有生產能力的砂泥巖薄互層通常是由分開的大孔隙(砂巖紋層)和小孔隙(泥巖紋層)組成，這就導致T2譜分布的雙峰形態(tài)。在研究中首先建立了一個巖石類型指數SQI，以用來進一步區(qū)分地層是薄互層或常規(guī)層。由核磁T2譜分布形態(tài)計算產生的SQI定義為高于某個截止值的大孔隙與總孔隙體積比的函數[7]。薄互層區(qū)分指示線SQIdisc從核磁視滲透率KTIM計算得到，計算方法如式(3)；式中的視滲透率KTIM由Timur-Coates滲透率計算公式所得。

SQIdisc=A+B× log10(KTIM)

(3)

式中，A、B是單獨的偏差量和系數，它們可以從SQI-KTIM交會圖推斷所得；在常規(guī)砂巖和泥質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>SQIdisc，巖石類型認為是互層的，相反則認為是常規(guī)砂泥巖儲層。

2.3 滲透率計算

本文中闡述的方法開發(fā)了一種相對簡單易行的用以評價砂巖紋層內在滲透率(Ksand)的替代方法。從油田實際生產角度來說，在砂泥巖薄互層中真正感興趣的僅僅是高滲透的有經濟性的砂巖紋層。在研究的目標油田高滲透砂巖中，大孔隙和總孔隙體積比Ratio與SQI呈典型的線性關系，如圖2所示。因此，通過SQI和圖2確定的參數可以計算Ratio；利用Ratio對核磁測量的薄互層T2譜中的砂巖紋層孔隙度進行校正，得到砂巖紋層的總孔隙φsand(公式(4)～公式(6))；結合公式(1)可以進一步計算Fsand。

圖2 砂泥巖薄互層SQI與大孔隙和總孔隙體積比交會圖

Ratio=c×SQI-d

(4)

式中：c=0.9147,d=0.0781。

(5)

公式(5)中的cutoff1是一個核磁測井截止值參數，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。

Ksand=10×((SQI-A)/B)

(6)

公式(6)中A和B同公式(3)中的偏移量A和系數B,由SQI-KTIM交會圖確定。

3 現場實例應用

南海西部珠江口盆地珠江組一段地層富集砂泥巖薄互層沉積。多年來，已經采用多種手段，諸如核磁、巖石物理分析、地層測試(MDT)、鉆桿測試(DST)等方法對砂泥巖薄互層進行了測量和滲透率解釋，所得結果缺乏一致性。尤其是基于核磁滲透率的產能估計比地層測試(MDT)和鉆桿測試(DST)結果要低得多。原因就是對于砂泥巖薄互層用傳統(tǒng)核磁滲透率轉換而來的滲透率計算產能，會帶來較大的誤差?，F方法應用于被常規(guī)評價方法忽視的砂泥巖薄互層產層，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是評價油藏和儲量計算的主要巖石特性參數，最終輸出成果實例如圖3。道1為深度道；道2～4為常規(guī)測井資料；道5為薄互層標志；道6為地層砂巖比(純砂巖層相對于薄互層的總體厚度比率)；道7為體積平均滲透率；道8為薄互層識別置信度；道9為FMI成像；從這個圖片中可以很好的識別砂泥巖薄互層。新方法計算的薄互層平均滲透率比Timur-Coates公式計算的滲透率明顯要高要好。

圖3 薄互層識別及滲透率計算結果組合圖

4 結論

論述了一種利用核磁測量的T2譜來探測和評價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的雙峰分布特征的優(yōu)點來克服常規(guī)測井儀器垂向分辨率測量的局限。

這種方法定義了一些有用的參數，例如巖石類型、砂巖滲透率比Fsand、體積平均滲透率Kt等。它是基于儀器探測范圍內薄互層的整體響應來設定和計算這些參數的，而不是為了尋求解決某個獨立的、單一的砂巖紋層的屬性。本文論述的方法和認識可以用于在類似地區(qū)識別和評價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核磁測井為現場決策提供了快速直觀的結論。案例研究證實，從新方法所得的滲透率與MDT滲透率關系比標準核磁轉換所得滲透率要好得多，砂泥巖薄互層的產能評價得到了顯著改善，為確定經濟性產層提供了可靠依據。

[1] 李長喜，李潮流，周燦燦,等.中國海洋石油南海西部公司志(第二卷)(1988-1995)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1996：94-98.

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[4] Cao Minh C,Sundararaman P.NMR petrophysics in thin sand/shale laminations[A].SPE 102435,presented at the 2006 SPE Annual Technical Conference and Exhibition,San Antonio, Texas,USA,2006.

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

[6] Timur A.Effective porosity and permeability of sandstones investigated through nuclear magnetic resonance principles[A].Transactions of the SPWLA 9th Annual Logging Symposium, New Orleans, Louisiana, USA,1968.

[7] 王堅勇. 試井中的不確定性和巖芯滲透率分析[J]．海洋石油，2002，11(1)：62-63．