周明順, 殷潔, 潘景麗, 任書蓮, 楊少欣, 劉百舟

(1.中國石油華北油田公司勘探開發(fā)研究院, 河北 任丘 062552;2.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司華北事業(yè)部, 河北 任丘 062552)

0 引 言

阿爾凹陷是華北油田快速、高效勘探開發(fā)的整裝低孔隙度低滲透率復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)油田。2013年實(shí)現(xiàn)勘探—評(píng)價(jià)—建產(chǎn)30×104t產(chǎn)能建設(shè)。針對(duì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的難點(diǎn),加大了核磁共振測(cè)井規(guī)模應(yīng)用力度(有14口井進(jìn)行核磁共振測(cè)井)。為了提高核磁共振測(cè)井評(píng)價(jià)滲透率及孔隙結(jié)構(gòu)的精度,研究建立了基于孔喉的滲透率計(jì)算方法,實(shí)際應(yīng)用中滲透率的評(píng)價(jià)精度明顯提高。儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)方面,應(yīng)用試油資料建立自然產(chǎn)能層、壓裂產(chǎn)能層、壓裂無效層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),通過軟件處理,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層有效性的快速評(píng)價(jià),生產(chǎn)應(yīng)用中取得了良好的應(yīng)用效果,為阿爾凹陷的高效勘探開發(fā)提供有效的測(cè)井技術(shù)支持。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

阿爾凹陷結(jié)構(gòu)特征與區(qū)域構(gòu)造背景一致,凹陷北東走向,結(jié)構(gòu)開闊。凹陷早期在主洼槽區(qū)表現(xiàn)為雙斷結(jié)構(gòu),中后期表現(xiàn)為東南斷西北超結(jié)構(gòu)。與鄰近的巴音都蘭凹陷、烏里雅斯太凹陷形成期一致,阿爾凹陷開始于燕山運(yùn)動(dòng)中期的張裂作用,同沉積北東走向的邊界斷層性質(zhì)決定了凹陷東西分帶、南北分區(qū)的構(gòu)造格局。根據(jù)凹陷的結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造發(fā)育特點(diǎn),該凹陷自東向西依次可以劃分為東部陡帶、中央背斜帶、中央洼槽帶和西部斜坡帶[1]。

阿爾凹陷地層自上而下依次為第四系+第三系,下白堊系賽漢組、騰格爾組(包括騰二段、騰一段)、阿爾善組(包括阿四段、阿三段),侏羅系以及古生界二疊系。由于沉積母巖不同,縱向自下而上其母巖成分為凝灰?guī)r—凝灰?guī)r+花崗巖—花崗巖,儲(chǔ)層巖性多樣,儲(chǔ)層巖性由騰一上段的細(xì)砂巖、騰一下段的砂礫巖、阿四段的凝灰質(zhì)砂巖和古生界的火山巖等不同巖性組成,巖性識(shí)別難度大。

不同巖性的儲(chǔ)集性能差異大,孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,滲透率計(jì)算難度大。在孔隙度相當(dāng)?shù)那闆r下巖性較純的砂礫巖滲透率較高;自生高嶺石的出現(xiàn)或凝灰質(zhì)含量增加,滲透率降低明顯,孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。根據(jù)物性分析資料,阿爾3區(qū)塊騰一下段砂礫巖分為K1bt1下Ⅲ1和K1bt1下Ⅲ2油組;K1bt1下Ⅲ1油組孔隙度平均12.1%,滲透率平均8.4 mD*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,屬于低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層;K1bt1下Ⅲ2油組孔隙度平均12.1%,滲透率平均64.3 mD,屬于低孔隙度中等滲透率儲(chǔ)層;騰一下段阿爾2井區(qū),由于膠結(jié)物中含有自生高嶺土(2%～12%),孔隙度平均10.9%,滲透率平均0.5 mD,屬低孔隙度特低滲透率儲(chǔ)層;阿四段凝灰質(zhì)砂巖孔隙度平均11.5%,滲透率小于1 mD,屬于低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層;二疊系裂縫性火山巖孔隙度平均6.5%～8.3%,滲透率平均62～65.0 mD,屬于低孔隙度中等滲透率儲(chǔ)層。

由于不同層位、不同井區(qū)儲(chǔ)層巖性、儲(chǔ)層膠結(jié)物

的差異,在儲(chǔ)層孔隙度差異不大的情況下其滲透率差異很大,常規(guī)測(cè)井很難進(jìn)行儲(chǔ)層滲透率的有效評(píng)價(jià)。圖1為阿爾凹陷巖心分析孔隙度與滲透率關(guān)系圖。

圖1 阿爾凹陷巖心分析孔隙度與滲透度關(guān)系圖

儲(chǔ)層滲透率是影響儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的重要因素,孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的不同對(duì)試油產(chǎn)量的影響十分明顯,儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)對(duì)阿爾凹陷的高效勘探開發(fā)起到很大的制約作用,是儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)的技術(shù)瓶頸。

2 核磁共振測(cè)井計(jì)算滲透率

核磁共振測(cè)井資料處理解釋軟件中利用Timur-Coates公式和SDR公式計(jì)算滲透率存在很大局限性,一般適用于中孔隙度中高滲透率儲(chǔ)層。對(duì)低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層,尤其是類似阿爾凹陷孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層,利用Timur-Coates公式和SDR公式計(jì)算滲透率誤差可達(dá)到數(shù)量級(jí),主要原因是滲透率與孔隙度的關(guān)系十分復(fù)雜(見圖1)。

圖2為阿爾3井核磁共振測(cè)井計(jì)算滲透率與巖心分析滲透率對(duì)比結(jié)果。圖2中第6道粉色點(diǎn)線為Timur-Coates公式計(jì)算的滲透率值,與巖心分析滲透率(圓點(diǎn))對(duì)比,核磁共振Timur-Coates公式計(jì)算滲透率值偏低1個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖2 阿爾3井核磁共振測(cè)井計(jì)算滲透率與巖心分析滲透率對(duì)比圖

3 基于孔喉的滲透率計(jì)算方法

核磁共振測(cè)井提供了縱向連續(xù)的橫向弛豫時(shí)間T2譜。通過對(duì)T2譜的分析,能有效反映儲(chǔ)層孔隙度、滲透率、孔隙喉道大小及孔隙結(jié)構(gòu)特征[2-3]。

3.1 孔喉大小評(píng)價(jià)方法

對(duì)孔喉大小的研究通常采用實(shí)驗(yàn)室方法,如壓汞、鑄體薄片、電鏡掃描、CT成像等。實(shí)驗(yàn)室方法具有成本高、難以大量采樣等缺點(diǎn)[4]。

利用壓汞資料研究巖石的喉道大小,通常把孔喉半徑小于1 μm的喉道稱為微喉,1～5 μm的喉道稱為細(xì)喉,5～10 μm的喉道稱為較細(xì)喉,10～50 μm的喉道稱為中喉,大于50 μm的喉道稱為粗喉。圖3為壓汞實(shí)驗(yàn)資料劃分喉道大小的標(biāo)準(zhǔn)圖。

圖3 壓汞資料劃分喉道大小標(biāo)準(zhǔn)圖

應(yīng)用核磁共振測(cè)井可以較好地進(jìn)行喉道大小分析,通過與壓汞資料對(duì)比具有良好的一致性。應(yīng)用核磁共振測(cè)井解釋處理孔喉大小通常把T2譜時(shí)間范圍分成8個(gè)區(qū)間,以反映不同孔隙喉道大小,在核磁共振測(cè)井處理成果中可以得到8種孔喉大小分布特征,即8個(gè)bin。通過對(duì)比分析,壓汞孔喉半徑與與核磁共振孔喉及T2譜時(shí)間范圍對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

但是,的T2譜時(shí)間范圍過多,而反映細(xì)喉、較細(xì)喉的特征的T2譜時(shí)間范圍不夠明顯,其結(jié)果是核磁共振測(cè)井處理結(jié)果的孔喉大小與壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果的孔徑大小對(duì)應(yīng)不明顯。通過分析研究,重新確定反映不同孔喉大小的T2譜的時(shí)間范圍,主要是相應(yīng)減少反映微喉的T2譜時(shí)間數(shù)量,增加反映細(xì)喉、較細(xì)喉的T2譜的時(shí)間范圍數(shù)量。測(cè)井解釋軟件中設(shè)定的T2譜時(shí)間范圍一般為0.3、1、3、10、33、100、 300、 1 000、3 000 ms,改變后的T2譜時(shí)間范圍變?yōu)?.3、6、33、100、200、300、500、1 000、3 000 ms。

核磁共振測(cè)井解釋軟件中反映微喉部分

通過改變T2譜的時(shí)間區(qū)間范圍,核磁共振測(cè)井重新處理解釋的孔喉分布特征與壓汞實(shí)驗(yàn)的孔喉分布特征具有很好的一致性。圖4為阿爾3井39號(hào)層(1 783～1 796 m井段)改變T2譜前后的核磁共振測(cè)井平均孔喉分布圖。通過與壓汞實(shí)驗(yàn)資料對(duì)比,可以明顯看出,改變T2譜時(shí)間范圍后的孔喉大小與壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。阿爾3井39號(hào)層及阿爾4井12號(hào)層對(duì)比統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

圖4 改變T2譜時(shí)間范圍前后核磁共振測(cè)井孔喉大小分布圖

井名井深/m項(xiàng)目不同喉道大小所占比例/%微喉細(xì)喉較細(xì)喉中喉阿爾31791.41壓汞實(shí)驗(yàn)34.3322.6210.228.81783～1796改變T2譜前核磁共振37.3121931.8改變T2譜后核磁共振36.824.37.632.1阿爾41877.73壓汞實(shí)驗(yàn)37.4817.48.732.041875～1883改變T2譜前核磁共振39.89.412.538.4改變T2譜后核磁共振39.816.75.238.4

3.2 滲透率計(jì)算方法

根據(jù)核磁共振測(cè)井計(jì)算的喉道大小結(jié)果,通過對(duì)物性分析資料研究,阿爾凹陷儲(chǔ)層滲透率的貢獻(xiàn)主要來自中喉道(根據(jù)壓汞實(shí)驗(yàn)資料,阿爾凹陷基本沒有孔喉半徑大于50 μm的粗喉道),較細(xì)喉道及細(xì)喉道貢獻(xiàn)相對(duì)較少,而微喉道一般對(duì)儲(chǔ)層的滲透率沒有貢獻(xiàn)。

根據(jù)不同喉道所占比例與滲透率的關(guān)系,以及對(duì)儲(chǔ)層滲透率的貢獻(xiàn)大小,參照一般經(jīng)驗(yàn),中喉道對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)率為100%,較細(xì)喉道對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)率為50%,細(xì)喉道對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)率為20%,可以計(jì)算出儲(chǔ)層不同喉道大小所占比例對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)經(jīng)驗(yàn)指數(shù)S

S=S4+S3×50%+S2×20%

(1)

式中,S為滲透率貢獻(xiàn)指數(shù);S4為中喉道所占比例;S3為較細(xì)喉道所占比例;S2為細(xì)喉道所占比例。

通過與物性分析滲透率值建立關(guān)系可以得出滲透率計(jì)算圖版(見圖5),有

K=0.0236e19.795S

(2)

圖5 滲透率與經(jīng)驗(yàn)指數(shù)關(guān)系圖

3.3 滲透率計(jì)算結(jié)果分析

應(yīng)用核磁共振測(cè)井資料計(jì)算儲(chǔ)層的孔喉大小,進(jìn)而利用孔喉大小計(jì)算儲(chǔ)層滲透率的計(jì)算結(jié)果更加精確[5],尤其是類似含凝灰質(zhì)造成滲透率降低的儲(chǔ)層應(yīng)用效果更好。如阿爾6井阿四段的凝灰質(zhì)砂巖層滲透率計(jì)算結(jié)果與巖心分析結(jié)果十分吻合。但是,對(duì)自生高嶺石含量引起的滲透率降低的砂礫巖層,核磁共振測(cè)井反映的儲(chǔ)層中喉所占比例仍相對(duì)較高,核磁共振測(cè)井計(jì)算的滲透率偏高,如阿爾2井騰一下段。總體上,應(yīng)用核磁共振測(cè)井資料,通過計(jì)算孔喉大小然后計(jì)算滲透率的方法計(jì)算滲透率結(jié)果與物性對(duì)一致性較好(見圖6),核磁共振常規(guī)方法計(jì)算的滲透率值精度更高。在阿爾3井處理解釋中,滲透率計(jì)算精度同樣得到明顯提高,圖2中第6道藍(lán)色線基于核磁共振孔喉的滲透率值計(jì)算結(jié)果。

圖6 核磁共振計(jì)算與物性分析滲透率對(duì)比

4 儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)方法

阿爾凹陷不同類型儲(chǔ)層的孔隙度差異不大,但試油產(chǎn)量差異很大,有自然產(chǎn)能、壓裂產(chǎn)能、壓裂無效等不同的類型。通過分析研究,試油產(chǎn)量差異大主要與儲(chǔ)層的喉道大小、儲(chǔ)層滲透率等因素有關(guān)。儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)則直接受到喉道及滲透率的控制,儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度是影響試油產(chǎn)量的主要因素。

4.1 儲(chǔ)層分類

根據(jù)阿爾凹陷的試油結(jié)果,可把該地區(qū)儲(chǔ)層簡(jiǎn)單地分為3種類型:Ⅰ類儲(chǔ)層為自然產(chǎn)能型;Ⅱ類儲(chǔ)層為壓裂產(chǎn)能型;Ⅲ類儲(chǔ)層為致密儲(chǔ)層型(儲(chǔ)層通過壓裂改造仍然不能達(dá)到工業(yè)油流)。

4.1.1 Ⅰ類儲(chǔ)層

該類儲(chǔ)層雖然孔隙度不高(10%～14%),但是中喉道所占比例相對(duì)較高,滲透率值較高,常規(guī)測(cè)井反映在微電極存在幅度差,自然電位存在負(fù)異常,陣列側(cè)向電阻率呈明顯的減阻侵入特征。如阿爾3井39號(hào)層,中喉占22.5%,孔隙度13%,滲透率28.9 mD,自然產(chǎn)能47.1 t/d。

4.1.2 Ⅱ類儲(chǔ)層

該類儲(chǔ)層孔隙度相對(duì)較低,中喉道所占比例相對(duì)較低,滲透率值較低,常規(guī)測(cè)井反映在微電極存在一定幅度差,自然電位存在負(fù)異常或負(fù)異常不明顯,陣列側(cè)向電阻率呈明顯的減阻侵入特征。如阿爾4井19、20號(hào)層,中喉所占比例分別為8.7%和10.8%,孔隙度分別為8.1%和8.4%,滲透率分別為0.56和1.219 mD,常規(guī)試油結(jié)果為日產(chǎn)油0.017 t,壓裂后日產(chǎn)油為7.52 t。

4.1.3 Ⅲ類儲(chǔ)層

該類儲(chǔ)層的孔隙度與Ⅱ類儲(chǔ)層相差不大,但中喉道所占比例更低,滲透率更差,常規(guī)測(cè)井反映在微電極沒有幅度差,自然電位負(fù)異常不明顯,陣列側(cè)向

電阻率沒有明顯的侵入特征。如阿爾22井53～56號(hào)層,中喉所占比例分別為0.9%～3.2%,孔隙度分別為7.7%～9.1%,滲透率分別為0.07～0.09 mD,常規(guī)試油結(jié)果為干層,壓裂后日產(chǎn)油為0.25 t。

4.2 儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)圖版及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)用有核磁共振測(cè)井資料的阿爾3井等5口井15個(gè)層的試油資料分別建立了中喉道所占比例與核磁共振計(jì)算孔隙度、不同喉道大小對(duì)滲透率貢獻(xiàn)指數(shù)S與陣列側(cè)向電阻率增大率A1、孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)與滲透率等進(jìn)行產(chǎn)能評(píng)價(jià)圖版。圖7為孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)與計(jì)算滲透率評(píng)價(jià)產(chǎn)能圖版。根據(jù)各類圖版得出了儲(chǔ)層分類及產(chǎn)能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(見表3)。

圖7 孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)與計(jì)算滲透率評(píng)價(jià)產(chǎn)能圖

儲(chǔ)層類型儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)孔隙度/%滲透率/mD中喉比例/%滲透率貢獻(xiàn)指數(shù)孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)電阻率增大率自然產(chǎn)能>10>10>18>30>1>1壓裂產(chǎn)能7～16>0.2>5>8>0.15>1壓裂低產(chǎn)7～10<0.2<5<8<0.15

圖8 阿爾4井儲(chǔ)層分類處理解釋成果圖

4.3 儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)核磁共振測(cè)井提供的孔喉大小、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)精確的計(jì)算結(jié)果,并在儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)研究的基礎(chǔ)上,通過連續(xù)處理解釋可以得到儲(chǔ)層分類連續(xù)的處理剖面。圖8為阿爾4井儲(chǔ)層分類處理解釋成果圖,從圖8中儲(chǔ)層分類剖面中可以明顯看出,12、14號(hào)層(1 874～1 886 m段)為Ⅰ類自然產(chǎn)能層(數(shù)值高、充填紅色),試油結(jié)果證實(shí),常規(guī)試油日產(chǎn)油24.8 m3;16～22號(hào)層(1 894～1 930 m段)為Ⅱ類壓裂產(chǎn)能層(數(shù)值低、充填藍(lán)色),19、20號(hào)層常規(guī)試油結(jié)果為日產(chǎn)油0.017 t,壓裂后日產(chǎn)油為7.52 t;24號(hào)層(1 944～1 962 m段)為Ⅲ類壓裂低產(chǎn)層(數(shù)值更低、充填綠色)。

5 結(jié) 論

(1) 通過改變T2譜時(shí)間范圍的方法,可以使核磁共振測(cè)井處理解釋的孔喉大小與壓汞實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果具有很好的一致性。

(2) 應(yīng)用喉道大小計(jì)算低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層滲透率的方法應(yīng)用效果良好,可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

(3) 應(yīng)用核磁共振測(cè)井資料計(jì)算的中喉道所占比例、孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)等參數(shù)建立各種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià),儲(chǔ)層解釋結(jié)果更加精細(xì)。

參考文獻(xiàn):

[1] 趙賢正, 史原鵬, 降栓奇, 等. 二連盆地阿爾凹陷科學(xué)、快速、高效勘探實(shí)踐和認(rèn)識(shí) [J]. 中國石油勘探, 2010, 15(1): 1-5.

[2] 肖立志. 核磁共振成像測(cè)井與巖石核磁共振及其應(yīng)用 [M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1998.

[3] 高敏, 安秀榮, 祗淑華, 等. 用核磁共振測(cè)井資料評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu) [J]. 測(cè)井技術(shù), 2000, 24(3): 188-193.

[4] 中國石油勘探與生產(chǎn)分公司. 低孔低滲油氣藏測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)及應(yīng)用 [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2009.

[5] 王忠東, 汪浩, 李能根, 等. 核磁共振巖心基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)分析研究 [J]. 測(cè)井技術(shù), 2001, 25(3): 170-174.