弓浩浩, 夏宏泉, 崔麗香, 高飛龍

(1.延長油田公司七里村采油廠, 陜西 延安 717100; 2.西南石油大學石油工程測井實驗室, 四川 成都 610500; 3.中國石油集團測井有限公司長慶事業(yè)部, 陜西 西安 710200)

0 引 言

蘇里格氣田的含氣層主要為上古生界二疊系下石盒子組的盒8段及山西組的山1段,氣藏受控于近南北向分布的大型河流、侵砂體帶,有效砂體呈孤立狀分布在致密砂巖中,規(guī)模小且連續(xù)性、連通性差,多數(shù)屬于低孔隙度、低滲透率、低產(chǎn)和低豐度的大型致密氣藏。以往氣層識別研究主要利用常規(guī)的聲波時差、密度、中子和電阻率測井資料,由于受儲層結(jié)構(gòu)和物性的影響較大,對低孔隙度低滲透率(有時是低電阻率)的氣層識別效果不佳,導致氣層判釋符合率不高,這些都影響了射孔壓裂層段的選擇和試油氣結(jié)果。

由于地層在飽含氣狀態(tài)下縱波速度明顯減小,橫波速度有增大趨勢,這為利用偶極聲波測井資料提取縱、橫波時差和計算地層的流體體積壓縮系數(shù)、泊松比等參數(shù)進行氣層識別提供了重要的理論基礎。本文實際處理時,以試氣結(jié)論作為依據(jù),合理讀取對應儲層段的測井特征參數(shù)值;建立流體壓縮系數(shù)與泊松比、巖石體積壓縮系數(shù)與泊松比比值交會識別氣層的圖版;通過對比總結(jié)獲取識別儲層流體類型的參數(shù)界限值,形成工區(qū)氣層識別的標準或模式,最后將其推廣應用到工區(qū)新井的氣層識別中。

1 利用偶極橫波測井資料識別氣層原理

當儲層內(nèi)充滿石油或天然氣時,將引起儲層巖石的彈性力學參數(shù)發(fā)生變化,縱波能量衰減顯著增大,而橫波能量衰減較小,從而導致縱波時差顯著增大,橫波時差有減小的趨勢[1-2],即油、氣層的縱波時差要比相同巖性相同孔隙度的水層大,尤其是氣層要大的多,導致泊松比降低、體積壓縮系數(shù)升高、彈性模量增大等[3-7]。這個結(jié)論是通過實驗分析和理論計算得出的(見圖1),利用5塊巖心進行氣驅(qū)水實驗,分別獲取巖心在不同含氣飽和度下的縱橫波速度,并建立兩者的變化關系,可知隨巖心含氣飽和度的增大,縱波速度明顯降低,而橫波速度基本不變?；诤瑲獾貙勇晫W響應特征的巖石物理研究,根據(jù)識別氣層能力,優(yōu)化選擇聲波參數(shù)(見圖2)。研究發(fā)現(xiàn),在高含氣飽和度范圍內(nèi),壓縮系數(shù)變化最明顯,泊松比次之[8]。泊松比是地層縱波與橫波速度比值的函數(shù),在儲集層相同巖性和相同孔隙條件下,水層巖石的縱波和橫波速度的比值增大,泊松比相應地增大;氣層巖石的縱波與橫波速度的比值減小,泊松比也相應地減小[9]。巖石體積壓縮系數(shù)Cb在氣層段受巖石骨架的影響較大,且數(shù)值較小,因而可采用巖石壓縮系數(shù)與泊松比的比值(Cb/μ)反映氣層段的變化。

圖1 縱橫波速度隨含氣飽和度增大的變化關系圖

圖2 不同聲學特征參數(shù)相對變化率隨含氣飽和度增大的關系圖

地層孔隙中油、氣、水的聲學性質(zhì)是不同的,密度有差異,其壓縮系數(shù)也不同。表1是油、氣、水的理論壓縮系數(shù),由表1可以看出,油、水的壓縮系數(shù)相差2倍左右,而天然氣或氣與水的壓縮系數(shù)相差近1～2個數(shù)量級(40倍左右),因而只要能夠求得儲層流體壓縮系數(shù),就能夠較好地定量或者半定量識別儲層流體類型。

表1 3種流體(油、氣、水)的聲學參數(shù)

*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m, 1 psi=6 894.757 Pa, 下同

以聲波能量為基礎的油氣識別方法受井眼等因素的影響大,井徑的變化通常會影響聲波在井內(nèi)的傳播,擴徑嚴重或者井壁很不規(guī)則會造成計算的慢度值明顯偏大。對于這種情況,通過將接收器上的數(shù)據(jù)分別按照共源陣列數(shù)據(jù)組合和聲源陣列數(shù)據(jù)組合得到不同的慢度值,再進行平均,即可補償井徑不規(guī)則造成的影響[10]。

根據(jù)偶極橫波聲波測井資料可以得到地層連續(xù)的流體壓縮系數(shù)(Cf)、泊松比(μ)和巖石壓縮系數(shù)與泊松比比值(Cb/μ)曲線進行儲氣層的識別。在繪制測井成果曲線圖時,把Cf與μ同向刻度、與Cb/μ反向刻度,分別繪制在同一曲線道內(nèi),并調(diào)整各自的刻度,在氣層處二者會形成一個明顯的鏡像包絡線,由此便可直觀地指示氣層。

2 巖石彈性力學參數(shù)的計算

用于氣層識別的主要巖石力學參數(shù)有泊松比、巖石壓縮系數(shù)、巖石壓縮系數(shù)與泊松比的比值、流體壓縮系數(shù)等。

(1) 泊松比μ

(1)

(2) 巖石壓縮系數(shù)Cb

(1-φ)Cma+φCf

(2)

(3) 巖石壓縮系數(shù)與泊松比的比值為Cb/μ。

(4) 流體體積壓縮系數(shù)Cf

基于聲波傳播的巖石體積模型(把聲波在單位體積巖石中傳播的時間分成幾部分傳播時間的體積加權值),考慮到地層中含有泥質(zhì)或鈣質(zhì)會影響巖石體積壓縮系數(shù)的大小,在式(2)的基礎上反推出巖石體積壓縮系數(shù)計算公式為

(3)

式中,Cb、Cma、Csh、Cf分別為實際巖石、骨架砂巖、泥質(zhì)和流體的壓縮系數(shù)(單位為1/104MPa或1/Mpsi或1/GPa);Δtc、Δts分別為巖石縱波、橫波時差,μs/ft;φ、Vsh分別為巖石孔隙度和泥質(zhì)含量,小數(shù);ρ為巖石體積密度,g/cm3;β為單位轉(zhuǎn)換因子。

巖石體積壓縮系數(shù)可由地層密度和縱橫波時差測井值獲得,泥質(zhì)含量可由GR曲線獲得;根據(jù)實際泥巖、砂巖的骨架密度和縱橫波時差值可求得Csh、Cma,由式(3)即可確定流體壓縮系數(shù)Cf。

3 應用實例分析

基于上述方法模型,編制相應的偶極橫波測井資料處理的氣層識別程序,將其用于蘇里格氣田的SS區(qū)塊盒8和山1層段的氣層識別中。根據(jù)儲層劃分標準和射孔段的試氣結(jié)果,讀取每口井的射孔井段及附近層段對應的特征參數(shù)(Cf、μ、Cb/μ),統(tǒng)計獲得了SS區(qū)塊9口井共26個層段的測井特征參數(shù)(見表2)。以μ或Cb/μ為縱坐標、流體壓縮系數(shù)Cf為橫坐標,建立的氣層識別圖版如圖3所示。

圖3采用了26個層數(shù)據(jù),其中2個層劃分有誤,

圖版的符合率為92%。 由該圖版得到SS區(qū)塊識別儲層流體類型的各參數(shù)界限值如表3所示。

圖3 SS區(qū)塊流體壓縮系數(shù)與泊松比交會識別氣層圖版

井號射孔段/m層位試采的氣/水產(chǎn)量解釋層段/mCf/Mpsi-1(Cb/μ)/Mpsi-1μ試氣結(jié)論測井解釋S13096～3099盒83127～3129山12445/03095.4～3099.50.7500.8360.255干層含氣水層3100.7～3103.41.5471.3290.219差氣層含氣水層3126.8～3128.71.3661.1080.206差氣層氣水層S22984～2986盒83012～3015山1546/02978～2986.70.6900.8410.242干層干層3013.2～3015.21.1301.1520.230干層差氣層S32877～2880盒81542/27.42877.5～2881.31.2731.1270.251氣水層氣層2877.5～2881.31.250.9510.266氣水層氣層S42817～2820盒82843～284620958/02815.7～2817.72.2652.2890.166氣層氣層2841.6～2846.52.1752.1860.145氣層氣層2841.6～2846.51.7691.7040.159氣層氣層S52692～2695盒85759/02682.6～2688.11.0621.1230.210干層干層2689.2～2692.41.3291.1110.206差氣層干層S62895～2899盒82917～2921山111160/0.3 11826/0.62893.4～2895.81.2611.1400.217差氣層干層2895.75～28981.6801.9490.176氣層氣水層2916.6～2918.11.7391.7830.176氣層氣層2919.75～29231.5451.4620.192差氣層差氣層S72795～2798盒82848～28512867～2870山12887～289011080/02794～2795.61.5421.4600.188差氣層差氣層2795.6～2798.42.0362.6020.132氣層氣層2848.6～28511.3141.2890.199差氣層差氣層2866.6～28701.4561.3830.195差氣層差氣層S82755～2758盒82784～2788山11503/0973/32745.6～27520.6131.0100.243干層干層2752～2755.31.2161.3160.227差氣層差氣層2784.7～27871.3831.5290.198差氣層氣層S93029～3032盒83103～3106山143920/021630/03029.75～30322.2884.0300.109氣層氣層3032～3033.252.3502.7670.150氣層氣層3033.25～30341.7102.1610.149氣層氣層

表3 SS區(qū)塊氣層識別標準

將該區(qū)塊的流體類型識別參數(shù)界限值(識別標準),用于新井的儲層含流體性質(zhì)評價,以檢驗判釋標準的適用性。以S8井的儲層段流體性質(zhì)判釋成果圖為例(見圖4),常規(guī)測井曲線如SP、AC、CNL和電阻率測井曲線變化特征都不明顯,都很難判斷儲層流體類型。利用表3中的氣層識別標準對該井儲層段進行二次測井解釋,可知在2 755～2 758 m、2 784～2 788 m這2個射孔段中,第7和第8道中流體壓縮系數(shù)與泊松比、壓縮系數(shù)泊松比比值只有很小的交會面積;6號、7號和9號解釋層中Cf、μ和Cb/μ的均值分別表現(xiàn)為:1.30.22、Cb/μ<1.12,可解釋為干層。而一次測井解釋(縱橫波速度比法識別氣層)時則將2號層解釋為差氣層,7號層、8號層和9號層解釋為氣層。試氣結(jié)論,射孔段2 755～2 758 m日產(chǎn)氣1 503 m3,射孔段2 784～2 788 m日產(chǎn)氣973 m3,產(chǎn)水3 m3。

圖4 S8井2 745～2 800 m儲層段含流體性質(zhì)判釋成果圖

4 結(jié) 論

(1) 利用常規(guī)測井資料難以對蘇里格地區(qū)SS區(qū)塊儲層段的含氣性進行有效評價,偶極聲波測井資料在工區(qū)低孔隙度低滲透率砂巖氣層的識別中具有明顯優(yōu)勢。

(2) 通過儲層巖心在驅(qū)替試驗過程中聲學響應特征的巖石物理研究,發(fā)現(xiàn)隨含氣飽和度的增大,縱波速度明顯降低,橫波速度基本不變,同時在高含氣飽和度下泊松比和體積壓縮系數(shù)的變化更明顯,利用兩者的比值更能體現(xiàn)出這種變化。

(3) 根據(jù)偶極橫波聲波測井資料得到地層的流體壓縮系數(shù)(Cf)與泊松比(μ)曲線、巖石壓縮系數(shù)與泊松比的比值(Cb/μ)曲線交會可以直觀識別氣層?，F(xiàn)場資料應用表明,其識別氣層的判識率較高,值得推廣應用。

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