劉家雄,范宜仁,朱大偉,鄧少貴,韓玉嬌,李格賢,巫振觀,高源

(1.中國石油大學地球科學與技術學院, 山東 青島 266580; 2.海洋國家實驗室海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術功能實驗室, 山東 青島, 266071; 3.中國石油集團長城鉆探工程有限公司解釋研究中心, 北京 100101; 4.中國石油勘探開發(fā)研究院, 北京 100083; 5.中國石油集團長城鉆探工程有限公司煤層氣開發(fā)公司, 遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

中東×區(qū)大量發(fā)育孔隙型生物碎屑灰?guī)r,是具有高儲量的新型油氣藏,該類儲層除發(fā)育粒間孔、晶間孔和生物體腔孔等原生孔隙外,鑄?？?、溶蝕孔等多種次生孔隙也十分發(fā)育,儲集空間復雜導致物性參數(shù)建模精度低和儲層級別無法準確劃分。次生孔隙作為碳酸鹽巖儲層重要的儲集空間,其發(fā)育情況決定了儲層的油氣儲集能力,因此,精確表征碳酸鹽巖儲層的次生孔隙是評價該類儲層的重要任務[1-3]。成像測井資料經(jīng)孔隙度譜分析程序處理可得到成像孔隙度譜,運用高斯函數(shù)擬合孔隙度譜確定原生和次生孔隙截止值,對孔隙度譜分段積分后得到原生和次生孔隙度及其占比[4-7]。本文針對孔隙型生物碎屑灰?guī)r儲層原生和次生孔隙同時發(fā)育、強非均質性等特征,結合成像測井資料可精確表征儲集空間的優(yōu)點和常規(guī)測井資料獲取方便及對儲集空間的敏感性的優(yōu)勢,提出一種利用常規(guī)測井資料、適用于孔隙型生物碎屑灰?guī)r儲層的儲集空間測井表征方法。

1 儲集空間類型識別

1.1 儲集空間響應特征

H油田位于阿拉伯板塊的碳酸鹽巖臺地,沉積成巖后受次生作用改造弱,是典型的沉積孔隙型碳酸鹽巖儲層。相對靜水環(huán)境下形成的由浮游/底棲有孔蟲、生物碎屑和體腔孔、粒間孔、鑄?？讟嫵傻目紫缎蜕锼樾蓟?guī)r儲層是較為特殊的油氣藏,目前對這類儲層特征的研究較少[8-9]。

觀察1 032塊鑄體薄片確定H油田發(fā)育3類儲集空間:以粒間孔和晶間孔等為主的原生孔隙、以溶蝕孔和鑄?？椎葹橹鞯娜芪g孔隙以及由生物碎屑作為骨架的生物體腔孔。3類儲集空間對應巖心資料和測井響應特征見表1。由表1可知,以粒間孔、晶間孔為主的儲層其面孔率較低,孔徑尺寸較小,粒度較細且分選好;聲波、中子測井值較小,密度測井值較大,成像測井圖像在黃紅色背景下局部存在褐色、灰色斑塊,核磁共振T2譜為單峰小孔型,T2幾何平均值小,指示較小孔隙度。溶蝕孔發(fā)育井段的面孔率較高,巖石受溶蝕作用而出現(xiàn)孔徑尺寸較大的溶蝕孔洞;聲波、中子測井值大,密度測井值小,成像測井圖像為紅褐色背景下夾雜黑褐色團塊,核磁T2譜為雙-多峰大孔型,T2幾何平均值大,指示孔徑尺寸分布范圍大且孔隙發(fā)育。儲層發(fā)育生物體腔孔時面孔率大且孔徑尺寸大,生物碎屑存在于巖石骨架中;聲波、中子測井值較大,密度測井值較小,成像測井圖像黑棕色背景下存在灰褐色斑塊,核磁T2譜為雙峰中孔型,T2幾何平均值較小,指示孔隙較發(fā)育。

表1儲集空間類型的測井響應特征

生物體腔孔既具備粒間孔等原生孔隙的孔徑尺寸較小的特征,又兼?zhèn)淙芪g孔等次生孔隙孔徑尺寸分布范圍較大的特點,儲層同時發(fā)育3類儲集空間導致測井方法評價儲層次生孔隙精度降低,因此,準確識別儲集空間類型是生物碎屑灰?guī)r儲層次生孔隙評價的關鍵。

1.2 儲集空間類型識別方法

鑄體薄片能準確識別儲集空間類型,在此基礎上分析不同儲集空間類型的測井響應特征,Fisher判別法利用降維的思想可實現(xiàn)基于多種測井響應及分類結果建立儲集空間類型識別標準及方法。Fisher判別法在應用中采用線性判別函數(shù),設有k個總體G1,G2,…,Gk,從這k個總體中抽取具有p個指標的樣品觀測數(shù)據(jù),借助方差分析的思想構造一個Fisher判別函數(shù)

U(x)=u1X1+u2X2+…+upXp=u′X

(1)

式中,系數(shù)u確定的原則是使各總體之間區(qū)別最大,而使每個總體內部的離差最小[10]。

鑄體薄片、巖心照片、常規(guī)測井、成像測井和核磁共振測井資料均反映不同儲集空間具有較明顯的差異?；诒∑R別的儲集空間類型,結合不同類型儲集空間測井響應特征,提取敏感參數(shù):聲波時差(AC)、密度(DEN)、補償中子(CNL)和T2幾何平均值(T2,LM),各儲集空間類型對應的敏感參數(shù)范圍見表2。溶蝕孔隙的物性好于原生孔隙和生物體腔孔,原生孔隙最差[11]。

表2 敏感參數(shù)數(shù)據(jù)分布范圍統(tǒng)計表

根據(jù)線性判別函數(shù)方法,建立儲集空間類型Fisher判別函數(shù)如式(2),并對建模數(shù)據(jù)點進行模型回判,判別結果見圖1。統(tǒng)計巖心識別結果與Fisher識別結果符合率為92%,精度較高,實現(xiàn)基于測井資料識別儲集空間類型。

(2)

圖1 M316井儲集空間類型識別效果圖

2 儲集空間表征方法

成像測井通過測量井周地層電阻率,可精細刻畫井周地層孔隙發(fā)育情況、巖石骨架成分、流體性質,通過分析程序提取成像孔隙度譜可完整地展示地層孔徑尺寸分布及反映儲集空間類型特征,利用測井資料的連續(xù)性實現(xiàn)全井段儲層次生孔隙定量表征[12-14]。

2.1 成像孔隙度譜提取

微電阻率掃描成像測井的探測深度較淺,只反映沖洗帶范圍內的電導率,對經(jīng)過電阻率刻度和孔隙度標定之后的成像測井數(shù)據(jù)進行配色處理,生成動、靜態(tài)成像電阻率圖像能直觀、精細地定性評價儲層孔隙發(fā)育情況[15]。成像測井儀器極板上的電極應滿足沖洗帶的Archie公式

(3)

假定Sxo=1,a=b=1,m=n=2,則

(4)

因此,根據(jù)巖石物理實驗獲得研究區(qū)Archie公式參數(shù),且在得知Rmf的前提下,可以根據(jù)成像測井資料求得Rxo大小,進而求得各電極對應的孔隙大小φi[16]。

圖2 成像測井孔隙度分布譜圖

統(tǒng)計一定窗長和步長內成像測井資料各電極電阻率,利用式(4)計算各電極對應孔隙大小φi,則可制作如圖2的孔隙度頻率分布譜,橫坐標為窗長內各電極電阻率對應孔隙大小,縱坐標為窗長內不同孔隙區(qū)間的頻數(shù)。可見同時發(fā)育原生、次生孔隙的儲層其成像孔隙度譜有前后2個峰,對應巖石中原生、次生孔隙的分布狀態(tài),前后2個譜峰之間存在一個低谷,將此處對應的孔隙大小定義為原生、次生孔隙的截止值,以截止值為界對累計頻率圖包絡線分段積分求得原生、次生占比,進而求得原生、次生孔隙度[17]。

2.2 高斯函數(shù)擬合法確定截止值

成像孔隙度譜具有正態(tài)分布特征,引入高斯函數(shù)擬合法表征其形態(tài)。假設成像測井孔隙度譜數(shù)據(jù)序列為(xi,yi),i=1,2,…,n,則高斯擬合函數(shù)可表示為

(5)

式中,A、B、C分別代表高斯曲線的峰高、峰位置和半寬度信息。對式(5)兩邊同時取自然對數(shù),得

(6)

y=ax2+bx+c

(7)

因數(shù)據(jù)序列取了自然對數(shù),所以數(shù)據(jù)序列變?yōu)?xi,lnyi),i=1,2,…,n,做出擬合函數(shù)與實測數(shù)據(jù)序列之差,得到差值函數(shù)Q。

(8)

根據(jù)最小二乘原理[18-19],Q(a,b,c)的極小值滿足

(9)

整理得到滿足最小均方誤差的正規(guī)方程

Gx′=m

(10)

式中,

因此,可求得系數(shù)A,B,C分別為

圖3 原生孔隙成像譜高斯擬合效果圖

圖4 溶蝕孔隙成像譜高斯擬合效果圖

圖5 生物體腔孔成像譜高斯擬合效果圖

基于高斯函數(shù)擬合法得到H油田3種儲集空間類型成像孔隙度譜的擬合曲線,擬合結果見圖3至圖5。通過擬合H油田3類儲集空間孔隙度譜確定原生、次生孔隙的截止值,發(fā)現(xiàn)同一類儲集空間的儲層段的截止值相近,可將各類平均值11.1%、19.5%、15.6%確定為發(fā)育原生孔隙、溶蝕孔隙、生物體腔孔儲層孔隙度譜的截止值,對孔隙度譜分段積分求得原生孔隙占比P和次生孔隙占比S。

(11)

(12)

成像孔隙度譜通過數(shù)據(jù)形式展現(xiàn)儲層孔徑尺寸等地質信息,確定孔隙度譜截止值反映儲層孔徑尺寸分布,原生、次生孔隙占比可定量表征原生、次生孔隙發(fā)育情況,因此,通過計算截止值與原生、次生孔隙占比,實現(xiàn)定量表征生物碎屑灰?guī)r儲集空間[20-22]。

2.3 測井資料表征儲集空間

測井資料具有連續(xù)探測、實時反映地層信息的特點,通過分析測井響應,建立其與地質信息的關系,連續(xù)評價儲集空間發(fā)育情況。通過鑄體薄片識別儲集空間類型時提取與其相關性強的測井曲線:聲波時差、密度、補償中子和T2幾何平均值,利用分析程序提取成像孔隙度譜,確定原生、次生孔隙截止值及其占比,分析原生、次生孔隙占比與儲集空間類型敏感參數(shù)相關性,組合多測井資料建立實用的儲集空間定量表征方法。

結合測井原理及敏感參數(shù)與成像測井計算次生孔隙占比結果的相關性,針對以粒間孔、晶間孔等原生孔隙為主的儲層,選取聲波時差和密度測井曲線作為建模參數(shù);針對發(fā)育生物體腔孔和溶蝕孔的儲層,選取密度和補償中子測井曲線作為建模參數(shù)?；邴溈涮胤ê屯ㄓ萌謨?yōu)化法建立式(13)～(15)計算公式,計算結果見圖6。3類儲集空間計算次生孔隙占比與成像孔隙度譜計算結果相關系數(shù)分別為0.87、0.94、0.91。利用成像孔隙度譜確定次生孔隙占比,分析常規(guī)測井與其相關性,建立次生孔隙占比計算公式,形成了一種高精度、適用于生物碎屑灰?guī)r儲集空間定量表征方法。

(13)

(14)

(15)

圖6 次生孔隙占比計算結果圖

3 應用實例

利用上述方法對N137井進行處理,結果見圖7。其中第7道為成像測井孔隙度譜分布圖像,第9道至第13道分別為巖心識別儲集空間類型、成像測井和常規(guī)測井確定原生和次生孔隙度、Fisher判別法識別儲集空間類型、核磁共振共振T2譜分布、截止值以及幾何平均值。由圖7可知,3 020～3 026 m(I段)巖心和測井識別儲集空間類型均以生物體腔孔為主,成像圖像呈現(xiàn)黃紅色夾雜黑褐色斑塊,孔隙度譜分布范圍較大且整體靠左,計算次生孔隙度較小,核磁共振T2譜呈雙峰中孔型分布,T2,LM較小,儲層段內孔隙度較大,次生孔隙較發(fā)育。3 030～3 044 m(II段)、3 087～3 128 m(IV段)巖心和測井識別儲集空間類型以溶蝕孔為主,成像圖像為紅褐色夾雜黑色團塊,II段孔隙度分布范圍大,IV段分布范圍小,二者整體均靠左,計算次生孔隙度大,核磁共振T2譜呈雙/多峰大孔型分布,T2,LM大,儲層段內孔隙度大且次生孔隙發(fā)育。3 058～3 063 m(III段)巖心和測井識別儲集空間類型均以原生孔為主,成像圖像呈現(xiàn)亮色背景夾雜紅褐色斑點,孔隙度譜分布范圍小且整體靠右,計算次生孔隙度小,核磁共振T2譜呈單峰中孔型分布,T2,LM小,儲層段內孔隙度小,次生孔隙不發(fā)育。

圖7 N137井綜合測井圖

表3為N137井基于成像、常規(guī)測井資料計算次生孔隙占比和次生孔隙度以及核磁共振T2譜幾何平均值的主要分布范圍。分析表3數(shù)據(jù)可知,利用式(15)至式(17)計算次生孔隙度與成像測井確定的次生孔隙占比結果相近,核磁共振T2幾何平均值也呈現(xiàn)出與儲集空間類型吻合的分布趨勢。

基于常規(guī)測井資料表征儲層次生孔隙發(fā)育情況與巖心資料、成像測井資料、核磁共振測井資料等多種資料均獲得一致的識別結論,較好的應用效果驗證了基于常規(guī)測井資料定量表征儲層次生孔隙度的方法在孔隙型生物碎屑灰?guī)r儲層的適用性,為儲集空間的定量表征提供了新的思路。

表3 次生孔隙度計算結果表

4 結 論

(1) 生物碎屑灰?guī)r儲集空間類型多樣,根據(jù)不同儲集空間的測井響應特征,提取敏感參數(shù),建立基于Fisher函數(shù)判別的儲集空間測井識別方法。

(2) 處理成像測井資料得到孔隙度譜,運用高斯函數(shù)擬合孔隙度譜提取原生和次生孔隙截止值及占比等參數(shù),實現(xiàn)基于成像測井資料定量表征儲層次生孔隙。

(3) 充分發(fā)揮成像測井定量表征次生孔隙精度高的優(yōu)勢,利用成像測井計算結果刻度常規(guī)測井響應特征,進而建立基于常規(guī)測井資料的儲層次生孔隙占比計算方法,擴展了常規(guī)測井在儲層次生孔隙評價中的應用,為儲集空間的定量表征提供了新的思路。

參考文獻:

[1] STEPHEN N E, SADOON M, LIU Y X, et al. Stylolites and Porosity in a Lower Cretaceous Limestone Reservoir, Onshore Abu Dhabi, U. A. E. [J]. Journal of Sedimentary Research, 2016, 86(10): 1228-1247.

[2] 范宜仁, 夏文豪, 鄧少貴, 等. 基于常規(guī)測井資料的碳酸鹽巖儲層級別劃分方法研究 [J]. 測井技術, 2009, 33(6): 535-538.

[3] MARK S, JEROEN A M K. Carbonate Petrophysical Rock Typing: Integrating Geological Attributes and Petrophysical Properties While Linking with Dynamic Behaviour [J]. Geological Society London Special Publications, 2014, 406(1): 229-259.

[4] 司馬立強. 碳酸鹽巖縫-洞性儲層測井綜合評價方法及應用研究 [D]. 成都: 西南石油大學, 2005.

[5] 李潮流, 周燦燦. 碎屑巖儲集層層內非均質性測井定量評價方法 [J]. 石油勘探與開發(fā), 2008, 35(5): 595-599.

[6] 鄧少貴, 王曉暢, 范宜仁. 裂縫性碳酸鹽巖裂縫的雙側向測井響應特征及解釋方法 [J]. 地球科學(中國地質大學學報), 2006, 31(6): 846-850.

[7] 徐敬領, 王貴文, 王亞靜, 等. 碳酸鹽巖儲層測井評價方法綜合研究 [J]. 石油物探, 2012, 51(5): 521-530.

[8] 王玉璽, 田昌炳, 高計縣, 等. 常規(guī)測井資料定量解釋碳酸鹽巖微相——以伊拉克北Rumaila油田Mishrif組為例 [J]. 石油學報, 2013, 34(6): 1088-1099.

[9] 周文, 郭睿, 伏美燕, 等. 伊拉克艾哈代布油田白堊系生物鑄?？准绑w腔孔發(fā)育的灰?guī)r儲層特征及成因分析 [J]. 巖石學報, 2014, 30(3): 813-821.

[10] EVANS D J, KINGDON A, HOUGH E, et al. First Account of Resistivity Borehole Micro-imaging (FMI) to Assessthe Sedimentology and Structure of the Preesall Halite, NW England: Implications for Gas Storage and Wider Applications in CCS CaprockAssessment [J]. Journal of the Grological Society, 2012, 169: 587-592.

[11] SINGER P M, MITCHELL J, FORDHAM E J. Characterizing Dispersivity and Stagnation in Porous Media Using NMR Flow Propagators [J]. Journal of Magnetic Resonance, 2016, 270: 98-107.

[12] 周彥球, 李曉輝, 范曉敏. 成像測井孔隙度頻譜技術與巖心孔隙分析資料對比研究 [J]. 測井技術, 2014, 38(3): 309-314.

[13] 李竹強, 范宜仁, 孫慶濤. 塔河油田碳酸鹽巖儲層FMI識別模式研究 [J]. 國外測井技術, 2010(2): 8-12.

[14] 陳紅江, 李夕兵, 劉愛華, 等. 用Fisher判別法確定礦井突水水源 [J]. 中南大學學報(自然科學版), 2009, 40(4): 1114-1120.

[15] 劉丹, 潘保芝, 房春慧, 等. 利用成像測井評價儲層孔隙空間的二維非均質性 [J]. 世界地質, 2014, 33(3): 640-646.

[16] 史飛洲, 王彥春, 陳劍光. 碳酸鹽巖地層電成像測井孔隙度譜截止值計算方法 [J]. 測井技術, 2016, 40(1): 60-64.

[17] ANSELMETTI F S, LUTHI S, EBERLI G P. Quantitative Characterization of Carbonate Pore Systems by Digital Image Analysis [J]. AAPG Bulletin, 1998, 82(10): 1815-1836.

[18] 聶玉峰, 王振海. 數(shù)值方法簡明教程 [M]. 北京: 高等教育出版社, 2011: 82-85.

[19] 裴少英. 多道伽馬能譜數(shù)據(jù)低能峰高斯分解方法 [D]. 北京: 中國地質大學(北京), 2005.

[20] 張振城, 孫建孟, 施振飛, 等. 測井資料評價次生孔隙的方法、原理及實例 [J]. 沉積學報, 2005, 23(4): 613-619.

[21] 王曉暢, 范宜仁, 張庚驥. 基于雙側向測井資料的裂縫孔隙度計算及其標定 [J]. 物探化探計算技術, 2008, 30(5): 377-380.

[22] ANSELMETTI F S, EBERLI G P. The Velocity-Deviation Log: A Tool to Predict Pore Type and Permeability Trends in Carbonate Drill Holes from Sonic and Porosity or Density Logs [J]. AAPG Bulletin, 1999, 83(3): 450-466.