成家杰, 王文文, 侯振學(xué), 錢玉萍

(中海油田服務(wù)股份有限公司, 北京 101149)

0 引 言

許多學(xué)者對(duì)利用測井資料進(jìn)行儲(chǔ)層分類及產(chǎn)能評(píng)價(jià)作了探討。毛志強(qiáng)等[1]建立了利用儲(chǔ)層有效滲透率預(yù)測油層產(chǎn)能的數(shù)學(xué)模型并應(yīng)用于塔里木油田;葛百成等[2]以有效孔隙度、滲透率、含油飽和度及有效厚度為主要評(píng)價(jià)參數(shù),對(duì)油層的自然產(chǎn)能進(jìn)行了預(yù)測評(píng)價(jià);秦緒英等[3]根據(jù)測井資料重構(gòu)天然氣有效儲(chǔ)層特征曲線,探索了根據(jù)測井資料評(píng)價(jià)天然氣產(chǎn)能的方法。近年來的一些研究[4-6]也表明,利用測井資料進(jìn)行儲(chǔ)層產(chǎn)能評(píng)價(jià)是可行有效的,但致密儲(chǔ)層的產(chǎn)能預(yù)測仍存在困難。

鄂爾多斯盆地B區(qū)塊勘探目的層主要為上古生界地層,自下而上發(fā)育著石炭系本溪組、二疊系太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組及石千峰組,巖性主要為砂巖、泥巖及煤層。通過近幾年的勘探,該區(qū)致密砂巖氣取得了一定勘探成果。研究表明,儲(chǔ)層產(chǎn)能的高低與儲(chǔ)層品質(zhì)密切相關(guān)[4]。為此,在初步認(rèn)識(shí)了氣層產(chǎn)能變化規(guī)律的基礎(chǔ)上,利用測井資料對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分類并評(píng)價(jià)氣層產(chǎn)能。

通過分析巖性參數(shù)(自然伽馬、自然電位)、電性參數(shù)(深電阻率等)和物性參數(shù)(密度、縱波時(shí)差、中子)與儲(chǔ)層產(chǎn)能的關(guān)系發(fā)現(xiàn),物性參數(shù)特別是密度曲線與儲(chǔ)層產(chǎn)能關(guān)系最密切;巖性參數(shù)在一定程度上能夠輔助判別有效儲(chǔ)層;對(duì)于電性參數(shù),無論是深電阻率曲線,還是能夠反映地層滲透性的深、淺電阻率測量值之比,都與儲(chǔ)層產(chǎn)能關(guān)系不明顯;儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)產(chǎn)能有一定影響。據(jù)此,建立了基于常規(guī)測井曲線的儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)。由于大部分儲(chǔ)層需經(jīng)壓裂才能形成產(chǎn)能,而巖石脆性對(duì)儲(chǔ)層壓裂效果有一定影響,在利用物性參數(shù)建立產(chǎn)能預(yù)測模型時(shí)引入脆性因子,產(chǎn)能預(yù)測效果良好。

圖1 kSP、GR、ZDEN及Δt與儲(chǔ)層單位厚度產(chǎn)氣量關(guān)系*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

1 儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)

1.1 含氣儲(chǔ)層敏感參數(shù)分析

1.1.1 巖性參數(shù)

以自然伽馬GR及自然電位因子kSP為代表,分析巖性參數(shù)與產(chǎn)氣量關(guān)系。其中,kSP定義為(VSP,max-VSP)/(VSP,max-VSP,min)。由于研究區(qū)塊地層水礦化度高,而泥漿礦化度較低,為淡水泥漿,故在砂巖滲透性儲(chǔ)層自然電位曲線呈現(xiàn)負(fù)差異。由圖1可以看出,kSP越大,亦即VSP曲線負(fù)差異幅度越大,儲(chǔ)層滲透性越強(qiáng),產(chǎn)氣量越高;GR越大,也即泥質(zhì)含量越多,產(chǎn)氣量越小。但是,以上關(guān)系只呈現(xiàn)出一定趨勢,相關(guān)性并不強(qiáng),可作為有效儲(chǔ)層的輔助判別依據(jù),不具備直接定量評(píng)價(jià)的作用。

1.1.2 物性參數(shù)

物性參數(shù)綜合反映的是儲(chǔ)層孔隙度,其數(shù)值的大小是影響和決定儲(chǔ)層所含流體多少及產(chǎn)能高低的重要因素。儲(chǔ)層孔隙度越大,所含流體越多,因此,儲(chǔ)層孔隙度的大小標(biāo)志著儲(chǔ)層產(chǎn)液能量的大小[2]。一般來說,高孔隙度儲(chǔ)層的產(chǎn)能較高,中、低孔隙度儲(chǔ)層的產(chǎn)能較低,故建立產(chǎn)能預(yù)測模型時(shí)使用體現(xiàn)儲(chǔ)層物性的孔隙度參數(shù)。中子CNCF與儲(chǔ)層產(chǎn)能關(guān)系不明顯,密度ZDEN及縱波時(shí)差Δt與產(chǎn)氣量有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系且ZDEN相關(guān)性最好(見圖1)。分析發(fā)現(xiàn)天然氣有效儲(chǔ)層,密度測井值一般小于2.55 g/cm3,密度測井值大于2.55 g/cm3的層段基本不含氣,呈現(xiàn)出物性控制含氣性特點(diǎn)。

1.1.3 非均質(zhì)性

選取自然伽馬、深電阻率和密度曲線考察儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)產(chǎn)能的影響。非均質(zhì)性采用偏差系數(shù)表征

(1)

式中,Ki為不同采樣深度的測井值;K為采樣深度段內(nèi)的測井平均值;n為采樣個(gè)數(shù);Vk為偏差系數(shù)。

直接對(duì)比多個(gè)測試層位的3個(gè)反映物性、巖性、電性的測井參數(shù)的偏差系數(shù)(ANIZDEN、ANIGR、ANIM2RX)與每米產(chǎn)氣量(J)的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)并無明顯規(guī)律;而將ANIZDEN、ANIGR、ANIM2RX按VSP、GR形態(tài)分類后對(duì)比其與J的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)電阻率非均質(zhì)性與產(chǎn)氣量關(guān)系不明顯,自然伽馬及密度非均質(zhì)性與產(chǎn)氣量存在較好的關(guān)系。圖2顯示了自然伽馬偏差系數(shù)ANIGR及密度偏差系數(shù)ANIZDEN與每米產(chǎn)氣量J的關(guān)系:①VSP負(fù)異常且GR形態(tài)為箱形時(shí),產(chǎn)氣量較高,為有效儲(chǔ)層。②VSP負(fù)異常且GR形態(tài)為非箱形時(shí),產(chǎn)氣量隨著自然伽馬及密度非均質(zhì)性的增強(qiáng)而降低。③VSP異常不明顯時(shí),產(chǎn)氣量極低,基本為干層?？梢钥吹?在VSP負(fù)異常、GR形態(tài)為非箱形時(shí),儲(chǔ)層非均質(zhì)性影響著產(chǎn)氣量。

圖2 非均質(zhì)性與儲(chǔ)層單位厚度產(chǎn)氣量關(guān)系

1.2 儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)

統(tǒng)計(jì)測井計(jì)算孔隙度與儲(chǔ)層每米產(chǎn)氣量的關(guān)系后發(fā)現(xiàn),孔隙度大于8.6%時(shí),測試一般高產(chǎn);孔隙度介于6.6%～8.6%時(shí),高、中、低產(chǎn)情況皆有出現(xiàn);孔隙度小于6.6%時(shí),測試低產(chǎn)。

將儲(chǔ)層劃為I、II、III類儲(chǔ)層,每米產(chǎn)氣量分別為大于2 000 m3、500～2 000 m3之間和小于500 m3。

前文提到密度與產(chǎn)量相關(guān)性最好,以密度曲線為主,結(jié)合其他測井曲線考察其與儲(chǔ)層類別關(guān)系(見圖3)。①當(dāng)ZDEN≤2.52 g/cm3,為I類儲(chǔ)層;②當(dāng)ZDEN≥2.56 g/cm3,為III類儲(chǔ)層;③當(dāng)2.52 g/cm3

圖3 測井參數(shù)與儲(chǔ)層類別關(guān)系

儲(chǔ)層類別ZDEN/(g·cm-3)Δt/(μs·ft-1)GR/APICNCF/%VSP形態(tài)GR形態(tài)ANIGRANIZDENI類<2.56≥64<54>8負(fù)異常箱形--非箱形<0.2<0.25II類2.52～2.56≥64≥ 54>8負(fù)異常非箱形0.2～0.250.25～0.3III類>2.52≤72--負(fù)異常非箱形>0.25>0.3異常不明顯---

2 產(chǎn)能預(yù)測模型

2.1 物性

儲(chǔ)層物性對(duì)產(chǎn)能起著至關(guān)重要的作用,在常規(guī)測井資料上的反映是計(jì)算孔隙度,故對(duì)測試層位較多的上、下石盒子組和太原組進(jìn)行了孔隙度與產(chǎn)氣量的關(guān)系擬合(見圖4)。

太原組:J=2×10-11×φ16.27

R2=0.6318

(2)

上、下石盒子組:J=0.0075×φ5.6237

R2=0.7181

(3)

圖4 孔隙度與儲(chǔ)層單位厚度產(chǎn)氣量關(guān)系

圖5 脆性因子與儲(chǔ)層單位厚度產(chǎn)氣量關(guān)系

從圖4看出,當(dāng)孔隙度較大時(shí),有效厚度每米產(chǎn)氣量較高;當(dāng)孔隙度較小時(shí),相應(yīng)產(chǎn)氣量較低;而當(dāng)孔隙度介于中間(6.6%～8.6%)時(shí),產(chǎn)能變化較大,高、中、低產(chǎn)情況皆有出現(xiàn),產(chǎn)能與孔隙度關(guān)系較為模糊。

2.2 脆性

由于大部分致密氣儲(chǔ)層需經(jīng)壓裂改造,故考慮壓裂對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)能造成的影響,而巖石脆性在一定程度上能夠反映儲(chǔ)層受壓裂改造的難易程度。巖石脆性是泊松比和彈性模量的綜合,結(jié)合起來能夠反映巖石在應(yīng)力(泊松比)下破壞和一旦巖石破裂時(shí)維持一個(gè)裂縫張開(彈性模量)的能力[7-8]。就泊松比而言,其值越低,巖石越脆,并且當(dāng)彈性模量值增加時(shí),巖石將更脆[7-8]。

現(xiàn)用泊松比和彈性模量組成的歸一化后的脆性因子反映儲(chǔ)層的可壓裂性

(4)

圖5(a)為太原組和上、下石盒子組測試層位的脆性因子與產(chǎn)氣量關(guān)系圖。從圖5(a)中無法看出脆性與產(chǎn)能的直接關(guān)系。不過,圖5(a)顯示太原組巖石脆性相較上、下石盒子組總體要大,這也是太原組雖然物性不及上、下石盒子組大,但往往出現(xiàn)高產(chǎn)層的一個(gè)原因。由于上、下石盒子組測試層位較多,主要對(duì)這2個(gè)層組進(jìn)行考察。將其中等孔隙度(6.6%～8.6%)的層位抽離出來,考察脆性與產(chǎn)能關(guān)系。圖5(b)為這些層位巖石脆性因子與每米產(chǎn)氣量關(guān)系,可以看出總體上儲(chǔ)層產(chǎn)能與巖石脆性為正相關(guān)關(guān)系。故對(duì)于上、下石盒子組,當(dāng)儲(chǔ)層孔隙度介于6.6%～8.6%之間時(shí),根據(jù)脆性因子也得到一個(gè)產(chǎn)能預(yù)測結(jié)果,并將其引入到產(chǎn)能預(yù)測模型中來。

2.3 綜合預(yù)測

將孔隙度預(yù)測的每米日產(chǎn)氣量定義為J1,脆性因子預(yù)測的每米日產(chǎn)氣量定義為J2。定義一個(gè)脆性調(diào)節(jié)指示A,包含2個(gè)值:1和-1,當(dāng)J2>J1,A=1;當(dāng)J2

圖6為上、下石盒子組中等孔隙度(6.6%～8.6%)層位產(chǎn)能預(yù)測與測試情況。當(dāng)A=1,即J2>J1時(shí),孔隙度產(chǎn)能預(yù)測結(jié)果偏低,實(shí)際的測試產(chǎn)能比J1高;當(dāng)A=-1,即J2

圖6 上、下石盒子組部分層位產(chǎn)能預(yù)測與測試情況

為此,構(gòu)建J2/J1這樣一個(gè)變量,將物性、脆性綜合在一起,考察其與實(shí)際測試產(chǎn)能的關(guān)系(見圖7),發(fā)現(xiàn)二者間有著較好的關(guān)系

J=483.64(J2/J1)1.6281R2=0.7858

(5)

圖7 J2/J1與測試產(chǎn)能關(guān)系

用該模型重新對(duì)上、下石盒子組7個(gè)層位進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測,引入脆性因子的綜合產(chǎn)能預(yù)測結(jié)果與測試產(chǎn)能更為接近(見圖8)。

圖8 預(yù)測產(chǎn)能與測試產(chǎn)能對(duì)比

對(duì)于孔隙度稍大(>8.6%)的儲(chǔ)層,物性是主控因素,主要利用孔隙度模型進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測;只有當(dāng)脆性很小時(shí),才對(duì)物性預(yù)測結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),脆性因子<0.35時(shí),實(shí)際測試產(chǎn)能比孔隙度預(yù)測產(chǎn)能低50%左右。

因此,在實(shí)際產(chǎn)能評(píng)價(jià)應(yīng)用中,當(dāng)孔隙度介于6.6%～8.6%時(shí),使用引入了脆性的式(5)的預(yù)測模型;當(dāng)孔隙度大于8.6%時(shí),使用主要利用物性的式(2)或式(3)預(yù)測模型,當(dāng)脆性因子<0.35時(shí),對(duì)預(yù)測結(jié)果作降低50%的調(diào)節(jié)。最后,考慮產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)變化,實(shí)際預(yù)測產(chǎn)量范圍定為預(yù)測值的±30%內(nèi)。

此外,中子密度交會(huì)孔隙度與中子孔隙度的差值與產(chǎn)氣量有著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系:當(dāng)φ-CNCF<-4,即中子密度曲線交會(huì)較差時(shí),每米產(chǎn)氣量一般小于1 000 m3;當(dāng)φ-CNCF>2,也即中子密度曲線交會(huì)較好時(shí),每米產(chǎn)氣量一般大于2 000 m3。

3 應(yīng)用實(shí)例

對(duì)B區(qū)塊上、下石盒子組3個(gè)層位進(jìn)行了產(chǎn)能評(píng)價(jià)(見圖9)。這3個(gè)層位的物性變化較大,平均孔隙度在7.1%～14.9%之間,從測井曲線來看,a層最好,b、c層較差,結(jié)合脆性因子,對(duì)這3個(gè)層位進(jìn)行了產(chǎn)能預(yù)測。

a層物性較好,孔隙度較大為14.9%,且中子密度曲線交會(huì)明顯,為I類儲(chǔ)層。根據(jù)物性參數(shù)預(yù)測的產(chǎn)能較高,每米產(chǎn)氣量為29 697 m3;但該儲(chǔ)層脆性因子較小為0.28,會(huì)對(duì)壓裂效果造成一定影響。經(jīng)過儲(chǔ)層物性與脆性綜合評(píng)價(jià),該層最終預(yù)測每米產(chǎn)氣量為14 848 m3。結(jié)合儲(chǔ)層厚度和產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)范圍,預(yù)測該層產(chǎn)量為87 308～162 144 m3/d。經(jīng)測試,該層產(chǎn)量為36 180～95 182 m3/d,最高129 120 m3/d,與預(yù)測結(jié)果吻合。

b層平均孔隙度為9.2%,脆性因子為0.42,反映該儲(chǔ)層巖石為中等脆性,綜合二者預(yù)測該層每米產(chǎn)氣量為1 973 m3;但從中子密度曲線交會(huì)情況來看,該層含氣性差,每米產(chǎn)氣量應(yīng)小于1 000 m3。最終預(yù)測該層產(chǎn)量為小于6 300 m3/d。該層測試結(jié)論為氣微量,與預(yù)測結(jié)果基本一致。

c層測井曲線反映該層非均質(zhì)性強(qiáng);中子密度曲線反映該層含氣性差,每米產(chǎn)氣量應(yīng)小于1 000 m3。該層平均孔隙度為7.1%,根據(jù)物性參數(shù)預(yù)測的每米產(chǎn)氣量為459 m3,脆性因子預(yù)測的儲(chǔ)層產(chǎn)能比前者高,說明實(shí)際產(chǎn)能應(yīng)比物性預(yù)測產(chǎn)能高,調(diào)節(jié)該層的每米產(chǎn)氣量為697 m3。最終預(yù)測該層產(chǎn)量為6 343～11 779 m3/d。該層測試產(chǎn)量7 000～10 000 m3/d。預(yù)測結(jié)果較好地反映了儲(chǔ)層的實(shí)際產(chǎn)能。

圖9 產(chǎn)能預(yù)測層位測井曲線圖

4 結(jié) 論

(1) 物性參數(shù)尤其是密度曲線與儲(chǔ)層產(chǎn)能關(guān)系最密切,巖性和非均質(zhì)性參數(shù)在一定程度上能夠輔助判別有效儲(chǔ)層。

(2) 綜合物性、巖性和非均質(zhì)性參數(shù)制定了儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn),能夠?qū)?chǔ)層進(jìn)行準(zhǔn)確分類。

(3) 考慮了儲(chǔ)層壓裂改造對(duì)產(chǎn)能的影響,綜合儲(chǔ)層物性和脆性參數(shù)構(gòu)建產(chǎn)能預(yù)測模型,對(duì)3個(gè)不同類型的層位進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測,應(yīng)用效果良好。

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