趙杰, 付晨東, 王艷, 曾鑫, 孫建孟

(1.大慶油田有限責(zé)任公司勘探事業(yè)部, 黑龍江 大慶 163453; 2.大慶鉆探工程公司測井公司,黑龍江 大慶 163412; 3.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 山東 青島 266580)

0 引 言

松遼盆地齊家地區(qū)上白堊統(tǒng)青山口組(K2qn2+3)高臺子油層高三、高四油層組為三角洲前緣沉積,毗鄰青一段(K2qn1)湖相生油巖,近源致密油儲層廣泛發(fā)育,資源潛力大[1-2]。受物源和沉積環(huán)境的影響,致密油砂體厚度薄,與泥巖呈薄互層分布。研究表明,齊家地區(qū)致密油儲層巖性對含油性有明顯的控制作用,介形蟲層、(含鈣、含泥)粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為該區(qū)致密油賦存的主要巖性[1]。在砂泥巖薄互層發(fā)育層段計算致密油含油有利巖性占地層的比例稱之為砂地比。砂地比對致密油薄互層有利儲層識別和含油性評價具有重要意義。

受縱向分辨率的影響,自然伽馬等常規(guī)測井曲線不能有效識別和評價薄層。為此,許多學(xué)者分別從儀器研制、測井曲線處理和測井解釋等3個方面提出了相應(yīng)的解決方法:①研制具有高分辨率的測井儀器,如高分辨率電阻率測井儀[3]和聲電成像測井儀[4-5];②采用數(shù)學(xué)方法提高測井曲線的縱向分辨率,常用的數(shù)學(xué)方法有沃爾什函數(shù)法[6]、小波變換法[7]和分辨率匹配法[8]等;③在測井解釋上應(yīng)用模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等技術(shù)彌補數(shù)據(jù)采集和處理中的不足,使解釋結(jié)果的精度進一步提高[9]。

本文基于研究區(qū)3口取心井的巖心、測井資料,分析薄層的厚度、巖性和含油性特征,分別利用成像測井曲線和常規(guī)測井曲線計算致密油薄互層砂地比,以鉆井取心巖性描述檢驗成像測井砂地比,以成像測井砂地比檢驗常規(guī)測井砂地比,達(dá)到取心檢驗成像、成像檢驗常規(guī)的目的;分析了致密油地層砂地比與含油性的對應(yīng)關(guān)系。

1 致密油薄層特征

1.1 薄層厚度

研究區(qū)致密油薄層沉積微相以三角洲前緣的分流河道、河口壩和席狀砂為主[1],砂泥巖間互發(fā)育且砂層很薄。鉆井取心顯示高三油層組薄層平均厚度在0.5 m以下,高四油層組薄層平均厚度在0.3 m以下,地層非均質(zhì)性強。常規(guī)測井曲線受限于垂向分辨率,不能有效識別薄互層中的砂質(zhì)條帶。微電阻率掃描成像測井(FMI)垂向分辨率為0.2 in*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同,以顏色刻度電阻率,可以直觀反映井周地層巖性的變化[10];用淺側(cè)向電阻率標(biāo)定電成像,經(jīng)過濾波、匹配、擬合處理合成1條高分辨率成像電阻率曲線SRES[11],該曲線既保留了垂向的高分辨率,又能反映巖石電阻率。通過薄互層測井曲線響應(yīng)特征(見圖1)分析可以發(fā)現(xiàn),對于厚度大于1 m的薄層(4號和5號層)常規(guī)測井曲線能有效識別,對于厚度小的薄層(1號、2號和3號)除微球形聚焦測井有所反映外,其他常規(guī)測井曲線幾乎無反映。SRES曲線不僅能識別1～5號層,而且能通過電阻率的大小和變化反映地層的巖性和非均質(zhì)性。

1.2 薄層巖性

圖1 金281井薄互層測井曲線響應(yīng)特征

研究區(qū)致密油薄層巖性復(fù)雜,廣泛發(fā)育介形蟲層、粉砂巖、含鈣粉砂巖、含泥粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖7類巖性。受垂向分辨率的影響,常規(guī)測井曲線如自然伽馬和三孔隙度測井以及衍生的交會圖技術(shù)[12-13]對致密油薄層巖性識別能力較差。研究區(qū)幾口關(guān)鍵井有豐富的鉆井取心和電成像測井資料。對比鉆井取心巖性描述和電成像圖像,以取心巖性刻度電成像,有助于識別未取心井段的巖性。SRES曲線在電成像與鉆井取心對比過程中既可以對巖心數(shù)據(jù)進行深度校正,也能劃分不同巖性的電阻率截止值。巖性掃描測井不僅測量元素種類多,精度高,能區(qū)分方解石、白云石和測量地層的有機碳含量[14],對于研究區(qū)致密油薄層復(fù)雜巖性的識別是一種重要的補充。

以鉆井取心巖性描述為刻度,結(jié)合電成像、SRES曲線、巖性掃描測井和常規(guī)測井曲線,對研究區(qū)致密油薄層發(fā)育的7類巖性進行了識別(見表1、圖2)。

1.3 薄層含油性

鉆井取心含油產(chǎn)狀是巖心巖性、物性和含油性的綜合反映,分析巖心含油產(chǎn)狀與巖性、物性和電性的關(guān)系可為儲層下限研究和有效儲層識別提供參考依據(jù)[15]。依據(jù)含油面積和含油飽滿程度將致密油巖心含油產(chǎn)狀劃分為油浸、油斑、油跡、熒光和不含油5類,為研究致密油含油巖性下限,建立了巖心含油產(chǎn)狀與巖性的柱狀圖(見圖3、圖4)。

表1 7類巖性電阻率和巖性掃描礦物含量特征

圖3和圖4表明,研究區(qū)粉砂巖含油性最好,介形蟲層、含泥粉砂巖和含鈣粉砂巖含油性中等,泥質(zhì)粉砂巖含油性較差且不具油浸特征,鉆井取心只在金341井2個段共計1.57 m的巖心中見到含油產(chǎn)狀為油跡的粉砂質(zhì)泥巖,含油部位為砂質(zhì)條帶,其余粉砂質(zhì)泥巖和泥巖均不含油。綜合分析認(rèn)為,研究區(qū)致密油含油巖性下限為泥質(zhì)粉砂巖,巖性越純,砂質(zhì)含量越多,含油性越好。

2 利用成像測井SRES曲線計算砂地比

研究區(qū)致密油薄層特征分析表明,地層巖性越純,含油潛力越大。計算地層的砂地比可為有利儲層的識別提供依據(jù)。SRES曲線既能識別薄層,又能利用電阻率的變化區(qū)分薄層巖性,結(jié)合巖心含油產(chǎn)狀分析和表1得出致密油薄層含油電性下限為10 Ω·m?？梢岳肧RES曲線計算地層的砂地比。

2.1 砂地比計算

圖2 7類巖性測井曲線特征

圖3 不同含油產(chǎn)狀6類巖性巖心厚度統(tǒng)計圖

圖4 不同巖性4類含油產(chǎn)狀巖心厚度統(tǒng)計圖

SRES曲線每0.01 m有1個采樣點,實際處理時,通過構(gòu)建一定的窗長,計算窗長內(nèi)薄互層的砂地比。為對比砂地比計算結(jié)果,選取了0.1、0.5和1.0 m作為窗長,窗長表示砂地比的縱向分辨率;以10 Ω·m作為薄層含油電阻率下限,統(tǒng)計窗長內(nèi)電阻率大于10 Ω·m的采樣點數(shù)count(sand)和小于10 Ω·m的采樣點數(shù)count(shale)。

砂地比計算公式

(1)

(2)

式中,hsand為窗長內(nèi)的砂巖厚度;hshale為窗長內(nèi)的泥巖厚度;h表示SRES曲線的采樣間隔,為0.01 m;砂地比范圍為0.0～1.0,無量綱。實際計算時采用公式(2)計算窗長內(nèi)砂地比。

2.2 方法應(yīng)用

運用砂地比計算方法對研究區(qū)金281井2 178～2 190 m致密油薄互層段進行了處理(見圖5)。圖5中第3道為陣列感應(yīng)測井20、60和90 in電阻率曲線;第5道為SRES曲線;第6道為電成像靜態(tài)圖;第7道為巖性掃描測井解釋結(jié)果;第9～11道分別為0.1、0.5和1.0 m窗長砂地比。計算結(jié)果表明,砂地比曲線能準(zhǔn)確反映薄層巖性發(fā)育情況,曲線與電成像和鉆井取心對應(yīng)性好,砂地比越高,窗長內(nèi)砂巖累計厚度越大,含油性越好。窗長對砂地比計算影響明顯,窗長越小,砂地比曲線越能反映薄互層巖性的微小變化,窗長越大,曲線越平滑,縱向分辨率越低。應(yīng)用時可根據(jù)實際需要選擇計算窗長。

圖5 金281井致密油薄互層SRES曲線砂地比計算成果圖

3 常規(guī)測井計算砂地比

研究區(qū)測有成像資料的井較少,絕大多數(shù)井只有常規(guī)測井曲線,利用常規(guī)測井曲線計算致密油薄互層砂地比是測井儲層評價的一個挑戰(zhàn)。薄互層電阻率通常具有各向異性,水平電阻率Rh(導(dǎo)電方向與地層平行)和垂直電阻率Rv(導(dǎo)電方向與地層垂直)有一定的差異,該差異與砂巖、泥巖的電阻率以及厚度有關(guān)[16-17]?？苫诒』与娮杪矢飨虍愋詫で笊暗乇鹊亩坑嬎惴椒ā?/p>

3.1 薄互層電阻率各向異性模型

圖6 砂泥巖薄互層電阻率各向異性模型

圖6表示層內(nèi)均質(zhì)的砂泥巖薄互層電阻率各向異性模型,地層平行于水平方向,水平電阻率Rh表示導(dǎo)電方向與地層面平行的電阻率,砂巖和泥巖相當(dāng)于并聯(lián)導(dǎo)電[計算見式(3)]。垂直電阻率Rv表示導(dǎo)電方向與地層面垂直的電阻率,砂巖和泥巖相當(dāng)于串聯(lián)導(dǎo)電[計算見式(4)][18-20]。這2種導(dǎo)電方式中砂巖電阻率和泥巖電阻率對總電阻率的貢獻(xiàn)與它們的體積Vsd和Vsh有關(guān)。將垂直電阻率Rv與水平電阻率Rh的比值定義為電阻率各向異性系數(shù)λ。

(3)

垂直電阻率Rv=VsdRsd+VshRsh

(4)

各向異性系數(shù)λ=Rv/Rh

(5)

式中,Rsd表示砂巖電阻率;Rsh表示泥巖電阻率;Vsd表示砂巖相對體積;Vsh表示泥巖相對體積;λ表示各向異性系數(shù)。

在層段內(nèi),砂巖和泥巖相對體積滿足Vsh+Vsd=1。泥巖各向異性強,需要考慮泥巖水平電阻率Rsh,h和垂直電阻率Rsh,v的差異;認(rèn)為砂巖電阻率各向同性,水平和垂直電阻率均為Rsd。式(3)、式(4)進化為

(6)

Rv=(1-Vsh)Rsd+VshRsh,v

(7)

求得薄互層層狀泥質(zhì)體積

(8)

式中,a=Rh(Rsh,v-Rsh,h);b=2RhRsh,h-Rsh,vRsh,h-RhRv;c=Rsh,h(Rv-Rh)。

薄互層砂地比NTG(net to gross ratio),TNG

TNG=1-Vsh

(9)

圖7 金281井致密油薄互層砂地比計算成果圖

由感應(yīng)測井的測量原理,其測量的是地層水平電阻率[21],式(6)、式(7)中的Rh和Rsh,h可以直接從感應(yīng)測井曲線讀取。要計算地層的砂地比還需要知道地層的垂直電阻率Rv和泥巖的垂直電阻率Rsh,v。測井理論認(rèn)為側(cè)向測井電阻率的主要貢獻(xiàn)也是水平電阻率,但在實際測井條件下,側(cè)向測井的回路電極在井眼內(nèi),電流沿著水平方向流向地層后將沿著與地層垂直的方向流回回路電極,側(cè)向測井電阻率會受到垂向電阻率Rv的影響,使得同一深度點的側(cè)向電阻率與感應(yīng)電阻率不相等(見圖7),這種電阻率差異不僅受井徑的影響,而且與側(cè)向測井的探測深度有關(guān)。若井徑為8 in,各向異性(Rv/Rh)對深側(cè)向、淺側(cè)向、球形聚焦電阻率的影響表現(xiàn)為[18]

RLLd/RILd≈1.0+0.20ln (Rv/Rh)

(10)

RLLs/RILd≈1.0+0.33ln (Rv/Rh)

(11)

RSFL/RILd≈1.0+0.17ln (Rv/Rh)

(12)

式中,RLLd表示深側(cè)向電阻率;RLLs表示淺側(cè)向電阻率;RSFL表示球形聚焦電阻率。

考慮到深側(cè)向回路電極距發(fā)射電極較遠(yuǎn)受垂直電阻率Rv的影響小,球形聚焦測井探測深度淺受井眼和地層巖性影響大,采用淺側(cè)向電阻率RLLs和式(11)計算地層垂直電阻率Rv,計算公式為

(13)

利用式(13)可以求得地層的垂直電阻率Rh和純泥巖的垂直電阻率Rsh,v,進而結(jié)合式(6)至式(9)可以實現(xiàn)利用常規(guī)感應(yīng)電阻率和側(cè)向電阻率計算地層的砂地比。

3.2 模型應(yīng)用

圖8 砂地比與電阻率交會圖

圖7為金281井某致密油薄互層段(2 132～2 192 m)砂地比計算成果圖。從第4道、第5道側(cè)向、感應(yīng)測井電阻率的對比,側(cè)向電阻率大于感應(yīng)電阻率,說明側(cè)向電阻率受到了各向異性的影響。最后1道為側(cè)向、感應(yīng)電阻率計算的砂地比與SRES曲線計算的0.5 m窗長砂地比的對比。結(jié)果表明,砂地比曲線不僅與鉆井取心與電成像對應(yīng)性好,而且曲線之間對應(yīng)性也很好,能有效反映層段內(nèi)巖性的變化,驗證了基于薄互層電阻率各向異性模型計算砂地比的有效性。遵循巖心刻度測井的思想?yún)^(qū)分巖心含油產(chǎn)狀,建立了砂地比與電阻率的交會圖(見圖8),圖8中顯示,當(dāng)砂地比小于0.5、電阻率小于10 Ω·m地層不含油;當(dāng)砂地比大于0.5、電阻率大于10 Ω·m地層具有一定的含油性,尤其當(dāng)?shù)貙与娮杪蚀笥?2 Ω·m,地層的含油性好,鉆井取心含油性描述為油浸或油斑。在針對致密油薄互層的測井評價中可以結(jié)合砂地比和電阻率評價地層的含油性。砂地比高的地層脆性礦物含量高,地層砂地比的計算可為有利儲層識別和壓裂層段優(yōu)選提供一定的借鑒和參考。

4 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)致密油薄層厚度小,巖石類型多樣,需要借助于成像測井資料對薄層進行識別和對薄層巖性進行區(qū)分。研究區(qū)致密油薄層含油巖性下限為泥質(zhì)粉砂巖,巖性越純,含油性越好,計算地層的砂地比可為有利儲層識別提供依據(jù)。

(2) 研究區(qū)致密油薄層含油電阻率下限為10 Ω·m。應(yīng)用成像SRES曲線計算的砂地比能準(zhǔn)確反映致密油薄互層巖性發(fā)育情況,砂地比計算窗長越小,越能反應(yīng)地層的非均質(zhì)性。

(3) 基于薄互層電阻率各向異性模型,利用常規(guī)側(cè)向電阻率和感應(yīng)電阻率計算薄互層砂地比,計算結(jié)果與SRES曲線計算的砂地比對應(yīng)性好。砂地比與電阻率交會圖能有效區(qū)分致密油薄層的含油性,砂地比高的地層脆性礦物含量高,砂地比的計算可為致密油薄互層有利儲層識別和壓裂層段優(yōu)選提供一定的借鑒和參考。

參考文獻(xiàn):

[1] 施立志, 王卓卓, 張革, 等. 松遼盆地齊家地區(qū)致密油形成條件與分布規(guī)律 [J]. 石油勘探與開發(fā), 2015, 42(1): 44-50.

[2] 施立志, 王卓卓, 張永生. 松遼盆地齊家地區(qū)高臺子油層致密油分布及地質(zhì)特征 [J]. 天然氣地球科學(xué), 2014, 25(12): 1943-1950.

[3] 張又春, 任書俊. 高分辨率電阻率測井在勝利油田的應(yīng)用 [J]. 測井技術(shù), 2003, 27(4): 19-22.

[4] 趙軍, 李進福. 測井新技術(shù)在塔里木油田氣藏描術(shù)中的應(yīng)用 [J]. 天然氣地球科學(xué), 2004, 15(3): 285-289.

[5] 秦瑞寶, 魏丹. 利用成像測井技術(shù)評價砂泥巖薄互層有效厚度 [J]. 中國海上油氣, 2010, 22(5): 305-308.

[6] 運華云, 何長春. 薄層評價技術(shù)在勝利油田的應(yīng)用 [J]. 測井技術(shù), 1999, 23(6): 441-445.

[7] 方士軍. 基于小波理論的提高測井曲線分辨率方法研究 [D]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué), 2002.

[8] 蘇艷麗. 提高測井曲線分辨率的方法研究及應(yīng)用 [D]. 武漢: 長江大學(xué), 2012.

[9] 吳健. 薄層測井評價方法研究 [D]. 青島: 中國石油大學(xué)(華東), 2009.

[10] 王珺, 楊長春, 許大華, 等. 微電阻率掃描成像測井方法應(yīng)用及發(fā)展前景 [J]. 地球物理學(xué)進展, 2005, 20(2): 357-364.

[11] 徐潔. 聲電成像測井處理解釋方法研究及軟件實現(xiàn) [D]. 長春: 吉林大學(xué), 2010.

[12] 匡立春, 孫中春, 歐陽敏, 等. 吉木薩爾凹陷蘆草溝組復(fù)雜巖性致密油儲層測井巖性識別 [J]. 測井技術(shù), 2013, 37(6): 638-642.

[13] 劉國全, 賈麗, 李鳳霞, 等. 滄東凹陷致密油巖性識別方法研究 [J]. 特種油氣藏, 2014, 21(3): 18-22.

[14] 魏國, 張審琴, 侯淞譯. 巖性掃描測井技術(shù)在青海油田的應(yīng)用 [J]. 測井技術(shù), 2015, 39(2): 213-216.

[15] 路智勇, 韓學(xué)輝, 張欣, 等. 儲層物性下限確定方法的研究現(xiàn)狀與展望 [J]. 中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2016, 40(5): 32-42.

[16] 邊會媛. 砂泥巖薄互層電性各向異性及薄儲層綜合評價 [D]. 長春: 吉林大學(xué), 2012.

[17] 李金柱, 孫波. 利用常規(guī)測井和電成像資料評價薄層砂巖 [J]. 測井技術(shù), 2003, 27(1): 35-38.

[18] HAGIWARA T. “Macroscopic Anisotropy” Approach to Analysis of Thinly Laminated Sand/Shale Sequences: Sensitivity Analysis of Sand Resistivity Estimate and Environmental Corrections [J]. Society of Petroleum Engineers, 1997.

[19] FRENKEL M A, Geldmacher I M. Real-time Estimation of Resistivity Anisotropy Using Array Lateral and Induction Logs [C]∥Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2003.

[20] ZEA H, HAGIWARA T. Identifying and Quantifying Resistivity Anisotropy in Vertical Boreholes [C]∥SPWLA 40th Annual Logging Symposium. Society of Petrophysicists and Well-Log Analysts, 1999.

[21] 洪有密. 測井原理與綜合解釋 [M]. 東營: 石油大學(xué)出版社, 1993.