張國(guó)棟

(中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司 上海 200335)

氣測(cè)錄井全量正演計(jì)算方法判別低孔低滲儲(chǔ)層含氣性*

張國(guó)棟

(中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司 上海 200335)

低孔低滲儲(chǔ)層流體性質(zhì)識(shí)別一直是東海盆地西湖凹陷近年勘探中的一大難題。分析認(rèn)為，此類儲(chǔ)層滲透率低，鉆進(jìn)過程中孔隙內(nèi)的氣體不易被鉆井液濾液驅(qū)替，地下破碎巖石中的氣量與Flair錄井儀實(shí)測(cè)氣測(cè)全量值有很好的一致性。基于此，本文提出通過測(cè)井總孔隙度、含氣飽和度，結(jié)合地層壓力和鉆井參數(shù)進(jìn)行氣測(cè)錄井全量正演計(jì)算，并與實(shí)測(cè)氣測(cè)全量值進(jìn)行對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確判別低孔低滲儲(chǔ)層流體性質(zhì)和直接評(píng)價(jià)低孔低滲儲(chǔ)層含氣性的目標(biāo)。東海盆地西湖凹陷應(yīng)用表明，本文提出的氣測(cè)錄井全量正演計(jì)算方法合理可行且具有通用性，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

低孔低滲儲(chǔ)層；Flair錄井儀；氣測(cè)全量；正演計(jì)算；含氣性評(píng)價(jià)；西湖凹陷；東海盆地

近年來(lái)，東海陸架盆地西湖凹陷中央構(gòu)造帶發(fā)現(xiàn)了厚度大、分布廣的低孔低滲儲(chǔ)層，該類儲(chǔ)層孔隙度多在15%以下，滲透率一般小于10 mD，發(fā)育深度多位于3 500 m以下[1-2]。與常規(guī)物性的儲(chǔ)層相比，此類儲(chǔ)層含氣性識(shí)別有兩大難點(diǎn)：一是氣測(cè)全量Tg值受鉆井工程參數(shù)因素影響大，絕對(duì)值較低，氣測(cè)異常不明顯；二是儲(chǔ)層巖性復(fù)雜，孔隙度低，測(cè)井資料中子-密度交會(huì)幅度低，含氣性指示不明顯，同時(shí)一些新地層往往缺少準(zhǔn)確的地層水礦化度數(shù)據(jù)，利用常規(guī)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行流體性質(zhì)判別存在較大的不確定性[3-5]。為了進(jìn)一步確定流體性質(zhì)，在西湖凹陷做了大量的電纜測(cè)壓取樣工作，但是受儲(chǔ)層物性和作業(yè)環(huán)境的影響，很難取得有效樣品[6]。

為能快速、準(zhǔn)確地判定儲(chǔ)層流體性質(zhì)，本文提出了通過計(jì)算鉆井液中氣體含量與實(shí)測(cè)氣測(cè)全量值對(duì)比的方法來(lái)判別儲(chǔ)層流體性質(zhì)的新思路，實(shí)現(xiàn)該方法需要2個(gè)基本條件：①使用Flair氣測(cè)錄井儀系統(tǒng)，該儀器測(cè)量參數(shù)統(tǒng)一，數(shù)據(jù)精度高；②已經(jīng)進(jìn)行常規(guī)測(cè)井，獲得了儲(chǔ)層總孔隙度和含氣飽和度數(shù)據(jù)資料，并且了解地層壓力數(shù)據(jù)。

1 Flair氣測(cè)錄井儀現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)流程

Flair氣測(cè)錄井儀是21世紀(jì)初法國(guó)地質(zhì)服務(wù)公司推出的地層流體實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)由4個(gè)部分組成，分別是FLEX萃取器、氣體傳輸組件、電路控制設(shè)備和氣體檢測(cè)設(shè)備。相比于常規(guī)的錄井儀器，F(xiàn)lair錄井儀具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)[7-8]：

1) 定量、恒溫脫氣，每次脫氣的鉆井液體積為300 cm3，加熱至70 ℃,這樣保證了脫氣條件的一致性。

2) 專用氣管線，不受吸附作用影響；恒定負(fù)壓(28 kPa)、恒定流速(500 cm3/min)傳送，保證了C5—C8組分順利傳送到檢測(cè)系統(tǒng)。

3) 雙氣路，分別進(jìn)行鉆井液出口和入口兩路氣體的檢測(cè)，避免了鉆井液殘余氣的影響。

4) 色譜、質(zhì)譜檢測(cè)，分析組分全、精度高。

所以Flair錄井儀恒流、恒溫和恒壓的設(shè)計(jì)理念，確保了全井段不同深度點(diǎn)氣測(cè)測(cè)量條件的一致性，進(jìn)而確保了數(shù)值的準(zhǔn)確性和可對(duì)比性。

圖1是Flair氣測(cè)錄井系統(tǒng)氣測(cè)全量Tg檢測(cè)流程示意圖。巖石被PDC鉆頭碾磨破碎后，巖屑和巖石孔隙中的流體隨鉆井液一起返出井口，從喇叭口進(jìn)入高架槽，錄井儀脫氣系統(tǒng)抽取鉆井液并加熱至恒定溫度70 ℃；然后以300 cm3的恒定體積進(jìn)行脫氣，鉆井液中脫出的氣體進(jìn)入輸氣管線，管線的恒定壓力是28 kPa，管線的恒定流量是500 cm3/min，儀器測(cè)量得到的Tg值就是500 cm3氣體中烴類氣體所占的百分比。若鉆井液中脫出的氣量不足以達(dá)到28 kPa，脫氣系統(tǒng)的進(jìn)氣孔則補(bǔ)入一定量的空氣，使管線中壓力達(dá)到28 kPa；若脫出的烴類氣體使管線壓力超過了28 kPa，出氣口則自動(dòng)放氣，此時(shí)測(cè)到的Tg氣測(cè)全量為100%。

圖1 Flair氣測(cè)錄井系統(tǒng)氣測(cè)全量Tg檢測(cè)流程示意圖Fig.1 Total gas detection processing sketch map of Flair mud logging system

2 氣測(cè)全量Tg正演計(jì)算方法

若某一深度鉆井速度為v0，那么單位時(shí)間t內(nèi)破碎的巖石體積是

V巖石=πr2v0t

(1)

式(1)中：r為井眼半徑，m；v0為鉆速，m/min；t為鉆進(jìn)時(shí)間，min；V巖石為破碎巖石總體積，m3。

井下巖石破碎后，釋放的氣體體積V氣為

V氣=V巖石φSg

(2)

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，將井筒中的氣體體積換算為地表體積，所以地表狀態(tài)下的氣體體積為

(3)

式(3)中：p地下為鉆開地層的孔隙壓力，Pa；T地下為鉆開的地層溫度，K，該溫度可根據(jù)地溫梯度求得；p地表為地表大氣壓力,Pa；T地表鉆井液為脫氣罐鉆井液的溫度，為343.15 K。

單位時(shí)間t內(nèi)循環(huán)的鉆井液量V鉆井液=F排量×t，即巖石破碎后的氣體全部分散在鉆井液中。根據(jù)以上公式，可以計(jì)算出地表鉆井液天然氣的體積濃度：

(4)

如前所述，F(xiàn)lair錄井儀脫氣系統(tǒng)管線壓力為28 kPa；每次脫氣取的鉆井液體積為300 cm3，脫氣管線的流量為500 cm3/min；同理根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，由公式(5)就可以計(jì)算出地下烴類氣體在管線所占的體積百分比，即氣測(cè)全量Tg計(jì)算。

(5)

將式(1)～(4)代入式(5)，可以得到Tg計(jì)算公式:

Tg計(jì)算=300p大氣壓T管線p地下πr2v0tφSgT地表鉆井液/

(500p管線T地表鉆井液F流量tp地表T地下+

500p管線T地表鉆井液p地下πr2v0tφSgT地下鉆井液)

(6)

式(6)中涉及3個(gè)和地層因素相關(guān)的變量，即孔隙度、含氣飽和度和地層壓力系數(shù)，其中孔隙度為中子-密度交會(huì)總孔隙度，精度較高，地層壓力系數(shù)可以通過實(shí)測(cè)和區(qū)域?qū)Ρ鹊玫?，相?duì)也比較準(zhǔn)確。如果計(jì)算得到的氣測(cè)全量和實(shí)測(cè)的氣測(cè)全量吻合，說(shuō)明給定的含氣飽和度值是準(zhǔn)確的；如果計(jì)算值大于實(shí)測(cè)值，說(shuō)明給定的含氣飽和度偏高，反之，給定的含氣飽和度偏低。

需要說(shuō)明的是，計(jì)算Tg值與實(shí)測(cè)Tg值進(jìn)行對(duì)比時(shí)有一個(gè)潛在條件，認(rèn)為某一深度分散在鉆井液中的氣體被100%脫出，即實(shí)測(cè)Tg值能夠真實(shí)反映鉆井液中的含氣量。

如果將Tg值作為已知量，在儲(chǔ)層孔隙度和地層壓力確定的情況下，就可以直接利用式(7)計(jì)算儲(chǔ)層含氣飽和度，從而實(shí)現(xiàn)通過氣測(cè)值定量評(píng)價(jià)儲(chǔ)層含氣飽和度的方法。

Sg=500Tgp管線T地表F流量tp地表T地下/

(300p大氣壓T管線p地下πr2v0tφT地表-

500Tgp管線T地表鉆井液p地下πr2v0tφT地下)

(7)

低孔低滲儲(chǔ)層巖性致密，可鉆性差，鉆速慢，目前普遍采用的PDC鉆頭具有強(qiáng)碾磨性，可將巖石全部變成粉末狀，確保巖石孔隙中的氣體絕大部分分散到了鉆井液液體中，有利于氣體的捕集檢測(cè)，對(duì)氣測(cè)全量的正演計(jì)算有利。

3 應(yīng)用效果

3.1 方法驗(yàn)證

W構(gòu)造是西湖凹陷鉆探的第一個(gè)低孔低滲氣田，主要目地層為花港組H3、H4、H5、H6砂層組；該構(gòu)造W1-1井H3層鉆速僅2～3 m/h，氣測(cè)全量檢測(cè)值范圍為1%～3%，相比常規(guī)氣層氣測(cè)全量值范圍(為30%～50%)降低了90%以上，隨鉆檢測(cè)期間判斷該層含氣性和物性較差，但是鉆后MDT取樣證實(shí)該層段儲(chǔ)層含氣， DST測(cè)試日產(chǎn)氣39.3萬(wàn)m3/d，為高產(chǎn)氣層。

基于W1-1井測(cè)井中子-密度總孔隙度、飽和度、地層壓力數(shù)據(jù)，結(jié)合鉆井工程參數(shù)，對(duì)該井進(jìn)行了氣測(cè)全量正演計(jì)算，其中H3砂層組3 606～3 650 m井段的測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)成果圖如圖2所示。從圖2可以看出，氣測(cè)全量Tg實(shí)測(cè)值與正演計(jì)算值相近，二者曲線重合良好，驗(yàn)證了氣測(cè)正演計(jì)算方法的可行性，同時(shí)也說(shuō)明對(duì)該層含氣飽和度的測(cè)井解釋是合理準(zhǔn)確的。

3.2 應(yīng)用實(shí)例

W1-1井H3C層3 838～3 865 m井段測(cè)井資料初次解釋結(jié)論為上部干層、下部氣層，如圖3所示。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該層的含氣性，對(duì)該井H3C層進(jìn)行了氣測(cè)全量正演計(jì)算，結(jié)果顯示，氣測(cè)全量Tg正演計(jì)算值明顯大于實(shí)測(cè)值，說(shuō)明該層測(cè)井解釋的含氣飽和度明顯偏高。因此，利用實(shí)際的氣測(cè)Tg值，結(jié)合測(cè)井孔隙度數(shù)據(jù)，通過式(7)計(jì)算得出該層自上而下含氣飽和度從15%逐漸變?yōu)?%，認(rèn)為該層下部綜合解釋為水層比較合適。之后，在同一構(gòu)造、距離W1-1井西南方向3.8 km處鉆探了第二口評(píng)價(jià)井W1-3井，該井在3 847.79 m進(jìn)行了MDT泵抽取樣，泵抽結(jié)果證實(shí)該位置為純水層。

圖2 西湖凹陷W1-1井H3層Tg計(jì)算值與實(shí)際測(cè)量值對(duì)比Fig.2 Comparison between the calculated Tg and the measured Tg of H3 zone in Well W1-1，Xihu sag

圖3 西湖凹陷W1-1井H3C層測(cè)井曲線組合Fig.3 Conventional logging data set of H3C zone in Well W1-1，Xihu sag

圖4是W1-1及W1-3井的連井對(duì)比圖，海拔深度對(duì)齊后顯示W(wǎng)1-1井3 851 m以下應(yīng)該為水層，這個(gè)結(jié)果與通過氣測(cè)Tg計(jì)算的含氣飽和度是一致的，也證明通過式(7)計(jì)算含氣飽和度的方法是合理的，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

此外，對(duì)于新探區(qū)的儲(chǔ)層解釋，測(cè)井資料解釋方法由于缺少巖電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，難以獲取儲(chǔ)層的a、b、m、n值以及地層水礦化度，所以根據(jù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)很難求得準(zhǔn)確的儲(chǔ)層含氣飽和度。在這種情況下，如果已經(jīng)進(jìn)行孔隙度測(cè)井，求得較為準(zhǔn)確的儲(chǔ)層孔隙度數(shù)據(jù)，就可以將含氣飽和度取經(jīng)驗(yàn)下限值，如40%，將地層壓力系數(shù)取1，根據(jù)式(6)計(jì)算氣測(cè)全量Tg值。如果Tg計(jì)算值大于實(shí)測(cè)值，說(shuō)明該儲(chǔ)層達(dá)不到氣層標(biāo)準(zhǔn)；如果Tg計(jì)算值小于實(shí)測(cè)值,同時(shí)地層壓力相差不大，則說(shuō)明該儲(chǔ)層極有可能是氣層。

如圖5所示，W17-1井H5層是一個(gè)新層，儲(chǔ)層a、b、m、n等參數(shù)和地層水礦化度不詳，加之儲(chǔ)層物性差，測(cè)井孔隙度中子-密度曲線交會(huì)不明顯，同時(shí)電阻率曲線呈上高下低，而實(shí)測(cè)氣測(cè)曲線呈上低下高，因此依據(jù)測(cè)錄井原始數(shù)據(jù)曲線特征難以判斷該層的含氣情況。

按照上述方法，將含氣飽和度取40%，地層壓力系數(shù)取1，把相關(guān)測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)代入式(6)進(jìn)行處理計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示，Tg計(jì)算值與實(shí)測(cè)值在頂部可以重合，而在底部則是Tg計(jì)算值明顯高于實(shí)測(cè)值，這說(shuō)明該層頂部井段含氣飽和度可以基本達(dá)到40%，而底部井段含氣性較差，含氣飽和度達(dá)不到40%的這一氣層下限值，整體儲(chǔ)層流體分布情況為上氣下水，上部6 m可以解釋為氣層，下部14 m可以解釋為水層。由于含氣層段厚度較薄，認(rèn)為該層位無(wú)進(jìn)一步做工作的必要。

由此可見，本文提出的氣測(cè)錄井全量數(shù)值正演計(jì)算方法對(duì)儲(chǔ)層含氣性的判斷有良好的參照作用，可以幫助地質(zhì)師在儲(chǔ)層定性解釋中的準(zhǔn)確決策，從而減少無(wú)效投入，提高勘探開發(fā)效益。

圖4 西湖凹陷W1-3井與W1-1井測(cè)井解釋連井對(duì)比Fig.4 Logging interpretation cross-well correlation of Well W1-3 and Well DH1-1 in Xihu sag

圖5 西湖凹陷W17-1井H5層含氣性準(zhǔn)確定性判別結(jié)果Fig.5 Gas bearing property distinguish qualitative result of H5 zone in Well W17-1,Xihu sag

4 結(jié)論及建議

1) 本文提出的氣測(cè)錄井全量數(shù)值正演計(jì)算方法將錄井和測(cè)井有機(jī)結(jié)合，能夠很好地識(shí)別低孔低滲儲(chǔ)層含氣性，可以在低孔低滲氣層含氣性判別中推廣應(yīng)用。

2) 受限于Flair錄井儀應(yīng)用的井?dāng)?shù)，目前該方法僅在東海盆地西湖凹陷2個(gè)構(gòu)造3口井上進(jìn)行了應(yīng)用，主要針對(duì)花港組H3至H7低孔低滲儲(chǔ)層，得到DST測(cè)試或MDT取樣驗(yàn)證的也只有3層，因此還有待進(jìn)一步的應(yīng)用與驗(yàn)證。

3) Flair錄井儀是進(jìn)行氣測(cè)錄井全量正演計(jì)算對(duì)比的關(guān)鍵，因?yàn)樵撓到y(tǒng)得到的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下的氣測(cè)值精度高，可對(duì)比性強(qiáng)。如果是Reserval等其他錄井儀，則要慎重應(yīng)用該方法。所以，針對(duì)低滲氣層的勘探建議使用Flair錄井儀系統(tǒng)。

4) 本文提出的通過氣測(cè)值定量評(píng)價(jià)儲(chǔ)層含氣飽和度的方法可以直接利用實(shí)測(cè)的Tg值計(jì)算儲(chǔ)層含氣飽和度，但是目前還缺少足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)其精度，難以在儲(chǔ)量計(jì)算中進(jìn)行應(yīng)用，也有待進(jìn)一步深入研究和應(yīng)用。

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(編輯：周雯雯)

Gas bearing interpretation method for low porosity and low permeability reservoir with total gas forward calculation method of gas logging data

ZHANG Guodong

(ShanghaiBranchofCNOOCLtd.,Shanghai200335,China)

Reservoir fluid identification is a big challenge in the exploration of low porosity and low permeability formation in Xihu sag, East China Sea basin.Analyses show that the gas volume in the drilling cutting has a good correlation with that of measured from Flair mud logging equipment because the gas bearing in the low porosity and permeability formation is difficult to be displaced by drilling fluid.Base on these analyses, a forward calculation method of gas logging data is proposed based on integrating the total porosity, saturation, formation pressure and drilling parameters, and the calculation total gas volume is compared with actual measured total gas volume from Flair data.The method can evaluate fluid property and gas saturation in low porosity and low permeability reservoir rapidly and accurately.The application in Xihu sag of the East China Sea shows that the total gas forward calculation method is feasible and universal, and can be further applied.

low porosity and low permeability reservoir; Flair mud logging system; total gas value; forward calculation; gas bearing evaluation; Xihu sag; East China Sea basin

*中國(guó)海洋石油總公司“十二五”科技重大項(xiàng)目“東海低孔低滲氣藏勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐(編號(hào)：CNOOC-KJ 125 ZDXM 07 LTD 04 SH 2011)”部分研究成果。

張國(guó)棟，男，工程師，主要從事測(cè)井研究與管理工作。地址：上海市長(zhǎng)寧區(qū)通協(xié)路388號(hào)中海油大廈A546室(郵編：200335)。電話：021-22830118。E-mail:zhanggd4@cnooc.com.cn。

1673-1506(2017)01-0046-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.01.006

張國(guó)棟.氣測(cè)錄井全量正演計(jì)算方法判別低孔低滲儲(chǔ)層含氣性[J].中國(guó)海上油氣，2017,29(1)：46-51.

ZHANG Guodong.Gas bearing interpretation method for low porosity and low permeability reservoir with total gas forward calculation method of gas logging data[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(1):46-51.

TE122.3+5

A

2016-06-13 改回日期：2016-07-21