張紅英, 周肖, 王安慶

(1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院, 四川 成都, 610041; 2.中國石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部, 四川 成都, 610041)

0　引　言

近年來,四川盆地深層震旦系燈影組天然氣勘探中先后發(fā)現(xiàn)威遠震旦系氣田、資陽震旦系氣藏[1-3]。隨著勘探的深化,在安岳區(qū)塊高石1井等多口井燈影組相繼鉆獲萬方高產(chǎn)工業(yè)氣流,成為中國大型碳酸鹽巖氣田[4]。

安岳氣田位于四川盆地中部的川中古隆起核部,川中古隆起震旦紀沉積了巨厚的淺海臺地相碳酸鹽巖,發(fā)育高石梯—磨溪、威遠—資陽2個古地貌高地[5-6]。由于受震旦紀末期桐灣運動影響,燈影組白云巖抬升暴露地表,受到風(fēng)化、剝蝕和溶蝕作用,形成古風(fēng)化殼侵蝕面以下100 m范圍內(nèi)的裂縫、孔洞發(fā)育帶,成為油氣運聚的有利地帶。燈影組儲層的儲集空間類型多樣,孔隙度和滲透率低,儲層非均質(zhì)性強,導(dǎo)致儲層有效性評價難度大。儲層發(fā)育受控于溶蝕孔洞和裂縫的發(fā)育程度,因此,裂縫、孔洞研究是儲層有效性評價的關(guān)鍵。通過地質(zhì)、測井資料的綜合分析,建立儲層有效性評價方法,對安岳地區(qū)震旦系燈影組的勘探部署和儲量計算具有十分重要的意義。

1　儲層地質(zhì)特征

燈影組縱向上發(fā)育燈四段風(fēng)化殼巖溶儲層和燈二段層間巖溶儲層兩套巖溶儲層[7]。根據(jù)101個樣品薄片鑒定分析,研究區(qū)儲層的巖性以細—泥晶藻凝塊白云巖為主,藻砂屑云巖、藻疊層云巖次之。白云石晶粒一般0.15～0.45 mm,多呈它形—半自形粒狀分布,藻顆粒呈暗色藻斑點、藻綿屑、藻粘結(jié)團粒分布。白云石含量較高,為60%～100%;硅質(zhì)含量一般小于0～45%;黏土含量0～18%。

儲層主要儲集空間為粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間孔、溶蝕洞穴、裂縫等。溶孔一般0.01～1.5 mm,特大洞2.38 mm;晶間孔及粒間溶孔占70.93%,溶洞占20.93%,裂縫占8.14%,且網(wǎng)狀裂縫局部見充填亮晶白云石及硅質(zhì)等,屬裂縫—孔洞型儲層。

燈影組白云巖中發(fā)育的天然裂縫主要是構(gòu)造裂縫,且裂縫有明顯被溶蝕擴大現(xiàn)象,裂縫發(fā)育主要分為2期[8],早期裂縫多被白云石、方解石充填;晚期裂縫切割基質(zhì)和早期裂縫,經(jīng)過溶蝕改造,極大地改善了儲層的滲流能力及連通性。

根據(jù)巖心孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)統(tǒng)計,安岳氣田燈影組儲層孔隙度在2%～23.42%之間,平均3.39%,滲透率在0.000 6～16.19 mD*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4μm2,下同之間,平均3.969 mD?？傮w表現(xiàn)為低孔隙度低滲透率特征[9],局部發(fā)育高孔隙度滲透率儲層。受孔洞及裂縫發(fā)育的雙重影響,燈影組儲層孔隙度滲透率關(guān)系較差。

2　儲層測井響應(yīng)特征

燈影組儲層常規(guī)測井響應(yīng)特征表現(xiàn)為低自然伽馬、低密度、低電阻率和高聲波時差、高中子。自然伽馬值一般小于20 API,聲波時差值大于46 μs/ft*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同,補償中子值大于3%,補償密度值小于2.8 g/cm3,電阻率為高電阻率背景上中低電阻率特征,當(dāng)儲層含氣時,電阻率升高,一般在300～10 000 Ω·m之間,非儲層段具有高自然伽馬、高電阻率特征。

儲層段微電阻率掃描成像測井圖上表現(xiàn)為團塊狀高電導(dǎo)異常,且異常邊緣呈浸染狀,裂縫發(fā)育時則呈不規(guī)則正弦曲線狀高電導(dǎo)異常;陣列聲波測井成果圖上表現(xiàn)為縱波、橫波、斯通利波能量衰減明顯,時差明顯增大,儲層段斯通利波能量衰減量一般大于5%,優(yōu)質(zhì)儲層斯通利波能量衰減量大于20%,反映儲層滲透性好,測試往往獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流。

2.1　孔洞測井響應(yīng)特征

溶蝕孔洞發(fā)育處,電阻率測井成像圖上顯示為不規(guī)則圓狀或橢圓形暗色高電導(dǎo)率異常。大型溶洞發(fā)育處,常規(guī)測井資料會出現(xiàn)與中小孔洞完全不同的異?，F(xiàn)象,中子、聲波測井值劇烈增大,電阻率和密度測井值劇烈下降,雙井徑出現(xiàn)大幅擴徑,成像測井圖像失真,斯通利波能量衰減明顯,全波變密度劇烈干涉。圖1為A井燈四段×209～×214 m段大型溶洞測井特征。

2.2　裂縫測井響應(yīng)特征

根據(jù)高石梯—磨溪區(qū)塊取心井巖心觀察,按裂縫的產(chǎn)狀將裂縫劃分為低角度縫、斜交縫、高角度縫3類。通過巖心標定測井,建立了基于常規(guī)測井、成像測井的不同類型裂縫測井響應(yīng)模式及識別圖版(見圖2)。

圖1　A井燈四段大型溶洞測井定性識別圖

圖2　裂縫測井響應(yīng)圖

低角度縫在電成像圖及常規(guī)測井上均有較明顯的特征:電成像圖呈水平或近似水平狀高電導(dǎo)率異常,異常的寬度與裂縫張開度有密切關(guān)系;電阻率值大幅度降低,雙側(cè)向曲線呈尖狀和明顯的負差異或重合;聲波時差與裂縫的產(chǎn)狀有密切的關(guān)系,隨著裂縫角度的增大而減小,對水平縫或者低角度縫反應(yīng)明顯,多伴有周波跳躍現(xiàn)象。

高角度縫在電成像圖上表現(xiàn)為成組近似垂直的高電導(dǎo)率異常,電阻率與背景值相比降低幅度不大,呈正差異;聲波時差與骨架值相比略有增大。

斜交縫在電成像圖上表現(xiàn)為正弦曲線狀高電導(dǎo)率異常,成組出現(xiàn);電阻率與背景值相比明顯降低,但降低的幅度不及低角度縫大,雙側(cè)向曲線形狀呈“U”型;聲波時差較骨架值增大。

3　儲層有效性評價

3.1　孔洞測井評價

利用成像測井資料對溶蝕孔洞進行分析,溶蝕孔洞在微電阻率掃描成像測井圖像上分布基本無規(guī)律,且大小形狀不一,數(shù)目眾多,不便于人機交互拾取。對成像測井資料采用自動識別方法定量評價溶蝕孔洞的發(fā)育程度,通過電成像數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,選取合適的閾值對成像數(shù)據(jù)分割得到二值化圖像,采用異常面積匹配法識別溶蝕孔洞,計算孔洞的各種參數(shù)。采用LogView聲電成像測井分析軟件計算溶蝕孔洞平均大小(V)、孔洞密度(ρs)及視面孔率(Sa)[10]。

孔洞平均大小(V)定義為孔洞所占的平均面積,單位為mm2/m,反映了孔洞的發(fā)育情況,即

(1)

式中,Si為窗長內(nèi)第i個孔洞的面積;N為孔洞個數(shù)。

孔洞密度(ρs)為單位長度內(nèi)孔洞的個數(shù),個/m。

視面孔率(Sa)定義為窗長范圍內(nèi)溶蝕孔洞面積百分比,%,即

(2)

式中,Si為窗長內(nèi)第i個孔洞的面積;Swin為窗長面積。

斯倫貝謝公司利用圖像結(jié)構(gòu)分析軟件BorTex基于傾角和微電阻率成像測井(FMI)數(shù)據(jù)進行巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)屬性信息提取分類,將溶蝕孔洞劃分為孤立孔洞層(綠色)、連通孔洞層(紅色)以及溶蝕增強裂縫層(黃色)3類相[11];通過巖心刻度成像測井圖像,選取合適的門檻值,利用電導(dǎo)率/電阻率孔洞分析模塊對各向同性及各向異性參數(shù)定量計算,自動計算電成像圖像上符合門檻值的所有點,從而獲取連通性指數(shù)[12]。圖3是B井斯倫貝謝公司FMI微電阻率掃描成像測井BorTex模塊分析成果圖,結(jié)果顯示×447～×455 m井段發(fā)育連通孔洞及溶蝕增強裂縫,連通指數(shù)高,測試產(chǎn)氣11.67×104m3/d,獲工業(yè)性氣流。

圖3　B井孔洞連通性分析

3.2　裂縫測井評價

SonicScanner聲波掃描儀的2個正交偶極發(fā)射器產(chǎn)生彎曲波,可以探測井眼附近地層的慢度和遠場慢度,根據(jù)慢地層中偶極發(fā)射器產(chǎn)生低頻響應(yīng)彎曲波頻散曲線的分異特征評價地層各向異性類型[13-14](見圖4)。

圖4　彎曲波頻散曲線識別地層各向異性和非均質(zhì)性

在均勻各向同性地層中[見圖4(a)],橫波不分裂成快慢組分,2條彎曲波頻散曲線的慢度與頻率特征波形相同,與模型的彎曲波頻散曲線(黑色圓圈)重疊;在均勻各向異性地層[見圖4(c)],如固有各向異性地層,快彎曲波頻散曲線(紅色)與均質(zhì)各向同性模型一致,而慢彎曲波頻散曲線(藍色)形狀相同,但慢度較高;在非均勻各向同性地層[見圖4(b)],與均質(zhì)各向同性地層相比,兩條頻散曲線隨頻率增加,慢度也增加,表明近井地帶波速變慢,井眼周圍地層受到損害;在非均勻各向異性地層[見圖4(d)],快慢橫波頻散曲線相交,這種特征是由近井應(yīng)力集中引起的,表明存在應(yīng)力誘發(fā)各向異性[15-16]。

基于以上特征,根據(jù)SonicScanner頻散圖上快、慢橫波分異特征評價裂縫的有效性。當(dāng)井旁發(fā)育裂縫時,SonicScanner頻散圖上出現(xiàn)快、慢橫波分離。在低頻段快、慢橫波分離量大,聲波各向異性高,則裂縫有效性好;反之快、慢橫波重合,聲波各向異性低,則裂縫有效性差。

圖5　C井SonicScanner快慢橫波頻散曲線特征圖

圖5是C井燈影組SonicScanner快、慢橫波頻散特性曲線圖,聲波頻散曲線圖上顯示井深×259.18 m處快、慢橫波重合,指示聲波各向異性低,裂縫有效性差,該段測試產(chǎn)氣0.51×104m3/d;在井深×457.91 m處3 000～5 000 Hz頻段快、慢橫波明顯分開,指示聲波各向異性高,裂縫有效性好,該段測試產(chǎn)氣41.35×104m3/d;反映根據(jù)SonicScanner橫波頻散特性可以評價裂縫的有效性。

在縫洞型儲層中,裂縫寬度、裂縫長度、裂縫密度和裂縫孔隙度是儲層評價和劃分的重要參數(shù)。研究采用LogView聲電成像測井分析軟件計算裂縫寬度、裂縫長度、裂縫密度和裂縫孔隙度。

(1) 縫寬度:每米井段中各裂縫軌跡寬度的立方之和再開立方,是裂縫水動力總效應(yīng)的擬合,單位為mm。裂縫寬度定量計算經(jīng)驗公式

(3)

圖6　裂縫密度、面孔率與試氣無阻流量關(guān)系圖

式中,W為裂縫寬度,mm;Rxo為淺側(cè)向電阻率,Ω·m;A為由裂縫造成的電導(dǎo)異常的面積,mm/(Ω·m);Rm為泥漿電阻率,Ω·m;C為與儀器結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù),C=0.004 801;b=0.863。

(2) 裂縫孔隙度:裂縫在1 m井壁上的視開口面積除以1 m井段中圖像的覆蓋面積。

(3) 裂縫密度:單位井段內(nèi)的裂縫總條數(shù),經(jīng)過傾斜方位校正后的結(jié)果(即裂縫間的夾角及與井軸的夾角校正),條/m。

(4) 裂縫長度:單位面積井壁上的裂縫長度總和,m/m2。

3.3　裂縫、孔洞綜合評價

通過裂縫、溶洞發(fā)育參數(shù)定量分析計算研究,裂縫密度、孔溶洞發(fā)育面孔率與無阻流量具有一定的相關(guān)性(見圖6),但是單一因素難以準確反映儲層的產(chǎn)能特征。定義縫洞發(fā)育因子為裂縫密度與孔洞發(fā)育面孔率的乘積,而縫洞發(fā)育因子研究表明,裂縫密度與溶洞發(fā)育面孔率構(gòu)成的縫洞發(fā)育因子與無阻流量具有較好的相關(guān)性(見圖7)。

根據(jù)生產(chǎn)測試資料、成像測井裂縫孔洞解釋等成果,對比試氣井測試段的裂縫發(fā)育特征及溶蝕孔洞發(fā)育情況(見表1),建立了縫洞型儲層有效性評價標準:裂縫密度≥0.3條/m,面孔率≥4%,縫洞發(fā)育因子≥1.2為有效縫洞層;裂縫密度<0.3條/m,面孔率<4%,縫洞發(fā)育因子<1.2為無有效縫洞層。

產(chǎn)能劃分標準及特征:

(1) 高產(chǎn)井(無阻流量≥100×104m3/d)。儲層段溶蝕孔洞極為發(fā)育,呈片狀分布,平均面孔率7%以上;高角度裂縫及斜交縫發(fā)育,平均裂縫密度值高于0.5條/m,裂縫與溶蝕孔洞匹配好,縫洞發(fā)育因子大于10。

圖7　縫洞發(fā)育因子與無阻流量關(guān)系

(2) 中產(chǎn)井(30×104m3/d≤無阻流量<100×104m3/d),儲層段溶蝕孔洞較發(fā)育,溶蝕孔洞發(fā)育處高角度裂縫較發(fā)育,裂縫與溶蝕孔洞匹配較好,平均面孔率分布在4%～7%,裂縫密度值分布在0.3～0.5條/m,縫洞發(fā)育因子值3.5～10。

(3) 低產(chǎn)井(3×104m3/d≤無阻流量<×104m3/d),儲層段溶蝕孔洞較發(fā)育,局部發(fā)育裂縫,具有較強的非均質(zhì)性,裂縫與溶蝕孔洞匹配較差,平均面孔率分布范圍4%～5%,裂縫密度值分布范圍0.3～0.4條/m,縫洞發(fā)育因子值1.2～3.5。

表1　安岳地區(qū)各井燈影組儲層綜合評價表

安岳地區(qū)D井,測試層段巖心觀察及成像圖上溶蝕孔洞呈片狀分布,成像測井溶洞解釋表明該段天然裂縫及溶洞極為發(fā)育,其中裂縫平均面孔率高達15.9%,平均裂縫密度達0.7條/m,縫洞發(fā)育因子10.3,測試無阻流量為217.6×104m3/d,獲高產(chǎn)工業(yè)性氣井(見圖8)。該井裂縫以斜交縫為主,裂縫走向北西—南東向,裂縫與溶蝕孔洞配置好,形成了有效的孔、洞、縫儲集空間,試井解釋儲層有效滲透率6.13 mD。

圖8　安岳地區(qū)D井燈四段溶蝕孔洞、裂縫特征與試氣產(chǎn)量綜合評價圖

4　結(jié)　論

(1) 有效裂縫的發(fā)育程度、裂縫的分布特征與溶蝕孔洞的匹配關(guān)系決定了單井產(chǎn)能的高低。高分辯率微電阻率成像測井結(jié)合常規(guī)測井、陣列聲波測井是評價溶蝕孔洞及裂縫的有效手段,基于成像測井技術(shù)建立了裂縫孔洞型儲層縫洞評價標準,縫洞發(fā)育因子與測試產(chǎn)能具有較好的相關(guān)性,縫洞發(fā)育因子達1.2以上,可以獲得工業(yè)產(chǎn)能。

(2) SonicScanner聲波掃描測井新技術(shù)基于聲波頻散曲線圖上快、慢橫波分異特征評價裂縫的有效性見到了一定效果,為氣田勘探開發(fā)提供了較好的技術(shù)支撐,值得推廣應(yīng)用。

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