張國(guó)棟， 魯法偉， 陳 波， 羅 健， 胡文亮， 何玉春

（1. 中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200335；2. 中海油田服務(wù)股份有限公司，河北三河 065201）

西湖凹陷位于東海陸架盆地浙東坳陷東部，面積約5.9×104km2，新生代地層最大沉積厚度超過(guò)1.0×104m，主要目的層為古近系平湖組和花港組地層。儲(chǔ)層巖性以長(zhǎng)石砂巖和巖屑砂巖為主，埋深一般大于3 500.00 m，受壓實(shí)成巖作用影響，儲(chǔ)層物性一般偏低，孔隙度多在15%以下，滲透率一般小于10 mD。低孔低滲儲(chǔ)層的流體性質(zhì)識(shí)別一直是西湖凹陷油氣勘探開(kāi)發(fā)中的難題之一[1-3]，原因是儲(chǔ)層束縛水含量高、電阻率對(duì)比度低，同時(shí)受儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)影響，水層的電阻率往往也較高，通過(guò)電性判別難度較大[4-6]；另外，低孔低滲儲(chǔ)層毛細(xì)管水含量高，當(dāng)生產(chǎn)壓差增大到一定數(shù)值后，一部分束縛水往往會(huì)轉(zhuǎn)化為可動(dòng)水，導(dǎo)致生產(chǎn)出水，影響油氣產(chǎn)量，特別是氣層一旦出水將嚴(yán)重影響最終的采收率，降低油氣田開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)性[7-10]。針對(duì)上述問(wèn)題，筆者利用油基鉆井液的高侵特性，基于時(shí)移測(cè)井理念[11-12]，提出時(shí)移電阻率測(cè)井對(duì)比識(shí)別法，即通過(guò)對(duì)比隨鉆實(shí)時(shí)電阻率與復(fù)測(cè)電阻率的差異快速識(shí)別流體性質(zhì)，并在西湖凹陷低孔低滲儲(chǔ)層進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，驗(yàn)證了其可行性和有效性。

1 油基鉆井液濾失性試驗(yàn)

西湖凹陷低孔低滲儲(chǔ)層鉆井使用的油基鉆井液主要成分為白油，根據(jù)實(shí)際需要，其含量約占鉆井液總體積的70%～85%，其余成分為水和各種添加劑，主要起乳化、降濾失和封堵作用。雖然油基鉆井液比水基鉆井液具有更好的井壁穩(wěn)定和儲(chǔ)層保護(hù)作用，但仍具有一定的侵入特性。為了分析油基鉆井液的濾失特征，利用具有低孔低滲特征的人造巖心進(jìn)行了濾失性試驗(yàn)，巖心參數(shù)見(jiàn)表1。

表 1 油基鉆井液濾失性試驗(yàn)所用巖心的主要參數(shù)Table 1 Core parameters of oil-based drilling fluid filtration test

將巖心放入夾持器內(nèi)，逐漸加壓至13 MPa，并持續(xù)24 h，測(cè)量濾失量、濾餅厚度和濾液侵入深度。試驗(yàn)結(jié)果為：1 號(hào)巖心濾餅厚4.0 mm，濾液侵入深度為 3.5 cm；2 號(hào)巖心濾餅厚5.0 mm；濾液侵入深度為6.5 cm；濾失量與侵入時(shí)間的關(guān)系如圖1 所示。

從圖1 可以看出，油基鉆井液存在一定的濾失性，濾液能夠侵入巖心，濾失量與巖心物性、壓差和時(shí)間都有一定的關(guān)系。這是因?yàn)?，油基鉆井液濾液侵入地層后，會(huì)對(duì)儲(chǔ)層中原有流體產(chǎn)生一定的驅(qū)替作用，導(dǎo)致儲(chǔ)層電性特征變化，所以可通過(guò)對(duì)比儲(chǔ)層電性特征變化情況分析判斷儲(chǔ)層流體的性質(zhì)。

圖 1 油基鉆井液濾失量與侵入時(shí)間的關(guān)系Fig. 1 Relationship between fluid loss and intrusion time of oil-based drilling fluid

2 時(shí)移電阻率測(cè)井對(duì)比識(shí)別法原理

地層剛鉆開(kāi)時(shí)，油基鉆井液濾液侵入量小，濾餅薄，沖洗帶和過(guò)渡帶較窄；鉆開(kāi)一段時(shí)間后，濾餅增厚，沖洗帶和過(guò)渡帶寬度增大[13]，如圖2 所示。所以，剛鉆開(kāi)地層進(jìn)行隨鉆電阻率測(cè)井時(shí)，該電阻率一般可以代表地層真電阻率，即原狀地層電阻率Rt；地層鉆開(kāi)一段時(shí)間后復(fù)測(cè)電阻率時(shí)，電阻率特別是探測(cè)深度較淺的電阻率（Rs）會(huì)包含沖洗帶和過(guò)渡帶的流體性質(zhì)變化信息。對(duì)于水基鉆井液，Rs相對(duì)于Rt增大或減小，取決于鉆井液濾液礦化度和地層水礦化度的相對(duì)大小關(guān)系；但對(duì)于油基鉆井液，由于鉆井液濾液不導(dǎo)電，當(dāng)?shù)貙铀或?qū)替后，復(fù)測(cè)時(shí)電阻率Rs會(huì)變大，即復(fù)測(cè)Rs大于隨鉆測(cè)量Rs。時(shí)移電阻率測(cè)井對(duì)比識(shí)別法就是利用含有不同性質(zhì)流體的儲(chǔ)層被油基鉆井液濾液驅(qū)替后、表現(xiàn)出不同的電性變化特征進(jìn)行流體識(shí)別。

圖 2 地層剛鉆開(kāi)和鉆開(kāi)一段時(shí)間后的井筒環(huán)境Fig. 2 Wellbore environments after penetrating the formation soon and drilling for a while

為了進(jìn)一步說(shuō)明時(shí)移電阻率測(cè)井對(duì)比識(shí)別法的技術(shù)原理，分別分析了探測(cè)深度與被探測(cè)地層電阻率的關(guān)系，以及油基鉆井液濾液侵入不同地層后的電阻率變化特征。

首先用Schlumberger 公司的ARC 隨鉆電阻率測(cè)井儀（以下簡(jiǎn)稱ARC 測(cè)井儀）分析探測(cè)深度與被探測(cè)地層電阻率的關(guān)系。該儀器有5 個(gè)源距（406.4，558.8，711.2，863.6 和1 016.0 mm）的發(fā)射器，采用2 種發(fā)射頻率（400 kHz 和2 MHz），所以可以獲得20 條電阻率曲線（10 條相位電阻率和10 條衰減電阻率）。其中，發(fā)射頻率為2 MHz 時(shí)，ARC 測(cè)井儀探測(cè)深度與地層相位電阻率的關(guān)系曲線如圖3所示。

圖 3 P16H 探測(cè)深度與被探測(cè)地層電阻率的關(guān)系曲線Fig. 3 Relationship curve between P16H detection depth and the resistivity of measured formation

由圖3 可知，P16H（源距為406.4 mm，頻率為2 MHz 的相位電阻率）探測(cè)深度最小，但其探測(cè)深度與地層電阻率相關(guān)，電阻率越高，探測(cè)深度越大。由于油基鉆井液濾液侵入深度小，所以可以利用P16H 電阻率的變化率分析侵入深度。

然后分析油基鉆井液濾液分別侵入油氣層、水層、含油氣水層和干層后，沖洗帶電阻率的變化情況。對(duì)于油氣層，油氣和油基鉆井液濾液都是不導(dǎo)電的流體介質(zhì)，油基濾液侵入地層后，地層電阻率基本不變；對(duì)于水層、含油氣水層或同層，油基鉆井液濾液侵入后會(huì)減小導(dǎo)電流體（水）的體積，導(dǎo)致儲(chǔ)層的電阻率升高。實(shí)際復(fù)測(cè)時(shí)，同時(shí)測(cè)量砂巖儲(chǔ)層及上下泥質(zhì)圍巖的電阻率，由于泥巖為非滲透性層，所以隨鉆實(shí)時(shí)電阻率和復(fù)測(cè)電阻率保持一致，通過(guò)使圍巖電阻率重合，就可以確定砂巖儲(chǔ)層電阻率的變化。鉆井液濾液的侵入深度與儲(chǔ)層物性、井筒過(guò)平衡壓差、侵入時(shí)間及鉆井液特性都有關(guān)系。例如，西湖凹陷某區(qū)域的典型低孔低滲儲(chǔ)層，孔隙度為9%～18%，滲透率為1～50 mD，在較大正壓差和較長(zhǎng)完鉆時(shí)間下的侵入深度一般較大。而致密層由于儲(chǔ)層物性太差，濾液基本無(wú)侵入，所以地層電阻率基本不變。不同地層的具體變化特征見(jiàn)表2（其中，P16H 實(shí)時(shí)，指P16H 隨鉆實(shí)時(shí)電阻率；P16H 復(fù)測(cè)，指P16H 復(fù)測(cè)電阻率）。

表 2 油基鉆井液濾液侵入不同地層后的電阻率變化特征Table 2 Characteristics of resistivity change after oil-based drilling fluid filtrate invaded different formations

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

時(shí)移電阻率測(cè)井對(duì)比識(shí)別法在西湖凹陷X1 井和X2 井進(jìn)行了應(yīng)用，均取得了成功，證明該方法可行且有效。

X1 井4 450.00～4 475.00 m 井段鉆遇油氣顯示層，電阻率最高50 Ω·m，氣測(cè)全量Tg最高12.0%，巖性為長(zhǎng)石細(xì)砂巖，孔隙度為9%～11%，滲透率為1～5 mD，參照鄰井信息，初步判斷該層為氣層。對(duì)該層進(jìn)行了隨鉆電阻率復(fù)測(cè)，結(jié)果如圖4 所示。圖4中，第五道“電阻率對(duì)比”指P16H 隨鉆實(shí)時(shí)電阻率（P16H 實(shí)時(shí)）與P16H 復(fù)測(cè)電阻率（P16H 復(fù)測(cè)）的對(duì)比；P16H 復(fù)測(cè)值大于P16H 實(shí)時(shí)值（對(duì)應(yīng)部分進(jìn)行了藍(lán)色充填），表明該層為非純氣層，存在一定量的可動(dòng)水，或者說(shuō)在該井鉆井液過(guò)平衡壓差約6.9 MPa的條件下，儲(chǔ)層孔隙中的部分水可以流動(dòng)。

X1 井完鉆后，在井深4 471.50 m 處進(jìn)行了電纜地層測(cè)試泵抽取樣（MDT 儀器），泵抽至45 min 時(shí)，通過(guò)井下流體識(shí)別儀IFA 開(kāi)始觀察到地層天然氣流體，流線中的成分主要為天然氣和油基鉆井液；泵抽至160 min 時(shí)，泵抽壓差增大至4.13 MPa，流線出現(xiàn)了明顯的地層水信號(hào)，說(shuō)明在該壓差下一部分毛細(xì)管水開(kāi)始流動(dòng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓜?dòng)水。泵抽結(jié)束時(shí)，流線中水的體積比約為17%，該結(jié)果與電阻率復(fù)測(cè)分析結(jié)果完全一致（如圖5 所示）。這說(shuō)明該層有一部分毛細(xì)管水在壓差大于4.13 MPa 時(shí)是可以流動(dòng)的，可以稱這部分水為弱束縛水；后續(xù)進(jìn)行地層測(cè)試或開(kāi)發(fā)時(shí)，生產(chǎn)壓差應(yīng)小于4.13 MPa，否則會(huì)導(dǎo)致地層出水，影響天然氣產(chǎn)能。

圖 4 X1 井隨鉆電阻率實(shí)時(shí)值與復(fù)測(cè)值的對(duì)比Fig. 4 Comparison on the resistivity while drilling realtime measurement and the re-tested value in Well X1

X2 井與X1 井處于同一構(gòu)造帶，應(yīng)用油基鉆井液鉆進(jìn)。該井4 317.00～4 336.00 m 井段鉆遇油氣顯示層，巖性為長(zhǎng)石細(xì)砂巖，孔隙度為10%～15%，滲透率為1～10 mD。儲(chǔ)層上部電阻率約24 Ω·m，氣測(cè)全量Tg最高約6.0%；儲(chǔ)層下部電阻率為13 Ω·m，氣測(cè)全量Tg約為2.8%。與鄰區(qū)同層位油氣層相比，該層整體電阻率較低，認(rèn)為該層未達(dá)到純油氣層的標(biāo)準(zhǔn)，為此進(jìn)行了電阻率隨鉆與復(fù)測(cè)對(duì)比，結(jié)果如圖6 所示。該井鉆井液過(guò)平衡壓差為7.13 MPa。圖6中，第五道為P16H 實(shí)時(shí)值和復(fù)測(cè)值的對(duì)比結(jié)果，可以看出井深4 330.00 m 以淺的P16H 實(shí)時(shí)值與P16H復(fù)測(cè)值一致，說(shuō)明該層不含可動(dòng)水，為純油氣層；井深4 330.00 m 以深的P16H 復(fù)測(cè)值明顯大于P16H 實(shí)時(shí)值，說(shuō)明該層含可動(dòng)水，推測(cè)為氣水同層。

圖 6 X2 井隨鉆電阻率實(shí)時(shí)值與復(fù)測(cè)值的對(duì)比Fig. 6 Comparison on the resistivity while drilling real-time measurement and the re-tested value in Well X2

完鉆后，X2 井在井深4 321.20 和4 333.00 m 處分別進(jìn)行了MDT 泵抽取樣。井深4 321.20 m 處泵抽壓差約13.8 MPa，泵抽時(shí)間為115 min，證實(shí)為純輕質(zhì)油層，不含水；井深4 333.00 m 處泵抽壓差為18.3 MPa，泵抽時(shí)間為120 min，后期含水率為60%，證實(shí)為油水同層，流體性質(zhì)識(shí)別具體情況如圖7 所示。該井的泵抽結(jié)果與電阻率復(fù)測(cè)對(duì)比分析結(jié)果完全一致，再次證明了該方法的可行性和有效性。

4 結(jié)論與建議

1）油基鉆井液濾液侵入地層后，對(duì)儲(chǔ)層中原有流體有一定驅(qū)替作用，從而引起儲(chǔ)層電性特征的變化，通過(guò)對(duì)比該變化情況，就能夠?qū)?chǔ)層中原有流體性質(zhì)進(jìn)行分析判斷。

2）低孔低滲儲(chǔ)層巖性和孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，僅僅依靠對(duì)比電阻率的高低或者鄰區(qū)經(jīng)驗(yàn)識(shí)別流體的性質(zhì)很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果。油基鉆井液條件下利用時(shí)移電阻率測(cè)井對(duì)比識(shí)別法，可以快速識(shí)別低孔低滲儲(chǔ)層的流體性質(zhì)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用也驗(yàn)證了該方法具有較高的準(zhǔn)確性。

圖 7 X2 井井深4 321.20 和4 333.00 m MDT 泵抽流體性質(zhì)綜合識(shí)別Fig. 7 Comprehensive identification of MDT pumping fluid properties at 4 321.20 and 4 333.00 m in Well X2

3）時(shí)移電阻率測(cè)井對(duì)比識(shí)別法具有較好的通用性，只要使用隨鉆電阻率和油基鉆井液均可進(jìn)行借鑒，特別是對(duì)于一些新區(qū)探井，該方法能夠快速識(shí)別流體性質(zhì)，為后續(xù)作業(yè)選擇提供指導(dǎo)，提高作業(yè)效率并節(jié)省成本。