唐 謝 唐家瓊 楊 琳 趙 磊 阮 聰

中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)研究院

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于碎屑巖地層物性的隨鉆定量解釋方法欠缺?，F(xiàn)有錄井解釋方法主要為定性—半定量的解釋方法[1-4]和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)方法，如利用鉆時(shí)和DC指數(shù)[5-7]（地層可鉆性）定性判別儲(chǔ)層、利用地化分析求取地層孔隙度、核磁共振錄井分析地層孔隙度等。其中，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)分析方法效果較好，但分析時(shí)間長(zhǎng)，選樣要求苛刻，且價(jià)格昂貴。而利用錄井?dāng)?shù)據(jù)間接判斷儲(chǔ)層物性的方法尚不完善，解釋精度低。

根據(jù)錄井實(shí)踐，結(jié)合大量已鉆井資料的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，鉆時(shí)能夠較好地響應(yīng)碎屑巖地層物性，這也是鉆時(shí)—全烴交會(huì)法的理論基礎(chǔ)，但其制約因素多（工程參數(shù)對(duì)其影響復(fù)雜），且需要人為干預(yù)才能獲得較好的解釋效果。而對(duì)于氣測(cè)，目前只能作為儲(chǔ)層發(fā)育的表征參數(shù)。為了將隨鉆解釋由定性向定量提升，必須找到錄井參數(shù)與儲(chǔ)層物性的內(nèi)在聯(lián)系，并通過(guò)去除工程參數(shù)的影響，進(jìn)一步提升錄井參數(shù)對(duì)儲(chǔ)層物性的響應(yīng)性，進(jìn)而建立一種較有效的碎屑巖地層物性定量評(píng)價(jià)方法。

1 方法建立

多年的錄井實(shí)踐證實(shí)，在常規(guī)錄井參數(shù)中，鉆時(shí)是最能反映碎屑巖地層孔隙度的參數(shù)[8-11]，但鉆時(shí)也存在精度低、影響因素多的問(wèn)題。為了提升鉆時(shí)的縱向分辨率，采用了精度更高的微鉆時(shí)（0.1 m鉆進(jìn)時(shí)間，單位統(tǒng)一為min/m）。

而對(duì)于碎屑巖儲(chǔ)層物性參數(shù)，測(cè)井聲波無(wú)疑是最優(yōu)的，原因主要有4點(diǎn)：①蓬萊地區(qū)須家河組測(cè)井設(shè)備固定，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定；②測(cè)井聲波數(shù)據(jù)連續(xù)性好；③區(qū)域研究顯示，測(cè)井聲波與巖石結(jié)構(gòu)相關(guān)性好，對(duì)儲(chǔ)層敏感。從區(qū)域資料來(lái)看，碎屑巖地層的測(cè)井聲波與巖心孔隙度具有較好的相關(guān)性（圖1、2）；④與測(cè)井聲波相比，巖心孔隙度數(shù)據(jù)量小，而且取心鉆進(jìn)與常規(guī)鉆進(jìn)工程狀況不同，參數(shù)無(wú)法匹配。

圖1 PL6井測(cè)井聲波與巖心孔隙度對(duì)比圖

圖2 PL6井測(cè)井聲波與巖心孔隙度相關(guān)圖

以蓬萊地區(qū)為目標(biāo)，將鉆時(shí)和微鉆時(shí)與測(cè)井聲波進(jìn)行了相關(guān)性分析。

從曲線(xiàn)形態(tài)來(lái)看（圖3），鉆時(shí)較粗糙、分辨率低，而微鉆時(shí)呈毛刺狀，二者與測(cè)井聲波曲線(xiàn)的匹配度均不高。為此，將微鉆時(shí)采用多重鐘形法進(jìn)行平滑，平滑后的曲線(xiàn)特征與測(cè)井聲波曲線(xiàn)基本一致。

對(duì)比平滑后的微鉆時(shí)曲線(xiàn)和測(cè)井聲波曲線(xiàn)，在低伽馬值的較純砂巖地層（包括灰質(zhì)砂巖），工程參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定的情況下，微鉆時(shí)與測(cè)井聲波具有很好的對(duì)應(yīng)性，相關(guān)趨勢(shì)一致性強(qiáng)。然而，對(duì)于高伽馬值的泥質(zhì)砂巖和泥巖地層，微鉆時(shí)與測(cè)井聲波的對(duì)應(yīng)性明顯變差。也即是說(shuō)，在確定了砂巖（儲(chǔ)層巖性）的基礎(chǔ)上，微鉆時(shí)對(duì)地層孔隙度具有良好的響應(yīng)性。

以目的層上三疊統(tǒng)須家河組二段較純砂巖段微鉆時(shí)與測(cè)井聲波進(jìn)行相關(guān)性分析（圖4），二者相關(guān)性好，相關(guān)系數(shù)為0.81。即得

式中AC表示測(cè)井聲波，μs/ft；t表示鉆時(shí)，min/m；j、k表示公式系數(shù)。

因工程參數(shù)復(fù)雜性的影響，蓬萊地區(qū)各井微鉆時(shí)與測(cè)井聲波的相關(guān)性并不穩(wěn)定（表1），相關(guān)系數(shù)在0.52～0.81之間，平均0.64。

區(qū)域上各井?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)差異大、較分散，集中度不夠（圖5），無(wú)法建立整個(gè)區(qū)域的評(píng)價(jià)體系。分析認(rèn)為主要有3點(diǎn)原因：①各井鉆頭類(lèi)型不同，配套的工程參數(shù)也存在明顯差異，這些因素對(duì)鉆時(shí)的影響極大；②鉆井過(guò)程中，因工程原因工程參數(shù)發(fā)生了較大變化，造成鉆時(shí)變化明顯；③蓬萊地區(qū)須家河組二段砂巖鉀長(zhǎng)石發(fā)育，伽馬值普遍偏高，數(shù)據(jù)提取準(zhǔn)確性難以充分保障。

其中，施工工程參數(shù)的差異是導(dǎo)致微鉆時(shí)與測(cè)井聲波相關(guān)性不一致的主要原因，為了克服工程參數(shù)的差異對(duì)微鉆時(shí)的影響，必須對(duì)微鉆時(shí)進(jìn)行校正。

圖3 PL1井鉆時(shí)與測(cè)井聲波對(duì)比圖

圖4 PL1井砂巖段微鉆時(shí)與測(cè)井聲波相關(guān)圖

圖5 蓬萊地區(qū)微鉆時(shí)與測(cè)井聲波相關(guān)圖

表1 蓬萊地區(qū)工程參數(shù)與相關(guān)性統(tǒng)計(jì)表

2 方法校正優(yōu)化

以鉆速方程[12-14]為基礎(chǔ)，對(duì)鉆時(shí)校正方法進(jìn)行了推導(dǎo)，可得

式中K表示公式系數(shù)；W表示鉆壓，kN；M表示門(mén)限鉆壓，kN；n表示轉(zhuǎn)速，r/min；λ表示轉(zhuǎn)速系數(shù)，一般取0.7；cp表示壓差影響系數(shù)；cH表示水力凈化系數(shù)；c2表示牙齒磨損系數(shù)；h表示牙齒磨損度。

擬定標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，得到鉆時(shí)校正公式。

標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)是工程參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)，這里為虛擬值，是公式推導(dǎo)和數(shù)據(jù)反演的過(guò)程參數(shù)，即

式中t'表示標(biāo)準(zhǔn)鉆時(shí)，即校正鉆時(shí)，min/m；W''表示標(biāo)準(zhǔn)鉆壓，kN；n'表示標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，r/min；cp'表示標(biāo)準(zhǔn)壓差影響系數(shù)；cH'表示標(biāo)準(zhǔn)水力凈化系數(shù)；h '表示標(biāo)準(zhǔn)牙齒磨損度。

進(jìn)而推導(dǎo)出校正函數(shù)F校正為：

式中k表示公式系數(shù)。

根據(jù)錄井實(shí)踐，在鉆時(shí)的影響因素中，鉆頭尺寸影響最大，鉆壓次之，轉(zhuǎn)速再次之，壓差、鉆井液性能等影響較小，因此首先需要對(duì)鉆頭尺寸進(jìn)行校正。然而，考慮到不同的鉆頭尺寸和類(lèi)型其配套的工程參數(shù)體系差異明顯，故分別對(duì)不同的鉆頭尺寸和類(lèi)型進(jìn)行研究。

在對(duì)鉆頭尺寸和類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)的基礎(chǔ)上，以鉆壓和轉(zhuǎn)速作為校正主參數(shù)，得到校正函數(shù)F校正為：

式中f(W)表示鉆壓校正函數(shù)。

理論上，校正后的微鉆時(shí)與測(cè)井聲波應(yīng)具有良好響應(yīng)性，即

將式（4）、式（7）代入式（8）推導(dǎo)可得：

再結(jié)合區(qū)域數(shù)據(jù)就可以擬合出鉆壓校正函數(shù)f(W)，這里以?215.9 mm的3 A鉆頭為例（圖6），有

式中a、b、c表示公式系數(shù)。

擬合出的鉆壓校正函數(shù)f(W)為二項(xiàng)式，明顯有別于鉆速方程中的線(xiàn)性式。根據(jù)擬合出的鉆壓校正函數(shù)，代入式（4）、式（ 7）得到校正函數(shù)F校正及微鉆時(shí)校正公式：

圖6 ?215.9mm 3A鉆頭鉆壓校正函數(shù)關(guān)系圖

將校正后的微鉆時(shí)與測(cè)井聲波進(jìn)行相關(guān)性分析（圖7），相較于校正前，校正后的微鉆時(shí)與測(cè)井聲波之間的相關(guān)性并沒(méi)有太大的變化，但數(shù)據(jù)分布更加集中，相關(guān)趨勢(shì)更加一致，有利于區(qū)域解釋對(duì)比評(píng)價(jià)。

圖7 蓬萊地區(qū)校正微鉆時(shí)與測(cè)井聲波相關(guān)圖

根據(jù)校正后的微鉆時(shí)與測(cè)井聲波之間的區(qū)域相關(guān)性（圖7中黑線(xiàn)），再結(jié)合測(cè)井聲波孔隙度計(jì)算方法就得到隨鉆孔隙度計(jì)算方法（表2）為：

式中φ表示隨鉆孔隙度。

這一方法還有一個(gè)重要影響因素—裂縫。鉆時(shí)對(duì)大裂縫有較好的響應(yīng)（圖8上），但對(duì)小裂縫的響應(yīng)較差（圖8下），而測(cè)井聲波對(duì)裂縫響應(yīng)明顯，其曲線(xiàn)變化幅度普遍強(qiáng)于鉆時(shí)，這主要源于鉆時(shí)無(wú)法有效地反映裂縫孔隙度。

為了彌補(bǔ)裂縫造成的孔隙度差異，需要加入一個(gè)裂縫響應(yīng)因子。實(shí)踐證實(shí)，氣測(cè)全烴不僅能較好地響應(yīng)裂縫，與儲(chǔ)層孔隙度也有一定的響應(yīng)性[15]。于是將氣測(cè)全烴作為附加值加入到方法中，即

表2 蓬萊地區(qū)隨鉆孔隙度計(jì)算方法參數(shù)表

圖8 裂縫段鉆時(shí) 聲波對(duì)比圖

式中φ'表示附加后的隨鉆孔隙度；m表示校正值（經(jīng)驗(yàn)參數(shù)），依據(jù)氣測(cè)基值而定。

3 方法的應(yīng)用與效果

為了驗(yàn)證儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法的可靠性，將該方法在區(qū)域內(nèi)新井進(jìn)行了應(yīng)用。首先根據(jù)錄井參數(shù)計(jì)算出隨鉆孔隙度，再依據(jù)巖屑識(shí)別結(jié)果將泥巖、砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)砂巖段的孔隙度歸零。再結(jié)合區(qū)域儲(chǔ)層孔隙度下限（6%，超過(guò)6%充填為紅色），即可對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行劃分并可讀取儲(chǔ)層段孔隙度值（圖9）。

將隨鉆解釋結(jié)果與測(cè)井解釋結(jié)果對(duì)比可見(jiàn)（圖10、表3），隨鉆解釋儲(chǔ)層位置與測(cè)井解釋儲(chǔ)層位置和厚度都基本相當(dāng)，且隨鉆孔隙度與聲波孔隙度也基本吻合，有效驗(yàn)證了方法的可行性。

圖9 PL10P井隨鉆孔隙度解釋成果圖

圖10 PL10P井隨鉆孔隙度解釋與測(cè)井解釋對(duì)比圖

表3 PL10P井隨鉆與測(cè)井解釋對(duì)比表

該儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法是針對(duì)碎屑巖地層的錄井特性建立的。實(shí)踐證明，不同地區(qū)不同碎屑巖地層因鉆井工藝參數(shù)及巖性礦物含量的差異，方法的模型和參數(shù)會(huì)有所不同，但評(píng)價(jià)方法具有較好的指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

1）針對(duì)碎屑巖地層的錄井特性，以微鉆時(shí)為基礎(chǔ)，結(jié)合鉆速方程推導(dǎo)出鉆時(shí)校正方法，再依據(jù)區(qū)域數(shù)據(jù)反推出公式參數(shù)并得到隨鉆孔隙度計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了碎屑巖地層孔隙度隨鉆定量評(píng)價(jià)方法的突破。

2）在目前隨鉆解釋以交互法、曲線(xiàn)法為主導(dǎo)的框架下，將隨鉆參數(shù)解釋由定性—半定量逐漸向定量推進(jìn)，方法得到進(jìn)一步提升。該方法具備成本低、效率高、效果好的優(yōu)勢(shì)。

3）方法的實(shí)際使用效果充分說(shuō)明方法的可行性和適用性，為鉆井工程提供的隨鉆參數(shù)的綜合應(yīng)用拓展了領(lǐng)域，有力支持致密氣隨鉆評(píng)價(jià)工作。