馬金鑫 戴 珩 魏雪蓮

(①中海石油(中國)有限公司天津分公司；②中海油能源股份有限公司工程技術(shù)分公司監(jiān)督中心)

0 引 言

渤海油田已經(jīng)全面進入“精細化勘探”階段，利用第一手錄井資料對儲集層物性、含油氣性等進行快速評價的意義顯得至關(guān)重要。儲集層物性評價是后續(xù)隨鉆儲集層流體性質(zhì)判斷及測試計劃實施的基礎(chǔ)，通過錄井技術(shù)判斷實際儲集層物性難度較大[1]，尤其是在鉆遇古近系低孔低滲類儲集層時，物性對判斷儲集層的含油氣性會產(chǎn)生較大的影響，對儲集層綜合評價造成很大的困難[2-5]。雖然前人對古近系砂巖儲集層的沉積背景、成巖作用、儲集層演化及控制特征等因素做了較多研究，但對利用錄井參數(shù)如何反映儲集層物性變化規(guī)律的研究較少[6-8]。因此，有必要深入挖掘錄井資料在儲集層物性評價方面的技術(shù)方法，以提高儲集層物性評價及流體類型解釋的精準(zhǔn)性。

筆者通過對渤海油田5個區(qū)塊63口已鉆探井古近系砂巖儲集層進行了大量的數(shù)據(jù)采樣與規(guī)律分析，發(fā)現(xiàn)砂巖和泥巖的鉆井參數(shù)、各自厚度、埋藏規(guī)律均能反映出儲集層物性的一定變化規(guī)律[9-15]，并且將砂巖和泥巖看作是均質(zhì)地層模型時，可以通過數(shù)學(xué)算法建立一定的評價關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，深入研究巖石單元厚度、占比等沉積規(guī)律與巖石物性特征的關(guān)系，物性與油氣水解釋的關(guān)系等，分別建立物性指數(shù)計算方法與含油性豐度指數(shù)計算方法，并利用擬合計算求出的物性參數(shù)與測井孔隙度、含油性參數(shù)與流體類型特征之間的相關(guān)性，建立解釋標(biāo)準(zhǔn)，從而實現(xiàn)了儲集層物性及流體類型的定量化解釋評價。

1 錄井參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化校正

反映儲集層可鉆性的工程參數(shù)與反映含油氣性的氣測錄井參數(shù)往往受到較多因素的影響，無法直接用于定量化的解釋評價，因此需要進行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化校正，來消除各個因素的影響。

1.1 氣測參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化校正原理

PDC鉆頭為主的鉆井工藝條件下，排除地層本身的地質(zhì)因素外，對常規(guī)砂巖儲集層氣測影響最大的工程參數(shù)主要是鉆時、單位進尺破碎巖石的體積(井眼尺寸)和鉆井液排量。相同鉆井條件下，鉆時越小則單位進尺需要的時間越短，而在短時間內(nèi)井底過流的鉆井液體積越小，其對氣體的沖淡稀釋作用就越弱[16]；鉆頭有效的破巖面積越小，單位進尺破碎巖石的體積就越小，進入鉆井液中的破碎氣含量也越少，氣體檢測值就越低；隨著鉆井液排量的增大，氣體含量會被沖淡，導(dǎo)致氣體檢測值降低。為了更準(zhǔn)確地利用氣測數(shù)據(jù)進行儲集層含油氣性的評價，應(yīng)盡量消除這些工程因素產(chǎn)生的影響，需要對原始氣測數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化校正。

單位巖石體積校正方法綜合了鉆時、井眼尺寸及鉆井液排量等因素的影響，將常規(guī)砂巖儲集層氣測數(shù)據(jù)歸一到相同的破碎巖石體積標(biāo)準(zhǔn)下，使數(shù)據(jù)具有一定的可比性[17]，具體公式如下：

式中：Ig為氣體校正參數(shù)，%；K為不同鉆井液體系中氣體組分脫氣效率的倒數(shù)，無量綱；t為鉆時，min/m；Q為鉆井液排量，L/min；Ts為實測氣體組分值，%；D為井眼尺寸或鉆頭直徑，mm。

取心鉆進時單位進尺鉆頭破碎的巖石體積較少，鉆時較大、機械鉆速低，氣體的沖淡系數(shù)值大(氣體稀釋作用強)，通過校正使其近似回歸到正常鉆進時的情況[18]，具體公式如下：

式中：I取心校正為取心時的氣體校正參數(shù)，%；tm為取心段砂巖正常鉆進的平均鉆時，定義為標(biāo)準(zhǔn)鉆時，min/m；Qm為標(biāo)準(zhǔn)鉆井液排量，L/min；Dm為標(biāo)準(zhǔn)鉆頭直徑，mm；D1和D2分別為取心鉆頭的外徑與內(nèi)徑，mm。

1.2 工程參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化校正原理

在正常壓實的砂泥巖地層剖面中，鉆時參數(shù)反映巖石的可鉆性及物性好壞，即鉆遇不同的巖層或物性其鉆時存在差異。鉆時與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、鉆壓成反比，并且與鉆頭直徑、鉆井液密度等也存在關(guān)聯(lián)性。dc指數(shù)是反映地層可鉆性好壞的一個綜合評價參數(shù)，它是基于鉆時參數(shù)，并對鉆頭直徑、鉆壓、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、鉆井液密度等校正處理后計算得到的評價參數(shù)。

為準(zhǔn)確判斷儲集層物性，消除其他參數(shù)的影響，建立統(tǒng)一的對比分析基準(zhǔn)，引用蕾姆(Rehm)和麥克林頓(McClendon)提出的dc指數(shù)公式作為反映儲集層可鉆性及物性的綜合評價參數(shù)。目前，國內(nèi)常用的dc指數(shù)經(jīng)驗方程為[19]：

式中:dc為可鉆性指數(shù)，無量綱；n為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，r/min；W為鉆壓，kN；ρw為地層水密度，g/cm3；ρec為循環(huán)當(dāng)量鉆井液密度，g/cm3。

2 錄井儲集層物性評價模型的建立

通過深入研究古近系地層巖石單元厚度、占比等沉積規(guī)律與巖石物性特征、含油氣性的關(guān)系分別建立了物性指數(shù)與含油性豐度指數(shù)儲集層物性評價模型。

2.1 模型的基本理論

狹義的儲集層物性主要指儲集巖石的孔隙度和滲透率。對于錄井技術(shù)而言，儲集層的物性表現(xiàn)在孔隙度與膠結(jié)程度上。

孔隙度主要與儲集層厚度及砂巖粒度有關(guān)，滲透率與孔喉的膠結(jié)程度相關(guān)，主要體現(xiàn)在地層的可鉆性上。有學(xué)者對測井參數(shù)與錄井參數(shù)的研究與對比分析結(jié)果表明，儲集層滲透性越好，圍壓下巖石強度越低、可鉆性越好[20]。地層可鉆性的普遍規(guī)律是可鉆性越好，dc指數(shù)值越小，砂巖的可鉆性一般好于泥巖。

對于同一沉積體系或油水系統(tǒng)的儲蓋組合，砂巖越發(fā)育、單層厚度越大，反映形成儲集層的水動力條件越強、物源條件越好、搬運的距離越遠，形成的儲集層物性就越好；反之，泥巖越發(fā)育，則儲集層厚度越趨于變薄，砂巖的粒度趨于變細，形成的儲集層物性越趨于變差[21]。

基于以上分析，單層砂巖厚度與平均砂巖儲集層厚度的比值可以看作是反映單砂層物性好壞變化趨勢的指征；砂泥比指同一沉積體系或油水系統(tǒng)儲蓋組合中砂巖累計厚度與泥巖累計厚度的比值，可以看作是反映水動力強度、物源條件及砂巖粒度變化趨勢的指征；可鉆性敏感性參數(shù)的倒數(shù)主要是反映膠結(jié)程度(滲透率)的指征。

2.2 物性指數(shù)方程的建立

通過對砂巖儲集層沉積規(guī)律與巖石物性特征關(guān)系的研究，利用數(shù)學(xué)方法建立物性指數(shù)計算方程如下：

式中：δ為物性指數(shù)，無量綱；H為單層砂巖儲集層的厚度，m；hp為同一沉積體系中砂巖儲集層的平均厚度，m；μ為砂泥比，無量綱；i為區(qū)域物性權(quán)重系數(shù)，無量綱。

在實際儲集層評價中，不同區(qū)域、不同油氣水系統(tǒng)的儲集層物性會存在一定的差異。因此，在方程中引入?yún)^(qū)域權(quán)重系數(shù)能夠有效減小差異性影響。

2.3 含油性豐度指數(shù)方程的建立

應(yīng)用錄井參數(shù)進行油氣水解釋評價時，難點在于要同時考慮到儲集層自身的物性條件及孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)賦存的烴類流體含量豐度兩方面因素。因此，在物性評價方程的研究基礎(chǔ)上引入氣測評價參數(shù)，建立了以下含油性豐度指數(shù)計算方程：

式中：ω為含油性豐度指數(shù)，無量綱；Ig為單層砂巖儲集層氣測全烴的校正值，%；Tp為非儲集層段氣測全烴的校正值，定義為背景值，%；j為區(qū)域含油性權(quán)重系數(shù)，無量綱。

2.4 解釋模型的建立

利用錄井參數(shù)計算出物性指數(shù)和含油性豐度指數(shù)后，如何進行儲集層的定量化評價就顯得尤為關(guān)鍵。測井技術(shù)能夠較為準(zhǔn)確地對儲集層孔隙度做出計算，根據(jù)中國海洋石油總公司標(biāo)準(zhǔn)，按照孔隙度φ可劃分碎屑巖儲集層類型，如表1所示。

表1 碎屑巖儲集層孔隙度類型劃分

以渤海油田某區(qū)塊為例，通過選取相同層系內(nèi)的同一沉積體系或儲蓋組合中的砂巖儲集層計算物性指數(shù)，利用物性指數(shù)與測井孔隙度參數(shù)建立評價關(guān)系圖板及擬合曲線關(guān)系式(圖1)，即可實現(xiàn)物性的定量化預(yù)測。

從圖1中可以看出，砂巖儲集層的物性指數(shù)與測井孔隙度具有較好的正相關(guān)性，并且在一定閾值范圍之內(nèi)儲集層類型存在對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)以上研究結(jié)果，結(jié)合上述儲集層類型的分類標(biāo)準(zhǔn)，建立了錄井物性指數(shù)的儲集層孔隙類型劃分標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

同理，通過利用含油性豐度指數(shù)與測井、測試解釋結(jié)論的對應(yīng)關(guān)系，還可以建立以沉積體系或?qū)酉禐閱卧挠蜌馑畬咏忉屧u價標(biāo)準(zhǔn)(表3)，進行快速流體類型識別。

圖1 東二段-東三段物性指數(shù)與測井孔隙度關(guān)系圖板

表2 物性指數(shù)儲集層孔隙類型劃分標(biāo)準(zhǔn)

表3 含油性豐度指數(shù)流體類型評價標(biāo)準(zhǔn)

3 應(yīng)用實例

基于均質(zhì)地層模型理論的古近系儲集層錄井物性定量化評價方法在P探區(qū)應(yīng)用于9口井的古近系53個含油儲集層評價，經(jīng)測井結(jié)論或測試數(shù)據(jù)驗證，物性孔隙類型解釋符合率為87.4%，流體類型解釋符合率為91.0%，應(yīng)用效果良好。

以A、B井東二下亞段和東三段8個含油儲集層評價為例進行預(yù)測評價，評價數(shù)據(jù)參見表4。

評價數(shù)據(jù)顯示，A井a(chǎn) 1、a 4、a 5層計算的物性指數(shù)δ介于4.4～4.8，按照錄井物性指數(shù)儲集層孔隙類型劃分標(biāo)準(zhǔn)解釋為低孔，a 2層物性指數(shù)δ大于5，解釋為中孔，a 3層物性指數(shù)δ小于2.1，解釋為特低孔，與測井解釋結(jié)論一致。其中a 1和a 2層計算的含油性豐度指數(shù)ω大于2.7，按照錄井含油性豐度指數(shù)流體類型儲集層孔隙類型劃分標(biāo)準(zhǔn)解釋為油層，與測井解釋結(jié)果一致，a 1層地層測試油結(jié)果為產(chǎn)油127.58 m3/d，產(chǎn)氣5 519 m3/d，原油密度0.874 g/cm3，測試結(jié)論為油層。

B井b 1層計算物性指數(shù)δ為3.9，按物性指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)解釋為低孔，而測井解釋孔隙度為18.8%，為中孔，解釋結(jié)果不一致，分析其原因主要是砂巖儲集層內(nèi)部含有兩個薄的鈣質(zhì)夾層導(dǎo)致可鉆性偏低產(chǎn)生的影響；b 2與b 3層物性解釋結(jié)果與測井解釋結(jié)論一致。另外，b 1層的含油性豐度指數(shù)ω為5.8，按評價標(biāo)準(zhǔn)解釋為油層，測試結(jié)果為產(chǎn)油71.47 m3/d，產(chǎn)氣6 868 m3/d，原油密度0.892 1 g/cm3，測試結(jié)論為油層，與預(yù)測結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

(1)通過方法調(diào)研和技術(shù)應(yīng)用驗證，確定了關(guān)鍵錄井參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化校正方法。

(2)通過對砂巖儲集層沉積規(guī)律與巖石物性特征關(guān)系、油氣水解釋關(guān)系深入挖掘研究，利用數(shù)學(xué)計算方法創(chuàng)新建立了物性指數(shù)計算方程與含油性豐度指數(shù)計算方程。

(3)以區(qū)塊內(nèi)同一沉積體系或儲蓋組合為單位，通過建立物性指數(shù)與測井孔隙度的關(guān)系圖板，能夠較為準(zhǔn)確地進行目標(biāo)層的孔隙度值預(yù)測，并劃分出高孔或特高孔、中孔、低孔或特低孔、超低孔四個級別對應(yīng)的孔隙類型；通過建立含油性指數(shù)的流體類型解釋標(biāo)準(zhǔn)，進行流體類型快速識別，方法應(yīng)用效果良好，可有效指導(dǎo)油氣的勘探評價。