王 研 楊光照 滕工生 王洪偉

(中國石油大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井二公司)

0 引 言

非常規(guī)油氣已經(jīng)成為油氣田開采的接替資源，致密氣是其中的重要組成部分[1-2]，致密氣主要指常規(guī)開采手段無法獲得經(jīng)濟產(chǎn)量的天然氣資源，其形成機理、賦存狀態(tài)、分布規(guī)律和勘探開發(fā)方式等均有別于常規(guī)氣藏[3-7]。我國致密氣勘探開發(fā)起步較晚，致密氣儲集層錄井配套技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用總體處于起步和探索階段[8-9]。錄井技術(shù)多年來在常規(guī)氣勘探中取得了很好的應(yīng)用效果，但在致密氣勘探中的應(yīng)用缺乏系統(tǒng)性，應(yīng)用效果不突出，故松遼盆地南部致密氣儲集層的錄井解釋符合率相對較低。造成該區(qū)解釋符合率低的關(guān)鍵因素主要有含氣性、物性、巖性、脆性，本文僅討論含氣性和物性的評價問題。為了建立孤店斷陷錄井解釋方法和標準，本文針對孤店斷陷已完鉆井的錄井?dāng)?shù)據(jù)進行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)氣測全烴校正值、顯示總厚度、顯示單層厚度、后效和烴源巖的厚度、成熟度、有機碳含量以及巖心裂隙、鉆時比值、地層孔隙度這10項敏感參數(shù)在氣水層中的響應(yīng)特征存在一定的規(guī)律性，有利于評價方法的建立。據(jù)此，本文將收集的錄井?dāng)?shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)整理和圖板交會，建立了孤店斷陷致密氣儲集層錄井解釋評價標準，開發(fā)了自動解釋評價程序，并在致密氣儲集層解釋評價中得到廣泛應(yīng)用，收到較好的效果。

1 地質(zhì)概況與氣測參數(shù)響應(yīng)特征

1.1 地質(zhì)概況

孤店斷陷位于松遼盆地南部，為西斷東超的箕狀斷陷，孤店斷陷構(gòu)造整體表現(xiàn)為向西傾沒的斜坡，發(fā)育近南北向的斷裂橫切地層，局部形成斷壘、斷鼻圈閉。火石嶺組煤層和暗色泥巖、沙河子組沙一段暗色泥巖為主要烴源巖，有效烴源巖最大厚度為500 m，有機質(zhì)以Ⅱ2-Ⅲ型為主，綜合地化指標評價，該區(qū)主要烴源巖處在成熟-過成熟階段。鉆井揭示地層自上而下依次為第四系，白堊系上統(tǒng)的嫩江組、姚家組、青山口組，白堊系下統(tǒng)的泉頭組、登婁庫組、營城組、沙河子組和侏羅系上統(tǒng)的火石嶺組。鉆探主要目的層為白堊系下統(tǒng)的營城組、沙河子組和侏羅系的火石嶺組，儲集層以砂礫巖、粗砂巖、細砂巖、粉砂巖等碎屑巖為主。碎屑巖儲集層空間主要為粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、構(gòu)造微縫、構(gòu)造溶蝕縫，物性普遍較差，儲集層孔隙度一般為2%～9%，滲透率多數(shù)小于0.1 mD。營城組-火石嶺組粉砂巖、粗砂巖及砂礫巖可作為儲集層，沙河子組、火石嶺組泥巖可作為局部蓋層，形成自生自儲為主的生儲蓋組合方式。

1.2 氣測參數(shù)響應(yīng)特征

孤店斷陷鉆探過程中，含氣層氣測錄井參數(shù)表現(xiàn)較為活躍。因此，在含氣參數(shù)優(yōu)選中，對已完井的氣測錄井?dāng)?shù)據(jù)進行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)氣測全烴校正值、顯示累計厚度、顯示單層厚度、后效4項氣測敏感參數(shù)在氣水層中的響應(yīng)特征具有一定的規(guī)律性。

本文以孤店斷陷為研究對象，同時包括其他區(qū)致密氣儲集層的勘探開發(fā)井，結(jié)合試油結(jié)論、測井資料對23口井116層的氣測錄井參數(shù)特征進行統(tǒng)計。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，氣層的氣測全烴校正值一般大于5%，顯示累計厚度大于30 m，顯示單層厚度大于10 m，后效明顯，全烴曲線形態(tài)以箱狀、三角形狀為主；氣水層的氣測全烴校正值一般為2.5%～45%，顯示累計厚度大于20 m，顯示單層厚度大于7 m，后效明顯，全烴曲線形態(tài)以箱狀、三角形狀為主；差氣層的氣測全烴校正值一般為0.7%～17%，顯示累計厚度小于9 m，顯示單層厚度大于5 m，后效明顯，全烴曲線形態(tài)以鋸齒狀、尖峰狀、指狀為主；干層的全烴校正值一般小于5%，顯示累計厚度小于9 m，顯示單層厚度小于5 m，無后效，全烴曲線形態(tài)以鋸齒狀、尖峰狀、指狀為主。從這4項氣測敏感參數(shù)的響應(yīng)特征可以看出，氣層的各項特征明顯好于差氣層和干層，但與氣水層差異較小，甚至特征相近；差氣層與干層差異較小，甚至不易區(qū)分。

2 含氣性、物性解釋評價方法

該區(qū)致密氣儲集層氣體流動受黏土、小孔隙和高含水的阻礙，孔隙連通性很差，儲集層受負壓或超壓的影響，氣測異常與產(chǎn)氣量相關(guān)性較差。

針對該區(qū)氣測參數(shù)與產(chǎn)氣量相關(guān)性較差、解釋符合率低的問題，筆者充分考慮了評價致密氣含氣飽滿程度的多種影響因素，即含氣性、物性、烴源巖，建立了該區(qū)氣水層錄井解釋系列方法。通過校正全烴、氣測累計厚度、氣測單層厚度、后效、全烴曲線形態(tài)等氣測參數(shù)評價含氣性；通過鉆時比、核磁共振孔隙度和可動流體、巖心裂隙發(fā)育程度評價物性；通過烴源巖錄井厚度、烴源巖地化衍生參數(shù)總有機碳含量和成熟度評價該區(qū)自生自儲的烴源巖。

2.1 全烴校正值與鉆時比值及孔隙度交會法

2.1.1 全烴校正值的求取

由于該區(qū)致密砂(礫)巖可鉆性復(fù)雜——鉆時變化大，對氣測值的影響大，沖淡系數(shù)(E)是單位時間內(nèi)鉆井液排量與單位時間內(nèi)破碎巖屑體積之比。引入應(yīng)用效果較好的沖淡系數(shù)，求取出全烴校正值[10-15]，可反映儲集層的含氣性。

(1)

Tg校=ETg實測

(2)

式中：E為沖淡系數(shù)；db為鉆頭直徑，m；V鉆井液排量為鉆井液排量,m3/min；V破碎的巖屑為破碎的巖屑體積，m3；τ為鉆時,min/m；Tg校為經(jīng)過校正的全烴值，%；Tg實測為實測全烴值，%。

2.1.2 鉆時比值的求取

現(xiàn)場錄取的儲集層鉆時受鉆頭類型及新舊程度等多種因素影響，只能相對反映單井某一井段范圍內(nèi)的地層可鉆性，不能反映儲集層間孔隙度、滲透率差異。為了消除這方面的影響，更好地反映儲集層孔隙度、滲透率特征，本次研究將鉆時比值定義為蓋層鉆時與儲集層鉆時之比[16-17]。

2.1.3 孔隙度的求取

孤店斷陷致密氣儲集層屬于低孔隙度、低滲透率儲集層，試油結(jié)果以氣水同層為主，含氣量高同時高含水，很少有純氣層。由于致密砂礫巖滲透率越小，毛細管壓力越高，含水飽和度越高，低滲透率、高含水飽和氣藏儲集層內(nèi)存在可動氣和可動水，尋找可動流體是核磁共振譜圖和參數(shù)分析的重點。以孤店斷陷完鉆井試油成果資料為基礎(chǔ)，對取心井進行取樣做核磁共振錄井分析，依據(jù)獲得的地層孔隙度[18-19]、可動流體飽和度等重要的巖石物理特性參數(shù)，建立了孤店斷陷致密氣儲集層核磁共振錄井物性評價方法和標準。當(dāng)未進行核磁共振分析時，應(yīng)用測井孔隙度物性數(shù)據(jù)。致密儲集層裂隙是否發(fā)育也是判斷儲集層物性的重要因素，在取心層通過巖心觀察識別裂隙發(fā)育程度，進一步評價儲集層物性(表1)。

表1 致密氣儲集層物性參數(shù)標準

2.1.4 解釋圖板

鑒于松遼盆地南部致密氣區(qū)產(chǎn)量受含氣性和物性雙重影響比較大，相比常規(guī)氣更復(fù)雜化，結(jié)合試油結(jié)論進行全烴校正值與鉆時比值的交會分析，建立了相應(yīng)的解釋評價圖板[20-26](圖1)。該圖板復(fù)判符合率為94.1%，發(fā)揮了錄井快速解釋的優(yōu)勢，特別是井況不適合測井時的解釋，缺點是氣層、氣水層、差氣層沒有分異性。

應(yīng)用同樣的方法建立了孤店斷陷致密氣全烴校正值與孔隙度的解釋圖板(圖2)，復(fù)判符合率為97.4%，明顯高于全烴校正值與鉆時比值交會圖板。鑒于圖板中氣層、氣水層、差氣層之間沒有分異性，集中分布在兩個區(qū)間內(nèi)，結(jié)合孤店斷陷致密氣的試氣結(jié)論將這兩個區(qū)間定名為價值層區(qū)。從這兩個圖板可以看出，區(qū)內(nèi)高氣測異常層與產(chǎn)氣量不匹配問題仍未解決。

圖1 全烴校正值與鉆時比值交會圖板

圖2 全烴校正值與孔隙度交會圖板

2.2 氣測顯示有效厚度法

致密氣的產(chǎn)量與含氣儲集層的有效厚度相關(guān)，錄井的氣測顯示有效厚度能夠反映含氣儲集層的有效厚度，因此應(yīng)用氣測顯示有效厚度和產(chǎn)氣量能夠建立含氣性解釋標準。通過松遼盆地南部致密氣24口試氣井，產(chǎn)氣量與氣測顯示有效厚度的統(tǒng)計分析，確定了氣測顯示有效厚度法。氣層的氣測顯示單層有效厚度大于9 m，累計有效厚度大于20 m(圖3)；氣水層的氣測顯示單層有效厚度大于9 m，累計有效厚度大于20 m；差氣層的氣測顯示單層有效厚度為5～9 m，累計有效厚度為9～20 m；干層的氣測顯示單層有效厚度小于5 m，累計有效厚度小于9 m， 該方法的復(fù)判符合率為70%。

圖3 氣測顯示有效厚度與產(chǎn)氣量對比

2.3 烴源巖厚度和烴源巖地化評價法

孤店斷陷致密氣藏以自生自儲為主，氣藏的富集與烴源巖的厚度、有機質(zhì)豐度、成熟度關(guān)系密切。地化分析了孤店斷陷5口井675塊烴源巖樣品，其中試氣獲工業(yè)氣流的井，具有以下特征：烴源巖總厚度大于300 m(烴源巖厚度達450 m以上時氣藏含水較低)；烴源巖厚度占目的層地層厚度的35%～80%;儲地比為0.27～0.43；地化分析有機質(zhì)豐度指標有機碳含量大于1.5、成熟度達到過成熟-成熟(圖4)。

圖4 孤店斷陷烴源巖厚度與產(chǎn)氣量對比

2.4 其他解釋方法

其他兩項解釋方法涉及氣測后效及全烴曲線形態(tài)[26]，是氣測錄井實踐已經(jīng)證明普遍使用的方法，結(jié)合該斷陷區(qū)致密氣儲集層這兩項參數(shù)的統(tǒng)計分析，在全烴校正值與鉆時比值、全烴校正值與孔隙度交會圖板解釋的基礎(chǔ)上又建立了氣測后效及全烴曲線形態(tài)氣水層解釋標準(表2)。

表2 氣測后效及全烴曲線形態(tài)氣水層解釋標準

3 開發(fā)致密氣氣水層自動解釋評價程序

隨著鉆井提速和勘探開發(fā)腳步的加快，錄井快速解釋評價必須提到日程上來，因此在上述方法評價標準和回判符合率的基礎(chǔ)上，開發(fā)了氣水層自動解釋評價程序。氣水層自動解釋評價程序設(shè)計見圖5。

圖5 氣水層自動解釋評價程序設(shè)計

3.1 確定主要參數(shù)和權(quán)重系數(shù)

依據(jù)孤店斷陷致密氣含氣性、物性、烴源巖的各項評價標準(表3)進行回判，根據(jù)回判符合率優(yōu)選評價參數(shù)，通過數(shù)學(xué)計算，確定了10項主要參數(shù)的權(quán)重系數(shù)(表4)。

3.2 計算產(chǎn)氣概率預(yù)選值

依據(jù)錄井參數(shù)的權(quán)重系數(shù)和解釋標準，經(jīng)過統(tǒng)計和計算，獲得各項參數(shù)滿足解釋標準時的產(chǎn)氣概率預(yù)選值，作為進行實際判別的準備值(表5)。

3.3 自動判別氣水層

應(yīng)用解釋標準和產(chǎn)氣概率預(yù)選值，確定了氣層的產(chǎn)氣概率值范圍為91%～100%，氣水層范圍為60%～91%，差氣層范圍為40%～60%，干層范圍小于40%，通過計算機編程，開發(fā)氣水層自動判別程序。當(dāng)錄入目標層判別參數(shù)數(shù)據(jù)和文字后，該程序自動計算產(chǎn)氣概率和產(chǎn)氣綜合評估值，并給出氣水層評價結(jié)論(圖6)。通過該程序在解釋評價中的推廣應(yīng)用，實現(xiàn)孤店斷陷致密氣的氣水層自動計算產(chǎn)氣綜合評估值和快速判別出解釋結(jié)論。

表3 孤店斷陷致密氣錄井氣水層解釋標準

表4 孤店斷陷致密氣評價參數(shù)回判符合率和權(quán)重系數(shù)

表5 孤店斷陷致密氣自動解釋的產(chǎn)氣概率預(yù)選值

圖6 氣水層自動解釋評價程序界面

4 解釋評價程序與方法的選擇

該區(qū)致密氣氣水層解釋使用的方法為全烴校正值與鉆時比值及孔隙度交會圖板、氣測顯示有效厚度、烴源巖厚度、烴源巖地化評價、氣測后效及全烴曲線形態(tài)綜合解釋評價方法。解釋的程序是先應(yīng)用氣水層解釋評價程序自動判別，隨后進一步精細解釋。精細解釋評價步驟為：首先，應(yīng)用交會圖板法篩選出價值層，表明儲集層含氣并且物性好；繼續(xù)應(yīng)用氣測顯示有效厚度法、烴源巖厚度法、烴源巖地化法，進一步確定氣層、氣水層、差氣層；然后，結(jié)合氣測后效及全烴曲線形態(tài)進行解釋，進一步確定氣水層解釋結(jié)果，如果不同解釋方法的解釋結(jié)果矛盾時，應(yīng)適當(dāng)降低一個級別，例如前兩項識別為“氣層”，而其他解釋方法不符合“氣層”，則應(yīng)將其解釋為“氣水同層、差氣層”。

5 應(yīng)用實例

在該技術(shù)應(yīng)用之前，松遼盆地南部的致密氣區(qū)，包括孤店斷陷、德惠斷陷、英臺斷陷，雖然發(fā)現(xiàn)了良好氣測異常，但高氣測異常與產(chǎn)氣量不匹配，勘探效果不如預(yù)期，油田公司曾一度懷疑錄井儀器的準確性。當(dāng)該技術(shù)在松遼盆地南部致密氣區(qū)的17口井解釋評價中應(yīng)用后，營城組、沙河子組、火石嶺組產(chǎn)量獲得突破，錄井解釋符合率達到了95%，不但修正了甲方對錄井的誤解，而且更加依賴錄井技術(shù)，包括氣層發(fā)現(xiàn)、安全監(jiān)測、解釋評價和壓裂井段優(yōu)選。

5.1 LS井

LS井沙河子組，井段3 230.2～3 305.5 m，175+178+180+187號層，厚度為18 m,巖性為灰色細砂巖，氣測全烴峰值為9.87%，峰基比為12.8，甲烷含量較高為8.57%；鉆時比較大為2.5，物性較好；核磁共振孔隙度為 3.5%，可動流體飽和度較差為5.94%；電測孔隙度較高為4.2% ～5.6%；滲透率為0.018～0.054 mD。有效儲集層厚度單層最大為6.0 m，總厚度為18.0 m，烴源巖厚度為608.5 m。氣測后效較高，全烴高峰值達3.000 6%，自動判別為氣層，錄井綜合解釋認為該層為氣層(Ⅰ類致密儲集層)。該層試氣壓裂后，日產(chǎn)氣12.04 km3，與錄井解釋相符(圖7、圖1、圖2)。

5.2 LA井

LA井沙河子組，井段3 525～3 554 m， 224+228+230+231號層，厚度為17.9 m，巖性為雜色礫巖，氣測顯示方面，全烴值很高為60.73%，峰基比為54，甲烷含量很高為58.68%。物性參數(shù)方面，鉆時比較大為2.8,反映物性較好。電測孔隙度較高，為4.5%～5.8%；滲透率較高，為0.28～0.71 mD。有效儲集層單層厚度較大，最大為8.5 m，總厚度一般為24.5 m；烴源巖厚度較大為559.5 m。發(fā)生1次井涌、1次溢流，7次點火成功，自動判別為氣層，錄井綜合解釋結(jié)論為氣層(Ⅰ類致密儲集層)。試油情況: 224+228+230+231號合試，射孔與APR測試聯(lián)作，三開二關(guān)，墊圈測氣，APR測試，產(chǎn)氣量較低，產(chǎn)氣0.11 km3/d；酸化作業(yè)后自噴，產(chǎn)氣量有所增加但仍較低，產(chǎn)氣1.02 km3/d；套管壓裂后自噴，產(chǎn)氣17.54 km3/d。是孤店斷陷致密氣一口比較成功的工業(yè)氣流井(圖8)。

圖7 LS井錄井綜合解釋評價

圖8 LA井錄井綜合解釋評價圖

6 結(jié)論與建議

本次研究形成的孤店斷陷致密氣儲集層氣水層錄井配套綜合解釋系列方法，解決了該區(qū)含氣性認識不清和錄井評價難題，應(yīng)用效果明顯，提高了致密氣錄井解釋符合率。該技術(shù)為致密氣儲集層評價和壓裂提供充分依據(jù)，不僅適用于致密氣儲集層，也適用于其他氣層區(qū)，在梨樹斷陷應(yīng)用效果也很好，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

全烴校正值與鉆時比值交會法、全烴校正值與孔隙度交會法主要適用于同層位儲集層物性變化大的疑難氣水層解釋，特別是價值層與水層、干層的劃分效果較好；氣測顯示有效厚度法、烴源巖厚度法和烴源巖地化法主要適用于自生自儲的致密氣、常規(guī)氣和頁巖氣儲集層解釋；氣測后效和全烴曲線形態(tài)法也是多年來普遍使用的主要解釋方法，在該區(qū)的致密氣氣水層解釋中同樣發(fā)揮了重要作用。氣水層自動解釋程序適用于現(xiàn)場地質(zhì)員快速解釋氣水層，同時對精細解釋評價起到了輔助作用。以上系列方法的應(yīng)用提高了致密氣的錄井解釋評價精度，特別在高氣測異常層產(chǎn)氣量低或產(chǎn)水量大的地區(qū)勘探和選層投產(chǎn)中提供了重要依據(jù)，發(fā)揮了錄井在天然氣勘探開發(fā)中的服務(wù)優(yōu)勢。