苑傳江 陳向輝 黃衛(wèi)東 黃國榮 付連明 曾 杰

(①中國石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司地質(zhì)研究院；②中國石油新疆油田分公司勘探事業(yè)部)

0 引 言

近年來，隨著準(zhǔn)噶爾盆地油氣勘探的不斷推進(jìn)，勘探形式已由傳統(tǒng)的常規(guī)儲集層轉(zhuǎn)向超深、高壓、非常規(guī)儲集層方向發(fā)展，由此錄井評價技術(shù)也面臨著諸多挑戰(zhàn)，在常規(guī)鉆井液錄井中，儲集層含水性判別一直是一項技術(shù)性難題，尤其對于異常高壓儲集層，解釋評價過程中失誤率相對較高。

本文對準(zhǔn)噶爾盆地進(jìn)行深化研究，該盆地多區(qū)塊多套地層存在異常高壓，如沙灣凹陷烏爾禾組地層孔隙壓力系數(shù)最高達(dá)1.78，油氣水層氣測顯示均活躍；瑪湖凹陷三疊-二疊系地層存在低孔低滲特征，儲集層流體性質(zhì)極難識別。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn),異常高壓儲集層在錄井解釋評價方面主要存在油氣水顯示活躍、低孔低滲、儲集層橫向均質(zhì)性差等特點，造成儲集層流體性質(zhì)識別難度大。因此迫切需要尋找技術(shù)突破方向，提高異常高壓條件下儲集層含水性判準(zhǔn)率。

地化錄井項目中核磁共振與顯微熒光薄片技術(shù)受地層壓力及氣測顯示影響較小，其分析原理主要受烴類物質(zhì)含量及流體性質(zhì)影響，因此在異常高壓儲集層依然可以發(fā)揮較好的評價作用，通過技術(shù)研究將傳統(tǒng)的譜圖評價逐漸向區(qū)塊定量化評價模型轉(zhuǎn)變，顯著提高了高壓儲集層含水性評價判準(zhǔn)率。

1 核磁共振流體性質(zhì)評價方法

核磁共振錄井技術(shù)通過對巖樣孔隙內(nèi)的流體量、流體性質(zhì)，以及流體在巖石孔隙中的核磁共振特征等測試分析，快速獲得儲集層物性及流體參數(shù)，為評價儲集層、識別油水層提供有效的方法和手段[1]。儲集層中油氣水均含有氫原子核，核磁共振錄井中應(yīng)用氫原子核與外加磁場之間的共振作用原理，用氫原子核與孔隙度成正比的特性來實現(xiàn)孔隙度分析，在此基礎(chǔ)上完成滲透率、流體飽和度等參數(shù)的計算。在解釋評價中主要應(yīng)用孔滲參數(shù)、流體飽和度參數(shù)及對T2譜圖的特征識別來評價儲集層物性及流體性質(zhì)。本文在研究過程中，主要應(yīng)用核磁共振錄井中起決定作用的敏感參數(shù)及派生參數(shù)：T2截止值、孔隙度、含油飽和度、可動流體飽和度、可動油信號比以及核磁T2譜圖(孔隙信號，干掃信號， 油信號)等進(jìn)行綜合評價。

1.1 核磁共振評價參數(shù)定義

(1)T2截止值：劃分巖石孔隙中可動流體與束縛流體的弛豫時間界限，T2截止值左側(cè)為束縛流體、右側(cè)為可動流體[2]。

(2)孔隙度：巖樣中孔隙空間體積與巖石總體積的比值(%)，反映儲集層的孔隙發(fā)育程度，用于判斷儲集層物性。

(3)含油飽和度：巖樣孔隙空間中含油體積與巖石有效孔隙體積的比值(%)，反映巖樣中含油量的多少。

(4)可動流體飽和度(KDL)：巖樣孔隙中可動流體體積與巖石有效孔隙體積的比值(%)，反映儲集層可動孔隙發(fā)育程度。

(5)可動油信號比(KDY)：可動流體中可動油信號面積與可動干掃信號面積的比值(%)， 反映地層含油率，該比值越高，可動流體中含油率越高，儲集層流體性質(zhì)越傾向于含油特征，反之具含水特征。

計算方法：可動油信號面積(紅色面積)與可動干掃信號面積(紅+綠色面積)之比，將可動油信號面積與可動干掃信號面積分別近似看做兩個梯形面積(圖1)。以可動油信號面積為例，根據(jù)每一個弛豫時間點分割成若干小梯形(相鄰藍(lán)線之間的小梯形面積)，把兩條相鄰藍(lán)線對應(yīng)信號強(qiáng)度值看做小梯形的上底和下底，再將相鄰藍(lán)線之間弛豫時間差看做小梯形的高，根據(jù)梯形面積公式，便可以計算出每個小梯形面積，把可動油信號范圍內(nèi)的每個小梯形面積相加便計算出可動油信號面積；同理將可動干掃信號面積范圍內(nèi)的小梯形面積相加計算出可動干掃信號面積，可動油信號面積與可動干掃信號面積的比值即為可動油信號比(注：每個弛豫時間點及其對應(yīng)的信號強(qiáng)度在核磁共振原始數(shù)據(jù)表中均可查詢)。

圖1 核磁共振可動流體油信號面積計算圖示

(6)孔隙信號：樣品孔隙中所有流體信號總和，可以反映巖樣孔隙中束縛流體與可動流體的分布狀態(tài)。

(7)干掃信號：樣品原始狀態(tài)下孔隙內(nèi)所有流體的信號總和，可以反映巖樣分析時孔隙中剩余流體的多少。

(8)油信號：樣品孔隙內(nèi)含油信號總和，可以反映孔隙中含油飽和度的多少。

1.2 核磁共振T2譜圖特征

核磁共振T2譜圖特征對儲集層流體性質(zhì)評價具有一定的指示作用，T2譜圖由孔隙信號、干掃信號、油信號三條信號曲線組成[3]。孔隙信號曲線可以反映地層巖樣孔隙度的大小及分布特征；干掃信號與油信號曲線可以反映儲集層流體性質(zhì)，在不同流體性質(zhì)狀態(tài)下，T2譜圖可動流體部分的可動油信號比(KDY)存在不同，因此可以作為評價儲集層流體性質(zhì)的一個重要依據(jù)。

本文通過選取做過核磁共振分析并且經(jīng)過試油驗證的井，對不同流體性質(zhì)的核磁共振T2譜圖特征進(jìn)行分類總結(jié)(圖2)。

(1) 油層特征:儲集層物性相對較好，孔隙信號曲線中，T2截止值右側(cè)可動流體信號較為明顯(可動流體面積占比較大)，反映可動流體發(fā)育；可動油信號比>70%，核磁共振T2譜圖表現(xiàn)為含油特征。

(2) 油水混層特征：儲集層物性與油層相差不大，孔隙信號曲線中，T2截止值右側(cè)可動流體信號較為明顯，反映可動流體發(fā)育；可動油信號比<70%，儲集層含水性越強(qiáng)可動油信號比越低，核磁共振T2譜圖表現(xiàn)為油水共存特征。

(3) 差油層特征:儲集層物性較差，T2截止值右側(cè)可動流體信號較低(可動流體面積占比較小)，可動流體不發(fā)育，以束縛流體為主；可動油信號比>70%，核磁共振T2譜圖反映為含油特征。

(4) 干層特征：孔隙度極低，儲集層物性差，孔隙信號曲線為束縛孔隙，核磁共振T2譜圖反映為束縛流體特征。

圖2 不同流體性質(zhì)核磁共振T2譜圖

1.3 建立核磁共振流體性質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)

收集準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷及瑪湖凹陷MH 37井等24口井30套顯示層核磁共振錄井敏感參數(shù)，對油層、油水混層(油水同層/含油水層)、差油層(含油層)、干層等不同流體性質(zhì)的核磁共振特征進(jìn)行規(guī)律總結(jié)。通過反復(fù)驗證及篩選，最終選取了核磁共振錄井中最具代表性的4項敏感參數(shù)(孔隙度、含油飽和度、可動流體飽和度、孔隙信號)及1項派生參數(shù)(可動油信號比)，從5個方面對儲集層流體性質(zhì)進(jìn)行分類評價，建立了核磁共振流體性質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)(表1)，該評價標(biāo)準(zhǔn)在錄井解釋評價過程中對儲集層流體性質(zhì)判別具有很好的指導(dǎo)作用。

表1 核磁共振流體性質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)

2 顯微熒光薄片含水性評價方法

顯微熒光薄片技術(shù)是通過熒光偏光顯微鏡觀察烴類物質(zhì)在儲集巖石中的賦存狀態(tài)，以微觀可視化圖像形式展現(xiàn)儲集層孔隙結(jié)構(gòu)及流體賦存狀態(tài)[4]。通過觀察孔隙中流體熒光顏色、發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光面積及觀察水溶烴痕跡特征，對儲集層含水性進(jìn)行評價。本文通過對比實驗及實例分析對顯微熒光薄片含水性評價進(jìn)行研究與規(guī)律總結(jié)。

2.1 鏡下流體性質(zhì)對比實驗

實驗中選取油樣、油水混樣(含油50%)、純水3種不同性質(zhì)的流體，通過模擬實驗分別注入到無顯示的標(biāo)準(zhǔn)巖心柱中，制成顯微熒光薄片，觀察不同流體性質(zhì)的薄片在顯微熒光鏡下存在的差異。

實驗顯示：油樣薄片在熒光顯微鏡下發(fā)綠黃色光，熒光顏色均一，含油飽滿，發(fā)光面積較大，亮度強(qiáng)；油水混樣在熒光顯微鏡下發(fā)綠黃色光，發(fā)光亮度弱-中等，熒光顏色不均勻，局部發(fā)灰綠色/淡綠色光，存在色差；純水樣薄片在鏡下不發(fā)熒光(圖3)。

實驗結(jié)論：純水本身不發(fā)熒光，但作為載體融入油中的親水性烴類化合物后，便發(fā)出特殊的熒光顏色[5]，這種特殊的熒光為水溶烴的發(fā)光狀態(tài)，與原油的發(fā)光顏色存在一定色差，通過鏡下觀察水溶烴痕跡可以作為顯微熒光技術(shù)判別含水特征的一項重要手段。

2.2 顯微熒光薄片流體特征規(guī)律總結(jié)

利用準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷及瑪湖凹陷MH 37井等24口井30套顯示層顯微熒光薄片資料，對油層、油水混層(油水同層/含油水層)、水層3種流體依據(jù)熒光發(fā)光顏色對比發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：

(1)油層：發(fā)光顏色隨油質(zhì)由輕到重，呈現(xiàn)綠、黃綠、綠黃、黃、橙黃、褐黃等顏色，發(fā)光流體主要為烴類物質(zhì)發(fā)光，發(fā)光亮度較強(qiáng)。

(2)油水混層：除了具有原油發(fā)光特征之外，由于水溶烴的影響導(dǎo)致局部發(fā)淡綠、灰綠色光，發(fā)光流體主要為部分含烴類物質(zhì)、水溶烴、殘余烴發(fā)光，發(fā)光亮度中等或較弱；在同一巖石薄片中呈現(xiàn)不同的發(fā)光顏色，存在一定色差，以此可以作為發(fā)現(xiàn)水溶烴痕跡、判斷儲集層含水性的一個重要手段。

(3)水層：本身不發(fā)熒光，溶解殘余烴后呈現(xiàn)水溶烴發(fā)光特征，但其發(fā)光亮度較弱，具有發(fā)光而不亮的特征。

基于以上結(jié)論，以顯微熒光薄片鏡下發(fā)光顏色[4]、發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光面積[6]、賦存狀態(tài)[1,6]、流體特征5項最為關(guān)鍵的顯示特征，建立了顯微熒光薄片流體性質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)(表2)。顯微熒光薄片流體性質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)是對地層流體鏡下熒光特征的規(guī)律性總結(jié)，將傳統(tǒng)的經(jīng)驗判別轉(zhuǎn)換為定性及定量化的判別標(biāo)準(zhǔn)，在顯微熒光薄片含水性評價中可以起到很好的指導(dǎo)作用。

圖3 顯微熒光薄片鏡下實驗對比

表2 顯微熒光薄片鏡下流體特征評價標(biāo)準(zhǔn)

3 核磁共振+顯微熒光薄片評價技術(shù)

核磁共振與顯微熒光薄片技術(shù)均具有分析儲集層流體性質(zhì)的作用，在解釋評價中有各自的技術(shù)優(yōu)勢，但在不同巖性、原油性質(zhì)、分析條件下也存在著相應(yīng)的技術(shù)難題。為更精準(zhǔn)地對儲集層含水性進(jìn)行評價，最大程度地減少外部因素造成的影響，通過核磁共振與顯微熒光薄片技術(shù)結(jié)合運用，在解釋評價過程中發(fā)揮各自的技術(shù)優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，有效地提高了儲集層含水性判準(zhǔn)率。

3.1 核磁共振+顯微熒光薄片技術(shù)評價

3.1.1 核磁共振技術(shù)

優(yōu)勢：(1)核磁共振技術(shù)對儲集層流體判別更為直觀，識別方法相對簡單；(2)可根據(jù)可動流體及束縛流體的分布特征鑒別儲集層級別；(3)除評價流體特征外還具有判斷儲集層物性的功能。

難題：(1)水敏性儲集層在制樣及浸泡過程中容易發(fā)生破碎，無法進(jìn)行檢測；(2)輕質(zhì)油儲集層由于自身存在揮發(fā)性，會造成含油飽和度低于儲集層真實含油飽和度，由于隨著含油飽和度的降低含水飽和度升高，會造成對地層流體性質(zhì)誤判。

3.1.2 顯微熒光薄片技術(shù)

優(yōu)勢：(1)可以分析復(fù)雜儲集層，油氣保存程度高；(2)儲集層孔隙流體可以通過微觀圖像化的形式展現(xiàn)出來，對儲集層流體性質(zhì)研究更加詳細(xì)。

難題：操作難度大，鏡下發(fā)光因素較多，除烴類物質(zhì)及水溶烴發(fā)光外，個別巖石顆粒及膠結(jié)物也存在發(fā)光現(xiàn)象，需要經(jīng)驗豐富的專業(yè)人員進(jìn)行觀察描述。

3.2 建立核磁-顯微熒光三維立體評價模型

核磁共振與顯微熒光薄片技術(shù)在流體性質(zhì)評價方面均有各自的技術(shù)優(yōu)勢，其中：核磁共振參數(shù)可動流體飽和度(KDL)可以反映儲集層可動流體的發(fā)育程度，即儲集層產(chǎn)液量的多少；派生參數(shù)可動油信號比(KDY)可以反映儲集層可動流體部分含油率的多少，用于判斷儲集層流體性質(zhì)；顯微熒光派生參數(shù)色差比(SCB)可以判斷儲集層是否存在水溶烴的痕跡，用于判斷儲集層含水性。據(jù)此通過提取兩項技術(shù)中含水性敏感參數(shù)KDL、KDY、SCB構(gòu)建解釋模型，其中KDL、KDY上文已經(jīng)介紹，這里重點介紹顯微熒光派生參數(shù)SCB，該參數(shù)定義如下：

色差比(SCB)：顯微熒光鏡下水溶烴色差面積與流體發(fā)光面積的比值(%)，反映地層含水性，水溶烴色差面積與流體發(fā)光面積可以通過顯微熒光處理軟件進(jìn)行計算(圖4)，色差比比值越高含水越明顯。

圖4 水溶烴面積與流體發(fā)光面積軟件計算圖

利用準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷及瑪湖凹陷MH 37井等24口井30層核磁共振及顯微熒光薄片的KDY、KDL、SCB參數(shù)建立核磁-顯微熒光三維立體評價模型(圖5)及評價標(biāo)準(zhǔn)(表3)，實現(xiàn)評價參數(shù)定量化的分布模式。評價方法如下：

(1)評價過程中首先通過KDY劃分出儲集層落點處于含油區(qū)域還是含水區(qū)域。

(2)如果落點在含油區(qū)域，利用KDL對含油區(qū)域進(jìn)一步劃分，判斷儲集層為油層還是差油層。

(3)如果落點在含水區(qū)域，當(dāng)出現(xiàn)SCB值升高時，顯微熒光薄片出現(xiàn)水溶烴特征(比值越高含水特征越明顯)，起到了核磁共振及顯微熒光薄片雙重驗證的效果。

圖5 核磁-顯微熒光三維立體評價模型

表3 核磁-顯微熒光三維立體評價標(biāo)準(zhǔn)

4 實例應(yīng)用

2020年對準(zhǔn)噶爾盆地ST 1井、MZ 13井等6口井7套高壓儲集層進(jìn)行核磁共振與顯微熒光薄片融合評價技術(shù)應(yīng)用，通過核磁-顯微熒光三維立體評價模型對儲集層流體性質(zhì)進(jìn)行評價，并經(jīng)過試油驗證其效果，流體性質(zhì)判別符合率達(dá)到85.75%。

4.1 ST 1井

該井位于準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷沙灣凹陷，是為探明二疊系上烏爾禾組二段油層段含油氣規(guī)模而部署的一口探井。鉆至5 284.00 m氣測顯示活躍(圖6)，該井段壓力系數(shù)為1.60，屬于異常高壓儲集層；在井段5 286.42～5 289.42 m取心，取獲熒光級巖心3.00 m，熒光巖心出筒時油氣味較淡，散失較快，局部見針孔狀氣泡連續(xù)-間斷冒出，巖心表斷面干照熒光50%～70%，滴水緩滲-速滲。巖心分析含油級別較低，局部滴水速滲，疑似具含水特征。

圖6 ST 1井綜合錄井圖

核磁共振分析：孔隙度11.49%～12.66%，含油飽和度24.87%～28.26%，可動流體飽和度38.37%～54.63%；T2譜圖孔隙信號中可動流體明顯，干掃信號與油信號重疊性好(圖7)。

顯微熒光：鏡下觀察主要發(fā)綠黃色光，呈簇狀、喉道狀，發(fā)光中-強(qiáng)，主要發(fā)光部位分布在界面縫及剩余粒間孔，發(fā)光面積占1.66%～10.20%，未見含水痕跡(圖8)。

圖7 ST 1井核磁共振T2譜圖

圖8 ST 1井顯微熒光圖像

核磁-顯微熒光三維立體評價模型：X軸(KDY)85.00%～98.00%，儲集層落點分布在含油區(qū)范圍；對油層類別進(jìn)一步劃分，Y軸(KDL)38.37%～54.63%，落點處于油層區(qū)域；Z軸(SCB)為0，未見含水痕跡。模型評價該段儲集層具油層特征(圖5)。

試油井段5 286.00～5 292.00 m，產(chǎn)油58.07 t/d，產(chǎn)氣 0.28×104m3/d，試油結(jié)論為油層，流體判別與試油結(jié)論一致。

4.2 MZ 13井

該井位于準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷瑪湖凹陷，是為探明瑪東斜坡三疊系及侏羅系斷塊目標(biāo)群的含油氣性而部署的一口預(yù)探井，鉆至井深4 588.00 m見氣測異常顯示(圖9)，該段壓力系數(shù)為1.40，為高壓儲集層；在井段4 590.00～4 596.80 m取心取獲油跡級巖心0.22 m，熒光級巖心5.36 m。含油巖心出筒時新鮮斷面油氣味較濃，表面局部外滲黃褐色原油，含油面積占1%；熒光級巖心表斷面干照熒光20%～80%，且滴水緩滲。

圖9 MZ 13井綜合錄井圖

核磁共振分析：孔隙度5.45%～9.06%，含油飽和度14.07%～36.04%，可動流體飽和度10.61%～31.28%；T2譜圖孔隙信號具可動流體，干掃信號與油信號部分重疊(圖10)。

圖10 MZ 13井核磁共振T2譜圖

顯微熒光：鏡下觀察主要發(fā)黃綠色光，呈簇狀、喉道狀賦存，發(fā)光弱-中等，主要發(fā)光部位在部分界面縫與粒間孔，發(fā)光面積占0.75%～5.10%，局部見淡綠色水溶烴痕跡(圖11)。

圖11 MZ 13井顯微熒光圖像

核磁-顯微熒光三維立體評價模型：X軸(KDY)40%～60%，儲集層落點分布在含水區(qū)范圍；Y軸(KDL)10.61%～31.28%，儲集層流體賦存以小孔隙為主；Z軸(SCB)0～30%，局部出現(xiàn)水溶烴痕跡；經(jīng)核磁共振及顯微熒光雙重驗證，模型評價該段儲集層為油水混層特征(圖5)。

試油井段4 592.00～4 598.00 m，產(chǎn)油10.85 t/d，產(chǎn)水80.14 m3/d，試油結(jié)論為油水同層，含水性判別與試油結(jié)論一致。

5 結(jié) 論

(1)核磁共振及顯微熒光薄片錄井技術(shù)由于分析方式的特殊性，具有不受異常高壓影響的特點，兩項技術(shù)均具有各自的評價優(yōu)勢，同時也存在不同的局限性，通過兩項技術(shù)融合進(jìn)行儲集層流體性質(zhì)評價，可以克服技術(shù)短板，提升了核磁共振及顯微熒光薄片技術(shù)的研究深度。

(2)核磁-顯微熒光三維立體評價模型的創(chuàng)建，首次將核磁共振及顯微熒光薄片錄井技術(shù)的核心參數(shù)進(jìn)行有效組合，對儲集層含水性判別起到了雙重驗證功效；同時將傳統(tǒng)的譜圖評價方式轉(zhuǎn)換為定量化模型評價模式，發(fā)揮了直觀、精準(zhǔn)、多維的技術(shù)特點。

(3)該項技術(shù)成果2020年現(xiàn)場實例驗證，模型評價符合率85.75%，提高了儲集層流體性質(zhì)判準(zhǔn)率，有效解決了異常高壓儲集層含水性判別難題。