荊文明 景 社 倪朋勃 李鴻儒 郭明宇 桑月浦

(①中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司；②中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司；③中海油(中國)有限公司天津分公司)

0 引 言

隨著勘探思路的轉(zhuǎn)變、地質(zhì)認(rèn)識的深化及作業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，渤海油田中深層勘探力度不斷加強(qiáng)，所揭示的儲層巖性特征及油氣水分布日趨復(fù)雜[1]，有砂礫巖儲層和高顯示水層的發(fā)現(xiàn)。在勘探領(lǐng)域，以低孔隙度、低滲透率、非均質(zhì)性強(qiáng)為主要特點(diǎn)的砂礫巖儲層是最難評價的儲層之一[2]。在渤海油田，高顯示水層是指錄井氣測數(shù)值較高，三維定量熒光及地化分析都具有油層特征，而且測井電性也為油層或油水同層，但試油結(jié)果卻為水層，這樣的儲層一般定義為高顯示水層，該類儲層以細(xì)砂巖為主，連通性好[3-4]。由于砂礫巖儲層低孔隙度、低滲透率、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)以及“高顯示水層”高氣測值、高熒光、高地化的特征，僅依據(jù)錄、測井?dāng)?shù)據(jù)局限性較大，無法準(zhǔn)確評價砂礫巖儲層和高顯示水層，儲層評價面臨更高的挑戰(zhàn)。因此，需要建立一套適合砂礫巖儲層和高顯示水層的錄井、測井綜合解釋評價方法。氣測錄井在勘探開發(fā)中一直扮演著重要的角色[5]，特別是定量脫氣器(GZG)的廣泛應(yīng)用，為氣測定量化解釋打下了基礎(chǔ)。近年來主要利用鉆井參數(shù)進(jìn)行氣測校正，本文通過鉆井液脫氣效率實(shí)驗(yàn)，得出鉆井液密度、粘度對氣測的影響規(guī)律，校正氣測全烴值并計(jì)算地面含氣量，對地面含氣量進(jìn)行壓力、溫度校正，可得到地層含氣量[6]，并結(jié)合破碎巖石體積和測井已獲得的有效孔隙度計(jì)算儲層含氣飽和度。該方法實(shí)現(xiàn)了氣測全烴值對儲層含氣飽和度的定量化評價，同時克服了電法計(jì)算的缺陷，如地層水礦化度、計(jì)算參數(shù)難以確定等，使得儲層綜合評價更準(zhǔn)確，對復(fù)雜儲層評價具有重要意義。

1 鉆井液脫氣效率實(shí)驗(yàn)

含氣飽和度是油氣藏評價的重點(diǎn)指標(biāo)之一，目前主要依據(jù)Archie公式進(jìn)行含氣飽和度的計(jì)算，并借助巖石電阻率與孔隙水電阻率比值間固有關(guān)系建立巖石物性和電性之間的關(guān)系。地層因數(shù)是巖石標(biāo)本100%含水時巖石電阻率與孔隙水電阻率呈線性增加的恒定比例因子，也就是說巖石骨架電阻率無窮大，用電解質(zhì)礦化度為20 000～100 000 mL/L (NaCl)溶液填充巖石孔隙以確保巖石電阻率相對于孔隙水電阻率保持恒定[7]。但現(xiàn)實(shí)中，各類儲層受到各類附加電性的影響，如高束縛水飽和度作用、地層水礦化度作用、導(dǎo)電礦物作用、鉆井液侵入、計(jì)算參數(shù)難以確定以及潤濕性等，使得Archie公式計(jì)算含氣飽和度欠缺。本文從物理意義、普及性及相關(guān)性上整體思考，利用基于脫氣效率和理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算的地下破碎單位巖石體積的含氣量反推計(jì)算含氣飽和度，利用非電法(測井、錄井)信息計(jì)算含氣飽和度，對復(fù)雜儲層評價具有重要意義。

脫氣器脫氣時，并不能將鉆井液內(nèi)溶解的烴類氣體全部脫出，很大一部分仍殘留在鉆井液內(nèi)，將脫出的氣體體積占鉆井液內(nèi)總氣體含量的比值，稱為“脫氣效率”[8]。鉆井液脫氣效率實(shí)驗(yàn)是計(jì)算地層含氣量的必要實(shí)驗(yàn)[9]，為了研究水基鉆井液性能(密度、粘度)對氣測全烴檢測值的影響，通過模擬井下鉆井液循環(huán)過程，得出鉆井液性能對全烴檢測值的影響規(guī)律。

本實(shí)驗(yàn)?zāi)M井下地層條件，設(shè)計(jì)壓力為1 700 psi(11.72 MPa)，鉆井液溫度為50℃，含氣飽和度50%。實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要有：試壓泵、電伴熱、GZG定量脫氣器、熱真空定量全脫分析儀、ReservalTM色譜分析儀。所檢測的鉆井液(改進(jìn)型PEC體系)密度分別為1.15、1.20、1.25、1.30 g/cm3；馬氏漏斗粘度分別為45、50、55 s，共計(jì)12組。

實(shí)驗(yàn)利用全脫值-氣測值法，在鉆井液進(jìn)入脫氣器之前取鉆井液樣品500 mL，進(jìn)行熱真空定量全脫分析，用以檢測鉆井液內(nèi)烴類氣體的真實(shí)含量；同時利用ReservalTM色譜分析儀對氣測值進(jìn)行實(shí)時采集，該氣測值反映的是脫氣器脫出的氣體的含量。脫氣效率可由下式求得：

(1)

式中：ηi為某烴組分的脫氣效率，%；Ci為ReservalTM色譜分析儀的某烴組分的濃度，10-6；Vb為熱真空定量脫氣器的鉆井液罐體積，mL；VQ為ReservalTM色譜分析儀泵排量，mL；Cib為在脫氣前取鉆井液做全脫分析所得氣體濃度，10-6；Vi為GZG定量脫氣器鉆井液罐體積，mL；Vq為熱真空定量全脫分析的鉆井液體積，mL。

通過對12組鉆井液樣品氣體組分檢測實(shí)驗(yàn)，計(jì)算并繪制各組分脫氣效率(圖1)，分析鉆井液密度、粘度對全烴檢測值影響。研究發(fā)現(xiàn)，GZG定量脫氣器對甲烷的脫氣效率最高，脫氣效率為20%左右，丁烷的脫氣效率只有7%左右。由此說明，烴類氣體的碳原子數(shù)越大，被鉆井液吸附的力越強(qiáng)，從鉆井液中脫出越困難，脫氣效率越低。通過對12組鉆井液樣品全烴檢測實(shí)驗(yàn)，計(jì)算并繪制全烴脫氣效率曲線(圖2)。由圖2可以看出，鉆井液密度為1.20 g/cm3時，各組分脫氣效率最低，但當(dāng)鉆井液密度達(dá)到1.20 g/cm3之后，隨著密度的增加脫氣效率增加；鉆井液粘度在45～55 s時，脫氣效率隨著粘度的增加而增加。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算全烴在不同密度、粘度下的脫氣效率(表1)，對全烴進(jìn)行校正，計(jì)算地面條件下鉆井液中破碎單位巖石體積氣體的濃度。

表1 全烴脫氣效率數(shù)據(jù)

圖1 各組分在不同密度、粘度下的脫氣效率曲線

圖2 全烴脫氣效率曲線

(2)

式中：C為地面條件下鉆井液中破碎單位巖石體積的氣體的濃度，%；Tg為ReservalTM色譜分析儀的全烴濃度，%；η為全烴脫氣效率，%。

2 氣測全烴計(jì)算含氣飽和度方法

利用氣測全烴值，結(jié)合井眼尺寸、鉆時、鉆井液排量、脫氣效率實(shí)驗(yàn)計(jì)算地表?xiàng)l件下每米巖石所釋放的天然氣總體積，再根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程推算地下溫壓條件下每米巖石所釋放的天然氣總體積，最終結(jié)合測井孔隙度數(shù)據(jù)，計(jì)算得出含氣飽和度。

Vr=πr2h

(3)

式中：Vr為破碎單位巖石體積，m3；r為井眼半徑，m；h為單位進(jìn)尺，m。

地下巖石破碎后，釋放的氣體體積Vssg為：

Vssg=VrφSg

(4)

式中：Vssg為地下破碎單位巖石體積的含氣量，m3；φ為巖石孔隙度，%；Sg為破碎單位巖石的含氣飽和度，%。

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，將計(jì)算的地表含氣量體積換算為地下溫壓條件下的氣體體積：

(5)

式中：ps為大氣壓力，kPa；Vsg為破碎單位巖石體積的地表含氣量，m3；Tss為地層溫度，該溫度可根據(jù)地溫梯度或測壓數(shù)據(jù)求得，℃；pss為地層壓力，該壓力可根據(jù)鉆井液密度或測壓數(shù)據(jù)求得，kPa；Ts為地表鉆井液溫度，可由錄井溫度傳感器讀取，℃。

單位體積巖石破碎后的氣體被分散在鉆井液中，破碎單位巖石體積時間內(nèi)鉆井液循環(huán)總量為：

(6)

式中：Vdf為單位巖石體積破碎時間內(nèi)鉆井液循環(huán)總量，m3；FQ為某深度鉆井液泵排量，m3/min；s為某深度鉆速，m/min。

巖石破碎后的氣體全部逸散在鉆井液中，可以計(jì)算出地面條件下鉆井液中破碎單位巖石體積的濃度：

(7)

如上所述，聯(lián)立公式(2)-(7)，可以計(jì)算出破碎單位巖石體積的含氣飽和度Sg：

(8)

式中：Sg為利用氣測全烴計(jì)算的破碎單位巖石體積的含氣飽和度，%。

假若進(jìn)行測井作業(yè)已經(jīng)得出了孔隙度參數(shù)，在地層壓力和溫度確定的情況下，可以直接利用公式(8)計(jì)算儲層含氣飽和度，從而實(shí)現(xiàn)氣測定量評價儲層含氣飽和度的方法。需要說明的是，Sg為利用氣測全烴演算的含氣飽和度，SG為測井解釋含氣飽和度。

目前鉆井工程普遍應(yīng)用PDC鉆頭，鉆頭具有較強(qiáng)的碾磨性，確保巖石孔隙中的氣體大部分?jǐn)U散到鉆井液中，這更利于“砂礫巖儲層”或者其他致密儲層的氣體捕集檢測，使氣測全烴校正計(jì)算儲層含氣飽和度更準(zhǔn)確。

3 實(shí)例應(yīng)用分析

將本文介紹的含氣飽和度計(jì)算新方法，在渤海油田17口探井以及12口已鉆井進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，與電纜取樣及試油結(jié)論進(jìn)行對比，解釋層數(shù)82層，其中76層符合，解釋符合率為92.7%，解釋評價效果較好，能夠進(jìn)一步確定儲層含氣性級別。

3.1 Z 2井砂礫巖低滲儲層

Z 2井是渤海灣遼中凹陷J構(gòu)造2號區(qū)塊高部位的一口探井，以東營組和沙河街組為主要目的層，其中東二下亞段發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積，巖性剖面上為多套砂巖和泥巖不等厚互層，且砂礫巖發(fā)育，地層非均質(zhì)性較強(qiáng)，導(dǎo)致常規(guī)氣測和電阻特征識別油水層效果不理想。在鉆遇E3d21組1 513 m砂礫巖儲層時，鉆井液密度1.32 g/cm3，粘度50 s，鉆時由0.95 min/m升至11.96 min/m，氣測全烴值由21.74%降至6.02%，降低了72%(圖3)。隨鉆解釋判斷該儲層含氣性和物性均較差，鉆后電纜取樣(取氣500 cm3，取油1 300 cm3)證實(shí)該儲層含油(表2)。

表2 Z 2井電纜取樣數(shù)據(jù)

為了解決上述問題，本文就該井氣測數(shù)據(jù)結(jié)合鉆井液脫氣效率實(shí)驗(yàn)、鉆井工程參數(shù)、錄井傳感器數(shù)據(jù)和測井總孔隙度，進(jìn)行氣測全烴校正計(jì)算儲層含氣飽和度，其中鉆井參數(shù)和鉆井液地面溫度可由錄井?dāng)?shù)據(jù)直接讀取，測井總孔隙度可通過測井?dāng)?shù)據(jù)獲得。本井地下溫度和壓力通過電纜取樣獲得，分別為55.85℃和14.513×103kPa。如圖3所示，Sg和SG兩者趨勢基本一致，在疑難層1 519～1 521 m、1 531～1 533 m處利用氣測全烴演算的含氣飽和度Sg相比于頂部儲層1 496～1 509 m的含氣飽和度Sg無明顯降低，且明顯高于測井解釋含氣飽和度SG(表3)，更符合電纜取樣情況，初步實(shí)現(xiàn)錄井?dāng)?shù)據(jù)定量化評價儲層。

表3 Z 2井含氣飽和度數(shù)據(jù)

圖3 Z 2井計(jì)算含氣飽和度綜合解釋圖

3.2 N 1井高顯示水層

N 1井是渤南低凸起B(yǎng)構(gòu)造北傾3號區(qū)塊的一口重點(diǎn)探井，B構(gòu)造處于油氣運(yùn)移的優(yōu)勢路徑上，其運(yùn)聚條件優(yōu)越。在鉆遇N1g組2 820 m細(xì)砂巖儲層時，鉆井液密度1.33 g/cm3，粘度52 s，氣測全烴由1.24%升至9.20%(儲層頂部5.11%，儲層最高至9.20%)，熒光顯示較好，地化含油氣總量0.98～2.61 mg/g，電阻率6.7～14.9 Ω·m(圖4)，錄井解釋和電性解釋均較好。對井段2 835.0～2 841.0 m和2 846.0～2 856.0 m進(jìn)行測試作業(yè)，產(chǎn)液為水，未見油。

圖4 N 1井計(jì)算含氣飽和度綜合解釋圖

針對本層顯示情況，采用地化、電阻率等常規(guī)錄、測井技術(shù)已不能有效評價儲層，因此采用氣測全烴校正計(jì)算儲層含氣飽和度評價儲層，其中鉆井參數(shù)和鉆井液地面溫度由錄井?dāng)?shù)據(jù)直接讀取，測井總孔隙度可通過測井?dāng)?shù)據(jù)獲得。本井地?zé)崽荻葹?.823℃/100 m左右，按海底溫度18 ℃計(jì)算，得到地下溫度69.41～70.32 ℃，壓力通過鉆桿測試壓力計(jì)獲得為22.812×103kPa。在2 820～2 840 m、2 845～2 860 m處Sg

表4 N 1井含氣飽和度數(shù)據(jù)

4 結(jié) 論

在不考慮氣體井口逸散的情況下，基于物理意義、普及性和相關(guān)性進(jìn)行思考，建立氣測全烴校正計(jì)算儲層含氣飽和度的方法，利用非電法信息，將測、錄井?dāng)?shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，能夠有效評價砂礫巖儲層和高顯示水層，初步實(shí)現(xiàn)了錄井?dāng)?shù)據(jù)定量化評價儲層，對復(fù)雜儲層評價應(yīng)用效果較好，具有重要意義，推薦使用。

對于一些大斜度井、水平井測井項(xiàng)目在實(shí)施困難的情況下，可以通過氣測全烴校正計(jì)算含氣飽和度的方法計(jì)算破碎單位巖石體積地下含氣量，使數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確地反映地層真實(shí)含油氣特征，加強(qiáng)縱向和橫向上的地層對比和分析，滿足地質(zhì)儲層評價的需求。