白 澤,譚茂金,石玉江,李高仁

(1.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院,安徽淮南 232001;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京),北京 100083;3.中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院,陜西西安 710018)

致密砂巖儲(chǔ)層復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)和油水關(guān)系導(dǎo)致了低阻油氣層大量發(fā)育,大大降低了常規(guī)測(cè)井對(duì)孔隙流體的敏感性,增加了致密砂巖儲(chǔ)層的解釋和評(píng)價(jià)難度[1]。低阻油層的成因十分復(fù)雜,往往由一種或幾種因素共同作用導(dǎo)致,而不同地區(qū)或不同儲(chǔ)層類(lèi)型的巖石物理特征不同,發(fā)育的低阻油層的成因機(jī)理也存在差異,這也是測(cè)井識(shí)別和評(píng)價(jià)這一類(lèi)儲(chǔ)層比較困難的原因之一[2-3]。

近年來(lái),學(xué)者們針對(duì)低阻油層的流體識(shí)別進(jìn)行了大量探索,比較典型的流體識(shí)別方法有重疊法、交會(huì)圖法、核磁共振測(cè)井法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法等[4-6]。在這些方法中,重疊法和交會(huì)圖法是最常用的方法,其應(yīng)用的關(guān)鍵是建立有效的流體識(shí)別參數(shù)并加以組合應(yīng)用[7-8]。例如,李甘[9]基于優(yōu)選出的對(duì)油水層識(shí)別較好的幾條常規(guī)測(cè)井曲線,利用多元線性回歸方法進(jìn)行曲線重構(gòu),重構(gòu)出的數(shù)據(jù)包含更加豐富的地質(zhì)信息,通過(guò)對(duì)多組重構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行交會(huì)來(lái)進(jìn)行流體識(shí)別,取得了較好的應(yīng)用效果。任培罡等[10]基于雙孔隙度重疊方法定義了流體指示因子,通過(guò)構(gòu)建流體識(shí)別因子-孔隙度交會(huì)圖進(jìn)行流體識(shí)別,預(yù)測(cè)精度得到很大改善。由于造成低對(duì)比度油層的原因有很多,不同測(cè)井曲線對(duì)流體的敏感性也會(huì)有一定的差別。SUN等[11]基于Voigt-Reuss-Hill模型建立了致密砂巖雙孔隙度模型,并利用該模型預(yù)測(cè)得到的彈性參數(shù)構(gòu)建了適用于低孔低滲儲(chǔ)層的流體識(shí)別圖版。侯振學(xué)等[12]利用密度孔隙度和電阻率測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分別對(duì)不同流體進(jìn)行回歸分析,并求取相關(guān)系數(shù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同流體的相關(guān)系數(shù)存在差異,提出了一種基于相關(guān)系數(shù)的流體判別方法,在鄂爾多斯盆地臨興神府地區(qū)上古生界致密砂巖儲(chǔ)層的流體識(shí)別中取得了較好的效果。然而,對(duì)于成因相對(duì)復(fù)雜的低阻油層來(lái)說(shuō),構(gòu)建能夠綜合反映多種影響因素的流體敏感參數(shù)或關(guān)系相對(duì)困難,利用單一的流體識(shí)別方法存在一定局限性[13-14]。

為此,針對(duì)鄂爾多斯盆地隴東西部地區(qū)長(zhǎng)8致密砂巖儲(chǔ)層低阻油層的成因機(jī)理和流體識(shí)別問(wèn)題開(kāi)展研究,構(gòu)建了雙視地層水電阻率差異交會(huì)圖版、物性指數(shù)與陣列感應(yīng)電阻率差異交會(huì)圖版以及全烴錄井-測(cè)井聯(lián)合交會(huì)圖版,并提出了一種基于圖版符合率和投票策略的綜合流體識(shí)別法,有效提高了研究區(qū)低阻油層的識(shí)別精度。這一方法對(duì)其它類(lèi)似地區(qū)的測(cè)井流體識(shí)別也具有一定的參考和借鑒意義。

1 技術(shù)方法

低阻油層作為一種重要的隱蔽性強(qiáng)的油氣儲(chǔ)層,因其產(chǎn)量高、分布范圍廣的特性近年來(lái)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。造成低電阻率油層的因素很多且復(fù)雜[15-16]。到目前為止,人們認(rèn)為低電阻率油層的形成有十多種因素,如薄層效應(yīng)、束縛水、導(dǎo)電礦物、粘土類(lèi)型及其含量、孔隙結(jié)構(gòu)、潤(rùn)濕性、地層水礦化度、鉆井泥漿侵入等[17-20]。一般來(lái)說(shuō),低阻油層往往是多種因素綜合影響的結(jié)果,不同地區(qū)、不同儲(chǔ)層類(lèi)型的影響因素往往不同,這導(dǎo)致不同油田和研究機(jī)構(gòu)對(duì)低阻油藏成因的認(rèn)識(shí)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。然而,對(duì)于某一地區(qū)或某一類(lèi)型的特定儲(chǔ)層,低電阻率油層是有規(guī)律可循的[21]。圖1是研究區(qū)不同流體性質(zhì)儲(chǔ)層的電阻率和密度之間的關(guān)系,可以看出,低阻油層和水層的密度相對(duì)較低,而高阻油層的密度較高,說(shuō)明研究區(qū)低阻油層與水層在物性差異上不明顯,需要在儲(chǔ)層特征分析的基礎(chǔ)上,多方面研究低阻油層的主要影響因素,從而開(kāi)展有效的測(cè)井解釋和評(píng)價(jià)[22]。

圖1 研究區(qū)不同流體儲(chǔ)層電阻率RT-密度ρ交會(huì)

1.1 低阻油層成因分析

1.1.1 儲(chǔ)層微觀因素-束縛水飽和度

掃描電鏡分析結(jié)果表明,綠泥石和伊利石的粘土礦物主要以薄膜和絲狀填充孔隙,易吸附形成束縛水(圖2)。同時(shí),微孔內(nèi)充滿束縛水,易導(dǎo)致束縛水飽和度高。根據(jù)巖心的核磁共振計(jì)算和統(tǒng)計(jì)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)低阻油層束縛水飽和度主要分布范圍為40%～70%,平均值為64.2%。為了研究束縛水飽和度對(duì)地層電阻率的影響,繪制了視電阻率增大率(IR)與束縛水飽和度之間的關(guān)系(圖3)。其中,IR是根據(jù)該處純油層巖心的電阻率測(cè)井值除以此井鄰層或相鄰水井的電阻率測(cè)井值,并且對(duì)于純水層的導(dǎo)電性受束縛水飽和度的影響很小。因此,IR的大小僅與該處純油層巖心的束縛水飽和度有關(guān)。可以看出,隨著束縛水飽和度的增加,地層電阻率增大率逐漸減小。當(dāng)束縛水飽和度增加到45%左右時(shí),IR小于3,說(shuō)明束縛水引起的附加電導(dǎo)率是降低油層與水層電阻率差異的重要因素之一。此外,粘土附加導(dǎo)電性也會(huì)降低儲(chǔ)層的導(dǎo)電性,尤其是對(duì)于含有伊蒙混層這種粘土附加導(dǎo)電性較高的儲(chǔ)層,極易造成電阻率測(cè)井值低,而綠泥石和伊利石的陽(yáng)離子交換量約為(10～40)×10-2mol/kg,儲(chǔ)層附加導(dǎo)電性的影響并不強(qiáng)[23]。并且,本文并未進(jìn)行儲(chǔ)層粘土的附加導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn),所以無(wú)法研究?jī)?chǔ)層粘土礦物附加導(dǎo)電性對(duì)電阻率的影響,而是將儲(chǔ)層粘土礦物的含量都?xì)w結(jié)為束縛水飽和度的影響。

圖2 巖石主要粘土礦物掃描電鏡圖片a 薄膜狀綠泥石充填孔隙; b 絲縷狀伊利石充填孔隙

圖3 視電阻率增大率(IR)與束縛水飽和度之間的關(guān)系

1.1.2 儲(chǔ)層微觀因素——地層水礦化度

地層水作為巖石孔隙空間的主要導(dǎo)電介質(zhì),其礦化度高低是影響地層電阻率的一個(gè)十分重要的因素。研究區(qū)低阻油層的地層水礦化度主要分布范圍為45～55g/L,平均為53.46g/L(圖4a)。由于純油層井并沒(méi)有地層水可供礦化度分析,所以本文對(duì)低阻油層的地層水礦化度統(tǒng)計(jì)結(jié)果是根據(jù)鄰層產(chǎn)水層或鄰井產(chǎn)水層的礦化度分析結(jié)果得到的。從圖4b可以看出,隨著地層水礦化度的增高,油水同層電阻率比水層降低更加明顯,當(dāng)?shù)貙铀V化度升高至約45g/L時(shí),油水同層與水層的電阻率差異不明顯,說(shuō)明地層水礦化度高是造成油層電阻率降低的一個(gè)重要因素。

圖4 低阻油層地層水礦化度分布直方圖(a)和地層水礦化度與地層電阻率關(guān)系(b)

1.1.3 宏觀區(qū)域影響因素——烴源巖排烴壓力的差異

烴源巖的排烴能力除了受到烴源巖自身的有效厚度影響外,還與其離下伏儲(chǔ)層的距離有關(guān)。烴源巖的有效厚度大且距離儲(chǔ)層越近,其排烴能力越強(qiáng),原油越容易進(jìn)入小孔隙,從而形成高飽和度油層,反之亦然[24]。研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層的油源主要來(lái)自于上覆長(zhǎng)7烴源巖,為了研究烴源巖排烴能力差異對(duì)儲(chǔ)層電阻率的宏觀影響,在研究區(qū)內(nèi)繪制了連井剖面,該地區(qū)勘探結(jié)果表明,在隴東西部地區(qū)的西部發(fā)現(xiàn)了大批低阻油層,而東部出油井的電阻率相對(duì)較高,該地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層的電阻率平面特征如圖5所示。選擇3條連井剖面的位置,3條粗實(shí)線分別代表低阻油層的連井剖面(B′—B)、高阻油層的連井剖面(C′—C)和從低阻油層到高阻油層的連井剖面(A′—A)。繪制得到的3條連井剖面分別如圖6、圖7和圖8所示,連井剖面中每口井的第1道是深度,第2道是反映烴源巖的聲波時(shí)差和電阻率測(cè)井曲線的疊加顯示,填充顏色是黑灰色,第3道是地質(zhì)分層,第4道為測(cè)井解釋結(jié)論,第5道為自然伽馬和滲透率。對(duì)比3個(gè)連井剖面可知,低阻油層的烴源巖有效厚度較小,且烴源巖距離儲(chǔ)層遠(yuǎn),而高阻油層剛好相反?？梢?jiàn)烴源巖的厚度以及其與儲(chǔ)層之間的距離長(zhǎng)短共同影響著烴源巖對(duì)儲(chǔ)層的排烴能力,從而影響著地層的電阻率。低阻油層較發(fā)育的地區(qū)烴源巖排烴能力差,而高電阻率油層較發(fā)育的地區(qū)烴源巖排烴能力強(qiáng),說(shuō)明儲(chǔ)層宏觀上烴源巖的排烴能力的差異也控制了低阻油層的分布。

圖5 隴東西部地區(qū)電阻率平面等值線

圖6 研究區(qū)A′—A連井剖面

圖7 研究區(qū)B′—B連井剖面

圖8 研究區(qū)C′—C連井剖面

1.2 綜合測(cè)井流體識(shí)別方法

在充分認(rèn)識(shí)研究區(qū)低阻油層成因的基礎(chǔ)上,分別構(gòu)建雙視地層水電阻率差異交會(huì)圖版、物性與陣列感應(yīng)電阻率差異交會(huì)圖版以及全烴錄井-測(cè)井聯(lián)合交會(huì)圖版(圖9)。圖9a為雙視地層水電阻率差異交會(huì)圖版,該方法是分別利用自然電位(SP)測(cè)井和阿爾奇公式計(jì)算視地層水電阻率,其中利用自然電位計(jì)算的視地層水電阻率(RWA-SP)的公式如下:

圖9 不同方法計(jì)算的流體識(shí)別圖版a 雙視地層水電阻率差異法; b 物性與陣列感應(yīng)電阻率差異法; c 全烴錄井-測(cè)井聯(lián)合法

(1)

式中:Rmf為泥漿濾液電阻率;USSP為靜自然電位幅度;K為與溫度有關(guān)的系數(shù)。在泥漿濾液性質(zhì)比較穩(wěn)定條件下,利用公式(1)計(jì)算的視地層水電阻率數(shù)值大小與地層水真電阻率比較接近。利用阿爾奇公式計(jì)算視地層水電阻率(RWA-RT)的公式如下:

(2)

式中:RT為地層電阻率;φ為地層孔隙度;m為孔隙度指數(shù);a和b為與巖性有關(guān)的系數(shù),b常取1。RWA-RT包含了儲(chǔ)層物性和含油性信息。對(duì)于地層水礦化度高引起的低電阻率油層,計(jì)算的RWA-SP較低,分布在分界線上方;含油飽和度越高,地層電阻率也高,計(jì)算的RWA-SP大,樣本點(diǎn)落在圖版中距離分界線越遠(yuǎn)。該方法總體上識(shí)別效果不錯(cuò),只是對(duì)一些含油飽和度較低的油水同層和干層識(shí)別效果不好。

圖9b為物性與陣列感應(yīng)電阻率差異交會(huì)圖,為了體現(xiàn)儲(chǔ)層綜合物性的特征,定義物性指數(shù)為(KPERM/φ)0.5,其中KPERM為滲透率,可以利用巖心擬合公式計(jì)算得到;φ為孔隙度,通過(guò)密度與中子測(cè)井多元回歸模型計(jì)算得到。此外,考慮到地層水礦化度差異的影響,引入自然電位相對(duì)幅度ΔSSP,其計(jì)算公式如下:

(3)

式中:ΔSSP為自然電位測(cè)井?dāng)?shù)值;SSPshale為純泥巖層段的自然電位值;SSPsand為純砂巖層段自然電位值。一般情況下,ΔSSP的大小除了與孔隙流體的類(lèi)型有關(guān)外,還受到地層泥質(zhì)含量、井溫和井徑等條件的影響。由于研究的目標(biāo)層為延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段致密砂巖儲(chǔ)層,其沉積條件基本相同,儲(chǔ)層的泥質(zhì)含量和井眼大小變化不大,因此本文主要考慮孔隙流體類(lèi)型的影響。對(duì)于純水層來(lái)說(shuō),孔隙流體與泥漿濾液之間產(chǎn)生的擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)更加明顯,ΔSSP數(shù)值大;而隨著含油飽和度的增加,ΔSSP數(shù)值逐漸減小。同時(shí),由圖1可知研究區(qū)純水層的密度較低,物性較好,而高阻油層的密度相對(duì)較高,物性較差。因此,通過(guò)兩個(gè)因子相乘(KPERM/φ)0.5×ΔSSP來(lái)進(jìn)一步放大不同流體儲(chǔ)層之間的差異。高分辨率陣列感應(yīng)測(cè)井可以提供不同徑向深度地層的電阻率,不同儲(chǔ)層的侵入特征不同,不同探測(cè)深度陣列感應(yīng)電阻率的差異也不同,一般油層表現(xiàn)為正差異,即探測(cè)深度越深的電阻率數(shù)值越高;而水層則表現(xiàn)為負(fù)差異,即探測(cè)深度越深電阻率越低。此外,考慮到致密砂巖地層物性差,侵入關(guān)系一般不太明顯,因此定義感應(yīng)電阻率差異系數(shù)DR,其計(jì)算公式為:

(4)

式中:RAT10,RAT20,RAT30,RAT60和RAT90分別為陣列感應(yīng)電阻率測(cè)井探測(cè)深度為10,20,30、60,90in(1in≈2.54cm)的電阻率。通過(guò)公式(4)計(jì)算的陣列感應(yīng)電阻率差異系數(shù)DR體現(xiàn)了不同儲(chǔ)層的侵入特征差異,油層時(shí)DR大,水層時(shí)DR小。將DR與地層電阻率相乘,即DR×RAT90可以進(jìn)一步放大不同流體之間的電性差異?？梢钥闯?物性指數(shù)與陣列感應(yīng)電阻率差異交會(huì)圖能夠?qū)⒂蛯雍陀退瑢訌乃畬雍透蓪又凶R(shí)別出來(lái),但油層與油水同層的區(qū)分效果欠佳。

圖9c為全烴錄井-測(cè)井聯(lián)合交會(huì)圖,該方法是在物性指數(shù)與陣列感應(yīng)電阻率差異交會(huì)圖基礎(chǔ)引入了全烴錄井資料作為約束。全烴錄井直接反映儲(chǔ)層含油性的好差,儲(chǔ)層含油性越好,全烴錄井?dāng)?shù)值越大,且受儲(chǔ)層物性和含水性的影響較小,結(jié)合全烴錄井資料進(jìn)行儲(chǔ)層解釋可以有效提高解釋精度。本文將全烴錄井?dāng)?shù)值(QT)與陣列感應(yīng)電阻率差異系數(shù)、地層電阻率相乘,即,DR×RAT90×QT,該參數(shù)進(jìn)一步放大了不同流體之間的電性差異。可以看出,該圖版油層和油水同層之間的界限更加明顯,對(duì)不同流體的識(shí)別效果更好。

為了對(duì)比上述3種流體識(shí)別圖版在研究區(qū)的應(yīng)用效果,定義流體圖版識(shí)別符合率為V,即:

(5)

式中:n為圖版中符合試油結(jié)果的樣本點(diǎn)個(gè)數(shù);N為圖版中所有樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)。為了保證圖版流體識(shí)別的可靠性,落在分界線上的樣本點(diǎn)不作考慮。根據(jù)公式(5)計(jì)算3種方法的圖版符合率分別為81.81%,81.25%,87.23%。

圖10為利用這3種識(shí)別圖版綜合判別流體用數(shù)字類(lèi)型的方法流程。當(dāng)對(duì)研究區(qū)新井進(jìn)行流體識(shí)別時(shí),先用利用這3種圖版對(duì)新井進(jìn)行流體識(shí)別,識(shí)別結(jié)果表示,“2”代表油層,“1”代表油水同層,“-2”代表水層,“-1”代表干層。判斷儲(chǔ)層最終流體類(lèi)型時(shí),將這3種圖版的判別結(jié)果通過(guò)投票機(jī)制來(lái)確定,也就是當(dāng)3個(gè)流體識(shí)別圖版中有兩個(gè)或全部的解釋結(jié)果一致時(shí),選擇大多數(shù)方法共同的判別結(jié)果作為最終解釋結(jié)果;當(dāng)3種圖版的識(shí)別結(jié)果各不相同時(shí),以符合率最高的識(shí)別圖版的判別結(jié)果為準(zhǔn)。

圖10 綜合判別流體類(lèi)型的方法流程

2 應(yīng)用效果

分別利用本文建立的單一流體識(shí)別圖版和綜合流體識(shí)別法對(duì)研究區(qū)一口典型低阻油井進(jìn)行流體識(shí)別,如圖11所示。圖中第9、第10和第11道分別是雙視地層水電阻率差異法、物性指數(shù)與陣列感應(yīng)電阻率差異法和全烴錄井-測(cè)井聯(lián)合法3種方法的流體識(shí)別結(jié)果。其中第9道利用計(jì)算的兩種視地層水電阻率重疊填充反映了儲(chǔ)層含油性,RWA-RT大于RWA-SP的部分填充紅色,而RWA-RT小于RWA-SP的部分填充藍(lán)色,填充紅色部分越飽滿說(shuō)明含油性越好,油層可能性越大;填充藍(lán)色部分越飽滿說(shuō)明含油性越差,越可能是水層。其余兩種方法分別將流體識(shí)別曲線與“0”線(ITFC)進(jìn)行重疊填充,大于0值充填為紅色,小于0值充填藍(lán)色,不同數(shù)字大小與上面綜合流體識(shí)別流程中代表的流體類(lèi)型一致?？紤]到不同深度測(cè)井值會(huì)對(duì)流體識(shí)別因子的計(jì)算有影響,利用單一方法進(jìn)行流體識(shí)別時(shí)采用該層段計(jì)算的最多的數(shù)字作為該方法流體識(shí)別結(jié)果。第12道為綜合解釋結(jié)果,即最終解釋的流體識(shí)別結(jié)果。在目的層段2590.0～2596.5m位置,雙視地層水電阻率差異法、物性指數(shù)與陣列感應(yīng)電阻率差異法的解釋結(jié)果均為油層,而全烴錄井-測(cè)井聯(lián)合法在該層段解釋為油水同層,根據(jù)綜合流體識(shí)別法,最終解釋該層段為油層,后來(lái)在該層進(jìn)行試油,出油23.63t/d,無(wú)水,為高產(chǎn)油層,驗(yàn)證了綜合解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖11 測(cè)井流體識(shí)別結(jié)果

利用綜合流體判別法解釋了研究區(qū)30口探井共30層,其中試油結(jié)果為油層的有8口(均為低阻油層),表1對(duì)比了部分測(cè)井解釋結(jié)果與試油結(jié)論。

表1 研究區(qū)部分探井綜合流體判別法與試油結(jié)果對(duì)比

其中,雙視地層水電阻率差異法解釋準(zhǔn)確20層,準(zhǔn)確率為66.67%;物性指數(shù)與陣列感應(yīng)電阻率差異法解釋準(zhǔn)確20層,準(zhǔn)確率為66.67%;全烴錄井-測(cè)井聯(lián)合法解釋準(zhǔn)確22層,準(zhǔn)確率為73.3%;綜合流體判別方法流體識(shí)別準(zhǔn)確25層,準(zhǔn)確率為83.3%?？梢钥闯?綜合流體判別方法相比于單一流體識(shí)別方法有效地提高了流體識(shí)別精度,表明這種流體識(shí)別方法在實(shí)際應(yīng)用中值得推廣和應(yīng)用。

3 結(jié)論

1) 鄂爾多斯盆地隴東西部地區(qū)長(zhǎng)8組致密砂巖儲(chǔ)層低阻油層成因微觀上主要受束縛水飽和度高和地層水礦化度高影響,宏觀上其分布受其上覆長(zhǎng)7烴源巖的排烴能力差異控制,在低阻油層的測(cè)井解釋評(píng)價(jià)過(guò)程中要綜合考慮儲(chǔ)層微觀和宏觀因素的影響。

2) 針對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層低阻油層測(cè)井流體識(shí)別問(wèn)題,探索了雙視地層水電阻率差異交會(huì)圖版、物性指數(shù)與陣列感應(yīng)電阻率差異交會(huì)圖版和全烴錄井-測(cè)井聯(lián)合交會(huì)圖版的流體識(shí)別效果,并基于圖版符合率和投票策略提出了一種綜合流體識(shí)別方法。

3) 實(shí)例應(yīng)用表明,綜合流體識(shí)別法的流體識(shí)別精度比單一圖版法要高,說(shuō)明該方法在致密砂巖儲(chǔ)層中低阻油層的識(shí)別是有效的,值得推廣應(yīng)用。