唐軍,何澤,申威,齊戈為,郭為民
(長江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院,武漢 430100)
采用測井技術(shù)評價儲集層有效性是目前常用的方法[1-5],但碳酸鹽巖儲集層非均質(zhì)性強,需要建立考慮儲集層平均厚度、裂縫孔隙度等因素的碳酸鹽巖儲集層有效性評價方法;另外,僅依據(jù)巖石學(xué)特征表征儲集層結(jié)構(gòu)比較單一,測井資料不但可反映地下地質(zhì)體特征,精度也較地震數(shù)據(jù)高[6-7]。因此,在采用測井資料表征儲集層物性的基礎(chǔ)上,開展多信息的儲集層有效性綜合評價,是碳酸鹽巖儲集層評價的趨勢。除了巖溶作用之外,裂縫發(fā)育是導(dǎo)致碳酸鹽巖儲集層非均質(zhì)性強的另一重要原因[8-9]。雖然利用成像測井可以實現(xiàn)裂縫的識別與評價[10],但其成本較高,多數(shù)油井仍采用常規(guī)測井方法。因此,從可利用數(shù)據(jù)量和普及率出發(fā),研究基于常規(guī)測井的裂縫性碳酸鹽巖儲集層評價仍具有意義。碳酸鹽巖儲集層類型包括孔洞型、裂縫型、裂縫-孔洞型等[11-13],建立與產(chǎn)能相關(guān)的儲集層有效性評價方法是碳酸鹽巖儲集層評價的熱點[14]。塔里木盆地托甫臺地區(qū)奧陶系一間房組受構(gòu)造以及巖溶作用的影響,儲集層類型及其發(fā)育程度差異較大,需要建立不同類型儲集層的產(chǎn)能評價方法[15]。依據(jù)成像測井、常規(guī)測井等資料,本文對托甫臺地區(qū)碳酸鹽巖儲集層孔隙類型進(jìn)行了劃分,討論了成像測井、電法測井以及孔隙度測井參數(shù)在儲集層評價中的應(yīng)用;引入累計有效孔隙厚度和平均有效孔隙度,對標(biāo)各井段的生產(chǎn)測試數(shù)據(jù),分類型建立了儲集層判別圖版,為碳酸鹽巖儲集層有效性評價提供借鑒。
塔里木盆地托甫臺地區(qū)一間房組碳酸鹽巖有效儲集空間為孔洞和裂縫??锥捶譃榱ig溶孔、粒內(nèi)溶孔和溶蝕孔洞。其中,溶蝕孔洞的發(fā)育與巖溶作用有關(guān),巖心上可見溶蝕孔洞具有無組構(gòu)選擇性溶蝕、沿裂隙分布的特點。孔洞多由方解石和粉砂級—泥級碳酸鹽巖碎屑充填,分布極不均勻,多沿先期滲透帶發(fā)育,常與裂縫構(gòu)成裂縫-孔洞型儲集層。裂縫分為構(gòu)造縫、壓溶縫和溶蝕縫,構(gòu)造縫與溶蝕縫對改善儲集層物性貢獻(xiàn)較大。裂縫的長度、開度和密度變化均較大,儲集層非均質(zhì)性較強。
(1)孔洞 泥質(zhì)充填的孔洞,自然伽馬較大,井筒略有擴徑,電阻率相對圍巖明顯較小,且深側(cè)向電阻率和淺側(cè)向電阻率存在差異,補償中子和密度相對圍巖較大,成像測井可見暗色團塊(圖1a);方解石充填的孔洞,孔隙度曲線與圍巖無明顯差別,電阻率略大于圍巖,成像測井可見亮色團塊(圖1b)。
圖1 研究區(qū)一間房組儲集層孔洞和裂縫測井響應(yīng)特征Fig.1.Logging response characteristics of vugs and fractures in Yijianfang formation reservoirs in the study area
(2)裂縫 泥質(zhì)充填的裂縫,自然伽馬略大于圍巖,井筒略有擴徑,深側(cè)向電阻率和淺側(cè)向電阻率略有差異,且深側(cè)向電阻率較小,成像測井可見清晰裂縫(圖1c);方解石充填的裂縫,自然伽馬較小,深側(cè)向電阻率和淺側(cè)向電阻率均較大,聲波時差較圍巖小,密度較圍巖大,成像測井可見清晰裂縫(圖1d)。
分析研究區(qū)多口井的測井響應(yīng)特征可知,一間房組孔洞和裂縫均發(fā)育,碳酸鹽巖儲集層主要為孔洞型和裂縫-孔洞型,裂縫型儲集層少見。
根據(jù)阿爾奇公式,由成像測井電導(dǎo)率確定孔隙度,構(gòu)建孔隙度譜。若儲集層主要發(fā)育孔洞,則孔隙度分布相對均勻(圖2a);若儲集層裂縫發(fā)育,特別是裂縫寬度不一時,孔隙度譜的譜峰會橫向偏移(圖2b),因此,可用孔隙度譜判別儲集層類型。
圖2 研究區(qū)一間房組儲集層孔隙度譜Fig.2.Porosity spectra of Yijianfang formation reservoirs in the study area
巖石導(dǎo)電效率[16]:
將含有孔洞和裂縫的巖石簡化為長度為L、寬度為l的長方體,巖石中心有一邊長為d的正方體孔洞,裂縫寬度為Df(圖3a),地層水電阻率為Rw,則巖石含水體積:
標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管電阻:
地層電阻:
則巖石導(dǎo)電效率:
令L=l=1,即L和l均為單位長度,巖石為單位體積立方體,則:
由此計算裂縫與孔洞2 類儲集空間共存時的巖石導(dǎo)電效率。結(jié)果表明,裂縫寬度越大,巖石導(dǎo)電效率越高;且相同裂縫寬度下,孔洞邊長越大,巖石導(dǎo)電效率越低(圖3b)。
圖3 巖石中裂縫和孔洞示意圖及不同孔洞邊長下巖石導(dǎo)電效率隨裂縫寬度的變化Fig.3.Schematic diagram of fractures and vugs in rocks and variations of electrical conductivity with fracture width under different side lengths of cubic vugs
裂縫發(fā)育的碳酸鹽巖儲集層,裂縫開度越大,孔喉半徑越大,電阻率變化幅度越大,深側(cè)向電阻率和淺側(cè)向電阻率差異越大。借鑒前人研究方法[17],計算裂縫孔隙度。
深側(cè)向電阻率大于淺側(cè)向電阻率時,裂縫孔隙度:
深側(cè)向電阻率小于淺側(cè)向電阻率時,裂縫孔隙度:
致密層段滲透性差,導(dǎo)電能力弱,電阻率高;裂縫發(fā)育層段滲透性好,導(dǎo)電能力強,電阻率低,且裂縫越發(fā)育,地層滲透性越好,電阻率降幅也越大,深側(cè)向電阻率變化幅度:
根據(jù)以上方法進(jìn)行裂縫特征參數(shù)的計算,并結(jié)合成像測井資料進(jìn)行儲集層類型的識別。由圖4 可知,解釋結(jié)論中的6 號層和7 號層計算得出孔隙度為1.9%~3.6%,導(dǎo)電效率和裂縫孔隙度均較低,且對應(yīng)深度成像測井可見麻點狀斑點,故綜合判斷該層段發(fā)育孔洞型儲集層。
圖4 研究區(qū)典型井一間房組測井識別儲集層類型綜合柱狀剖面Fig.4.Comprehensive column of reservoir types identified using logging data from typical wells in Yijianfang formation in the study area
碳酸鹽巖儲集層類型影響儲集層有效性,而儲集層有效性對產(chǎn)能有一定影響。儲集層評價量化參數(shù)有孔隙度、滲透率等[18],此外,還可依據(jù)孔洞和裂縫的發(fā)育程度評價儲集層有效性[19]。但以上都是從物性角度判別儲集層有效性,開采出工業(yè)油氣流才是儲集層評價的最終目的[20-21]。在完成儲集空間測井定性識別的基礎(chǔ)上,以生產(chǎn)井產(chǎn)能為依據(jù),針對不同類型儲集層建立儲集層等級劃分標(biāo)準(zhǔn)。
計算儲集層導(dǎo)電效率、裂縫孔隙度、深側(cè)向電阻率變化幅度等,按照不同類型儲集層進(jìn)行參數(shù)提取,建立儲集層類型判別圖版,將研究區(qū)一間房組碳酸鹽巖儲集層劃分為孔洞型儲集層、裂縫-孔洞型儲集層和裂縫型儲集層(圖5)。在此基礎(chǔ)上,形成儲集層類型測井定量劃分標(biāo)準(zhǔn)(表1),可作為快速判別研究區(qū)儲集層類型的依據(jù)。
表1 研究區(qū)一間房組儲集層類型測井定量劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1.Logging-based quantitative classification criteria for Yijianfang formation reservoirs in the study area
圖5 研究區(qū)一間房組儲集層類型判別圖版Fig.5.Reservoir type discrimination charts for Yijianfang formation reservoirs in the study area
根據(jù)產(chǎn)液量將研究區(qū)一間房組碳酸鹽巖儲集層劃分為3 類:Ⅰ類儲集層,日產(chǎn)液量大于90 t;Ⅱ類儲集層,日產(chǎn)液量為50~90 t;Ⅲ類儲集層,日產(chǎn)液量為10~50 t。日產(chǎn)液量小于10 t 的試油井段為非工業(yè)油流井段。此外,本文將含有有效孔隙的儲集層總厚度定義為累計有效儲集層厚度:
有效儲集層厚度:
平均有效孔隙度:
利用累計有效儲集層厚度和平均有效孔隙度分別對裂縫-孔洞型儲集層和孔洞型儲集層進(jìn)行分類評價。
(1)裂縫-孔洞型儲集層 研究區(qū)一間房組裂縫以構(gòu)造縫為主,后期在溶蝕改造過程中,裂縫越多的地層,溶蝕效果越好,平均有效孔隙度越大。在孔洞數(shù)量一定的前提下,單個孔洞體積越大,地層孔隙總體積也越大,即地層孔隙度越大。依據(jù)平均有效孔隙度—累計有效儲集層厚度裂縫-孔洞型儲集層分類判別圖版可知,當(dāng)儲集層平均有效孔隙度超過6%、累計有效儲集層厚度超過5 m時,為Ⅰ類儲集層;當(dāng)儲集層平均有效孔隙度為1%~6%、累計有效儲集層厚度為1~5 m時,為Ⅱ類儲集層;其余為Ⅲ類儲集層。以氣泡面積表征產(chǎn)液量,統(tǒng)計研究區(qū)測試井段產(chǎn)能可知,研究區(qū)裂縫-孔洞型儲集層以Ⅱ類為主,日產(chǎn)液量一般大于55 t(圖6a)。
圖6 研究區(qū)一間房組裂縫-孔洞型儲集層和孔洞型儲集層分類判別圖版Fig.6.Classification and discrimination charts for fractured-vuggy reservoirs and vuggy reservoirs in Yijianfang formation in the study area
(2)孔洞型儲集層 依據(jù)研究區(qū)孔洞型儲集層分類判別圖版,該區(qū)孔洞型儲集層為Ⅱ類儲集層和Ⅲ類儲集層,其中,儲集層平均有效孔隙度大于1%、累計有效儲集層厚度大于1 m 時,為Ⅱ類儲集層,其余為Ⅲ類儲集層。統(tǒng)計測試井段產(chǎn)能可知,研究區(qū)孔洞型儲集層以Ⅱ類為主,日產(chǎn)液量一般大于50 t(圖6b)。
(1)托甫臺地區(qū)一間房組碳酸鹽巖儲集空間為孔洞和裂縫,儲集層以孔洞型和裂縫-孔洞型為主??锥葱蛢瘜訉?dǎo)電效率小于0.008,裂縫孔隙度小于0.13%;裂縫-孔洞型儲集層導(dǎo)電效率為0.008~0.024,裂縫孔隙度為0.13%~0.60%。
(2)研究區(qū)孔洞型儲集層平均有效孔隙度大于1%,累計有效儲集層厚度大于1 m時,為Ⅱ類儲集層。裂縫-孔洞型儲集層累計有效孔隙厚度大于5 m,平均有效孔隙度大于6%時,為Ⅰ類儲集層;平均有效孔隙度為1%~6%,累計有效孔隙厚度為1~5 m 時,為Ⅱ類儲集層。
(3)托甫臺地區(qū)一間房組裂縫-孔洞型儲集層和孔洞型儲集層均主要為Ⅱ類儲集層,測試井段日產(chǎn)液量通常分別大于55 t和50 t。
符號注釋
d——孔洞邊長,mm;
Df——裂縫寬度,mm;
E——巖石導(dǎo)電效率;
E1——單位體積立方體巖石的導(dǎo)電率;
He——有效儲集層厚度,m;
Hy——累計有效儲集層厚度,m;
i——第i個深度記錄點;
l——巖石寬度,mm;
L——巖石長度,mm;
mf——裂縫膠結(jié)指數(shù),一般為1.5~2.2;
N——深度記錄點數(shù);
Ps——標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管產(chǎn)生的功率,J;
Pt——巖石平均功率,J;
rb——標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管電阻,Ω;
rt——地層電阻,Ω;
RD——深側(cè)向電阻率,Ω·m;
Rmf——鉆井液電阻率,Ω·m;
RMXD——致密無裂縫地層電阻率,Ω·m;
RS——淺側(cè)向電阻率,Ω·m;
Rw——地層水電阻率,Ω·m,一般為0.016 Ω·m;
Vw——巖石含水體積,mm3;
βR——深側(cè)向電阻率變化幅度;
φA——平均有效孔隙度,%;
φf1——深側(cè)向電阻率大于淺側(cè)向電阻率時的裂縫孔隙度,%;
φf2——深側(cè)向電阻率小于淺側(cè)向電阻率時的裂縫孔隙度,%;
φi——第i個深度記錄點對應(yīng)孔隙度,%;
Δh——深度采樣間隔,m。