劉 暢,袁勝斌,沈 揚(yáng),陳 偉

(中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司,天津 300457)

2012年,賈承造等針對致密油氣藏勘探給出了十條評價(jià)指標(biāo),但并沒有立足于致密氣氣田開發(fā)的實(shí)際評價(jià)方法;2013年孫建孟針對非常規(guī)油氣提出新“七性”測井評價(jià)方法,但測井對油氣生成與運(yùn)移研究嚴(yán)重不足且評價(jià)成本較高。致密砂巖儲層具有豐富的潛在油氣資源,但其巖性結(jié)構(gòu)復(fù)雜[1],使用常規(guī)手段很難采出,將脆性指數(shù)作為可壓性評價(jià)參數(shù)來表征巖石的可壓性已經(jīng)成為一種必要手段[2-7]。巖石彈性參數(shù)法需陣列聲波測井,成本較高,難度較大[8-9]?；阡浘Y料的巖石礦物組分法和元素含量法能夠準(zhǔn)確分析巖石本構(gòu)屬性,計(jì)算巖石脆性指數(shù),具有連續(xù)性強(qiáng)、樣品充足的特點(diǎn)。但僅考慮脆性指數(shù)無法準(zhǔn)確評價(jià)儲層含氣性,需要其他評價(jià)參數(shù)作為支撐,因此結(jié)合錄井氣測響應(yīng)特征綜合錄測5參數(shù)建立了評價(jià)指標(biāo)EI,為致密砂巖氣儲層壓裂段優(yōu)選提供理論依據(jù)。

1 氣測錄井響應(yīng)特征

1.1 氣測異常倍數(shù)

氣測異常倍數(shù)通常被認(rèn)為是某氣測異常井段氣體全烴值與全烴基值(背景值)的比值;烴組分異常倍數(shù)為某井段烴組分異常值與對應(yīng)組分基值的比值,通常選取大套非儲層的氣測烴組分值作為基值,全烴異常倍數(shù)與烴組分異常倍數(shù)都能夠反映油氣層的好壞,是評價(jià)油氣水層的重要參數(shù)[10]。

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)氣測異常響應(yīng)特征,優(yōu)選甲烷異常倍數(shù)作為分析對象,甲烷異常倍數(shù)能夠直接反映氣測烴組分中甲烷含量變化幅度的大小。因各井之間脫氣設(shè)備的非定量會造成差異,因此優(yōu)選“異常幅度”參數(shù)而非直接氣測測量數(shù)據(jù)。

1.2 甲烷單位巖石體積

氣測值表示的是鉆頭在單位時(shí)間內(nèi)破碎巖石所釋放氣體相對體積。鉆進(jìn)時(shí)鉆井參數(shù)和鉆遇地層巖性結(jié)構(gòu)不斷變化,導(dǎo)致單位時(shí)間破碎地層巖屑量并不是一個(gè)穩(wěn)定值。無論是單井的縱向?qū)Ρ?或者多井的橫向?qū)Ρ榷即蟠蠼档土丝杀刃?。單位巖石氣體體積法模型是基于快速定量氣測錄井新技術(shù)Reserval的特點(diǎn)開發(fā)的一種解釋模型,該模型解釋數(shù)值直接與鉆井工程參數(shù)、地層孔隙度、地層壓力以及孔隙中流體性質(zhì)相關(guān),計(jì)算甲烷單位巖石體積模型如下:

VOLC1=K1×K2×ROP×Flwpmp×VC1×D2

(1)

式中:VOLC1為單位體積巖石所含甲烷值,L/L;K1為與脫氣器單位時(shí)間所脫泥漿量,色譜分析儀單位時(shí)間進(jìn)樣量以及單位換算相關(guān)的常量;K2為不同泥漿體系中甲烷脫氣效率倒數(shù);ROP為鉆時(shí),min/m;Flwpmp為泥漿泵排量,L/min;VC1為實(shí)測甲烷值,ppm;D2為井眼尺寸或鉆頭尺寸,cm。

為消除致密氣層中其他工程參數(shù)的影響,優(yōu)選“氣體單位巖石體積”參數(shù)。結(jié)合C1異常倍數(shù)利用兩種氣測衍生參數(shù)建立氣測評價(jià)圖版,圖版能夠有效識別儲層流體性質(zhì)(圖1)。利用氣測衍生參數(shù)能夠有效劃分氣層、差氣層、干層,參數(shù)的劃分區(qū)間比較明顯,能夠更好地區(qū)分不同儲層的含氣性。結(jié)合氣測曲線形態(tài),對不同流體性質(zhì)儲層進(jìn)行解釋評價(jià),可有效識別儲層含氣性,建立臨興區(qū)塊氣測評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

表1 氣測評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖1 C1異常倍數(shù)與VOLC1交會圖版

2 脆性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立

2.1 基于彈性參數(shù)法計(jì)算脆性指數(shù)

楊氏模量和泊松比是評價(jià)儲層脆性指數(shù)的關(guān)鍵參數(shù)[8-9]。楊氏模量是巖石破裂后形成裂縫的能力,其值越高,巖石越易破碎形成裂縫;泊松比是巖石受到外力時(shí),抵抗巖石破碎的能力,其值越高,越不易形成裂縫。楊氏模量和泊松比可由聲波測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,如式(2)、(3)所示:

(2)

(3)

式中:νd為動態(tài)泊松比,小數(shù);Ed為動態(tài)楊氏模量,GPa;DTS為橫波時(shí)差測井值,μs/ft;DTC為縱波時(shí)差測井值,μs/ft;DEN為密度測井值,g/cm3。

將二者各取50%權(quán)值進(jìn)行歸一化處理,整理后得到脆性指數(shù)表達(dá)式,如(4)式所示:

(4)

其中,Δv和ΔE分別為:

Δv=(vmax-vs)/(vmax-vmin)

(5)

ΔE=(Es-Emin)/(Emax-Emin)

(6)

式中:BI為脆性指數(shù),%;Δν為歸一化的泊松比,小數(shù);ΔE為歸一化的楊氏模量,小數(shù);νmax、νmin為某層段最大、最小靜態(tài)泊松比;Emax、Emin為某層段最大、最小靜態(tài)楊氏模量;Es為靜態(tài)楊氏模量,GPa;νs為靜態(tài)泊松比。

利用巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和測井?dāng)?shù)據(jù)建立了研究區(qū)動靜態(tài)巖石力學(xué)參數(shù)的轉(zhuǎn)換模型,如式(7)、(8)所示:

Es=0.416Ed+0.425

(7)

vs=0.516vd+0.231

(8)

基于常規(guī)方法計(jì)算脆性指數(shù)對測井資料品質(zhì)要求較高且需要開展巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn),在測井資料不全時(shí)無法應(yīng)用,因此該方法不具有普遍適用性。

2.2 基于常規(guī)測井曲線計(jì)算脆性指數(shù)

多元回歸較單因素回歸考慮到更多的影響因素,DEN、CNL、AC和GR等測井值能夠較好地反映頁巖儲層的脆性,計(jì)算精度更高。研究分析聲波彈性參數(shù)法計(jì)算的脆性指數(shù)與這些測井曲線的相關(guān)性,可以建立致密砂巖儲層脆性指數(shù)的測井計(jì)算公式。

BIGR=-0.62GR+86.37 (R=0.836)

(9)

BICNL=-1.78CNL+83.29 (R=0.926)

(10)

BIDEN=9.53DEN+10.89 (R=0.253)

(11)

BIDTC=-1.52DTC+157.92 (R=0.835)

(12)

通過對研究區(qū)塊測井?dāng)?shù)據(jù)與常規(guī)方法計(jì)算的脆性指數(shù)擬合回歸發(fā)現(xiàn),BI隨GR的增大而減小,二者相關(guān)性較好;BI隨CNL的增大而減小,二者負(fù)相關(guān)性較好;BI隨DTC的增大而減小,φ和CNL相關(guān)性較好,BI隨DEN的增大而增大,但二者相關(guān)性較差(圖2)。因此,選用GR、CNL、DTC進(jìn)行多元回歸,其相關(guān)性更好,計(jì)算精度更高。

圖2 脆性指數(shù)與GR、CNL、DEN和AC測井值關(guān)系

綜合利用GR、CNL、DTC建立的脆性指數(shù)計(jì)算公式為:

BIcj=-1.268CNL-0.137GR-0.06DTC+85.189 (R=0.909)

(13)

式中:BIGR為伽馬測井值計(jì)算的脆性指數(shù),%;BICNL為中子測井值計(jì)算的脆性指數(shù),%;BIDTC為聲波時(shí)差測井值計(jì)算的脆性指數(shù),%;GR為伽馬測井值,API;CNL為中子測井值,%。

建立的脆性指數(shù)計(jì)算模型只需要簡單的常規(guī)測井資料即可計(jì)算脆性指數(shù),無需開展巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn),節(jié)約了成本,計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確合理,后期能夠?yàn)橹旅苌皫r儲層壓裂施工提供評價(jià)依據(jù)。

2.3 基于XRD和XRF資料計(jì)算脆性指數(shù)

XRD和XRF技術(shù)通常在巖性識別和地層層位的卡取方面有較為突出的效果,應(yīng)用十分廣泛[11]?，F(xiàn)場綜合錄井結(jié)合分析化驗(yàn)?zāi)軌蚨棵枋龅貙拥V物組成和元素組分含量?；赬RD和XRF數(shù)據(jù),通過礦物和元素組分法能準(zhǔn)確計(jì)算脆性指數(shù)[12],該方法具有非常良好的連續(xù)性和即時(shí)性。

通過XRD和XRF分析,優(yōu)選臨興區(qū)塊石盒子組致密砂巖的敏感礦物為石英、方解石、白云石和黏土礦物。優(yōu)選與礦物含量呈正相關(guān)的元素,即用Si元素含量計(jì)算砂質(zhì)含量。用K、Al、Fe、Ti元素中相關(guān)性最好的元素含量計(jì)算泥質(zhì)含量,用Ca元素計(jì)算灰質(zhì)含量。隨后將計(jì)算的泥質(zhì)、砂質(zhì)及灰質(zhì)含量進(jìn)行歸一化處理,計(jì)算脆性指數(shù)BIys。研究表明,石英、碳酸鹽巖礦物為脆性礦物,研究區(qū)碳酸鹽巖類礦物含量遠(yuǎn)小于石英含量,因此優(yōu)選石英為主要脆性礦物,建立了致密砂巖脆性指數(shù)模型。

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

式中:Qhz、Qsz、Qnz為灰質(zhì)含量、砂質(zhì)含量、泥質(zhì)含量,%;Camin、Simin、Kmin、Camax、Simax、Kmax分別為鈣元素、硅元素、鉀元素最小值和最大值;Qsy為石英含量,%;Q(石英+方解石+白云石+黏土礦物)為總礦物含量,%。

建立的礦物元素法脆性指數(shù)計(jì)算模型考慮了巖石的本構(gòu)組成,數(shù)據(jù)量大且能夠隨鉆即時(shí)計(jì)算儲層脆性指數(shù),計(jì)算結(jié)果合理,可指導(dǎo)鉆頭向可壓性較好的儲層鉆進(jìn),為后期壓裂施工提供理論依據(jù)。

3 綜合評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立

研究區(qū)塊石盒子組儲層以巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主,孔隙類型主要以粒間孔、溶孔為主?？紫抖葹?.05%～23.50%,平均值為9.05%;滲透率為0.10×10-3～53.07×10-3μm2,平均值為2.56×10-3μm2。儲層物性較差,具有低孔低滲的特點(diǎn),“四性”關(guān)系復(fù)雜,并伴有低阻氣,測井評價(jià)難度高。溶蝕作用對孔隙結(jié)構(gòu)具有一定的改善作用,提高了儲層物性條件,能夠形成有效的油氣儲集空間。儲層壓力梯度為0.76～1.14 MPa/100 m,平均為0.94 MPa/100 m,為常壓氣層,氣層溫度為38.39～57.58 ℃,地溫梯度為3.01 ℃/100 m,屬正常地溫系統(tǒng)。

對臨興區(qū)塊壓裂井錄測資料進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì),優(yōu)選錄井氣測參數(shù)、XRD、XRF、測井計(jì)算的脆性指數(shù),結(jié)合已有的測試、取樣數(shù)據(jù),將儲層劃分為三個(gè)類別,其中Ⅰ類儲層代表壓裂后有產(chǎn)能,Ⅱ類儲層代表壓裂后有一定產(chǎn)能但無商業(yè)價(jià)值,Ⅲ類儲層代表無產(chǎn)能(表2)。

表2 致密砂巖氣層綜合解釋評價(jià)指標(biāo)

優(yōu)選參數(shù)較多,直接在實(shí)際中運(yùn)用存在一定難度,因此將優(yōu)選參數(shù)進(jìn)行歸一化處理,建立了該區(qū)域錄測綜合解釋指標(biāo)EI,最終建立的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 致密砂巖氣層綜合解釋評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

(19)

(20)

(21)

式中:ΔQI為氣測衍生參數(shù)歸一化值,小數(shù);ΔBI為脆性參數(shù)歸一化值,小數(shù);QIycbsmax、QIycbsmin為異常倍數(shù)最高值和最小值,小數(shù);QIVOLC1max、QIVOLC1min為VOLC1最高值和最小值,小數(shù);BIcjmax、BIcjmin為測井脆性指數(shù)最高值和最小值,小數(shù);BIkwmax、BIkwmin為礦物脆性指數(shù)最高值和最小值,小數(shù);BIysmax、BIysmin為元素脆性指數(shù)最高值和最小值,小數(shù);EI為有效指數(shù),小數(shù)。

4 應(yīng)用實(shí)例

解釋標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于臨興區(qū)塊取得了非常好的效果。以臨興區(qū)塊LX-a井鉆遇石盒子組致密砂巖儲層為例,分析井段1 478～1 484 m巖性為淺灰色細(xì)砂巖,氣測全量絕對值7.9%～24.1%,異常倍數(shù)為20.2～61.7,VOLC1為8.9～58.3;BIkw計(jì)算值為42.9%～45.3%,BIcj計(jì)算值為50.8%～62.8%,BIys計(jì)算值為64.8%～65.0%,EI值為0.67～0.75(表4)。根據(jù)建立的致密砂巖氣層綜合解釋評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),綜合判定為Ⅰ類儲層(圖3)。本段儲層進(jìn)行了壓裂測試,壓前無產(chǎn)能,用2、3、5、6、8、10、12 mm油嘴進(jìn)行放噴排液31 d又2 h,油壓22.5 MPa降至1.0 MPa,套壓20 MPa降至4 MPa,氣舉73 h,累計(jì)排液291.72 m3,返排率83.31%。氯根4 608～17 725 mg/L,黏度1 mPa·s,pH值7,點(diǎn)火可燃,火焰橘黃,焰高1.0～1.5 m。經(jīng)過多次開關(guān)井后,地層被激活,6 mm油嘴日產(chǎn)氣量4 100 m3,達(dá)到了解釋標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)期評價(jià)效果。

圖3 LX-a井綜合解釋成果

表4 LX-a井綜合評價(jià)參數(shù)

建立的VOLC1與C1異常倍數(shù)交會圖版和解釋標(biāo)準(zhǔn),能有效識別儲層含氣性。利用GR、CNL、DTC曲線和XRD、XRF計(jì)算脆性指數(shù),結(jié)果合理可行,可有效評價(jià)儲層脆性。根據(jù)綜合評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),1 478～1 484 m評價(jià)為Ⅰ類儲層,評價(jià)結(jié)論與實(shí)際測試效果一致。

5 結(jié)論

1)GR、CNL、DTC測井曲線與脆性指數(shù)成負(fù)相關(guān)性,其中CNL測井曲線與脆性指數(shù)相關(guān)性最好,其次為GR和DTC曲線;DEN測井曲線與脆性指數(shù)成正相關(guān)關(guān)系,但相關(guān)性較差,原因是DEN測井曲線受井眼環(huán)境影響明顯;

2)基于GR、CNL、DTC測井曲線計(jì)算脆性指數(shù),結(jié)果合理可行,但若非隨鉆測井?dāng)?shù)據(jù),計(jì)算結(jié)果存在滯后性?？山Y(jié)合XRD、XRF資料計(jì)算脆性指數(shù),該方法考慮巖石本構(gòu)屬性,數(shù)據(jù)量大且易獲取,結(jié)果準(zhǔn)確合理具有即時(shí)性,值得推廣;

3)利用C1ycbs、VOLC1、BIkw、BIcj、BIys多參數(shù)建立的致密砂巖有效性指數(shù)EI,能夠準(zhǔn)確劃分儲層類別,由前期的靜態(tài)儲層評價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)評價(jià),為后期壓裂施工提供儲層評價(jià)依據(jù)。