趙艾琳 黃 宏 謝 冰 余廣藝 彭 驍 譚 杰

1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2.中國石油集團(tuán)測井有限公司西南分公司

0 引言

川中地區(qū)位于四川盆地中部，川中古隆起東段，區(qū)內(nèi)包括蓬萊氣區(qū)、安岳氣田和合川氣田，橫跨四川省綿陽市—南充市—遂寧市—資陽市，以及重慶市合川區(qū)—潼南區(qū)，面積約3.67×104km2。2013 年起，川中地區(qū)老井復(fù)查并上試MX39 井、NC1 井中二疊統(tǒng)茅口組二段，均獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，實(shí)現(xiàn)盆地茅二段白云巖氣藏勘探突破，川中地區(qū)茅口組的勘探對象逐漸從早期以石灰?guī)r縫洞性儲(chǔ)層為主轉(zhuǎn)變?yōu)闉┫嗫紫缎蛢?chǔ)層[1]；2021 年，JT1 井、MX145 井在茅二段相繼獲得百萬立方米高產(chǎn)工業(yè)氣流，展現(xiàn)了茅口組良好的勘探開發(fā)前景，川中地區(qū)茅口組由兼探層逐漸過渡成為主力勘探目的層。

川中地區(qū)中二疊統(tǒng)白云巖為主要優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，但茅口組白云巖段厚度薄、橫向變化大,非均質(zhì)性強(qiáng)[2]，單純尋找厚層塊狀白云巖儲(chǔ)層十分困難。近期實(shí)鉆及實(shí)測表明，云質(zhì)灰?guī)r（豹斑灰?guī)r）、石灰?guī)r都有儲(chǔ)層物性相對發(fā)育層段[3]。從野外露頭、巖心、薄片等資料分析，川中地區(qū)茅二段均發(fā)育儲(chǔ)層，儲(chǔ)層整體表現(xiàn)出低孔、低滲的特征[4-5]，但高產(chǎn)主控因素不明確，測井有效性評價(jià)面臨挑戰(zhàn)。通過對川中地區(qū)安岳、合川、蓬萊氣區(qū)300 余口老井進(jìn)行測井老井再評價(jià)研究，開展儲(chǔ)層有效性單因素分析評價(jià)研究，取得了茅二段儲(chǔ)層測井有效性評價(jià)及高產(chǎn)主控因素的一些認(rèn)識(shí)，建立了適用于川中地區(qū)茅二段儲(chǔ)層有效性測井評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)能分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)測模型。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 儲(chǔ)層基本地質(zhì)特征

近期認(rèn)識(shí)茅口中晚期存在沉積分異，川中地區(qū)至川北地區(qū)是高能灘相有利勘探區(qū)[6]。通過巖心觀察、薄片資料和元素測井資料處理分析，川中地區(qū)茅二段儲(chǔ)層主要發(fā)育有方解石、白云石和硅質(zhì)等三種礦物[7]。

從川中地區(qū)茅二段鉆井取心物性分析來看，不論是全直徑樣品還是巖心柱塞樣，孔隙度總體分布在2.0%～10.9%之間，平均孔隙度為3.8%。從滲透率分析來看，巖心滲透率分布在0.2×10-4～23.1 mD之間，儲(chǔ)層溶蝕孔洞及微裂縫較發(fā)育，儲(chǔ)層具低孔、低滲特征[8]（圖1）。

圖1 川中地區(qū)茅二段巖心孔隙度、滲透率頻率直方圖

1.2 茅二段儲(chǔ)層測井評價(jià)現(xiàn)狀

早期借鑒雙魚石地區(qū)二疊系的研究經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為白云巖為主要優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層[9]，因此在川中地區(qū)尋找厚層塊狀白云巖是主要的勘探方向。加上前期測井資料較少，產(chǎn)能預(yù)測普遍采用單一儲(chǔ)能系數(shù)與試油井產(chǎn)能擬合公式計(jì)算[10]，相關(guān)性較差，預(yù)測精度低。近期實(shí)鉆及實(shí)測表明：川中地區(qū)茅口組白云石含量不均，多為縫洞充隙物，有別于龍王廟和雙魚石地區(qū)棲霞組典型的相控白云巖儲(chǔ)層特征。云質(zhì)灰?guī)r（豹斑灰?guī)r）、石灰?guī)r都有儲(chǔ)層物性相對發(fā)育層段，且部分井測試產(chǎn)量與物性特征不匹配，儲(chǔ)層有效性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有待深化研究。

2 儲(chǔ)層單因素評價(jià)

2.1 儲(chǔ)層白云化程度評價(jià)

通過建立多礦物巖石物理體積模型，采用最優(yōu)化算法得到礦物組分及孔隙度。通過對川中地區(qū)茅二段儲(chǔ)層白云巖厚度、儲(chǔ)層孔隙度、白云石含量與產(chǎn)量的相關(guān)性分析表明：白云石含量與孔隙度呈正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)白云石含量超過50%時(shí)，隨著白云石含量增加，孔隙度呈明顯增大的趨勢（圖2）。通過對川中地區(qū)17 口茅二段試氣井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，中—高產(chǎn)井（測試獲氣不小于10×104m3/d）的茅二段儲(chǔ)層白云巖厚度普遍大于5 m，白云石含量普遍高于50%[11]（圖3）。

圖2 川中茅二段白云巖含量與孔隙度關(guān)系圖

圖3 川中地區(qū)茅二段白云巖厚度與產(chǎn)量關(guān)系圖

2.2 儲(chǔ)層孔隙度評價(jià)

早期高能灘相沉積是茅口組白云巖儲(chǔ)層演化的基礎(chǔ)[12]，川中地區(qū)茅口期受峨眉地裂運(yùn)動(dòng)影響拉張控制了沉積格局，在茅二段發(fā)育裂縫—孔洞型、裂縫—孔隙型、孔隙（孔洞）型儲(chǔ)層。茅二段中—高產(chǎn)井[11]儲(chǔ)層段孔隙度主要大于3%，說明隨著孔隙度的增加，儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間越好，獲工業(yè)氣流的可能性更大。

川中地區(qū)鉆遇茅口組的老井測井系列多為5700，除了常規(guī)電纜測井資料外，陣列聲波測井資料相對豐富。陣列聲波測井資料評價(jià)儲(chǔ)層有效性主要是利用其斯通利波的衰減和反射特性來評價(jià)儲(chǔ)層有效性[13]。與縱波和橫波不同，斯通利波不是體波，而是一種面波，它在井筒內(nèi)沿井壁表面?zhèn)鞑?，沿垂直井壁方向振?dòng)，斯通利波的能量與井壁的徑向距離呈指數(shù)關(guān)系衰減[14]。由于溶蝕孔、洞、縫造成井壁表面不規(guī)則，會(huì)導(dǎo)致斯通利波傳播速度發(fā)生變化，產(chǎn)生反射以及能量衰減。斯通利波能量的衰減主要決定于井眼、地層的固有衰減以及地層孔隙空間的連通性，因而它直接反映了地層的滲透性[15]。

斯通利波能量曲線與儲(chǔ)層滲透性有著較密切的關(guān)系，但同時(shí)受多種因素的影響，這些因素主要包括兩個(gè)方面：地層因素和非地層因素。地層因素包括如巖性的變化、泥餅的存在，泥質(zhì)含量的增加，儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間結(jié)構(gòu)的影響；非地層因素包括了測量過程中儀器的影響，比如不同的測井系列、不同的測量方式、聲波發(fā)射探頭的能量不同，測量環(huán)境如井徑的不規(guī)則等都將影響到斯通利波能量值的變化。

為了更好地反映地層的滲透性，首先進(jìn)行聲波能量值的歸一化，以消除非地層因素的影響[16]。通過歸一化處理后的能量值基本上消除測井儀器或者測量方式不同造成的能量值的差別，從而將斯通利波能量衰減值統(tǒng)一到0 ～100%，即

式中AST為歸一化和巖性校正后的斯通利波能量衰減百分比；T為斯通利波能量百分比；TM為致密層斯通利波能量百分比；VSH為泥質(zhì)含量，為小數(shù)。

斯通利波能量衰減通過井眼校正后的計(jì)算公式，即

式中AST為井眼校正后的斯通利波能量衰減量百分比；TM為致密層井眼增大時(shí)的斯通利波能量衰減百分比；L為井徑，in（1 in=25.4 mm，下同）；B為鉆頭尺寸，in；LM為致密層井眼增大時(shí)的井徑值，in。

選取樣本井進(jìn)行斯通利波能量衰減計(jì)算，通過與產(chǎn)能關(guān)系分析表明，在茅二段，儲(chǔ)層斯通利波能量衰減越明顯，斯通利波能量衰減越大，儲(chǔ)層的滲透性越好[17]，測試產(chǎn)能越高（圖4），茅二段中—高產(chǎn)井[11]儲(chǔ)層斯通利波衰減量不低于10%。

圖4 川中茅二段測試井斯通利波能量衰減量與測試產(chǎn)能關(guān)系圖

2.3 儲(chǔ)層縫洞發(fā)育程度評價(jià)

川中地區(qū)茅二段儲(chǔ)層類型主要為裂縫—孔洞型、裂縫—孔隙型、孔隙（孔洞）型[16]，縫洞發(fā)育程度的評價(jià)是縫洞型儲(chǔ)層有效性評價(jià)的關(guān)鍵，通?？梢酝ㄟ^電成像對縫洞的拾取和縫洞參數(shù)的定量計(jì)算實(shí)現(xiàn)對縫洞發(fā)育程度的評價(jià)。但是，在老井評價(jià)工作中，往往由于電成像資料的欠缺，限制了老井評價(jià)時(shí)對縫洞發(fā)育程度的評價(jià)。因此，利用常規(guī)電阻率測井信息計(jì)算裂縫孔隙度的方法構(gòu)建縫洞發(fā)育指數(shù)，以實(shí)現(xiàn)川中地區(qū)茅二段儲(chǔ)層縫洞發(fā)育程度的評價(jià)[18]。

針對川中地區(qū)中二疊統(tǒng)縫洞型儲(chǔ)層，在電阻率計(jì)算裂縫孔隙度理論模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建縫洞發(fā)育指數(shù)計(jì)算模型，開展縫洞發(fā)育程度定量計(jì)算[19]，即。

式中FCI為縫洞發(fā)育指數(shù)；mf為裂縫的孔隙度指數(shù)；Kr為裂縫畸變系數(shù)，地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值；Cd、Cs分別為深、淺雙側(cè)向電導(dǎo)率，Ω·m；Cm為鉆井液電導(dǎo)率，Ω·m。

通過不同測試井的縫洞發(fā)育指數(shù)的對比分析，縫洞發(fā)育指數(shù)與測試產(chǎn)能呈正相關(guān)關(guān)系（圖5），茅二段中—高產(chǎn)井[11]儲(chǔ)層縫洞發(fā)育指數(shù)（FCI）不低于0.1%。

圖5 川中茅二段測試井縫洞發(fā)育指數(shù)與測試產(chǎn)能關(guān)系圖

3 儲(chǔ)層有效性測井綜合評價(jià)

因?yàn)榇ㄖ械貐^(qū)茅口組測井資料較少，對于產(chǎn)能預(yù)測普遍采用單一儲(chǔ)能系數(shù)（H×Φ）與試油井產(chǎn)能擬合公式計(jì)算，相關(guān)性較差，預(yù)測精度低。根據(jù)對川中地區(qū)茅二段儲(chǔ)層有效性影響因素的分析評價(jià)，并結(jié)合地質(zhì)研究成果，認(rèn)為儲(chǔ)層有效性主要受儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間（儲(chǔ)層孔隙度、儲(chǔ)能系數(shù)、縫洞發(fā)育指數(shù)）和滲濾能力（斯通利波能量衰減、縫洞發(fā)育程度）等因素影響[20]。因此，通過表征儲(chǔ)層有效性的測井參數(shù)：Φ，ASTC，F(xiàn)CI等，并結(jié)合測井老井再評價(jià)測井資料以常規(guī)測井為主的情況，建立一個(gè)綜合反映儲(chǔ)層品質(zhì)因子RQ[21]，根據(jù)《石油天然氣儲(chǔ)量估算規(guī)范》[22]對川中地區(qū)茅二段測試井進(jìn)行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層及干層的分類，在此基礎(chǔ)上建立茅二段相應(yīng)的儲(chǔ)層分類評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

表1 川中茅二段儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)表

RQ計(jì)算模型為：

式中RQ為儲(chǔ)層品質(zhì)因子，0

從不同分類的儲(chǔ)層厚度與產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)分析表明，總體上Ⅰ+Ⅱ類儲(chǔ)層厚度越大，測試產(chǎn)量越高[23]。測試產(chǎn)氣高于50×104m3/d 井的Ⅰ類儲(chǔ)層較發(fā)育，且Ⅰ+Ⅱ類儲(chǔ)層厚度大于5 m，獲工業(yè)產(chǎn)能井的Ⅰ+Ⅱ類儲(chǔ)層厚度通常要大于2 m（圖6）。

圖6 川中地區(qū)茅口組測試井儲(chǔ)層厚度統(tǒng)計(jì)直方圖

對于以常規(guī)測井系列為主的老井復(fù)查來說，在儲(chǔ)層品質(zhì)因子基礎(chǔ)上，引入分類統(tǒng)計(jì)的儲(chǔ)層厚度（H），構(gòu)建儲(chǔ)層綜合品質(zhì)系數(shù)（RPI）與產(chǎn)能相關(guān)性更好，產(chǎn)能預(yù)測精度更高?；诖ㄖ械貐^(qū)茅二段老井測試結(jié)果，建立產(chǎn)能預(yù)測模型。即

式中RPI為儲(chǔ)層綜合品質(zhì)系數(shù)；RQI、RQII、RQIII分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層的儲(chǔ)層品質(zhì)因子加權(quán)平均值；HI、HII、HIII分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層厚度，m。

最后得到產(chǎn)能預(yù)測模型計(jì)算公式，即

Q=46.205×RPI1.0724

式中Q為預(yù)測產(chǎn)量，104m3/d。

4 生產(chǎn)應(yīng)用效果

基于上述測井解釋評價(jià)技術(shù)研究，開展了規(guī)?；暇僭u價(jià)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識(shí)和地震處理成果，明確了川中地區(qū)茅二段白云巖分布規(guī)律和儲(chǔ)層縱橫向分布規(guī)律，為儲(chǔ)層優(yōu)選、老井上試建議等提供有效的技術(shù)支撐。

NC1 井茅二段儲(chǔ)層以白云巖、灰質(zhì)云巖為主，共解釋了2 層氣層（圖7）。1 號(hào)儲(chǔ)層白云化程度高，局部發(fā)育有硅質(zhì)，平均孔隙度3.7%，儲(chǔ)層有效厚度7.1 m，斯通利波能量衰減明顯；2 號(hào)儲(chǔ)層白云化程度較高，平均孔隙度4.7%，儲(chǔ)層有效厚度7.9 m，斯通利波能量衰減明顯。該井茅二段Ⅰ+Ⅱ類儲(chǔ)層厚度11.75 m，儲(chǔ)層綜合品質(zhì)指數(shù)2.13，儲(chǔ)層品質(zhì)好，屬Ⅰ類儲(chǔ)層。綜合解釋為氣層，預(yù)測儲(chǔ)層具備Ⅰ類產(chǎn)能，測試獲氣100.6×104m3/d。

圖7 NC1 井儲(chǔ)層綜合評價(jià)成果圖

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）川中地區(qū)茅二段巖性復(fù)雜，主要發(fā)育有方解石、白云石和硅質(zhì)三種礦物，儲(chǔ)層溶蝕孔洞及微裂縫較發(fā)育，儲(chǔ)層具低孔低滲特征。

2）川中地區(qū)茅二段儲(chǔ)層發(fā)育，單一測井評價(jià)參數(shù)難以準(zhǔn)確評價(jià)儲(chǔ)層的有效性，需綜合巖性、儲(chǔ)集性、滲濾性等構(gòu)建多參數(shù)儲(chǔ)層綜合品質(zhì)評價(jià)模型。

3）從茅口組測試井不同分類的儲(chǔ)層厚度統(tǒng)計(jì)分析表明，總體上儲(chǔ)層厚度、Ⅰ+Ⅱ類儲(chǔ)層厚度越大，測試產(chǎn)量就越高。將儲(chǔ)層分類的厚度結(jié)合求取儲(chǔ)層綜合品質(zhì)系數(shù)RPI，可提高產(chǎn)能預(yù)測準(zhǔn)確度。