随钻电阻率成像测井在北部湾碳酸盐岩储层中的综合应用

杨世夺,雷 霄,蔡 军,吴红霞

(1.中国地质大学能源学院,北京100083;2.中海石油有限公司湛江分公司,广东湛江524057; 3.斯伦贝谢中国公司数据与咨询服务部门,北京100015)

0 引 言

涠洲6-1油田是位于南海北部湾海域的石炭系灰岩潜山油田,水深在30 m左右[1]。目前,该油田日产原油2 000～3 000桶,最高日产能达到3 700桶。

涠洲6-1油田的主力油气藏为古潜山、断块、岩性复合圈闭的裂缝-溶孔、溶洞型复杂油气藏[2]。主要产层为古近系流沙港组三段和石炭系碳酸盐岩潜山地层。该流三段岩性主要是细粒、中粒砂屑灰岩和灰色碳酸盐岩角砾;角砾的主要成分为灰岩或白云岩组成。碳酸盐岩产层岩性包括灰岩、骨架颗粒和次生白云岩;顶部碳酸盐岩风化带是有利的产层段,其分布具有很高的不确定性,仅1口探井钻遇证实。碳酸盐岩中的裂缝非常发育,方解石充填现象严重。碳酸盐岩储层平均孔隙度为5.8%,风化带高达16%;具有统一的油水压力系统。

2006年该油田部署了2口水平开发井A1h和A2h。这2口水平井设计井轨迹是钻穿碳酸盐岩角砾风化壳进入碳酸盐岩储层。由于风化壳分布的不确定性和钻探过程中的井壁稳定性问题,使得测井序列的选择成为水平井钻成功与否的关键。

1 测井工具的选择及特点

选择了斯伦贝谢公司随钻可视系列GVR(geo-VISION)和 ADN(adnVISION)随钻测井工具。GVR能提供方位地层伽马测量和5条侧向电阻率测量,包括近钻头电阻率、线圈电阻率和3个方位纽扣电阻率测量[3-4]。其中,近钻头电阻率能提供较早的岩性变化指示;线圈电阻率提供深的聚焦电阻率测量;3个方位纽扣电阻率测量具有3个不同的探测深度,每个纽扣电极旋转1周提供56个电阻率值。当工具在井中旋转,这3个纽扣电极也能提供井眼周围3个清楚的电阻率图像。

ADN能提供密度、热中子孔隙度和超声波井径测量[3]。ADN也能提供方位测量。在存储模式和实时模式里,提供方位性的密度、光电指数和超声波井径数据。

2 基于随钻电阻率成像测井的综合解决方案

在多种井眼图像中,最常用的是电阻率图像,一种是电缆工具采集的图像,如地层微电阻率图像(FMI)[5];另一种是随钻测井工具采集的图像,如GVR工具。2种图像之间的分辨率差异决定了能提供的地质解释的不同。电缆电成像的分辨率高,如FMI的纵向和横向分辨率为0.2 in(非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同),能进行岩石结构、岩石成分和沉积特征描述;随钻电成像的图像分辨率相对较低,如 GVR的纵向和横向分辨率为1 in,通常它们限于用来计算地层倾角和构造分析及裂缝识别[6]。

2.1 地质解释思路

2.1.1 岩性识别

首先是应用岩心或岩屑信息刻度 GVR图像,建立区域典型岩性图像特征模式。然后根据岩石物理参数,判定表征岩心或岩屑的适当的属性。最后,通过重复多次与岩心或岩屑比较,从而最终得到合理岩性识别结果。这些所需属性都可以通过随钻测井获得,如GVR(电阻率和GR测量)、ADN(密度、中子孔隙度、光电指数和井径测量)[3]。详细过程参见流程图(见图1)。

图1 岩性识别方法

图2 A2h井随钻测井电阻率图像岩性分类结果

应用上述方法,在A2h井识别出4种不同的岩性(见图2):泥岩、白垩土、砂岩和碳酸盐岩。

泥岩具有高伽马、高密度及中子孔隙度、低电阻率的特征,在静态电阻率图像上呈暗棕色。从图像上看,层界面清楚,有些层段还可见泥岩变形。

白垩土具有相对较高的伽马、中密度,在静态电阻率图像上呈棕色。从GVR图像上还可以识别出多个地层界面。

砂岩具有与白垩土相似的测井响应。砂岩具有低伽马、高电阻率响应的伽马响应,在静态电阻率图像上黄色。

碳酸盐岩与上述岩性相比就具有显著不同的特征:低伽马,高密度,低中子孔隙度,相对较高的电阻率,在静态电阻率图像上呈亮黄色。图像上可见裂缝特征。

2.1.2 构造分析

在泥岩和白垩土地层中,地层界面可以清晰地从GVR图像上识别。沿着这些层界面的正弦曲线特征可以确定界面产状[7]。在局部层段,从图像上可以观察到结构变形(见图3)。这些特征也为下步沉积环境和岩相分析提供了信息。图像上暗色代表低电阻率测量值,亮色代表高电阻率测量值。

根据从泥岩段拾取的倾角,解释出该井的井旁构造[6](见图4)。解释结果表明,该构造的走向为南东向,倾角在10°～12°之间,与3D地震构造图符合较好,近一步证实了本地区的构造分析。

2.2 岩石物理解释方法

2.2.1 裂缝分析

裂缝识别和定量分析是碳酸盐岩储层评价中的重要内容。从随钻测井电阻率图像上识别出3种裂缝类型层段(见图3)。角砾岩段,具有致密碳酸盐岩夹层的裂缝段和致密碳酸盐岩裂缝段。角砾岩段位于碳酸盐岩顶部,因为不规则岩石碎块的形状使得在这个区带很难拾取裂缝;而在碳酸盐岩裂缝段,特别是在发育致密夹层的裂缝段,裂缝特征很容易从图像上识别和拾取。

为了对裂缝的有效性进行合理的评价,裂缝孔隙度是一个重要的指标。Sibbit和 Faivre(1985年)[8]首先引入双侧向响应对裂缝进行评价,该方法主要有2个简化假设。①地层与泥浆电阻率高比值(地层真电阻率 Rt≫泥浆电阻率 Rm),②深侧向电阻率(RLLd)与浅侧向电阻率(RLLs)曲线分离主要是由于裂缝中侵入的影响造成的。

图3 典型随钻电阻率成像测井图像特征

图4 A2h井构造横剖面及地层倾向和倾角

Pezard和Anderson(1990年)[9]考虑到裂缝倾角对响应的影响,进一步深入地研究了这种方法,优化了裂缝孔隙度计算公式。如果 RLLd>RLLs

如果 RLLs>RLLd

式中,φf为裂缝孔隙度,%;Rmf为泥浆滤液电阻率, Ω·m;RLLd为深侧向电阻率,Ω·m;RLLs为浅侧向电阻率,Ω·m。

随钻电阻率成像测井GVR可提供多个探测深度的聚焦侧向电阻率测量。在随钻测井环境中,即使在具渗透性的区域里没有或很少发生侵入现象,深纽扣测得的电阻率和线圈测得的电阻率几乎一样;浅纽扣测得的电阻率也许会受到侵入的影响或受到不规则井眼形状的影响,测量值变化较大;而深纽扣和中纽扣电阻率测量的差异主要是由于裂缝的影响。因此,可以应用上述双侧向电阻率方法进行裂缝孔隙度计算。裂缝密度、裂缝长度可采用电缆成像测井相同的方法[10]进行求取。结合裂缝密度、裂缝长度和裂缝孔隙度,就可快速识别出裂缝发育区带。例如,在A1h井中,裂缝碳酸盐岩层段裂缝密度(FVDC)大约0.6条/m,裂缝长度(FVTL)为1.578 m/m2和孔隙度(FVPA)为0.03%(见图5和图6)。

2.2.2 次生孔隙分析

对于某些油田,油气产量与中子-密度曲线之间的关系是矛盾的。在各向异性较大的碳酸盐岩储层中,常发现低孔隙度区带能获得较高的产量,而高孔隙度区带可能没有预期的高产能,次生孔隙度在其中起着决定性的作用。

图5 裂缝参数及走向、倾角统计特征

高分辨率的微电阻率电缆成像测井常被用来计算次生孔隙(Newberry,1996)[11],更好地评价碳酸盐岩储层。与微电阻率电缆成像相似,孤立的或开启的裂缝和孔洞也能从随钻测井电阻率图像中识别(见图3)。针对随钻测井 GVR提供的井壁周围360°覆盖的电阻率测量,本文提出了1种修正的次生孔隙计算方法。根据阿尔奇饱和度公式计算孔隙度,假设阿尔奇公式中a=1.0和m=n=2.0,可得

当某个深度点的平均孔隙度值已知,假设 Sw、Rw在某一深度为一确定值,从式(2)可推导出在特定方向上由于地层电阻率的变化引起的孔隙度在该方向上的变化。

随钻GVR方位聚焦纽扣电阻率测量提供了进行上述分析的可能。在同一深度点,GVR提供了井周围56个电阻率测量,每个电阻率测量覆盖6.4°的方位角。1个孔洞可能影响超过1个扇区的电阻率测量,同时1个扇区的电阻率可能受多个孔洞影响。因此纽扣电阻率测量提供的电阻率曲线不是简单的方向电阻率的平均。对于这个影响定义了参数Vm,其对纽扣电阻率测量的影响可表示为

式中,Rb为1个扇区内地层电阻率,Ω·m;Ri为1个扇区内纽扣测量电阻率,Ω·m;Vm为孔洞影响参数,Ω·m。

图6 裂缝定量化计算结果

图7 A1h井次生孔隙发育特征及定量计算结果

式(2)可转化成

应用式(4),把 GVR图像转换成孔隙度图像,然后采用电缆成像测井孔隙频谱分析的相同方法(Newberry,1996)[11]分析次生溶孔孔隙度的变化。

从A1h井的计算结果(见图7)可以清楚地确定出次生溶孔发育区间。在次生溶孔不发育区间,输入的平均孔隙度和从转换的孔隙度图像上计算出的平均孔隙度几乎是一样的(见图7)。这2种孔隙度曲线的分离指示次生溶孔的发育情况。

从GVR图像上计算出来的次生溶孔能被用于评价孔隙结构,但并不意味着次生溶孔的绝对值和从岩心资料中得到的一样。Vm的选择也是影响次生溶孔计算的变量;我们仅能通过检查输入的孔隙度与从图像上得到的孔隙度在泥岩或裂缝不发育的致密层段中的标准偏差来调整Vm(标偏差应尽可能的小)。

图7第2道显示 GVR浅纽扣电阻率静态图像,第3道和第4道显示孔隙分布频谱,第5道显示外部孔隙(黑色),从图像计算的平均孔隙度(蓝色)和次生孔隙度(红色)。

2.3 构造、地层应力与裂缝发育分析

在碳酸盐岩裂缝储层中,油气产能受裂缝的影响较大,储层评价时,了解裂缝的发育程度是很重要的。一般来说,裂缝发育受到区域应力与局部构造应力综合影响。一组裂缝可能受区域应力控制,另一组裂缝可能由局部构造应力产生。一组裂缝可能由某古应力控制产生,而现今应力场可能与古应力有显著的不同,对裂缝的开启程度影响就较大。因此,寻找裂缝与应力之间的关系是裂缝预测的关键。

从随钻测井电阻率图像可识别出2种不同的裂缝:钻井诱导缝和天然裂缝。在很多情况下,钻井诱导缝表现为呈180°对称出现的直线(见图3)。因为水平井的高井斜使得天然裂缝一般呈低的视倾角(见图4)。在井斜角度不大的情况下,钻井诱导缝的走向反映了最大主应力的方向。但是考虑到水平井的高井斜角,钻井诱导缝的走向不能反映现今最大主应力的方向。

根据这2口井的裂缝统计,该地区发育2组裂缝(见图5)。A1h井中为北西-南东和北东-南西(相对发育较少);A2h井为北北西-南南东和北东-南西。其中北西-南东走向裂缝与现今区域最大水平地层应力一致,这或许是裂缝保持开启的原因。另一组北东-南西走向裂缝与主干断层的走向一致,分析其成因与局部地层应力的影响有关。

2口井都发育天然裂缝,但是与A1h井比较, A2h井致密层中的裂缝更为发育,受主干断层控制的北东-南西走向A2h井较A1h井发育,推测其发育程度受与主干断层距离的影响。

3 结 论

(1)根据GVR多探测深度纽扣测量,应用双侧向电阻率方法可以定量分析裂缝的发育情况,探索了一条利用随钻测井测量来实现裂缝评价的创新思路。

(2)次生孔隙度是评价碳酸盐岩储层各向异性的关键指标。虽然GVR图像与电缆电阻率图像比较起来具有相对较低的分辨率,但从 GVR图像上观察到的次生溶孔仍能成功地用来进行碳酸盐岩储层复杂性分析。

(3)从GVR图像上可以识别出天然裂缝、钻井诱导缝或井壁崩落。通过识别不同的裂缝类型,对分析天然缝产生的机理有了更好地理解并有效地应用于天然缝预测。

(4)通过 GVR电阻率图像与ADN密度和中子数据地有效结合,形成了1套综合的地层评价方法以进行岩性分类、构造分析和其他地质应用,并为岩石物理分析和岩石力学分析提供了基础。

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