利用斯通利波流体移动指数估算变质岩潜山储层渗透率的新方法

许赛男 徐锦绣 别旭伟

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院; 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司开发部)

利用斯通利波流体移动指数估算变质岩潜山储层渗透率的新方法

许赛男1徐锦绣2别旭伟1

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院; 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司开发部)

利用从阵列声波资料中提取的纵波、横波和斯通利波时差,结合井径、密度和孔隙度等资料计算出反映地层总渗透性的流体移动指数(即实测斯通利波时差与理论斯通利波时差的差值),然后建立流体移动指数与通过试井分析、生产测井分析、全直径岩心分析等获得的地层总的有效渗透率的关系,进而利用这一关系估算地层渗透率。本文提出的这种利用斯通利波流体移动指数估算潜山储层渗透率的新方法在渤海JZS油气田太古界变质岩潜山储层评价中取得了很好的应用效果,证实了本文方法的有效性,从而为该油气田开发方案的合理编制提供了可靠的基础资料。

储层渗透率 变质岩潜山 斯通利波 流体移动指数 估算方法

近几十年来,变质岩潜山油气藏在国内外已发现多例,其中不乏高产油气田。研究者通过不断的探索,在变质岩潜山储层评价方法方面取得了一定成果。然而,由于变质岩潜山储层岩性复杂,孔、洞、缝发育,非均质性强,小柱样岩心常规物性分析渗透率值低(仅代表基质部分的渗透率),常规测井处理方法难以准确计算潜山储层渗透率;另外,由核磁共振资料估算地层渗透率的方法并不遵循达西定律,而且核磁共振测井仪探测深度较浅,对于变质岩潜山储层中比较大的裂缝及孔、洞的连通性反映也不灵敏。因此,变质岩潜山油气藏的勘探开发仍然面临着新的难题和挑战,其中变质岩潜山储层渗透率的计算是测井评价的难点。

斯通利波是在井内流体与井壁地层之间传播的一种流体导波,在声波全波列中具有频率低、幅度大等特点。斯通利波在低频时变成管波模式,在井眼中传播时遇有效的孔、洞、缝时会发生能量衰减和时差延迟[1-2],因此地层渗透率的估算可以通过斯通利波时差来完成。目前利用斯通利波估算地层渗透率的常规方法,首先是应用阵列声波测井资料经波场分离、合成斯通利波波形,然后对合成和测量的斯通利波波形进行对比来估算地层渗透率。该方法需要在处理井段内选取至少一个已知渗透率的参考深度点以确定孔隙流体参数,进而用于连续计算出整个井段的渗透率,因此在不知道参考渗透率的情况下应用斯通利波所计算的渗透率值误差较大,而且该方法的处理流程较为繁琐。笔者在前人研究的基础上提出了另一种利用斯通利波流体移动指数估算变质岩潜山储层渗透率的新方法,即建立流体移动指数(指斯通利波在井眼中传播遇到渗透性地层时,使其传播时间延迟而增加的那部分时差)与测试、生产测井等渗透率之间的关系,再应用该关系计算地层渗透率。应用结果表明,本文提出的方法中有关流体移动指数与渗透率的关系一旦建立,则在油田其他井中应用时较为便利,且无需知道参考渗透率。

1 方法原理

相对于致密层弹性介质来说,地层渗透性的存在会导致斯通利波走时滞后和中心频率向低频方向偏移[1-2],因此可以根据走时滞后程度和频移幅度判别渗透性地层(包括孔隙地层和裂缝地层),进而定量评价其渗透率。

实测斯通利波(由阵列声波测井仪测得)的直达波除受地层渗透性影响外,还受地层弹性、井径变化、泥饼和各向异性等与渗透率无关的因素的影响,因此可以将斯通利波时差分为两部分[2-3],即理论斯通利波时差Se与因地层渗透率存在而对应的那部分时差Sp。为了消除与渗透率无关的因素的影响,通过输入地层纵波和横波速度、地层密度及井径等曲线,计算出理论(假设地层没有渗透性)斯通利波时差,然后将实测斯通利波时差S与理论斯通利波时差Se进行比较,其差值(称为流体移动指数QFM[4])能够指示地层的渗流能力和裂缝的连通性。利用斯通利波流体移动指数估算变质岩潜山储层渗透率的方法原理可概括为如下公式:

当斯通利波的频率处于低频时,Se≫Sp,这时可得

系数A是一个与参数ω、ρf、κ/η、φ、G、Kma、Kb、S和Kf有关的复杂函数,不过由于其变化较小,所以可将其近似看作常数。在这种情况下,由式(8)可知,QFM与流体流度κ/η具有较好的正相关关系。

在上述公式中,G为地层剪切模量;R为井径, m;φ为地层孔隙度;Kb为固体颗粒模量;Kma为骨架体积模量;Kf为泥浆体积模量;κ为地层渗透率, mD;η为地层孔隙流体粘度,m Pa·s;κ/η为流体流度,mD/(m Pa·s);ρf为泥浆密度,g/cm3;ρ为地层密度,g/cm3;Δts和Δtf分别为地层和泥浆的时差, μs/ft;S为实测的斯通利波时差,μs/ft;Se为理论上的斯通利波时差,μs/ft;K1、K0均为变型的第二类贝塞尔函数。

利用斯通利波流体移动指数估算变质岩潜山储层渗透率的流程如图1所示。首先利用阿特拉斯公司eXp ress软件从阵列声波波形数据中提取纵波、横波和斯通利波时差,再根据纵波、横波时差并结合密度及井径曲线计算理论斯通利波时差,从而得到流体移动指数;然后根据实际井资料建立流体移动指数与地层总的有效渗透率(测试渗透率、生产测井渗透率等)之间的关系,并利用该关系估算地层渗透率。

图1 利用斯通利波流体移动指数估算变质岩潜山储层渗透率的流程

2 应用效果

渤海JZS油气田位于辽东湾海域辽西低凸起中段,其主力产层为古近系沙二段砂岩和太古界变质岩潜山基岩,其中太古界变质岩储层岩性与孔隙结构复杂(孔、洞、缝并存),非均质性强。JZS潜山储层主要由岩块系统和裂缝系统组成,其中裂缝系统主要由宏观裂缝及与其相连的孔、洞组成,岩块系统主要由粒间溶孔、晶间、晶内溶孔、微裂缝组成。

对于潜山储层而言,常规岩心分析的渗透率仅代表基质部分的渗流能力,而不包括裂缝系统的渗流能力。图2为JZS 2井小柱样岩心分析孔渗关系图,可以看出岩心分析渗透率值很低(一般小于1 mD),它只代表基质部分的渗流能力。而该井试井分析渗透率一般高达几百mD,它代表了地层总渗透率。可见,常规岩心分析难以准确得到潜山储层渗透率。

图2 JZS2井小柱样岩心分析孔渗关系

分析表明,流体移动指数表征了地层总的渗流能力。图3是JZS油气田斯通利波流体移动指数与生产测井分析、全直径岩心分析、试井分析及裂缝不发育井段常规岩心分析的渗透率的关系图。由于JZS5井取心收获率达100%,表明该井储层裂缝不发育,其常规岩心分析渗透率也代表地层总渗透率。从图3可以看出,斯通利波流体移动指数与地层总的有效渗透率呈良好的正相关关系,相关系数达0.85以上。这说明,本文提出的利用斯通利波流体移动指数估算变质岩潜山储层渗透率的方法应用于该油气田是可行的。

图3 JZS太古界变质岩潜山储层斯通利波流体移动指数与渗透率的关系

图4、5分别为JZS7井和JZS4D井渗透率处理成果,其中KQFM为由本文方法估算的渗透率, PERM EAB为目前常用斯通利波评价方法计算的渗透率,CPERM为岩心分析渗透率。可以看出,图4中流体移动指数估算渗透率与岩心分析渗透率吻合较好,而图4和图5中流体移动指数估算渗透率与生产测井井下分层产量(QZI)的对应关系也优于目前常用斯通利波评价方法计算的渗透率。这说明,本文提出的利用斯通利波流体移动指数估算变质岩潜山储层渗透率的方法应用于该油气田是有效的。

3 结束语

潜山储层岩性与孔隙空间结构复杂,非均质性强,常规测井处理方法和目前常用斯通利波评价方法均难以准确计算潜山储层渗透率。本文提出利用斯通利波流体移动指数估算变质岩潜山储层渗透率的新方法,并在JZS油气田太古界变质岩潜山储层评价中取得了很好的应用效果,证实了本文提出方法的有效性,从而为该油气田变质岩潜山油气藏的开发生产提供了科学的指导依据。

[1] BR IEA,ENDO T,et al.Quantitative formation permeability evalu-ation from Stoneley waves[C].SPE Reservoir Eval.&Eng.2000.

[2] ENDO T,BR IEA,et al.Fracture and permeability evaluation in a fault zone from sonic waveform data[C].SPWLA 38 th Annual Logging Symposium,1997.

[3] 唐晓明,郑传汉.定量测井声学[M].赵晓敏,译.北京:石油工业出版社,2004.

[4] 申辉林,高松洋.交叉偶极声波资料在裂缝评价中的应用[J].国外测井技术,2006,21(5):11-13.

(编辑:周雯雯)

A new method to estimate permeability of metamorphic buried-hill reservoir by fluid mobility index of Stoneley wave

Xu Sainan1Xu Jinxiu2Bie Xuwei1
(1.Bohai Oilfield E.&P.Research Institute,Tianjin B ranch of CNOOC Ltd.,Tianjin,300452; 2.Development Department,Tianjin B ranch of CNOOC Ltd.,Tianjin,300452)

In combination with data such as caliper, formation density and porosity,move outs of compression,shear and Stoneley waves are used to calculate the fluid mobility index rep resenting the total permeability of formation(i.e.the difference between measured Stoneley move out and theoretical Stoneley move out),and a relationship between the fluid mobility index and the total effective permeability of formation obtained from analyses of well testing,production logging and whole core is then developed.Finally,this relationship can be used to estimate permeability for other buried-hill formations.This new method has resulted in quite good efficiency in reservoir evaluation of Archaean metamorphic buried hill,JZS oilfield,Bohai sea, validating its effect and providing reliable basic data for a reasonable design of development plan in the oilfield.

reservoir permeability;metamorphic buried hill;Stoneley wave;fluid mobility index;estimation method

许赛男,女,2008年毕业于长江大学地球物理与石油资源学院,获硕士学位,现主要从事测井资料解释工作。地址:天津市塘沽区闸北路3号609信箱岩石物理室(邮编:300452)。E-mail:xusn@cnooc.com.cn。

2009-06-01 改回日期:2010-02-24