过渡岩类致密储层特征及测井评价

丁娱娇, 邵维志, 常静春, 于之深

(中国石油集团渤海钻探工程有限公司测井分公司, 天津 300280)

0 引 言

1 过渡岩类致密储层特征

1.1 岩性特征及地质岩性分类

1.1.1 岩性特征

图1 同一层组不同物源矿物含量对比图

1.1.2 地质岩性分类

由不同物源、不同油组矿物成分对比分析可知,虽然均定义为过渡岩类,但是其岩性还是存在较大差异。为准确描述岩性并分析岩性差异对储层其他特性的影响,结合地质、岩心等多种信息,提出了三端元矿物归一化相对含量岩石类型划分方法,将沧东凹陷Ek2过渡岩类致密储层岩性划分为细粒长英沉积类、碳酸盐岩类、细粒混合沉积岩类、黏土岩类4大类12种岩石类型(见表1)。其中三端元矿物归一化含量计算公式为

(1)

(2)

(3)

式中,V长英质、V碳酸盐、V黏土分别为三端元矿物归一化后的长英质、碳酸盐、黏土矿物百分含量;C长石、C石英、C方解石、C白云石、C黏土分别为全岩X射线衍射分析得到的各种矿物百分含量。

1.2 物性特征

通过不同类型岩样阴极发光薄片鉴定图片可知,过渡岩类储层储集空间非常复杂,以裂缝、粒间孔、晶间孔、溶蚀孔为主。不同岩性储集空间不同,碳酸盐岩类储层储集空间以晶孔、晶洞、裂缝为主,细粒长英沉积岩类储集空间以粒内微孔、粒间溶蚀孔、微裂缝为主,细粒混合沉积岩类储集空间以晶间溶孔、粒内微孔、粒间溶蚀孔、微裂缝为主。过渡岩类致密储层物性大部分为超低孔隙度-超低渗透率(渗透率小于1 mD*非法定计量单位,1 mD=0.987×10-3 μm2,下同,孔隙度小于5%),部分为特低孔隙度-特低渗透率(渗透率小于10 mD,

孔隙度小

于10%),且孔渗关系非常差,渗透率没有出现类似于砂岩随孔隙度增大而增大的趋势。通过不同岩类孔隙度、渗透率、孔径分布曲线对比发现,物性受岩性影响明显,不同类型岩石大孔隙空间发育程度存在明显差异,碳酸盐岩大孔径空间发育程度要好于长英沉积岩类,混合物沉积岩类大孔径空间最不发育。

1.3 含油性特征

图2 含油饱和度统计直方图

沧东凹陷Ek2段热演化程度适中,整体范围在0.4%～1.5%之间,处于成熟阶段和生烃高峰窗,以生油为主。原油性质属中-重质原油(原油密度0.86～0.91 g/cm3),高黏度(32～713 mPa·s),高凝固点(26～42 ℃),高含蜡(含蜡量18%～40%),高胶质沥青含量(24%～42%),油质较差,自然产能较低。图2展示了该地区系统取心井56块岩样的含油饱和度测试,从测试数据可知,致密油储层含油性非均质性非常强,不同岩样含油饱和度变化很大,最低含油饱和度为1.51%,最高含油饱和度达到73.24%,平均42%。通过有机碳含量与含油饱和度对比分析发现,含油饱和度与有机碳含量存在一定的正相关性,随着有机碳含量增加,含油饱和度增大(见图3)。故可以利用有机碳含量定性描述储层含油性好坏。

图3 含油饱和度与有机碳含量关系图

在沧东凹陷Ek2段系统取心井932块样品岩心有机碳含量测试数据统计中,有机碳含量值大于2%的样品占67.5%,最高可达12.92%,有机碳含量总体较高,说明有机质十分富集,含油性较好。与此同时,通过不同油组有机碳含量纵向对比分析发现,不同油组,其有机碳含量大小存在一定差异,反映生烃能力存在差异。为了解含油性与岩性关系,分岩类统计了每大类岩石岩样的有机碳含量和每百克岩心产油量,发现岩性与有机碳含量关系密切,细粒长英沉积岩类有机碳含量最高,其次是细粒混合物沉积岩类,碳酸盐岩类有机碳含量最低,每百克岩心产油量与岩性的关系类似于有机碳含量与岩性的关系。进一步说明有机碳含量可以用来描述致密储层的含油性,且含油性受岩性影响明显。

1.4 脆性特征

图4 脆性矿物含量与脆性指数关系图

图5 裂缝形成与脆性指数关系图

脆性是指材料受到外力时其内部容易产生裂纹并破坏的性质,一般用脆性指数表征。在外力作用下,脆性指数越高,岩石越容易破碎。脆性特征对致密储层压裂改造至关重要,直接影响试油层位优选,施工效果是否有效,进一步影响产能的高低。一般获取脆性指数的方法有两大类,一是利用岩石矿物学方法;一是岩石力学方法。图4为实验室得到的各种脆性矿物含量与岩石力学参数计算脆性指数对比图。图4可见石英+方解石+白云石得到的脆性矿物含量与岩石力学参数计算得到的脆性指数基本一致,说明可以利用石英+方解石+白云石代表的脆性矿物含量和岩石力学2种方法描述目标区块的脆性指数。同时由图4可见目标区块脆性指数变化范围在20%～80%之间,跨度比较大。图5为不同脆性指数岩样在外力作用下产生破碎难易程度描述。图5可见,当脆性指数小于40%时,以单缝剪切为主,说明地层不容易压裂;当脆性指数大于60%,容易发育多缝剪切,地层容易破碎;脆性指数在40%～60%时,可能发育单缝剪切亦可能发育多缝剪切;当储层本身发育微裂缝时,其可压性明显增强。

2 过渡岩类致密油储层评价方法研究

为有效解决过渡岩类致密储层评价问题,在分析致密储层岩性、物性、含油性、脆性等主控因素基础上,提取反映储层特征参数敏感曲线,岩心刻度测井,建立了一套以岩性、物性、含油性、脆性评价为核心的致密油储层评价方法。

2.1 基于多敏感曲线融合的岩性分类方法

由前文分析可知,Ek2段过渡岩类致密储层矿物成分复杂,岩性识别及定量评价难度大,且物性、含油性、脆性等均受岩性影响明显,有效岩性评价是沧东凹陷Ek2段致密油储层评价的关键。研究提出基于多敏感曲线融合的岩性分类方法。

(1) 测井地质结合,明确测井能够识别的岩性类型。由前文地质岩性分类可知,目标区块的岩石类型分为4大类12小类。研究发现目标区块岩性复杂,薄互层发育,岩性纵向变化快,非均值性强,测井曲线难以反映各种岩性细微变化,利用测井资料很难将12种岩性区分开来。通过将测井响应特征与岩性分类对比发现,虽然根据测井信息难以区分12种岩性,但区分4大类岩性还是能够实现的。且由前文分析可知,物性、含油性与岩类关系密切,有效区分岩类基本能够满足储层评价的需求。

(2) 测井敏感曲线优选。测井岩性识别方法主要是通过不同岩性在测井曲线响应特征差异来表征。由于测井响应特征的多因素制约和目标区块岩性复杂性,单一的测井曲线响应特征已经不能满足岩性识别的需求,需要优选多种测井系列。通过将系统取心岩性描述与测井曲线对比分析发现,对岩性变化较为敏感的曲线有无铀伽马、电阻率、密度、声波等,可优选以上几种测井系列进行岩性识别。其中无铀伽马、电阻率主要受岩性影响,声波、密度除受岩性影响外,物性控制作用明显,需要对声波、密度曲线进行孔隙度校正得到骨架密度和骨架声波。

(3) 基于核磁共振测井的视骨架密度、视骨架声波曲线重构。核磁共振测井可以得到与岩性无关的总孔隙度测量,利用核磁共振测井的总孔隙度对声波、密度曲线进行孔隙度校正,可以得到岩石的骨架密度、骨架声波,由于其不是通过测量,而是通过计算得到的,故定义为视骨架密度和视骨架声波。具体计算公式为

(4)

(5)

式中,Tma为骨架声波;ρma为骨架密度;AC为声波曲线;DEN为体积密度;φNMR为核磁共振测井总孔隙度。

(4) 岩性分类图版的建立。通过反复分析各类岩性在测井曲线上响应特征差异,建立一条岩性归一化曲线,该曲线能够有效将碳酸盐岩类、细粒长英沉积岩类与黏土岩类和细粒混合沉积岩类区分开来,在此基础上利用电性归一化曲线将黏土岩类与细粒混合沉积岩类区分开(见图6)。电性归一化曲线为阵列感应测井1 ft*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同分辨率的最深探测深度电阻率曲线取对数后归一化得到。岩性归一化曲线利用归一化后的视骨架密度与视骨架声波反向重叠后与归一化后无铀伽马曲线加权平均得到,计算公式为

(6)

式中,YX为岩性归一化曲线;DENg为视骨架密度归一化曲线;ACg为视骨架声波归一化曲线;KThg为无铀伽马归一化曲线。

图6 多敏感曲线融合的岩性分类图版

(5) 测井岩性分类连续自动判别。将通过岩性分类图版得到的4大类岩性分类标准编辑到岩性归一化曲线和电性归一化曲线计算程序中,实现测井岩性分类连续自动判别。

2.2 基于岩性的变黏土T2截止值的物性评价方法

致密储层均需要进行大规模压裂改造,原始渗透性评价对致密储层已经不重要,致密储层物性评价关键是有效孔隙度评价。受复杂岩性矿物骨架变化和有机碳的影响,常规三孔隙度曲线难以准确计算致密油储层有效孔隙度。核磁共振测井提供避开岩性和有机碳影响的总孔隙度,是最有效的有效孔隙度评价手段。其有效孔隙度计算公式为

(7)

该方法的关键是确定黏土束缚流体T2截止值。本文提出了利用岩心分析有效孔隙度与测井核磁共振标准T2谱结合反推黏土束缚流体T2截止值的方法。首先将实验室岩心分析孔隙度进行准确的深度归位;然后提取该深度点的核磁共振测井标准T2谱,并将该T2谱由大时间刻度向小时间刻度(由右向左)进行积分,当积分累加孔隙度与岩心分析有效孔隙度一致时,将该孔隙度点对应的时间坐标(横坐标)上的数值认为是黏土束缚流体T2截止值(见图7)。通过大量岩心分析资料统计得到黏土岩类T2截止值在2 ms左右,碳酸盐岩类在3 ms左右,长英沉积岩类在2 ms左右,混合沉积岩类在3～3.5 ms左右。结合自动连续判别的岩性分类得到基于岩性分类连续可变的黏土束缚流体T2截止值,利用式(7)实现有效孔隙度计算。

图7 黏土束缚流体T2截止值确定方法示意图

2.3 有机碳含量计算

有机碳含量是评价目标区块含油性重要指标,常用的有机碳含量计算方法为ΔlgR法。该方法利用深电阻率和声波测井反向重叠计算总有机碳含量,适合于未成熟-成熟烃源岩分析;目标区块烃源岩有机质成熟度0.8%～1.5%之间,处于成熟-过成熟的演化阶段,ΔlgR法计算有机碳含量相对误差较大。本文在分析有机碳含量与测井信息相关性基础上,利用岩心刻度测井,分层组建立了利用密度、声波测井值加权组合的有机碳含量计算方法(见图8)。

图8 不同层组有机碳含量与声波—密度测井交会图

2.4 脆性评价

脆性评价对致密储层可压性研究至关重要。由前文分析可知,目标区块脆性评价方法有2种,脆性矿物含量法和岩石力学参数法。其中岩石力学法脆性指数计算公式为

(8)

式中,BRIT为脆性指数;ES是静态弹性模量;μ为泊松比,均由岩石力学参数计算可得到。

脆性矿物含量法通过脆性矿物含量计算获得,岩心分析发现,目标区块反映储层脆性的矿物为石英+方解石+白云石。具体计算公式

(9)

式中,V石英为石英百分含量;V方解石为方解石百分含量;V白云石为白云石百分含量;φ为总孔隙度。

目标区块测井系列为常规测井+核磁共振测井,利用现有测井资料很难实现将石英、长石、白云石、方解石有效区分开来。通过对系统取心井岩心分析石英与砂质含量(石英+长石)对比分析发现,石英含量与砂质含量具有良好的一致性,二者相关关系为

V石英=0.4736V砂质R2=0.87

(10)

式中,V石英为石英矿物百分含量;V砂质为石英+长石百分含量。

式(9)中方解石+白云石含量即为碳酸盐岩百分含量,式(9)中矿物含量计算可以简化为砂质含量和碳酸盐岩含量求取。利用常规测井与核磁共振测井结合建立Ek2段过渡岩类致密储层简化矿物含量体积解释模型,模型由砂质(石英+长石)、碳酸质(方解石+白云石)、方沸石、泥质(黏土)和孔隙度组成,其中孔隙度由核磁共振测井提供,砂质、泥质、方沸石通过全岩X射线衍射分析矿物含量对敏感测井曲线进行刻度,建立经验回归公式获得(见图9),碳酸盐岩含量通过物质平衡方程得到。

2.5 过渡岩类致密储层分类标准的建立

通过对过渡岩类致密储层试油结果分析发现,过渡岩类致密储层产油能力受储层岩性、物性、电性、含油性、脆性等综合控制。过渡岩类致密储层综合评价思路为寻找岩性、物性、电性、含油性、脆性最佳匹配关系,给出有利含油气层段,综合分析SN油田致密储层试油与测井响应特征,给出过渡岩类致密储层分类标准(见表2)。

表2 过渡岩类致密储层分类标准

图9 矿物含量计算图版

图10 过渡岩类致密储层综合评价成果图

3 应用效果分析

过渡岩类致密储层综合评价技术在沧东凹陷过渡岩类致密储层评价中取得了很好的应用效果,完成32口新井精细评价,解释符合率达到86.4%。图10为某井应用本文所述方法评价成果与岩心分析以及试油情况对比图。图10中第5道为全岩X射线衍射分析得到的岩性分类成果,第6道为测井计算得到的岩性分类成果,可见厚度大于0.3 m储层二者分析基本一致,厚度小于0.3 m储层二者差异较大,主要是测井曲线纵向分辨率不足引起。图10中第7、8、9、10道分别为测井计算矿物含量与岩心分析矿物含量对比,可见二者计算结果趋势线基本一致。图10中第12道为核磁测井计算有效孔隙度与岩心分析有效孔隙度对比,第13道为测井计算有机碳含量与岩心分析有机碳含量对比,第14道为测井计算脆性指数与岩心分析脆性指数对比,可见本文方法计算结果与岩心分析结果一致性较好。根据建立的致密油储层综合评价标准,评价3 196.4～3 242.6 m井段以Ⅱ类储层为主,夹部分Ⅰ类储层和Ⅲ干层。对该层段试油,压后日产油5.21 m3,累产油56.8 m3,与解释结论吻合。

4 结束语

随着油气勘探技术的发展,以前难以识别和开采的过渡岩类致密储层等非常规储集层越来越受到重视。常规方法在评价该类储层岩性、物性、有效性以及含油性等方面均面临很大困难。本文在分析过渡岩类致密储层岩性、物性、含油性、脆性等特征的基础上,利用系统取心井岩心分析刻度测井资料,建立了一套以核磁共振测井为基础,以岩性、物性、含油性、脆性评价为核心的致密油储层综合评价方法。在沧东凹陷应用32口井,解释符合率达到86.4%,为沧东凹陷过渡岩类致密油储层储量发现作出了突出贡献。

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