电成像测井资料评价火山岩储层的方法及应用

王新龙, 罗安银, 徐洪明, 苏敏

(1.中国石油集团测井有限公司华北事业部, 河北 任丘 062552; 2.中国石油吉林油田公司, 吉林 松原 138000)

0 引 言

松辽盆地南部火山岩储层岩性、结构、构造变化快,非均质性强;储集空间多样,有效储层难识别;气水关系复杂,产能低,流体性质识别难度大[1]。常规测井资料响应特征影响因素众多,在解决火山岩储层评价中的难点问题时存在一定的局限性。火山岩储层按储集空间类型分为孔隙性、孔隙裂缝型、裂缝孔隙型和裂缝型4类,主要以前3类为主。电成像测井资料在解决裂缝型为主的特殊岩性储层中能够定量计算储层的裂缝参数,并在实际生产中发挥了重要作用,但对气孔、溶蚀孔为主的孔隙型、孔隙裂缝型储层为主的火山岩储层,定性识别为主,精细评价程度不如裂缝型储层深入,次生孔隙定量评价成果主要依托核磁共振及常规测井资料。利用电成像测井丰富的信息,可以有效识别火山岩岩性、岩相,解决储层有效性定量评价,气水层判别等火山岩储层中的技术难题。

1 岩性、岩相识别

1.1 岩性识别

火山岩储层岩性变化快,非均质性强,自然伽马、密度等测井曲线反映岩性规律性差,很难准确判断。将岩心、井壁取心、薄片等岩性特征与成像资料对比标定,逐一刻画,遴选出具有地质意义的图片和典型岩性成像图片数据库,为火山岩结构分析、测井相模式建立、有效储层的定量计算奠定基础[2]。

图1 典型岩性电成像与镜下特征对比图

通过×断陷15口井电成像与岩心等对比分析,从火山熔岩类、火山碎屑熔岩类、火山碎屑岩类共识别出粗安质火山岩、安山质火山岩、流纹质火山岩、沉火山碎屑岩4类14种岩性。熔岩类包括流纹岩、安山岩、粗安岩、粗面岩、玄武岩;碎屑岩类包括凝灰岩、角砾岩、沉角砾岩。研究区主要以粗安质火山岩为主,包括粗安岩、粗安质(凝灰)火山角砾岩、粗安质(凝灰)角砾熔岩;流纹质火山岩岩性以流纹岩、流纹质角砾岩为主;沉火山碎屑岩岩性以沉凝灰岩、角砾岩为主;含量较多的还有安山质火山岩。该区代表性岩性镜下特征、电成像特征见图1。

1.2 岩相识别

不同结构、构造其成像特征不同。利用电成像测井资料,结合区域火山岩岩相序列模式,可以识别不同岩性火山岩的结构、构造特征,通过这些相标志进一步确定火山岩岩相、亚相。

通过该断陷22口井火山岩成分、结构、构造模式与岩心、薄片对比综合分析,×断陷发育4种相9种亚相。火山岩相包括喷溢相、爆发相、火山沉积相、火山通道相。研究区岩性、岩相横向变化快,西北部区块以喷溢相为主,东部区块以爆发相为主。

电成像测井资料可以对火山岩岩相、火山岩结构和构造进行识别。该断陷粗安质火山岩气藏岩相以喷溢相、爆发相为主;亚相以中部亚相、下部亚相、热碎屑流亚相、上部亚相为主。气层主要发育在热碎屑流亚相、喷溢相上部亚相。爆发相的碎屑熔岩结构、熔结碎屑结构、角砾结构,其构造具有粒序层理、颗粒支撑等特点,电成像图像整体色调均匀,以亮色为主;熔结结构压扁拉长特征明显,气孔较发育,具有块状模式特征。

火山碎屑岩气藏岩性以沉凝灰岩、沉角砾岩为主,岩相以火山沉积相为主,其次为爆发相。亚相以含外碎屑火山碎屑沉积岩再搬运火山碎屑沉积亚相、热碎屑亚相为主。火山沉积相为沉火山碎屑结构,由于碎屑含量较高,电成像图像上颜色明暗相间,构造上具有粒序、交错层理等特征。

流纹质火山岩气藏岩性以流纹岩、流纹质角砾岩为主;岩相以爆发相、喷溢相为主。亚相以空落亚相、中部亚相、下部亚相为主。喷溢相的熔岩结构构造特征为块状构造、流纹构造。块状构造图像为高电阻率亮色分布,被裂缝切割,气孔发育,气孔被矿物充填,形成气孔和杏仁构造;流纹构造成像特征为条带状明暗相间的条纹,条纹为一些暗色矿物或气孔。变形流纹构造在成像图上整体为杂色,中低电阻率橙色基质明暗相间,呈现揉皱状流纹构造[3]。不同相带储集空间类型不同,该区上部亚相孔隙最为发育,下部亚相裂缝较发育。

2 孔隙度谱处理分析评价技术

2.1 孔隙度谱处理技术

利用Archie公式,将所有电导率曲线转换为孔隙度曲线

(1)

式中,Ri为第i条电阻率曲线;Rmf为滤液电阻率;φi为第i条孔隙度曲线。

然后对每条孔隙度计算值进行刻度,得到平均值等于有效孔隙度,形成孔隙度频谱。对于孔隙半径大、孔隙空间类型以气孔和溶蚀孔为主的火山岩地层,通过孔隙度谱能反映出孔隙的分布和尺寸的大小,区分原生孔隙与次生孔隙比率,从而实现孔隙度谱精细描述,孔洞、裂缝参数定量计算,视地层水电阻率谱判断气水层等可视化精细描述及定量参数计算[4]。

利用软件对图像实现快速分离孔、洞、裂缝和基岩背景。通过对电成像逐个数据进行统计,确定原生孔隙与次生孔隙比率。从各扫描点对应孔径大小的累计频率结果看,它不是连续状的,而是呈2个或3个分离的峰状,且小孔径对应峰的累计频率高,变化范围大;大孔径对应峰的累计频率低,变化范围小。反映了原生孔与次生孔的孔径之间不是连续变化的,而是有较明显的跃变;原生孔小而多,孔径变化范围较大且连续,次生孔大而少,孔径变化小,但不连续。对累计频率图包络线所包围的面积积分,可分别求得原生孔和各种次生孔的孔隙度。

在转换为孔隙度图像后,利用二维小波变换方法按原图像的像素灰度值的平均值作为分割阈值进行图像分割,分离出主要反映孔洞、裂缝的子图像。应用图像分割方法得到分割阈值T后就可以算出孔洞、裂缝的面积为

(2)

式中,SA为目标面积;f(x,y)为图像分割计算函数;T为图像的分割阀值。

通过对图像上的孔隙度频率统计,确定出基质孔隙与相对大孔隙的比率,从而反映出孔隙的分布和尺寸的大小,确定出孔隙度谱主峰所在位置即主频孔隙度、主峰右侧宽度与右侧方差等孔隙结构特征参数。把反映次生孔隙发育程度的参数通过孔隙度谱主峰右侧的宽度与方差表征。主峰右侧的谱宽越大、方差越大,表明次生孔隙越发育;主峰右侧累积频率越高,方差越大,孔洞气孔越发育,储层类型以孔洞型、孔隙裂缝型为主;随着累积频率的降低,方差减小,储层类型逐渐向裂缝孔隙型过渡。

通过与岩心资料对比分析,核磁共振能反映酸性火山岩孔隙结构,对基性火山岩则效果较差。电成像孔隙度谱则对基性酸性火山岩孔隙结构都能进行评价。由酸性火山岩孔隙度谱图像和核磁共振T2图像对比可以看出,电成像测井的孔隙度图谱特征与核磁共振测井T2谱特征相关性较好,均能反映孔隙结构的变化。对于频谱分布更宽、孔隙空间类型以气孔为主、碎屑间孔较少的火山岩地层,孔隙度频谱分布既能反映孔隙度的大小,又能反映孔隙尺寸大小及分布[5],能够刻画气孔、溶蚀孔、裂缝的细节,对原生、次生孔隙进行识别、计算,尤其适用于火山岩双孔隙系统储层,解决了电成像测井资料火山岩地层次生孔隙难以定量评价的技术难题。

2.2 孔隙度谱特征对储层进行分类

孔隙度频率分布曲线的形态包括单峰、双峰和多峰。孔隙度频率谱的形状特征解释有5种情况:地层孔隙度很低,孔隙度谱上表现为窄的单峰;次生孔隙分布较均匀,而基质孔隙较少时,孔隙度谱上表现为后移的单峰;当层状连通的次生孔发育段与不发育段交互出现时,孔隙度谱上则分层出现宽峰与前端窄峰;当分布多个尺度的气孔、溶蚀孔时,孔隙度谱上表现为较宽的双峰或多峰;当连通的次生孔中发育充填裂缝时,孔隙频率分布谱上表现为较宽的双峰背景上局部峰前移(见图2)。

火成岩孔隙空间类型主要有原生气孔、剩余气孔、次生溶蚀孔和裂缝。根据火山岩孔隙度谱特征把储层类型划分为3类。

Ⅰ类储层。原生气孔、次生溶蚀孔发育,孔隙度图谱展布较宽,谱峰左右都有,主峰幅度高,峰充填颜色成分多且饱满,向右偏移大孔径孔隙方向分布较多,反映原生气孔、次生孔隙、裂缝均发育,为复合型储层,多为气层。

图2 电成像孔隙度谱储层分类图

Ⅱ类储层。原生气孔、裂缝较发育,孔隙度图谱左边峰明显,右边峰次之,较宽的双峰,基质孔隙、裂缝孔隙均发育,反映有原生孔隙和一定的次生裂缝孔隙,但孔隙度不一定很大,为孔隙裂缝型成裂缝孔隙型储层,以差气层为主。

Ⅲ类储层。以原生孔隙为主,孔隙度图谱较为集中,展布较窄,呈单峰分布,较为均一,左边峰峰值高,右边峰不明显,溶蚀孔不发育,为原生孔隙型储层,以无效非产层为主。

3 储层有效性定量评判

3.1 孔隙、裂缝参数定量计算

根据该区试气资料,结合有效厚度,将平均有效孔隙度、平均次生孔隙度作为评价储层有效性的重要指标参数。同时按储集空间类型及裂缝、孔隙发育程度,将储层级别划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类(见表1)。

根据该区13口井试气结果及成像处理成果分析,储层的平均有效孔隙度大于6.0%,储层产量达到工业产能;当平均有效孔隙度大于4.0%时,储层为有效储层。储层厚度达到3.0 m以上,压裂后可获得低产;累计有效厚度5.0 m以上,一般能达到工业产能。岩性不同,物性标准存在差别。粗安岩孔洞发育物性最好,孔隙度一般5.0%～9.0%,平均6.7%;流纹岩孔隙类型为气孔、溶蚀孔,裂缝较发育,总孔隙度一般5.0%～8.0%,渗透率一般0.02～0.1 mD*非法定计量单位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,物性较好;火山碎屑岩基质微孔、微裂缝、溶蚀孔较发育,储层孔隙度一般3%～10%,

表1 电成像储层分类定量划分参数表

渗透率一般0.02～0.1 mD,为中孔隙度特低渗透率储层;凝灰岩孔隙微裂缝发育,物性较差。复合型储层及气孔溶孔型储层效果好;基质孔不发育以微裂缝为主的裂缝型储层应用效果相对较差。

图3 孔隙度谱参数交会图

3.2 主峰右宽度、均方根差评价储层有效性

对于孔隙空间类型以气孔和溶蚀孔为主、裂缝相对较少的火山岩地层,裂缝参数不能完整地表达储层的好坏和有效性。孔隙度谱能较好地反映不同孔径孔隙在地层中所占的比重及其分布结构特征。通过与岩心资料对比分析,孔隙度低时谱为很窄的单峰;孔隙分布较均匀且孔径较大时,为后移的单峰;当次生孔隙不均匀分布并具有高导缝时,为较宽的双峰,但孔隙度不一定很大;当分布多个尺度的孔洞时,为较宽的多峰。通过孔隙度谱处理,提取谱主峰右宽度和均方根差2个关键参数。谱主峰右宽度越大,均方根差越大,次生孔隙越发育[6]。

通过×气田电成像孔隙度谱对比分析及定量计算,结合常规测井、阵列声波、ECS等测井资料综合评价,形成了不同岩性孔隙度谱参数定量评价图版,建立了有效储层判别指标(见图3)。根据4类岩性,12口井统计分析:粗安岩Ⅰ类储层孔隙度谱面积大于300.0,主峰右宽度大于9.0,主峰右均方根差大于3.0;流纹岩Ⅰ类储层孔隙度谱面积大于260.0,主峰右宽度大于8.0,主峰右均方根差大于2.0;火山碎屑岩Ⅰ类储层孔隙度谱面积大于200.0,主峰右宽度大于7.5,主峰右均方根差大于1.4;安山质火山岩在该区发育较少,暂未建立区域标准。

3.3 有效储层定量评价

火山岩储层自然产能低,通过对储层进行有效性定量评价,可准确识别有效储层,降低压裂成本。

×井,2 720.0～2 770.0 m段,岩性为英安岩、安山岩,电阻率相对较低,三孔隙度相差不大。通过电成像资料处理成果分析,储层类型以孔隙-裂缝型为主,孔隙度图谱展布相对较宽,主峰幅度较高,反映有原生气孔和一定的次生裂缝孔隙。成像孔隙区间计算的有效孔隙度为3.2%～5.9%,次生孔隙度为1.05%～1.22%,裂缝孔隙度为0.1%～0.16%,裂缝宽度200～271 μm,裂缝密度5.0～6.35条/m,裂缝长度5.0～6.1 m/m2。综合分析新划分储层2层13.6 m,解释为差气层。相对低电阻率是由于气孔、溶蚀孔连通性好,裂缝较发育。电成像孔隙度谱及计算结果能清晰地划分储层,增加了有效储层厚度。该段酸化压裂后获得工业气流(见图4)。

4 视地层水电阻率谱判断气水层

火山岩地层不同岩性骨架值差别较大,不同储层类型电性差别大,一般计算的含气饱和度误差较大。火山岩流体性质判别是测井面临的一大技术难题。根据水层与气层存在正态分布特征通过浅侧向测井资料刻度电成像资料,在给定的图像框内,计算出一定长度的窗口内视地层水电阻率,通过直方图频率统计生成视地层水电阻率频率分布曲线,得到反映流体性质的视地层水电阻率图谱,其分布规律能较好地反映地层中不同储集类型气水层的导电性,判断流体性质。

图4 ×井综合处理成果图

对于气层,视地层水电阻率谱分布图其主峰位置将向大的方向偏离,视地层水电阻率中值较大,相对水层平均值较高,分布范围宽;对于水层,成像上其颜色较气层的要暗一些,视地层水电阻率分布图其主峰向小的方向偏离,电阻率频谱中值较低,频率分布较窄,较集中[7]。研究区纯水层视地层水电阻率均值在3.0～4.5 Ω·m之间,主峰右均方根差小于1.3;气层视地层水电阻率均值大于5.0 Ω·m,均方根差大于2.2;差气层视地层水电阻率均值在4.0～5.0 Ω·m之间,均方根差在1.5～2.5之间。利用这些差异能较好的区分气层与水层。

图5 ×1井电成像处理成果图

×1井,3 226.0～3 255.0 m段,岩性为粗安岩,深浅电阻率差异明显,数值较低。孔隙度图谱展布较宽,谱峰较平缓,谱峰左右都有,峰充填颜色成分多且饱满,中等孔隙发育。孔隙度分布在6.0%左右,为气孔、溶孔以及微孔隙的混合,发育少量裂缝。视地层水频率分布主峰向增大方向偏移,视地层水电阻率均值为6.0 Ω·m,均方根差为2.6,且分布区间较宽,呈尖峰状,为气层特征。3 470.0～3 479.0 m段,视地层水电阻率谱靠左,主峰值向小的方向偏离,视地层水电阻率均值3.5 Ω·m,均方根差为2.6,分布较窄,数值较低,为水层特征(见图5)。该层段采用14.0 mm油嘴,日产天然气16 900 m3、日产水699 m3。

5 结 论

(1) 电成像测井资料在研究区×断陷共识别刻画出粗安质火山岩、安山质火山岩、流纹质火山岩、沉火山碎屑岩4类14种岩性,4种相,9种亚相。岩性、岩相的正确识别为不同气藏、不同储层类型的划分准确,精细评价提供了正确的依据。

(2) 孔隙度谱及次生孔隙参数有助于对不同储集类型的准确划分及定量判别,解决了不同岩性、不同储集类型储层有效性定量评价的技术难题。

(3) 电成像视地层水电阻率谱是火山岩储层气水层判别的有效方法,为火山岩储层流体性质识别提供了新的技术手段。

参考文献:

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