气测录井全量正演计算方法判别低孔低渗储层含气性*

张国栋

(中海石油(中国)有限公司上海分公司 上海 200335)

气测录井全量正演计算方法判别低孔低渗储层含气性*

张国栋

(中海石油(中国)有限公司上海分公司 上海 200335)

低孔低渗储层流体性质识别一直是东海盆地西湖凹陷近年勘探中的一大难题。分析认为，此类储层渗透率低，钻进过程中孔隙内的气体不易被钻井液滤液驱替，地下破碎岩石中的气量与Flair录井仪实测气测全量值有很好的一致性。基于此，本文提出通过测井总孔隙度、含气饱和度，结合地层压力和钻井参数进行气测录井全量正演计算，并与实测气测全量值进行对比，从而实现快速准确判别低孔低渗储层流体性质和直接评价低孔低渗储层含气性的目标。东海盆地西湖凹陷应用表明，本文提出的气测录井全量正演计算方法合理可行且具有通用性，可进一步推广应用。

低孔低渗储层；Flair录井仪；气测全量；正演计算；含气性评价；西湖凹陷；东海盆地

近年来，东海陆架盆地西湖凹陷中央构造带发现了厚度大、分布广的低孔低渗储层，该类储层孔隙度多在15%以下，渗透率一般小于10 mD，发育深度多位于3 500 m以下[1-2]。与常规物性的储层相比，此类储层含气性识别有两大难点：一是气测全量Tg值受钻井工程参数因素影响大，绝对值较低，气测异常不明显；二是储层岩性复杂，孔隙度低，测井资料中子-密度交会幅度低，含气性指示不明显，同时一些新地层往往缺少准确的地层水矿化度数据，利用常规测井数据进行流体性质判别存在较大的不确定性[3-5]。为了进一步确定流体性质，在西湖凹陷做了大量的电缆测压取样工作，但是受储层物性和作业环境的影响，很难取得有效样品[6]。

为能快速、准确地判定储层流体性质，本文提出了通过计算钻井液中气体含量与实测气测全量值对比的方法来判别储层流体性质的新思路，实现该方法需要2个基本条件：①使用Flair气测录井仪系统，该仪器测量参数统一，数据精度高；②已经进行常规测井，获得了储层总孔隙度和含气饱和度数据资料，并且了解地层压力数据。

1 Flair气测录井仪现场检测流程

Flair气测录井仪是21世纪初法国地质服务公司推出的地层流体实时分析系统，该系统由4个部分组成，分别是FLEX萃取器、气体传输组件、电路控制设备和气体检测设备。相比于常规的录井仪器，Flair录井仪具有以下技术优势[7-8]：

1) 定量、恒温脱气，每次脱气的钻井液体积为300 cm3，加热至70 ℃,这样保证了脱气条件的一致性。

2) 专用气管线，不受吸附作用影响；恒定负压(28 kPa)、恒定流速(500 cm3/min)传送，保证了C5—C8组分顺利传送到检测系统。

3) 双气路，分别进行钻井液出口和入口两路气体的检测，避免了钻井液残余气的影响。

4) 色谱、质谱检测，分析组分全、精度高。

所以Flair录井仪恒流、恒温和恒压的设计理念，确保了全井段不同深度点气测测量条件的一致性，进而确保了数值的准确性和可对比性。

图1是Flair气测录井系统气测全量Tg检测流程示意图。岩石被PDC钻头碾磨破碎后，岩屑和岩石孔隙中的流体随钻井液一起返出井口，从喇叭口进入高架槽，录井仪脱气系统抽取钻井液并加热至恒定温度70 ℃；然后以300 cm3的恒定体积进行脱气，钻井液中脱出的气体进入输气管线，管线的恒定压力是28 kPa，管线的恒定流量是500 cm3/min，仪器测量得到的Tg值就是500 cm3气体中烃类气体所占的百分比。若钻井液中脱出的气量不足以达到28 kPa，脱气系统的进气孔则补入一定量的空气，使管线中压力达到28 kPa；若脱出的烃类气体使管线压力超过了28 kPa，出气口则自动放气，此时测到的Tg气测全量为100%。

图1 Flair气测录井系统气测全量Tg检测流程示意图Fig.1 Total gas detection processing sketch map of Flair mud logging system

2 气测全量Tg正演计算方法

若某一深度钻井速度为v0，那么单位时间t内破碎的岩石体积是

V岩石=πr2v0t

(1)

式(1)中：r为井眼半径，m；v0为钻速，m/min；t为钻进时间，min；V岩石为破碎岩石总体积，m3。

井下岩石破碎后，释放的气体体积V气为

V气=V岩石φSg

(2)

根据理想气体状态方程，将井筒中的气体体积换算为地表体积，所以地表状态下的气体体积为

(3)

式(3)中：p地下为钻开地层的孔隙压力，Pa；T地下为钻开的地层温度，K，该温度可根据地温梯度求得；p地表为地表大气压力,Pa；T地表钻井液为脱气罐钻井液的温度，为343.15 K。

单位时间t内循环的钻井液量V钻井液=F排量×t，即岩石破碎后的气体全部分散在钻井液中。根据以上公式，可以计算出地表钻井液天然气的体积浓度：

(4)

如前所述，Flair录井仪脱气系统管线压力为28 kPa；每次脱气取的钻井液体积为300 cm3，脱气管线的流量为500 cm3/min；同理根据理想气体状态方程，由公式(5)就可以计算出地下烃类气体在管线所占的体积百分比，即气测全量Tg计算。

(5)

将式(1)～(4)代入式(5)，可以得到Tg计算公式:

Tg计算=300p大气压T管线p地下πr2v0tφSgT地表钻井液/

(500p管线T地表钻井液F流量tp地表T地下+

500p管线T地表钻井液p地下πr2v0tφSgT地下钻井液)

(6)

式(6)中涉及3个和地层因素相关的变量，即孔隙度、含气饱和度和地层压力系数，其中孔隙度为中子-密度交会总孔隙度，精度较高，地层压力系数可以通过实测和区域对比得到，相对也比较准确。如果计算得到的气测全量和实测的气测全量吻合，说明给定的含气饱和度值是准确的；如果计算值大于实测值，说明给定的含气饱和度偏高，反之，给定的含气饱和度偏低。

需要说明的是，计算Tg值与实测Tg值进行对比时有一个潜在条件，认为某一深度分散在钻井液中的气体被100%脱出，即实测Tg值能够真实反映钻井液中的含气量。

如果将Tg值作为已知量，在储层孔隙度和地层压力确定的情况下，就可以直接利用式(7)计算储层含气饱和度，从而实现通过气测值定量评价储层含气饱和度的方法。

Sg=500Tgp管线T地表F流量tp地表T地下/

(300p大气压T管线p地下πr2v0tφT地表-

500Tgp管线T地表钻井液p地下πr2v0tφT地下)

(7)

低孔低渗储层岩性致密，可钻性差，钻速慢，目前普遍采用的PDC钻头具有强碾磨性，可将岩石全部变成粉末状，确保岩石孔隙中的气体绝大部分分散到了钻井液液体中，有利于气体的捕集检测，对气测全量的正演计算有利。

3 应用效果

3.1 方法验证

W构造是西湖凹陷钻探的第一个低孔低渗气田，主要目地层为花港组H3、H4、H5、H6砂层组；该构造W1-1井H3层钻速仅2～3 m/h，气测全量检测值范围为1%～3%，相比常规气层气测全量值范围(为30%～50%)降低了90%以上，随钻检测期间判断该层含气性和物性较差，但是钻后MDT取样证实该层段储层含气， DST测试日产气39.3万m3/d，为高产气层。

基于W1-1井测井中子-密度总孔隙度、饱和度、地层压力数据，结合钻井工程参数，对该井进行了气测全量正演计算，其中H3砂层组3 606～3 650 m井段的测录井数据成果图如图2所示。从图2可以看出，气测全量Tg实测值与正演计算值相近，二者曲线重合良好，验证了气测正演计算方法的可行性，同时也说明对该层含气饱和度的测井解释是合理准确的。

3.2 应用实例

W1-1井H3C层3 838～3 865 m井段测井资料初次解释结论为上部干层、下部气层，如图3所示。为了进一步验证该层的含气性，对该井H3C层进行了气测全量正演计算，结果显示，气测全量Tg正演计算值明显大于实测值，说明该层测井解释的含气饱和度明显偏高。因此，利用实际的气测Tg值，结合测井孔隙度数据，通过式(7)计算得出该层自上而下含气饱和度从15%逐渐变为1%，认为该层下部综合解释为水层比较合适。之后，在同一构造、距离W1-1井西南方向3.8 km处钻探了第二口评价井W1-3井，该井在3 847.79 m进行了MDT泵抽取样，泵抽结果证实该位置为纯水层。

图2 西湖凹陷W1-1井H3层Tg计算值与实际测量值对比Fig.2 Comparison between the calculated Tg and the measured Tg of H3 zone in Well W1-1，Xihu sag

图3 西湖凹陷W1-1井H3C层测井曲线组合Fig.3 Conventional logging data set of H3C zone in Well W1-1，Xihu sag

图4是W1-1及W1-3井的连井对比图，海拔深度对齐后显示W1-1井3 851 m以下应该为水层，这个结果与通过气测Tg计算的含气饱和度是一致的，也证明通过式(7)计算含气饱和度的方法是合理的，具有实际应用价值。

此外，对于新探区的储层解释，测井资料解释方法由于缺少岩电实验数据基础，难以获取储层的a、b、m、n值以及地层水矿化度，所以根据测井数据很难求得准确的储层含气饱和度。在这种情况下，如果已经进行孔隙度测井，求得较为准确的储层孔隙度数据，就可以将含气饱和度取经验下限值，如40%，将地层压力系数取1，根据式(6)计算气测全量Tg值。如果Tg计算值大于实测值，说明该储层达不到气层标准；如果Tg计算值小于实测值,同时地层压力相差不大，则说明该储层极有可能是气层。

如图5所示，W17-1井H5层是一个新层，储层a、b、m、n等参数和地层水矿化度不详，加之储层物性差，测井孔隙度中子-密度曲线交会不明显，同时电阻率曲线呈上高下低，而实测气测曲线呈上低下高，因此依据测录井原始数据曲线特征难以判断该层的含气情况。

按照上述方法，将含气饱和度取40%，地层压力系数取1，把相关测录井数据代入式(6)进行处理计算。计算结果显示，Tg计算值与实测值在顶部可以重合，而在底部则是Tg计算值明显高于实测值，这说明该层顶部井段含气饱和度可以基本达到40%，而底部井段含气性较差，含气饱和度达不到40%的这一气层下限值，整体储层流体分布情况为上气下水，上部6 m可以解释为气层，下部14 m可以解释为水层。由于含气层段厚度较薄，认为该层位无进一步做工作的必要。

由此可见，本文提出的气测录井全量数值正演计算方法对储层含气性的判断有良好的参照作用，可以帮助地质师在储层定性解释中的准确决策，从而减少无效投入，提高勘探开发效益。

图4 西湖凹陷W1-3井与W1-1井测井解释连井对比Fig.4 Logging interpretation cross-well correlation of Well W1-3 and Well DH1-1 in Xihu sag

图5 西湖凹陷W17-1井H5层含气性准确定性判别结果Fig.5 Gas bearing property distinguish qualitative result of H5 zone in Well W17-1,Xihu sag

4 结论及建议

1) 本文提出的气测录井全量数值正演计算方法将录井和测井有机结合，能够很好地识别低孔低渗储层含气性，可以在低孔低渗气层含气性判别中推广应用。

2) 受限于Flair录井仪应用的井数，目前该方法仅在东海盆地西湖凹陷2个构造3口井上进行了应用，主要针对花港组H3至H7低孔低渗储层，得到DST测试或MDT取样验证的也只有3层，因此还有待进一步的应用与验证。

3) Flair录井仪是进行气测录井全量正演计算对比的关键，因为该系统得到的统一标准下的气测值精度高，可对比性强。如果是Reserval等其他录井仪，则要慎重应用该方法。所以，针对低渗气层的勘探建议使用Flair录井仪系统。

4) 本文提出的通过气测值定量评价储层含气饱和度的方法可以直接利用实测的Tg值计算储层含气饱和度，但是目前还缺少足够的实验数据证实其精度，难以在储量计算中进行应用，也有待进一步深入研究和应用。

[1] 张国华.西湖凹陷高压形成机制及其对油气成藏的影响[J].中国海上油气，2013,25(2)：1-7.ZHANG Guohua.Origin mechanism of high formation pressure and its influence on hydrocarbon accumulation in Xihu sag[J].China Offshore Oil and Gas,2013,25(2)：1-7.

[2] 苏奥，陈红汉,陈旭，等.东海盆地西湖凹陷平湖构造带致密砂岩储层成岩成藏的耦合关系[J].中南大学学报(自然科学版)，2015，46(3)：1017-1025.SU Ao,CHEN Honghan,CHEN Xu，et al.Coupling relationship between diagenetic evolution and oil and gas accumulation of tight sandstone reservoir in Pinghu structural belt in Xihu depression,Eastern Sea Basin[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2015，46(3)：1017-1025.

[3] 王月莲,袁士义,宋新民，等.无侵线法流体识别技术在低渗低电阻率油藏中的应用[J].石油勘探与开发，2005,32(3):88-90.WANG Yuelian,YUAN Shiyi,SONG Xinmin,et al.Non-intrusion line method for fluid identification and its application in low permeability and low resistivity reservoirs[J].Petroleum Exploration and Development,2005,32(3):88-90.

[4] 孙越，李振苓,郭常来.致密砂岩气层测井评价方法研究[J].科学技术与工程，2012，12(19)：4608-4614.SUN Yue,LI Zhenling,GUO Changlai.Method research for logging evaluation of tight gas-bearing sandstone[J].Science Technology and Engineering,2012，12(19)：4608-4614.

[5] 杨超华.塔巴庙区块上古生界低渗透砂岩气层测井解释技术[J].测井技术，2002,26(6):490-495.YANG Chaohua.Applications of log interpretation in the Upper Paleozoic low permeable sandstone gas reservoir in Tabamiao Block[J].Well Logging Technology，2002,26(6):490-495.

[6] 张国栋，施荣富，王聃，等.东海西湖凹陷低孔低渗储层电缆取样方法创新和应用[J].中国海上油气，2015，27(2)：39-43.DOI：10.11935/j.issn.1673-1506.2015.02.006.ZHANG Guodong，SHI Rongfu，WANG Dan， et al.An innovation and effective way for cable sampling in ultra-tight reservoirs in Xihu sag,East China Sea[J].China Offshore Oil and Gas，2015，27(2)：39-43.DOI：10.11935/j.issn.1673-1506.2015.02.006.

[7] 黄小刚,廖国良,魏忠.FLAIR 井场实时流体检测系统[J].录井工程,2005,16(4):66-67,72.HUANG Xiaogang,LIAO Guoliang，WEI Zhong.FLAIR wellsite real-time fluid detecting system[J].Mud Logging Engineering,2005,16(4):66-67,72.

[8] 尚锁贵,黄小刚.FLAIR气测系统及其在渤海湾盆地低电阻率油气层的应用[J].录井工程,2007,18(4):40-45.SHANG Suogui, HUANG Xiaogang.FLAIR gas logging and its application in the oil and gas zone of low resistivity in Bohai Bay Basin[J].Mud Logging Engineering,2007,18(4)：40-45.

(编辑：周雯雯)

Gas bearing interpretation method for low porosity and low permeability reservoir with total gas forward calculation method of gas logging data

ZHANG Guodong

(ShanghaiBranchofCNOOCLtd.,Shanghai200335,China)

Reservoir fluid identification is a big challenge in the exploration of low porosity and low permeability formation in Xihu sag, East China Sea basin.Analyses show that the gas volume in the drilling cutting has a good correlation with that of measured from Flair mud logging equipment because the gas bearing in the low porosity and permeability formation is difficult to be displaced by drilling fluid.Base on these analyses, a forward calculation method of gas logging data is proposed based on integrating the total porosity, saturation, formation pressure and drilling parameters, and the calculation total gas volume is compared with actual measured total gas volume from Flair data.The method can evaluate fluid property and gas saturation in low porosity and low permeability reservoir rapidly and accurately.The application in Xihu sag of the East China Sea shows that the total gas forward calculation method is feasible and universal, and can be further applied.

low porosity and low permeability reservoir; Flair mud logging system; total gas value; forward calculation; gas bearing evaluation; Xihu sag; East China Sea basin

*中国海洋石油总公司“十二五”科技重大项目“东海低孔低渗气藏勘探开发关键技术研究与实践(编号：CNOOC-KJ 125 ZDXM 07 LTD 04 SH 2011)”部分研究成果。

张国栋，男，工程师，主要从事测井研究与管理工作。地址：上海市长宁区通协路388号中海油大厦A546室(邮编：200335)。电话：021-22830118。E-mail:zhanggd4@cnooc.com.cn。

1673-1506(2017)01-0046-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.01.006

张国栋.气测录井全量正演计算方法判别低孔低渗储层含气性[J].中国海上油气，2017,29(1)：46-51.

ZHANG Guodong.Gas bearing interpretation method for low porosity and low permeability reservoir with total gas forward calculation method of gas logging data[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(1):46-51.

TE122.3+5

A

2016-06-13 改回日期：2016-07-21