大港探区二叠系碎屑岩储层测井评价技术

丁娱娇,李嘉宁,李俊国,朱伟峰,赵同泽

(1.大港油田分公司勘探开发研究院,天津300280;2.江南大学商学院工业工程系,江苏无锡214073)

0 引 言

图1 岩心孔隙度渗透率交会图以及核磁共振T2谱图

大港油田潜山勘探自1964年在G1井奥陶系试油获工业油气流以来,一直以奥陶系为主要勘探目的层系。时隔50年后,大港油田潜山勘探层系由奥陶系向石炭-二叠系、中生界转变,并在多口井中喜获高产油气流,标志大港油田潜山勘探在多层系、多岩性内幕复式油气藏立体勘探中取得重大突破。大港探区中生界-上古生界发育碎屑岩、火成岩、碳酸盐岩3大储集岩类,3大类储集层与泥岩、煤层等盖层相匹配,形成8套储盖组合,其中1套火成岩储层主要分布在侏罗系,4套碳酸盐岩储层分别分布在白垩系、石炭系和奥陶系,3套碎屑岩储层分布在二叠系和中生界。中生界碎屑岩储层以中-低孔隙度渗透率储层为主,其测井配套评价技术相对比较成熟[1-3]。二叠系碎屑岩储层砂岩岩性,在大港探区北区以长石砂岩为主,在南区以石英砂岩为主;在储层物性方面,均表现为储集空间类型复杂,通过对二叠系储层岩心CT扫描、薄片分析发现,二叠系碎屑岩储层储集空间由孔隙、微裂缝共同构成,不同储层孔隙、微裂缝发育程度存在明显差异,使得有效储层识别和流体评价难度加大;以往的低孔隙度渗透率储层评价方法在二叠系碎屑岩储层有效性和流体评价方面已经失效,应用常规方法很难确定有效储层物性下限和含油气电阻率下限值,急需建立一套针对大港探区二叠系碎屑岩储层特征的测井综合评价技术。通过分析发现,有效储集空间类型识别是该类储层成功评价的关键。为有效评价该类储层,本文在大量岩心分析基础之上,提出了利用核磁共振测井与微电阻率扫描测井相结合的储集空间类型识别方法,在有效储集空间类型判别基础之上,建立了基于储集空间类型的物性参数计算、储层有效性评价和流体性质评价方法。该方法在大港探区各大潜山全面推广应用,基本解决了制约二叠系碎屑岩潜山油气层识别成功率的难题,为大港探区二叠系碎屑岩潜山勘探提供有力技术支撑。

1 基于储集空间类型的储层物性和有效性评价

通过CT扫描、铸体薄片观察与分析发现,大港探区二叠系碎屑岩储层储集空间类型整体上都是次生成因为主,包括溶蚀孔、粒间孔以及微裂缝,但是不同井溶蚀孔隙和微裂缝发育程度存在明显差异,储层整体表现为低孔隙度渗透率-超低孔隙度渗透率储层特征,孔隙度-渗透率相关性非常差。图1(a)展示了3口取心井实验室岩心分析孔隙度—渗透率交会图,可见,整体上孔隙度—渗透率相关性非常差,相同孔隙度的岩心其渗透率可能相差4个数量级以上,但整体能够看出随着孔隙度增加渗透性增加的趋势,在不考虑其他因素情况下,利用孔隙度来计算渗透率误差将会非常大。通过各种岩心测量资料对比分析发现,影响渗透率的关键因素为总孔隙度、孔径尺寸和微裂缝。图1(b)展示了不同岩样核磁共振T2谱对比情况:相同孔径尺寸情况下,随着总孔隙度增加,渗透率增加;相同孔隙度情况下,孔径尺寸越大,渗透性越好,微裂缝的存在可以有效改善储层渗透性。通过岩心分析发现,大港探区二叠系碎屑岩储层,储集空间类型大致可以归为以下几类:小孔径储层,岩石非常致密,微裂缝基本不发育;裂缝-孔隙型储层,溶蚀孔隙发育,孔径相对较大,同时发育一定微裂缝,但是由于较大孔径的溶蚀孔隙发育,微裂缝的渗透性改造作用体现不明显;孔隙-缝型储层,溶蚀孔隙不发育,裂缝非常发育,储层渗透性贡献主要来源于裂缝。

1.1 核磁共振与微电阻率扫描成像测井相结合的储集空间类型评价

储层渗透性好坏与储集空间类型关系密切,有效储集空间类型评价对储层有效性评价至关重要。核磁共振测井能够进行储层孔隙结构分析[4],微电阻率扫描成像图像能够直观显示储集空间类型[5]。将核磁共振孔径分布与微电阻率扫描成像视孔隙频谱分析相结合,可以进行储集空间类型的评价。

图2 不同类型储集空间储层视孔隙频谱响应特征图

图2是通过研究建立的大港探区二叠系碎屑岩储层不同储集空间类型典型响应图谱。第1类是以小孔径为主的小孔径孔隙型储层。该类储层在核磁共振孔径分布图上表现为孔径尺寸分布变窄,幅度较高,主要占据小孔径尺寸位置;在微电阻率扫描成像视孔隙频谱图上表现为视孔隙频谱分布相对比较集中,分布范围变窄,幅度较高,位置相对靠左,视孔隙均值和方差均表现为相对低值。该类储层物性差,储层产能低。第2类是大孔径发育以及可能发育部分微裂缝的裂缝-孔隙型储层。该类储层在核磁共振孔径分布图上表现为孔径尺寸分布曲线展布比较宽,幅度较高;在微电阻率扫描成像视孔隙频谱图上表现为视孔隙频谱分布分散且范围较宽,幅度相对平缓,位置相对靠右,视孔隙均值和方差均表现为相对高值。该类储层各种孔径尺寸均发育,孔隙连通性好,储层产能较高。第3类是孔隙不发育、微裂缝发育的孔隙-裂缝型储层。该类储层在核磁共振孔径分布图上表现为孔径尺寸分布较宽,幅度平缓;在微电阻率扫描成像视孔隙频谱图上,表现为视孔隙频谱分布相对比较集中,分布范围变窄,幅度较高,位置相对靠左,视孔隙均值和方差均表现为相对低值。该类储层物性差,储层产能受裂缝发育程度控制:裂缝发育程度高,产能高;裂缝发育程度低,产能低。

1.2 基于储集空间类型的渗透率定量评价

由前文孔隙度—渗透率关系图可知,大港探区二叠系碎屑岩储层孔隙度渗透率关系复杂,渗透率受储层孔隙度、孔径尺寸、微裂缝等综合因素控制,在进行储层渗透性评价时必须综合考虑上述因素的影响。为准确进行储层渗透性评价,建立了基于储集空间类型分类的渗透率计算模型:基于岩心分析、核磁共振测井以及微电阻率扫描成像测井将储层分为小孔径尺寸孔隙型、裂缝-孔隙型和裂缝型3类,利用核磁共振测井束缚水饱和度来定性表征大、小孔径尺寸发育程度,建立基于储集空间类型、孔隙度与束缚水饱和度联合的渗透率解释模型(见图3)。

1.3 多谱合一的储层有效性评价

图3 基于孔隙度、束缚水饱和度联合的渗透率解释模型

对于复杂的岩性和储集空间类型,利用常规测井难以有效评价大港探区二叠系碎屑岩储层有效性。由前文分析可知,核磁共振测井提供的孔径分布谱和微电阻率扫描成像测井提供的视孔隙分布谱,可以有效描述储层储集空间类型和联通性,但是根据T2谱以及视孔隙度分布谱主要是从直观形态上来识别储集空间类型。为得到一个储层有效性评价标准,将二维图形一维曲线化。通过综合分析,在核磁共振测井中提取反映储层物性的有效孔隙度、可动流体体积;在微电阻率扫描成像测井中提取反映储集空间类型的视孔隙谱的均值和方差。参考石油行业标准,将储层按产能分为高产(15 m3及以上)、中产(5～15 m3)、低产(1～5 m3)、特低产(1 m3以下)。根据试油成果,统计不同产能级别储层上述各参数的分布范围,将核磁共振测井与微电阻率扫描成像测井相结合进行储层有效性评价。图4为基于核磁共振测井T2谱和微电阻率扫描成像视孔隙度谱得到的储层有效性评价图版。图4(a)为核磁共振T2谱提取的有效孔隙度—可动流体孔隙交会图,图4(b)为微电阻率扫描成像视孔隙度谱提取的均值和方差交汇图。可见不同差能级别的各种类型储层在图版中分布区域存在明显差异,利用图版可以较好地进行储层有效性评价,2个图版可以单独应用也可以组合综合评价。

图4 核磁共振T2谱与+视孔隙度谱组合的储层有效性评价图版

图5 大港探区二叠系碎屑岩储层地层因素—孔隙度、电阻率增大率—饱和度关系图

2 流体性质评价

2.1 饱和度定量评价

为解决大港探区二叠系碎屑岩储层含油饱和度定量评价问题,在大量岩电实验基础上,分析了阿尔奇公式在大港探区二叠系碎屑岩储层中的适应性。阿尔奇公式由计算油气饱和度的油气层岩石电阻增大率与含水饱和度的关系、计算油气层岩石电阻率背景值的地层因素与岩石孔隙度的关系2部分组成,故阿尔奇公式的适应性分析,可转化为地层因素与孔隙度关系的适应性分析和岩石电阻增大率与含水饱和度关系的适应性分析。图5为大港探区二叠系碎屑岩储层不同储集空间类型的岩心地层因素—孔隙度、电阻增大率—饱和度交会图,可见其地层因素与孔隙度的关系,电阻增大率与饱和度的关系均遵从阿尔奇公式的基本关系式,故仍然可以选用阿尔奇公式来评价饱和度;但是不同储集空间类型储层阿尔奇公式的m、n参数变化非常明显,必须选择根据储层变化连续可变m、n参数的阿尔奇公式来评价储层饱和度。

要获得连续可变的m、n参数,需建立m、n参数与其他可利用测井资料获得的储层特征参数之间的关系式,为此首先确定影响m、n值变化的主控因素。通过进一步的岩石物理实验分析,发现m、n值的主要影响因素为岩性和物性。图6展示了不同储集空间类型单块岩心m、n值与储层物性参数的关系图,其中图6(a)为m与孔隙度关系图,可见小孔径孔隙型砂岩单块岩样的m值分布范围在1.44～1.67,m值相对比较固定,与孔隙度渗透率关系不明显;大孔径裂缝-孔隙型受储层孔隙控制作用明显,随着孔隙度增加,m值增大。图6(b)为n与孔隙度渗透率乘积关系图,可见n值受孔隙度、渗透率综合影响,随着孔隙度渗透率乘积增加,n值降低,不同储集空间类型砂岩n值变化趋势一致。针对不同储集空间类型m、n值的主控因素,分储集空间类型建立m、n值与主控因素的关系式,即可以得到随储层物性变化的m、n参数值。

图6 m、n参数与孔隙度、渗透率关系图

2.2 流体性质评价

2.2.1分区域流体识别图版

通过分析发现,大港探区不同潜山二叠系碎屑岩储层石英、长石含量变化很大,含油性在测井信息上的响应特征也存在明显差异,需针对不同潜山建立响应的流体性质识别图版。图7(a)为G潜山二叠系碎屑岩储层声波—电阻率交会流体识别图版,可见典型水层电阻率低于20 Ω·m,典型油层电阻率高于40 Ω·m,电阻率在20～40 Ω·m之间时,油水关系混乱。该区岩性粗细对油层电性影响明显,岩性越细,泥质增加,油层电阻率降低,为明确岩性影响,建立电阻率—自然伽马交会图[见图7(b)],可有效区分电阻率在20～40 Ω·m之间的油水关系。针对该区流体性质,首先利用电阻率—声波交会图识别典型油、水层,在此基础之上,应用电阻率—自然伽马交会图区分油层和油水同层。

图7 G潜山二叠系碎屑岩储层流体识别图版

图8(a)为W潜山几口井二叠系碎屑岩试油层与邻近泥岩的自然伽马—电阻率交会图,显示不同井泥岩电阻率基线存在明显差异,泥岩电阻率低的井其储层电阻率也明显降低,从而影响电阻率对流体性质的判别。为消除泥岩电阻率基线对储层电阻率数值的影响,建立了储层电阻率与泥岩基线电阻率比值曲线与声波时差交会图版[见图8(b)],有效区分流体性质。

图8 W潜山二叠系碎屑岩储层流体识别图版

2.2.2核磁共振测井流体性质评价

图9(a)为实验室核磁共振测量检测到的富含油岩心与饱和水岩心核磁共振标准T2谱对比图,可见富含油岩心T2谱在长T2谱部分的幅度明显比饱和水岩心要高,且随着含油饱和度增加,其长T2谱幅度增加。图9(b)为试油油气层与水层核磁共振测井对比图。由油、水层标准T2谱对比可见,油气层、 水层标准T2谱差异明显, 油气层标准T2谱分布范围广,幅度变化平缓,水层T2谱右边界相对于油层明显靠左,其可动流体峰以窄范围正态分布为主,T2谱幅度较高。由于为轻质油气层,在长回波间隔T2谱上,油气、水层均表现为明显前移现象,但是移完后,油气层T2谱位置相对于水层还是要靠后一些。根据核磁共振测井油气、水层标准T2谱响应特征差异以及长回波间隔T2谱移动程度差异,可以有效识别二叠系碎屑岩储层流体性质。

图9 二叠系碎屑岩储层油气、水层核磁共振测量响应特征

3 应用效果分析

二叠系碎屑岩潜山测井评价技术在大港探区得到全面推广应用,新井油气层解释符合率达到84.6%,为大港油田潜山勘探提供了良好的技术支撑。

图10为潜山预探井Y1井二叠系下石盒子组下段综合评价成果图,该井测井系列为常规测井+核磁共振测井,由岩性识别图版上可见,该井段为纯砂岩储层;从核磁共振孔隙结构分布来看,该层段微裂缝发育,应用基于核磁共振测井的储层有效性评价图版,可见该段181、182号层以Ⅰ、Ⅱ类孔隙-裂缝型储层为主;从流体性质评价图版可见,181、182在图版上的区域为典型油气层显示特征。综合评价181、182号层为气层,对4 959.4～4 987.7 m层段试油,压后6 mm油嘴放喷,日产油30.2 m3,日产气80 121 m3。

图10 Y1井下石盒子下段综合评价成果图

4 结 论

(1)针对大港探区二叠系碎屑岩潜山因岩性、储集空间类型复杂所引起的储层有效性和含油性评价难题,建立了以核磁共振测井+微电阻率扫描成像测井为核心的储集空间类型评价方法,在储集空间类型划分基础之上,多方法结合,建立大港探区二叠系碎屑岩储层有效性评价和流体识别方法。

(2)有效解决了制约大港探区二叠系碎屑岩储层油气层识别成功率的物性、流体性质等方面的瓶颈问题,为二叠系碎屑岩潜山勘探提供了技术支撑。

(3)对大港探区二叠系碎屑岩潜山储层特征深入研究所形成的复杂储层综合评价技术思路可以推广应用到其他潜山,具体方法和标准有待于进一步完善。