新一代油基钻井液电成像测井在库车坳陷低孔砂岩储集层评价中的应用

赵元良,葛盛权,韩闯,莫静,帅士辰,魏国,潘峰

(1.中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院,新疆库尔勒841000;2.斯伦贝谢中国公司,四川成都610500;3.斯伦贝谢中国公司,北京100020)

0 引 言

针对深层低孔隙度低渗透率砂岩储层,裂缝不仅是油气储集空间,还可以改善储层的渗透性[1]。不同类型的裂缝对致密砂岩储层的意义不同,识别评价不同类型的裂缝对塔里木低孔隙度砂岩储层的研究至关重要。应用常规测井资料分析为最早期的方法,受限于其分辨率,不易区分钻井诱导缝与天然裂缝[2-3]。随着技术的发展,利用成像测井图像进行裂缝识别成为主流,其不仅可提高裂缝识别的准确性,还使裂缝更为直观[4]。水基钻井液条件下以微电阻率成像测井FMI为代表,油基钻井液条件下以油基钻井液成像OBMI为主。此外,对于深层致密裂缝性砂岩储层,声波成像测井也通常被用来识别裂缝。

塔里木库车坳陷克拉苏构造带构造复杂、断裂发育,目的层白垩系巴什基奇克组砂岩上覆地层发育膏盐层,为保护油气层,防止地层发生膨胀,克深气田实施了油基钻井液的规模化应用,且一般均为5.875 in的小井眼[4]。在油基钻井液条件下,常用水基钻井液条件下使用的电成像测井无法使用,如FMI。油基钻井液电成像测井OBMI由于受其分辨率限制,多对地层界面较为敏感,对张开缝识别具有难度。声波成像测井通常被用来识别张开缝,但也受其分辨率限制,通常仅对较大的主裂缝有响应,而相对小规模的裂缝响应具有局限性,且无法进行地层倾角提取。此外,对于异常高压和强挤压条件下的库车前陆盆地,地应力常造成地层电阻率曲线值异常增大,水层以高电阻率气层的假象出现,导致利用电阻率测井资料识别储层流体性质存在多解性[5-6]。而地层倾角对地应力的计算有影响,当地层倾角较小时影响较小,地层倾角较大时影响较大[7]。因此,高陡地层的识别对储层评价中的电阻率校正具有重要意义。

具高分辨率及高覆盖率的新一代油基钻井液电成像测井(NGI)在提高油基钻井液条件下成像质量的需求中应运而生。NGI数据经过反演处理后,可以得到比以往的油基钻井液成像测井OBMI更高清晰,信噪比更高的图像。这种高分辨率图像可用于构造识别,如高陡地层、断层及不整合;地层沉积特征识别,如交错层理、生物扰动、碎屑和冲刷面等;裂缝识别,如天然裂缝和钻井诱导缝,并可区分闭合缝和张开缝。在塔里木库车坳陷低孔砂岩储层评价中,新一代油基钻井液电成像测井NGI在高陡地层及张开缝的精细识别中得到了很好应用。

1 新一代油基钻井液电成像测井仪及解释原理

新一代油基钻井液成像测井仪器技术革新主要体现于4个方面。①该仪器具8个极板,每个极板上有一排24个纽扣电极,共192个电极,纽扣电极纵向分辨率为0.24 in(FMI纵向分辨率为0.2 in),横向分辨率为0.13 in,相较于其他油基钻井液成像测井,该仪器具有高分辨率及高覆盖率特征,在8 in的井眼中其方位覆盖率达98%,在5.875 in的井眼中其方位覆盖率可达90%。②由于油基钻井液不导电,故在油基钻井液井况下提高地层信号非常关键。新一代油基钻井液成像测井仪器增加了聚焦电极,并采用了双频发射,高频可达几十MHz,使得电流集中发射进入地层,很大程度上提高了地层信号,降低了干扰信号。③新一代油基钻井液成像测井仪器的8个极板分为上下2组,上面一组4个极板与下面一组4个极板交错45°布置。每块极板都是完全独立活动,靠弹簧臂推靠井壁,可以围绕轴线左右摆动15°,也可前后角度活动,这种机械设计方式使仪器不仅可进行上测,还实现了下测功能,降低测量过程中卡钻的情况。④新一代油基钻井液成像测井仪器的电阻率测量范围为0.2～20 000 Ω·m,明显增强对高电阻率地层的适应性。

新一代油基钻井液成像测井仪器NGI通过纽扣电极发射高低2种频率的交流电流,其中高频信号更有利于穿过油基钻井液到达地层,获得地层信号,提高信噪比。NGI的纽扣电极实际测量的为井周阻抗信息,经过反演处理后,可将阻抗信息反演为地层电阻率信息,得到高分辨率地层电阻率静态图像、动态图像及电极与井壁地层间隙图像。

通过高分辨率反演图像,可准确区分闭合缝与张开缝。高分辨率反演电阻率图像反应了井周地层电阻率的高低,亮色即代表高阻特征,暗色即代表低阻特征。油基钻井液中,高阻亮色裂缝具多解性,其可能是对高电阻率矿物闭合缝的响应,还可能是对油基钻井液条件下张开缝的响应。而通过NGI反演的电极与井壁地层间隙图像即可将高电阻率矿物闭合缝与张开缝区分开,从而提取有效的张开缝。图1为电极与井壁地层间隙图像区分张开缝的原理示意图。若张开缝为有效缝,通常被油基钻井液充填,在电阻率图像上多为高阻亮色裂缝特征,而电极与井壁之间的间隙增大,在反演的电极与井壁地层间隙图像上显示暗色特征,反之则为闭合缝,并经统计发现,井漏段可常见张开缝发育。

图1 NGI识别张开缝原理示意图

2 裂缝精细识别

2.1 裂缝识别与岩心对比

克深气田KSA井取心资料也证实了NGI区分闭合缝与半张开缝准确性。NGI电阻率图像显示3条裂缝均为高电阻率亮色裂缝,而1号及2号缝电极与井壁地层间间隙非常小,为高电阻率矿物闭合缝,岩心显示为方解石闭合缝;3号缝电极与井壁地层间隙显示局部较大,表明该裂缝具部分有效空间,识别为半张开缝,岩心显示为方解石半张开缝(见图2)。

图2 KSA井NGI图像裂缝识别与岩心刻度

2.2 裂缝识别与声波成像对比

克深气田KSB井同时测量了新一代油基钻井液成像NGI和声波成像,其目的在于对比2种测井方法在油基钻井液条件下的图像特征及裂缝识别。井周超声波成像测井仪的成像原理是井径规则且仪器最好为居中测量。但是实际的井壁多为凹凸不平的,常可见椭圆井眼或井壁崩落。受井眼条件影响,测井时也可能出现仪器偏心的情况,进而导致声波信号在钻井液中传播时间因方位而异,在成像测井图上呈现假象。也有可能在局部井段仪器受挂卡影响,部分或全部反射声波不能被传感器所接收,图像质量差,造成井周地质构造识别困难[1,8]。而NGI具纵向0.24 in的分辨率,独立活动的8个极板使其对复杂井况适应性更强。图3为在同一深度NGI与声波成像的图像对比。对比结果显示在上段,NGI图像上地层界面及沉积构造清晰,且见2条具微位移的有效小断层;而声波成像在受井壁崩落影响及分辨率影响,幅度图像上呈现纵向上带状暗色特征的假象,且很难识别出底部发育的2条有效小断层。下段在声波成像图像上受挂卡及分辨率影响,导致图像基本无裂缝响应特征或仅对较大裂缝有响应,不能将裂缝信息完全体现出来,而NGI的上测及下测功能明显完善了油基钻井液条件下其他成像图像质量,高分辨率可使其直观地揭示出较大裂缝及其伴生小裂缝发育特征,并可进一步准确区分闭合缝与张开缝。

图3 KSB井NGI图像与声波成像裂缝识别对比

图4 KSC井OBMI图像与KSD井NGI图像特征对比

2.2 裂缝识别与OBMI对比

单支OBMI仪器为4个极板,覆盖率低,现场一般采用2支串联测量,正常情况下井眼覆盖率可以提高1倍,达到64%(8 in井眼)。通过多井的应用对比研究,发现OBMI仪器对高角度裂缝不敏感,对地层层理特征较敏感[4]。图4左为KSC井OBMI图像,受其图像覆盖率及分辨率限制,对裂缝的识别能力较差,无法判断裂缝是否有效[4]。图4右为塔里木油田在KSD井使用的新一代油基钻井液成像测井NGI,不仅裂缝及小断层特征非常清晰,对地层界面及薄层显示也非常直观。

3 在地层产状分析中的应用

相较于其他油基钻井液电成像测井,高分辨率NGI图像能准确直观地反映出地层特征,包括薄层地层界面及沉积构造特征。图5为在DBA井中通过NGI图像的地层产状识别,识别结果表明该井地层产状并非一成不变,而是分成了三段式,顶底地层倾角相对稳定,倾角主频5°～8°。中部地层产状变化,倾角主频29°。依据NGI图像特征,建立了井旁构造模型,明确了高陡地层成因,认为该井高陡地层为过井断层及断层上盘的膏盐层共同影响。通常这种地层倾角变化特征在地震上很难识别,但高陡地层的出现对测井储层评价实际是带来了很大的不确定,需在高陡地层进行电阻率校正,明确高陡地层的发育特征及成因,可为储层评价工作中高陡地层的电阻率校正提供依据。

图5 DBA井新一代油基钻井液成像精细井旁构造分析

4 结 论

(1)新一代油基钻井液成像测井NGI突破了油基钻井液中电成像测量的技术难点,其具高分辨率及高覆盖率特征;高低双频信号聚焦发射,提高了信噪比;明显增强对高电阻率地层的适应性;8个极板独立活动,提高了对复杂井况的适应性,可进行上测及下测。

(2)通过对新一代油基钻井液成像测井NGI的反演处理,可得到高分辨电阻率图像及井壁地层间隙图像,从而可实现油基钻井液条件下张开缝与闭合缝的精细区分及高陡地层产状和成因识别,支持了塔里木库车坳陷低孔隙度砂岩的储层评价工作。

(3)新一代油基钻井液电成像图像NGI明显完善了其他油基钻井液成像测井的图像质量,不仅展现的地层信息同水基钻井液成像FMI同样丰富,还能在油基钻井液井眼环境下准确区分张开缝及闭合缝。NGI为油基钻井液条件下的井壁电成像测量提供了非常好的选择。