孤店断陷致密气储集层录井快速解释评价方法

王 研 杨光照 滕工生 王洪伟

(中国石油大庆钻探工程公司地质录井二公司)

0 引 言

非常规油气已经成为油气田开采的接替资源，致密气是其中的重要组成部分[1-2]，致密气主要指常规开采手段无法获得经济产量的天然气资源，其形成机理、赋存状态、分布规律和勘探开发方式等均有别于常规气藏[3-7]。我国致密气勘探开发起步较晚，致密气储集层录井配套技术的研发与应用总体处于起步和探索阶段[8-9]。录井技术多年来在常规气勘探中取得了很好的应用效果，但在致密气勘探中的应用缺乏系统性，应用效果不突出，故松辽盆地南部致密气储集层的录井解释符合率相对较低。造成该区解释符合率低的关键因素主要有含气性、物性、岩性、脆性，本文仅讨论含气性和物性的评价问题。为了建立孤店断陷录井解释方法和标准，本文针对孤店断陷已完钻井的录井数据进行了系统分析，发现气测全烃校正值、显示总厚度、显示单层厚度、后效和烃源岩的厚度、成熟度、有机碳含量以及岩心裂隙、钻时比值、地层孔隙度这10项敏感参数在气水层中的响应特征存在一定的规律性，有利于评价方法的建立。据此，本文将收集的录井数据，经过数据整理和图板交会，建立了孤店断陷致密气储集层录井解释评价标准，开发了自动解释评价程序，并在致密气储集层解释评价中得到广泛应用，收到较好的效果。

1 地质概况与气测参数响应特征

1.1 地质概况

孤店断陷位于松辽盆地南部，为西断东超的箕状断陷，孤店断陷构造整体表现为向西倾没的斜坡，发育近南北向的断裂横切地层，局部形成断垒、断鼻圈闭。火石岭组煤层和暗色泥岩、沙河子组沙一段暗色泥岩为主要烃源岩，有效烃源岩最大厚度为500 m，有机质以Ⅱ2-Ⅲ型为主，综合地化指标评价，该区主要烃源岩处在成熟-过成熟阶段。钻井揭示地层自上而下依次为第四系，白垩系上统的嫩江组、姚家组、青山口组，白垩系下统的泉头组、登娄库组、营城组、沙河子组和侏罗系上统的火石岭组。钻探主要目的层为白垩系下统的营城组、沙河子组和侏罗系的火石岭组，储集层以砂砾岩、粗砂岩、细砂岩、粉砂岩等碎屑岩为主。碎屑岩储集层空间主要为粒间溶孔、粒内溶孔、构造微缝、构造溶蚀缝，物性普遍较差，储集层孔隙度一般为2%～9%，渗透率多数小于0.1 mD。营城组-火石岭组粉砂岩、粗砂岩及砂砾岩可作为储集层，沙河子组、火石岭组泥岩可作为局部盖层，形成自生自储为主的生储盖组合方式。

1.2 气测参数响应特征

孤店断陷钻探过程中，含气层气测录井参数表现较为活跃。因此，在含气参数优选中，对已完井的气测录井数据进行了系统分析，发现气测全烃校正值、显示累计厚度、显示单层厚度、后效4项气测敏感参数在气水层中的响应特征具有一定的规律性。

本文以孤店断陷为研究对象，同时包括其他区致密气储集层的勘探开发井，结合试油结论、测井资料对23口井116层的气测录井参数特征进行统计。从统计数据可以看出，气层的气测全烃校正值一般大于5%，显示累计厚度大于30 m，显示单层厚度大于10 m，后效明显，全烃曲线形态以箱状、三角形状为主；气水层的气测全烃校正值一般为2.5%～45%，显示累计厚度大于20 m，显示单层厚度大于7 m，后效明显，全烃曲线形态以箱状、三角形状为主；差气层的气测全烃校正值一般为0.7%～17%，显示累计厚度小于9 m，显示单层厚度大于5 m，后效明显，全烃曲线形态以锯齿状、尖峰状、指状为主；干层的全烃校正值一般小于5%，显示累计厚度小于9 m，显示单层厚度小于5 m，无后效，全烃曲线形态以锯齿状、尖峰状、指状为主。从这4项气测敏感参数的响应特征可以看出，气层的各项特征明显好于差气层和干层，但与气水层差异较小，甚至特征相近；差气层与干层差异较小，甚至不易区分。

2 含气性、物性解释评价方法

该区致密气储集层气体流动受黏土、小孔隙和高含水的阻碍，孔隙连通性很差，储集层受负压或超压的影响，气测异常与产气量相关性较差。

针对该区气测参数与产气量相关性较差、解释符合率低的问题，笔者充分考虑了评价致密气含气饱满程度的多种影响因素，即含气性、物性、烃源岩，建立了该区气水层录井解释系列方法。通过校正全烃、气测累计厚度、气测单层厚度、后效、全烃曲线形态等气测参数评价含气性；通过钻时比、核磁共振孔隙度和可动流体、岩心裂隙发育程度评价物性；通过烃源岩录井厚度、烃源岩地化衍生参数总有机碳含量和成熟度评价该区自生自储的烃源岩。

2.1 全烃校正值与钻时比值及孔隙度交会法

2.1.1 全烃校正值的求取

由于该区致密砂(砾)岩可钻性复杂——钻时变化大，对气测值的影响大，冲淡系数(E)是单位时间内钻井液排量与单位时间内破碎岩屑体积之比。引入应用效果较好的冲淡系数，求取出全烃校正值[10-15]，可反映储集层的含气性。

(1)

Tg校=ETg实测

(2)

式中：E为冲淡系数；db为钻头直径，m；V钻井液排量为钻井液排量,m3/min；V破碎的岩屑为破碎的岩屑体积，m3；τ为钻时,min/m；Tg校为经过校正的全烃值，%；Tg实测为实测全烃值，%。

2.1.2 钻时比值的求取

现场录取的储集层钻时受钻头类型及新旧程度等多种因素影响，只能相对反映单井某一井段范围内的地层可钻性，不能反映储集层间孔隙度、渗透率差异。为了消除这方面的影响，更好地反映储集层孔隙度、渗透率特征，本次研究将钻时比值定义为盖层钻时与储集层钻时之比[16-17]。

2.1.3 孔隙度的求取

孤店断陷致密气储集层属于低孔隙度、低渗透率储集层，试油结果以气水同层为主，含气量高同时高含水，很少有纯气层。由于致密砂砾岩渗透率越小，毛细管压力越高，含水饱和度越高，低渗透率、高含水饱和气藏储集层内存在可动气和可动水，寻找可动流体是核磁共振谱图和参数分析的重点。以孤店断陷完钻井试油成果资料为基础，对取心井进行取样做核磁共振录井分析，依据获得的地层孔隙度[18-19]、可动流体饱和度等重要的岩石物理特性参数，建立了孤店断陷致密气储集层核磁共振录井物性评价方法和标准。当未进行核磁共振分析时，应用测井孔隙度物性数据。致密储集层裂隙是否发育也是判断储集层物性的重要因素，在取心层通过岩心观察识别裂隙发育程度，进一步评价储集层物性(表1)。

表1 致密气储集层物性参数标准

2.1.4 解释图板

鉴于松辽盆地南部致密气区产量受含气性和物性双重影响比较大，相比常规气更复杂化，结合试油结论进行全烃校正值与钻时比值的交会分析，建立了相应的解释评价图板[20-26](图1)。该图板复判符合率为94.1%，发挥了录井快速解释的优势，特别是井况不适合测井时的解释，缺点是气层、气水层、差气层没有分异性。

应用同样的方法建立了孤店断陷致密气全烃校正值与孔隙度的解释图板(图2)，复判符合率为97.4%，明显高于全烃校正值与钻时比值交会图板。鉴于图板中气层、气水层、差气层之间没有分异性，集中分布在两个区间内，结合孤店断陷致密气的试气结论将这两个区间定名为价值层区。从这两个图板可以看出，区内高气测异常层与产气量不匹配问题仍未解决。

图1 全烃校正值与钻时比值交会图板

图2 全烃校正值与孔隙度交会图板

2.2 气测显示有效厚度法

致密气的产量与含气储集层的有效厚度相关，录井的气测显示有效厚度能够反映含气储集层的有效厚度，因此应用气测显示有效厚度和产气量能够建立含气性解释标准。通过松辽盆地南部致密气24口试气井，产气量与气测显示有效厚度的统计分析，确定了气测显示有效厚度法。气层的气测显示单层有效厚度大于9 m，累计有效厚度大于20 m(图3)；气水层的气测显示单层有效厚度大于9 m，累计有效厚度大于20 m；差气层的气测显示单层有效厚度为5～9 m，累计有效厚度为9～20 m；干层的气测显示单层有效厚度小于5 m，累计有效厚度小于9 m， 该方法的复判符合率为70%。

图3 气测显示有效厚度与产气量对比

2.3 烃源岩厚度和烃源岩地化评价法

孤店断陷致密气藏以自生自储为主，气藏的富集与烃源岩的厚度、有机质丰度、成熟度关系密切。地化分析了孤店断陷5口井675块烃源岩样品，其中试气获工业气流的井，具有以下特征：烃源岩总厚度大于300 m(烃源岩厚度达450 m以上时气藏含水较低)；烃源岩厚度占目的层地层厚度的35%～80%;储地比为0.27～0.43；地化分析有机质丰度指标有机碳含量大于1.5、成熟度达到过成熟-成熟(图4)。

图4 孤店断陷烃源岩厚度与产气量对比

2.4 其他解释方法

其他两项解释方法涉及气测后效及全烃曲线形态[26]，是气测录井实践已经证明普遍使用的方法，结合该断陷区致密气储集层这两项参数的统计分析，在全烃校正值与钻时比值、全烃校正值与孔隙度交会图板解释的基础上又建立了气测后效及全烃曲线形态气水层解释标准(表2)。

表2 气测后效及全烃曲线形态气水层解释标准

3 开发致密气气水层自动解释评价程序

随着钻井提速和勘探开发脚步的加快，录井快速解释评价必须提到日程上来，因此在上述方法评价标准和回判符合率的基础上，开发了气水层自动解释评价程序。气水层自动解释评价程序设计见图5。

图5 气水层自动解释评价程序设计

3.1 确定主要参数和权重系数

依据孤店断陷致密气含气性、物性、烃源岩的各项评价标准(表3)进行回判，根据回判符合率优选评价参数，通过数学计算，确定了10项主要参数的权重系数(表4)。

3.2 计算产气概率预选值

依据录井参数的权重系数和解释标准，经过统计和计算，获得各项参数满足解释标准时的产气概率预选值，作为进行实际判别的准备值(表5)。

3.3 自动判别气水层

应用解释标准和产气概率预选值，确定了气层的产气概率值范围为91%～100%，气水层范围为60%～91%，差气层范围为40%～60%，干层范围小于40%，通过计算机编程，开发气水层自动判别程序。当录入目标层判别参数数据和文字后，该程序自动计算产气概率和产气综合评估值，并给出气水层评价结论(图6)。通过该程序在解释评价中的推广应用，实现孤店断陷致密气的气水层自动计算产气综合评估值和快速判别出解释结论。

表3 孤店断陷致密气录井气水层解释标准

表4 孤店断陷致密气评价参数回判符合率和权重系数

表5 孤店断陷致密气自动解释的产气概率预选值

图6 气水层自动解释评价程序界面

4 解释评价程序与方法的选择

该区致密气气水层解释使用的方法为全烃校正值与钻时比值及孔隙度交会图板、气测显示有效厚度、烃源岩厚度、烃源岩地化评价、气测后效及全烃曲线形态综合解释评价方法。解释的程序是先应用气水层解释评价程序自动判别，随后进一步精细解释。精细解释评价步骤为：首先，应用交会图板法筛选出价值层，表明储集层含气并且物性好；继续应用气测显示有效厚度法、烃源岩厚度法、烃源岩地化法，进一步确定气层、气水层、差气层；然后，结合气测后效及全烃曲线形态进行解释，进一步确定气水层解释结果，如果不同解释方法的解释结果矛盾时，应适当降低一个级别，例如前两项识别为“气层”，而其他解释方法不符合“气层”，则应将其解释为“气水同层、差气层”。

5 应用实例

在该技术应用之前，松辽盆地南部的致密气区，包括孤店断陷、德惠断陷、英台断陷，虽然发现了良好气测异常，但高气测异常与产气量不匹配，勘探效果不如预期，油田公司曾一度怀疑录井仪器的准确性。当该技术在松辽盆地南部致密气区的17口井解释评价中应用后，营城组、沙河子组、火石岭组产量获得突破，录井解释符合率达到了95%，不但修正了甲方对录井的误解，而且更加依赖录井技术，包括气层发现、安全监测、解释评价和压裂井段优选。

5.1 LS井

LS井沙河子组，井段3 230.2～3 305.5 m，175+178+180+187号层，厚度为18 m,岩性为灰色细砂岩，气测全烃峰值为9.87%，峰基比为12.8，甲烷含量较高为8.57%；钻时比较大为2.5，物性较好；核磁共振孔隙度为 3.5%，可动流体饱和度较差为5.94%；电测孔隙度较高为4.2% ～5.6%；渗透率为0.018～0.054 mD。有效储集层厚度单层最大为6.0 m，总厚度为18.0 m，烃源岩厚度为608.5 m。气测后效较高，全烃高峰值达3.000 6%，自动判别为气层，录井综合解释认为该层为气层(Ⅰ类致密储集层)。该层试气压裂后，日产气12.04 km3，与录井解释相符(图7、图1、图2)。

5.2 LA井

LA井沙河子组，井段3 525～3 554 m， 224+228+230+231号层，厚度为17.9 m，岩性为杂色砾岩，气测显示方面，全烃值很高为60.73%，峰基比为54，甲烷含量很高为58.68%。物性参数方面，钻时比较大为2.8,反映物性较好。电测孔隙度较高，为4.5%～5.8%；渗透率较高，为0.28～0.71 mD。有效储集层单层厚度较大，最大为8.5 m，总厚度一般为24.5 m；烃源岩厚度较大为559.5 m。发生1次井涌、1次溢流，7次点火成功，自动判别为气层，录井综合解释结论为气层(Ⅰ类致密储集层)。试油情况: 224+228+230+231号合试，射孔与APR测试联作，三开二关，垫圈测气，APR测试，产气量较低，产气0.11 km3/d；酸化作业后自喷，产气量有所增加但仍较低，产气1.02 km3/d；套管压裂后自喷，产气17.54 km3/d。是孤店断陷致密气一口比较成功的工业气流井(图8)。

图7 LS井录井综合解释评价

图8 LA井录井综合解释评价图

6 结论与建议

本次研究形成的孤店断陷致密气储集层气水层录井配套综合解释系列方法，解决了该区含气性认识不清和录井评价难题，应用效果明显，提高了致密气录井解释符合率。该技术为致密气储集层评价和压裂提供充分依据，不仅适用于致密气储集层，也适用于其他气层区，在梨树断陷应用效果也很好，具有广阔的推广应用前景。

全烃校正值与钻时比值交会法、全烃校正值与孔隙度交会法主要适用于同层位储集层物性变化大的疑难气水层解释，特别是价值层与水层、干层的划分效果较好；气测显示有效厚度法、烃源岩厚度法和烃源岩地化法主要适用于自生自储的致密气、常规气和页岩气储集层解释；气测后效和全烃曲线形态法也是多年来普遍使用的主要解释方法，在该区的致密气气水层解释中同样发挥了重要作用。气水层自动解释程序适用于现场地质员快速解释气水层，同时对精细解释评价起到了辅助作用。以上系列方法的应用提高了致密气的录井解释评价精度，特别在高气测异常层产气量低或产水量大的地区勘探和选层投产中提供了重要依据，发挥了录井在天然气勘探开发中的服务优势。