高压低孔隙度低渗透率储层流体测井响应特征研究

蒋云箭,周广清,柴春艳,冷洪涛

(1.中国石化胜利油田分公司油气勘探管理中心,山东东营257200;2.中国石化胜利石油工程有限公司难动用项目管理中心,山东东营257000;3.中国石化经纬有限公司胜利测井公司,山东东营257096)

0 引 言

钻井过程中,钻井液滤液不断侵入地层,与地层流体产生驱替、混合与扩散作用,上述作用改变了井周地层流体的原始分布状态,地层流体在径向上产生分布差异。径向流体分布差异为利用深浅(径向)电阻率测井差异评价储层流体性质提供了重要手段[1]。

径向电阻率测井响应是钻井液滤液矿化度、储层特性(地层水矿化度、储层岩性、储层物性)和地层电阻率的响应函数。由于影响径向电阻率的因素较多且过程较复杂,一般采用数值模拟方法分析中高孔隙度、中高渗透率(孔隙度φ>15%,渗透率K>10×10-3μm2)储层(以下简称中高孔中高渗储层)条件下钻井液滤液侵入机理、侵入特征及钻井液滤液对地层电阻率的影响[2-4]。

淡水钻井液条件下,钻井液滤液侵入过程中形成的低阻环带随时间不断向地层深处推移,对不同探测深度的电阻率曲线依次产生影响。随着侵入深度的增加,含油储层深浅电阻率侵入特征由低侵变为无侵直至高侵[5]。盐水钻井液条件下,高矿化度钻井液滤液不断驱替与扩散,大幅度降低了侵入带地层电阻率,油水层双侧向电阻率测井一般表现为低侵特征;当盐水钻井液滤液侵入很深时,钻井液滤液进一步降低深侧向电阻率测井值,油层段双侧向电阻率测井低侵特征转变为无侵特征,与水层侵入特征一致[6]。由于钻井液滤液的侵入、低阻环带径向运移以及不同电阻率测井系列测量原理的差异,中高孔中高渗含油储层径向电阻率侵入特征存在不确定性和多解性。另一方面,中高孔中高渗储层物性较好,油层电阻率较高,水层电阻率较低,油水层电阻率值差异明显,储层含油性评价难度不大。

上述研究普遍基于中高孔中高渗储层展开,针对低孔隙度低渗透率(φ<15%,K<10×10-3μm2)储层(以下简称低孔低渗储层),尤其是高压(压力系数>1.3)条件下的低孔低渗储层的钻井液滤液侵入机理、径向电阻率影响因素以及油水层电阻率侵入特征研究甚少。该类储层物性较差,储层流体测井响应特征不明显,储层流体评价难度较大。因此,分析与研究高压条件下低孔低渗储层钻井液滤液侵入特征与测井响应特征,对于准确评价高压低孔低渗储层流体性质具有重要的指导意义。

1 常压条件下低孔低渗储层钻井液侵入剖面分析

在中高孔中高渗含油储层,钻井液滤液不断侵入地层,驱替储层中的可动流体,近井地带混合液矿化度和含油饱和度会发生明显变化,并从3个方面影响地层电阻率:①钻井液滤液大量驱替储层可动油气,井周地层含水增加,电阻率下降;②钻井液滤液的扩散作用导致钻井液滤液与地层水之间发生离子交换,造成地层电阻率不同程度的增加或减小;③由于油相与水相渗透率不同,径向上油水两相移动速度不同,地层水矿化度前缘与含油饱和度前缘产生分离,两前缘带之间高矿化度可动水相对聚集,形成低阻环带[7]。

低孔低渗储层物性差、产油层束缚水饱和度高(Swi>50%)、一般不含可动水,该特点使得钻井液滤液对储层电阻率影响因素和影响程度与常规储层有所不同。①储层渗透率低,孔喉细小,钻井液滤液难以大量侵入地层,钻井液滤液侵入深度相对较浅,对地层电阻率影响程度相对较小[8];②储层束缚水饱和度较高,可动水较少,钻井液滤液侵入过程中,地层可动水聚集不明显,该条件下低阻环带极浅且不明显,对浅探测电阻率测井值有一定影响,但对中、深探测电阻率测井值影响不大[7];③实验分析认为[9],在低孔低渗储层中,虽然地层渗透率较低,仍具有一定的渗透性,钻井液滤液的驱替作用应为地层电阻率的主要影响因素。

综上分析,常压条件下低孔低渗储层电阻率影响因素相对单一,主要表现为钻井液滤液驱替作用的影响,这为进一步分析高压条件下低孔低渗储层电阻率影响因素提供了有利条件。

对于低孔低渗含油储层,由于钻井液滤液的驱替作用,低孔低渗含油储层近井壁地带含油饱和度低,远离井壁地带含油饱和度高,电阻率测井值表现为浅探测电阻率小于深探测电阻率,存在比较明显的电阻率低侵特征。当储层微裂缝发育、孔隙结构变好时,钻井液滤液极易侵入地层,不断驱替可动油气至地层深部,深、浅探测电阻率均大幅降低,含油储层本应具有的径向电阻率低侵测井响应转变为无侵响应特征,与水层或干层完全一致,基于电阻率侵入特征的流体识别法依然存在多解性和不确定性。

2 高压低孔低渗储层钻井液侵入剖面分析

目前,基于高压条件下的钻井液滤液侵入实验分析与理论研究甚少,济阳坳陷东营凹陷、沾化凹陷和准噶尔盆地中部深层广泛发育高压低孔低渗储层,为利用测井、录井和试油资料分析研究高压低孔低渗储层钻井液滤液侵入特征提供了可能。

统计胜利油田不同油区高压低孔低渗储层试油成果和电阻率响应特征,当储层压力系数较高时(压力系数>1.3),高压低孔低渗含油储层具有较好的电阻率低侵响应特征,与常压低孔低渗含油储层电阻率侵入特征存在差异,初步表明高压低孔低渗储层钻井液滤液侵入剖面具有一定的特殊性。

在统计井中,高压低孔低渗含油储层典型特点如下:①高压储层物性分布差异大,有效孔隙度6.0%～16.0%,空气渗透率(0.1～10)×10-3μm2;②储层原生孔隙保存相对完好,微裂缝与溶蚀孔较发育,具有较好的渗流能力[10-15];③储层油气充注度较高,平均含油饱和度大于70.0%,个别井含油饱和度达到90.0%;④钻井液密度高,油气显示活跃,油气可动性强,测试层油质好,气油比高,地层压力系数1.3～2.1;⑤含油储层对应的深、浅侧向电阻率测井曲线具有明显的低侵特征,而水层与干层深、浅侧向电阻率测井曲线基本重合;⑥时间推移测井表明,含油储层深、浅侧向电阻率低侵特征的存在时间较长,很难完全消失。

上述特点决定了高压低孔低渗含油储层钻井液滤液驱替的特殊性:①储层物性差异大,物性较好的层段有利于钻井液滤液驱替作用,井壁附近可以形成电阻率低侵特征剖面;②储层油质好,气油比高,易于压缩,钻井液滤液快速在井壁附近形成质量较好的内外泥饼,阻止钻井液滤液大量侵入地层,钻井液滤液对地层电阻率的影响较小,井壁附近的电阻率低侵特征剖面随时间变化不明显,相对稳定;③储层压力高,油气可动性强,被钻井液滤液驱替的油气不断向井眼附近重新聚集,电阻率低侵特征剖面可以维持较长一段时间。上述因素的综合作用,使得高压低孔低渗含油储层在井壁附近具有比较明显且稳定的电阻率低侵特征剖面,为高压低孔低渗储层流体性质评价提供了条件。

电阻率低侵特征剖面的存在可以通过双侧向电阻率测井及阵列感应电阻率测井进行表征。由于感应类测井仪器采用并联测量原理,钻井液滤液侵入剖面中相对低电阻率部分对感应测井值贡献大,在绝大部分统计井中,低孔低渗含油储层的深、中感应电阻率测井曲线低侵特征不明显,一般无低侵特征。双侧向电阻率测井仪器则采用串联测量原理,对地层高电阻率部分响应敏感,径向含油饱和度分布差异能够通过深、浅侧向电阻率幅度差表现出来。

对比常压低孔低渗储层钻井液滤液侵入剖面,高压低孔低渗含油储层钻井液滤液侵入剖面具有比较明显且稳定的双侧向电阻率低侵特征,可以利用该特征评价地层流体性质(见图1)。图1中Rt1曲线代表高压低孔低渗储层径向电阻率变化趋势线,Rt2曲线代表常压低孔低渗储层径向电阻率变化趋势线。在地层常压条件下,油层段钻井液滤液侵入较深,过渡带变宽(过渡带2),深、浅侧向电阻率值均降低,且差异变小,深、浅侧向电阻率低侵特征不明显,甚至由低侵转变为无侵,与水层或干层一致,如Rt2曲线。在地层高压条件下,油层段钻井液滤液侵入浅,过渡带分布较窄(过渡带1),径向电阻率差异明显,双侧向电阻率测井具有明显的低侵响应特征,如图中Rt1曲线;储层物性越好,含油饱和度越高,深侧向电阻率值越高,深、浅侧向电阻率差异越大;而水层或干层段,深、浅侧向电阻率均较低且曲线基本重合,无低侵特征。

图1 高压低孔低渗储层电阻率流体识别特征图

3 应用效果

高压低孔低渗储层电阻率侵入特征对于高压低孔低渗条件下具有气测异常显示的地层流体评价、低对比度储层评价以及储层有效性分析具有重要的指导意义。

3.1 高压气测异常储层流体评价

中国石化胜利油田分公司在准噶尔盆地的勘探不断向中部深层转移,先后钻遇多个高压储层,其中部分高压储层在钻井过程中气测全烃值高,油气显示活跃,但试油未见工业油(气)流,试油结论为含油(气)水层或干层,气测录井与试油结果存在较大矛盾。该类储层埋藏深,物性较差,因地层高压导致的复杂井眼状况,使得储层流体测井响应特征极不明显,储层含油性评价难度较大,常常依赖气测录井等资料进行储层含油性评价,测井资料的作用没有得到充分发挥。

征6井采用密度为1.27 g/cm3的钻井液钻至5 120.0 m时发生持续油气侵,气测全烃由0.19%升至100%,槽面见油花气泡,岩屑见油斑、荧光显示,钻井液密度提高至1.72 g/cm3时才压稳地层(见图2)。图2中第8道为核磁共振孔隙结构分析道,其中MSIG表示总孔隙度,MPHI表示核磁共振有效孔隙度,MBVI表示束缚流体孔隙度。

依据原测井资料分析认为,征6井5 120.0～5 132.3 m岩性细、毛细管束缚水饱和度高,降低了储层电阻率测井值。层内声波曲线存在多处微小周波跳跃现象,反映层理缝发育(邻井取心证实该段层理缝发育)。由于层理缝发育,钻井液滤液侵入地层严重,进一步降低了储层电阻率测井值,导致储层含油特征不明显。结合较好的气测异常显示,综合解释为油层(底部含水)。试油5 121.3～5 132.3 m,确定地层压力92.62 MPa,压力系数达1.84,为超高压储层。测试日产油0.06 m3,日产水8.19 m3。酸压后,日产油0.46 m3,日产气135.00 m3,日产水13.35 m3,试油结论为高压含油水层。5 121.3～5 132.3 m井段深、浅侧向电阻率完全重合,无低侵特征,指示储层含油性差,应解释为干层或水层;结合核磁共振有效孔隙度(10.0%～12.0%)和气测异常显示,该层准确的测井解释结论应为含油(气)水层。由于原测井评价过程中采用了常压储层钻井液滤液侵入模型,夸大了钻井液滤液侵入对测井电阻率的影响,并过多依赖于气测资料,导致原测井解释结论偏高,与试油结果不相吻合。

图2 征6井储层综合评价图*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

在征6井射孔层段的高部位完钻的征8侧井,钻井过程中同样见气测异常显示,深、浅侧向电阻率完全重合,指示储层含油性差,测试为水层(见油花)。征8侧井测试再一次验证了利用深、浅电阻率低侵特征评价高压储层流体性质的可行性,这对于准噶尔盆地中部深层高压储层流体测井评价具有较好的借鉴作用。

3.2 高压低对比度储层流体识别

一般情况下,低孔低渗储层物性差,束缚水饱和度高,流体测井响应特征不明显,油水层电阻率比值或油干层电阻率比值低,常表现为低对比度特征。阿尔奇公式法或者电阻率增大系数法评价储层流体性质存在较大难度,电阻率侵入特征也往往存在多解性和不确定性。但对于高压低孔低渗含油储层,由于井壁附近具有比较明显且稳定的电阻率低侵特征剖面,储层流体识别难度可以得到明显改善。

利988井沙四上纯上亚段目的层为高压浊积扇体,地层压力系数大于1.90。该井的目的层(4 121.8 ～4 128.7 m)气测录井异常明显,井壁取心为泥质细砂岩,有效孔隙度8.0%～9.0%,电阻率7.0～12.0 Ω·m。该层物性较差、泥质含量较重,双侧向电阻率值低,与上部干层基本一致,油层与干层电阻率差异极不明显。同时,目的层内双侧向电阻率升高段对应的补偿密度值增大,双侧向电阻率主要反映了地层岩性和物性的变化,储层流体测井响应特征不明显(见图3)。

图3 利988井储层综合评价图

与上部干层双侧向电阻率曲线完全重合、无侵入响应不同,目的层双侧向电阻率有比较明显的低侵特征。4 123.0～4 124.0 m井段浅侧向电阻率为7.7 Ω·m、深侧向电阻率为8.6 Ω·m,深、浅侧向电阻率比值为1.12。4 127.0～4 128.0 m井段浅侧向电阻率为6.3～8.5 Ω·m,深侧向电阻率为7.0～9.2 Ω·m,深、浅侧向电阻率比值为1.08～1.11。双侧向电阻率低侵响应特征明显,应解释为油层。射孔测试4 121.8～4 128.0 m,折算日产油0.42 m3、日产水0。压裂后,日产油87.50 m3、日产气8 861.00 m3,不含水,试油结论为油层。测井解释结论与试油结果完全吻合,表明利用双侧向电阻率低侵响应特征判别高压低孔低渗储层流体性质切实可行。

3.3 高压低孔低渗储层有效性评价

低孔低渗储层含油性分析是测井评价的重点,也是测井评价的难点,当前普遍采用核磁共振和成像测井等新技术分析储层有效性[16-19]。在高压条件下,低孔低渗储层具有比较明显且稳定的电阻率低侵特征,而双侧向电阻率低侵特征综合反映了储层含油性和物性[20-21],可以采用双侧向电阻率低侵特征开展储层有效性分析。

东营凹陷坨726井区在沙四段上亚段纯上次亚段地层发育深水高压浊积扇体,地层压力系数大于1.7。浊积扇体非均质性强、含油丰度差别大,有些井试油自然产能高,有些井需要压裂,还有个别井压裂后仅见少量油流、无商业开采价值,储层有效性差异大,需要进行储层有效性分析。但是坨726井区普遍采用高矿化度盐水钻井液钻井,限制了核磁共振测井和成像测井技术的使用,因此,尝试采用双侧向电阻率低侵特征开展储层有效性分析。

基于双侧向电阻率低侵特征,引入双侧向电阻率差异系数Sd[22],利用Sd对坨726井区高压浊积扇体进行储层有效性评价。依据Sd值,建立储层有效性划分标准:Sd≥0.15,解释为油层;0.05≤Sd<0.15,解释为差油层;Sd<0.05,解释为干层。

坨726井区坨斜726井沙四段上亚段纯上次亚段目的层段4 064.2～4 094.0 m见气测异常显示,录井为荧光含砾砂岩,补偿中子与补偿密度交会计算的孔隙度为8.0%～9.0%,双侧向电阻率低侵特征明显,计算的Sd值达0.2,指示储层具有较好的物性与含油性。射孔段4 064.2～4 094.0 m,日产油164.00 m3,日产气10 938.00 m3,获高产油气流(见图4)。

图5 坨斜728井Sd处理成果图

坨726井区坨斜728井钻探目的层与坨斜726井一致,均为坨726井区深水高压浊积扇体。坨斜728井处理成果见图5,该井目的层段见气测异常显示,录井为荧光砾岩,补偿中子与补偿密度交会计算的孔隙度为7.0%～9.0%,目的层段3 640.0～3 648.2 m双侧向电阻率低侵特征不明显,深、浅侧向电阻率值差异不明显,计算的Sd值基本为0,指示储层物性差,含油性也差,解释为干层。射孔测试3 640.0～3 648.2 m,回收油0.30 m3,折算日产油0.48 m3,压裂后,日产油0.72 m3,为低产油层,无工业开采价值。

4 结 论

(1)由于钻井液滤液驱替作用,常压含油储层双侧向电阻率侵入特征往往具有多解性,高压低孔低渗储层钻井液滤液侵入剖面相对稳定,双侧向电阻率侵入特征与储层流体性质之间具有较好的对应性,可以利用电阻率侵入特征评价储层含油性,大幅降低了高压低孔低渗储层流体测井评价难度。

(2)双侧向电阻率差异系数综合反映了储层物性与含油性,该系数对于高压致密储层的有效性评价以及高压页岩油的分级评价具有指导意义。

(3)钻井过程中产生的高角度诱导裂缝以及较大的井眼条件会导致双侧向电阻率产生低侵响应,该条件下双侧向电阻率幅度差存在多解性,测井评价中应结合其他资料进行综合评价。

(4)高压低孔低渗储层钻井液滤液侵入剖面特征研究仅仅是依据大量的钻探资料和地质认识得出的结论,有待通过实验分析和理论研究进行不断修正和完善。