声电成像测井在川中龙王庙组缝洞型储层勘探中的应用

贺川航,林煜,陈华,代瑞雪,王紫笛,李春梅

(1.中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司西南物探研究院,四川成都610016;2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院,四川成都610041)

0 引 言

四川盆地中部磨溪主体区是安岳气田重要的产能区,其深层寒武系龙王庙组碳酸盐岩地层为主要产气层[1-2],是四川盆地重点研究的层系之一。龙王庙组储层储集空间包括溶蚀孔洞、粒间孔以及裂缝等,研究表明缝洞较发育地区地层整体渗透性较强,有利于油气运移及成藏,容易形成优质储层[3-4]。但龙王庙组地层物性较差,缝洞类型复杂多样,地层缝洞的常规测井响应信息又易被岩性、流体掩盖,较难精准刻画缝洞型储层位置。

图1 MX13井溶蚀孔洞型储层岩心、测井综合解释图*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m;1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

前人主要采用直接观察、间接计算2种方法识别缝洞。直接观察法利用岩心统计缝洞发育位置和条数,间接计算法是统计缝洞引起的三孔隙度、电阻率曲线偏移变化量进而获取缝洞信息。碳酸盐岩地层中被流体填充的缝洞,其电阻率、波阻抗特征与围岩差异较大,当电流、声波经过缝洞时,电导率、声波能量均发生明显变化,这种变化与地层缝洞发育程度有密切关系。电成像测井通过测量地层微电流变化,能准确识别井壁缝洞发育状况及分布[5-7]。阵列声波测井直接测量环井壁1～3 m内声波能量信息,不受岩性影响,直接表征地层整体的渗透性[8-9],但是如何有效使用阵列声波资料识别研究区缝洞型储层,还需要“桥梁”建立其与缝洞发育区的关联。

本文结合电成像测井纵向分辨率高与阵列声波测井横向探测范围深的特点,建立基于岩心、电成像资料的样本井缝洞分布区间,以此为约束刻画斯通利波能量衰减值在缝洞发育段的截止值,实现了缝洞发育段的精细刻画。

1 方法流程

研究区龙王庙组的阵列声波、电成像测井资料丰富,综合现有岩心、测井资料建立缝洞识别标准,精确刻画缝洞型储层是本文研究重点。具体步骤:①优选目的层岩心、特殊项目测井资料完整的单井作为样本井;②根据电成像测井资料获取井壁的面洞率信息;③基于样本井的面洞率差异,将缝洞型储层进行分类;④提取样本井不同类型储层的斯通利波能量衰减曲线值,采用数学统计法分析归纳不同类型储层的斯通利波能量衰减值范围。

2 龙王庙组储层缝洞类型

根据研究区岩心资料结合三孔隙度、电成像测井等成果分析,依据缝洞发育程度,将龙王庙组储层按缝洞发育大小及规模划分3类,即:溶蚀孔洞型储层、裂缝-孔洞型储层和裂缝-孔隙型储层。

(1)溶蚀孔洞型储层。储集空间大多以中、小溶蚀孔洞为主,局部见大洞。岩心资料显示孔洞比较发育,孔洞大小为1～10 mm,多为石英部分填充,保留有效空间,该类储层孔隙度大于7%,物性较好,试气资料显示储层均能够形成工业气流。溶蚀孔洞型储层测井响应特征(见图1),与围岩(非储层)相比总体上表现为三低两高的特点:自然伽马低,围岩高阻背景下电阻率降低,深、浅电阻率呈正差异,密度明显低,声波时差值高,中子值明显高。电成像图中缝洞发育段常见蜂窝状暗斑点。

(2)裂缝-孔洞型储层。孔隙为主要储集空间,裂缝为渗流通道,孔隙和裂缝同时发育,形成了比较优质的储层。此类储层在川中地区龙王庙组地层普遍发育,储层孔隙度为2%～7%,储集性能较好。裂缝-孔洞型储层测井响应特征(见图2),与围岩(非储层)相比具有如下特点:自然伽马低,围岩高阻背景下电阻率表现中高值,深、浅电阻率呈正差异,密度稍低,声波时差值高,中子值明显高。电成像图中缝洞发育段常见正弦裂缝以及少量蜂窝状暗斑点。

图2 MX29井裂缝-孔洞型储层测井综合解释图

图3 MX39井裂缝-孔洞型储层测井综合解释图

(3)裂缝-孔隙型储层。储集空间主要为基质孔隙,低角度裂缝为渗流通道,孔洞不发育,有一定的渗透性。此类储层在川中地区龙王庙组发育较少,储层孔隙度小于2%,储集性能较差。裂缝-孔隙型储层测井响应特征(见图3),与围岩(非储层)相比具有如下特点:电阻率曲线呈明显的“尖刺状”分布、双侧向电阻率呈小幅度正差异或无幅度差,电成像图上见近水平暗色条带分布。

由于岩心采样较少,不能对整个地层进行有效评价,且常规曲线只能定性描述缝洞型储层分布,不能定量刻画储层边界,因此,引入具有分辨率高、贴井壁测量的电成像测井,通过计算处理后的电成像资料面洞率(每平米异常图像面积百分比)区分缝洞发育区。

图4给出了研究区岩心实验测量的孔隙度与面洞率的交会图,面洞率与孔隙度呈正相关关系,面洞率越高,孔隙度越大,说明缝洞越发育。Ⅰ区表明储层具有明显的裂缝机制参与渗流,存在裂缝发育区,面洞率较低,孔隙度有明显增大,说明储层以裂缝为主要渗流通道;Ⅱ区随着面洞率逐渐变大,孔隙度也增大,表明储层主要以孔隙喉道为渗流通道。由此可见,面洞率的大小反映地层缝洞发育情况,进而划分缝洞类型。

图4 面洞率与孔隙度交会图

3 样本井的缝洞类储层划分标准

优选目的层岩心、电成像测井以及阵列声波测井资料齐全的单井作为样本井,建立缝洞型储层的划分标准。电成像测井反映井壁电阻率的异常,当储层溶蚀孔洞发育时,在电成像测井图上显示高电导率异常,呈现出不规则小圆状或椭圆形状图像,主要以斑状为主;当储层段裂缝发育时,溶洞不发育,在电成像测井图上显示高电导率异常,呈现出不规则的正弦曲线特征图像,主要以块状为主[10-11]。利用电成像测井图上的显示差异可以定性识别缝洞发育区,也可以人机交互解释计算面洞率。研究发现,当电成像测井资料显示缝洞较发育时,得到的面洞率值较高;缝洞欠发育时,面洞率值较低。

从图1可见,溶蚀孔洞型储层的电成像图清晰呈现蜂窝状暗斑点,岩心显示多为大溶孔,且面洞率≥5%;从图2可见,裂缝-孔洞型储层的电成像图上可清晰呈现正弦裂缝以及少量蜂窝状暗斑点,岩心显示多发育中小溶孔,面洞率主要为3%～5%;从图3可见,裂缝-孔洞型储层的电成像图多为近水平暗色条带、少见裂缝,岩心显示少量小尺度缝洞,且面洞率<3%。综合样本井岩心、电成像测井资料,划分龙王庙组缝洞类型(见图5)。

图5 不同类型储层的面洞率分布图

4 阵列声波测井识别缝洞发育段

通过阵列声波测井资料,能够得到地层中纵波、横波、斯通利波的能量信息。斯通利波是一种管波,在井筒中以活塞运动的方式向前传播,垂直井壁产生的压力和张力交替出现,导致井壁在垂向上膨胀和收缩,地层中有效连通空间与井筒连接,钻井液、地层流体沿着连通空间流动,导致斯通利波在传播过程中会消耗能量,振幅减弱;反之,地层较致密,渗透性较差,流体运动较少时,斯通利波能量衰减较弱[12]。因此,地层缝洞是影响斯通利波能量衰减的主要因素,这是斯通利波能量衰减刻画地层缝洞发育区的理论基础。

4.1 斯通利波能量衰减曲线计算

阵列声波测井在井筒内采集8条不同源距的声波全波波形信息,经过计算得到地层纵波、横波、斯通利波等信息。基于斯通利波波形相似性特征,采用时差相关分析法在一组全波波形中开设时窗,移动合适的时窗找出相似波形,以此分离出斯通利波。

在斯通利波初至时间后开一个时窗,对选定时窗内的信号r(t)进行傅里叶变换成为R(ω),计算出信号的振幅谱,运算后得到斯通利波能量

(1)

式中,E为斯通利波能量,无量纲;ω为信号有效频带,无量纲;ωmin、ωmax为信号有效频带最小值、最大值;Rreal、Rimag为R(ω)的实部和虚部;dω为信号有效频带间距。

斯通利波能量受测量仪器发射能量、测量方式的影响,井与井之间的能量值域不统一,需要消除非地层因素引起的误差,提高缝洞识别精度。首先进行斯通利波能量的单井归一化[见式(2)],归一化后的斯通利波能量值统一到0～1,基本消除了测井仪器或者测量方式不同造成的系统误差。单井归一化后,还应该考虑井眼坍塌对数据采集的影响,通过开展井眼校正,较好地消除井眼坍塌对斯通利波能量的影响[见式(3)]。

Enorm=(1-E/Emax)×100%

(2)

式中,Enorm为归一化后的斯通利波能量值;Emax为处理深度内斯通利波能量最大值。

Ecal=Enorm-aln(CAL-BIT)+b

(3)

式中,Ecal为井筒校正后的斯通利波能量值,无量纲;CAL为井径值,in;BIT为钻头尺寸,in;a、b为区域常数。

斯通利波能量随缝洞增大而明显减小,对校正后的斯通利波能量由式(4)转换成能量衰减值,即

Estc=lg(Ecal,max/Ecal)/l

(4)

式中,Estc为校正后的斯通利波能量衰减值,无量纲;Ecal,max为井筒校正后的斯通利波能量值最大值,无量纲;l为源距,m。

采用上述方法,校正研究区内龙王庙组斯通利波能量,最终得到全区统一值域的斯通利波能量衰减曲线。

4.2 斯通利波能量衰减曲线划分缝洞类型

以岩心、面洞率划分的3类储层为约束,制作利用斯通利波能量衰减值识别缝洞的图版(见图6)。溶蚀孔洞型储层日产量高于50×104m3,面洞率大于5%,斯通利波能量衰减值大于20%;裂缝-孔洞型储层日产量为(25～50)×104m3,面洞率为3%～5%,斯通利波能量衰减值大于10%;裂缝-孔隙型储层测试为微气或者干层,面洞率小于3%,斯通利波能量衰减值小于10%。

图6 面洞率—斯通利波能量衰减值交会图

从图6中可知,从溶蚀孔洞型、裂缝-孔洞型到裂缝-孔隙型储层面洞率逐渐变小,各自对应的斯通利波能量衰减值也逐步降低。以岩心、电成像资料划分的缝洞做约束样本,统计不同缝洞类型斯通利波衰减值的截止值,建立龙王庙组斯通利波能量衰减值评价储层标准:Estc≥20%,溶蚀孔洞型储层;10%≤Estc<20%,裂缝-孔洞型储层;Estc<10%,裂缝-孔隙型储层。

统计分析表明面洞率、衰减值较大的井均出现高产工业气流,说明该区域储层缝洞的连通性较好。总之,斯通利波能量衰减曲线是对地层缝洞发育情况以及渗透性的综合反映,能够更好地划分缝洞型储层分布。

5 应用效果

运用此套缝洞评价方法对研究区新井进行了精细解释,图7为MX23井测井解释综合图。由图7可见,该井存在2个明显的储层段:4 800.5～4 823.7 m、4 826.0～4 831.5 m,其电成像测井显示面洞率大于5%,斯通利波能量衰减值为23%,说明该段地层缝洞发育,地层渗透性较好;在该井非储层段,电成像测井显示面洞率小于3%,斯通利波能量衰减值为5%,说明该段地层缝洞不发育,地层渗透性较差。经过射孔试气,在4 800.5～4 823.7 m层段存在较好气层,日产气114×104m3,证实了该方法能够有效识别缝洞型储层的发育位置,为开发试气提供可靠依据。

图7 MX23井测井解释图

6 结 论

(1)川中地区龙王庙组碳酸盐岩储层主要分为3类:溶蚀孔洞型储层、裂缝-孔洞型储层和裂缝-孔隙型储层,均为小尺度缝洞,非均质性较强。储层空间分布复杂,因此,缝洞型储层分布的精细解释是制约气藏开发的最大风险。

(2)结合岩心分析、电成像测井数据初步划分碳酸盐岩缝洞型储层,利用面洞率—斯通利波能量衰减值交会图版,指示缝洞型储层的分布区域,形成基于斯通利波能量信息刻画缝洞型储层的评价方法,与常规测井资料相比,精度更高,应用范围更广。