临兴区块致密砂岩储层录测综合评价方法研究

刘 畅,袁胜斌,沈 扬,陈 伟

(中法渤海地质服务有限公司,天津 300457)

2012年,贾承造等针对致密油气藏勘探给出了十条评价指标,但并没有立足于致密气气田开发的实际评价方法;2013年孙建孟针对非常规油气提出新“七性”测井评价方法,但测井对油气生成与运移研究严重不足且评价成本较高。致密砂岩储层具有丰富的潜在油气资源,但其岩性结构复杂[1],使用常规手段很难采出,将脆性指数作为可压性评价参数来表征岩石的可压性已经成为一种必要手段[2-7]。岩石弹性参数法需阵列声波测井,成本较高,难度较大[8-9]。基于录井资料的岩石矿物组分法和元素含量法能够准确分析岩石本构属性,计算岩石脆性指数,具有连续性强、样品充足的特点。但仅考虑脆性指数无法准确评价储层含气性,需要其他评价参数作为支撑,因此结合录井气测响应特征综合录测5参数建立了评价指标EI,为致密砂岩气储层压裂段优选提供理论依据。

1 气测录井响应特征

1.1 气测异常倍数

气测异常倍数通常被认为是某气测异常井段气体全烃值与全烃基值(背景值)的比值;烃组分异常倍数为某井段烃组分异常值与对应组分基值的比值,通常选取大套非储层的气测烃组分值作为基值,全烃异常倍数与烃组分异常倍数都能够反映油气层的好坏,是评价油气水层的重要参数[10]。

根据研究区内气测异常响应特征,优选甲烷异常倍数作为分析对象,甲烷异常倍数能够直接反映气测烃组分中甲烷含量变化幅度的大小。因各井之间脱气设备的非定量会造成差异,因此优选“异常幅度”参数而非直接气测测量数据。

1.2 甲烷单位岩石体积

气测值表示的是钻头在单位时间内破碎岩石所释放气体相对体积。钻进时钻井参数和钻遇地层岩性结构不断变化,导致单位时间破碎地层岩屑量并不是一个稳定值。无论是单井的纵向对比,或者多井的横向对比都大大降低了可比性。单位岩石气体体积法模型是基于快速定量气测录井新技术Reserval的特点开发的一种解释模型,该模型解释数值直接与钻井工程参数、地层孔隙度、地层压力以及孔隙中流体性质相关,计算甲烷单位岩石体积模型如下:

VOLC1=K1×K2×ROP×Flwpmp×VC1×D2

(1)

式中:VOLC1为单位体积岩石所含甲烷值,L/L;K1为与脱气器单位时间所脱泥浆量,色谱分析仪单位时间进样量以及单位换算相关的常量;K2为不同泥浆体系中甲烷脱气效率倒数;ROP为钻时,min/m;Flwpmp为泥浆泵排量,L/min;VC1为实测甲烷值,ppm;D2为井眼尺寸或钻头尺寸,cm。

为消除致密气层中其他工程参数的影响,优选“气体单位岩石体积”参数。结合C1异常倍数利用两种气测衍生参数建立气测评价图版,图版能够有效识别储层流体性质(图1)。利用气测衍生参数能够有效划分气层、差气层、干层,参数的划分区间比较明显,能够更好地区分不同储层的含气性。结合气测曲线形态,对不同流体性质储层进行解释评价,可有效识别储层含气性,建立临兴区块气测评价标准(表1)。

表1 气测评价标准

图1 C1异常倍数与VOLC1交会图版

2 脆性评价标准的建立

2.1 基于弹性参数法计算脆性指数

杨氏模量和泊松比是评价储层脆性指数的关键参数[8-9]。杨氏模量是岩石破裂后形成裂缝的能力,其值越高,岩石越易破碎形成裂缝;泊松比是岩石受到外力时,抵抗岩石破碎的能力,其值越高,越不易形成裂缝。杨氏模量和泊松比可由声波测井数据进行计算,如式(2)、(3)所示:

(2)

(3)

式中:νd为动态泊松比,小数;Ed为动态杨氏模量,GPa;DTS为横波时差测井值,μs/ft;DTC为纵波时差测井值,μs/ft;DEN为密度测井值,g/cm3。

将二者各取50%权值进行归一化处理,整理后得到脆性指数表达式,如(4)式所示:

(4)

其中,Δv和ΔE分别为:

Δv=(vmax-vs)/(vmax-vmin)

(5)

ΔE=(Es-Emin)/(Emax-Emin)

(6)

式中:BI为脆性指数,%;Δν为归一化的泊松比,小数;ΔE为归一化的杨氏模量,小数;νmax、νmin为某层段最大、最小静态泊松比;Emax、Emin为某层段最大、最小静态杨氏模量;Es为静态杨氏模量,GPa;νs为静态泊松比。

利用岩石力学实验数据和测井数据建立了研究区动静态岩石力学参数的转换模型,如式(7)、(8)所示:

Es=0.416Ed+0.425

(7)

vs=0.516vd+0.231

(8)

基于常规方法计算脆性指数对测井资料品质要求较高且需要开展岩石力学实验,在测井资料不全时无法应用,因此该方法不具有普遍适用性。

2.2 基于常规测井曲线计算脆性指数

多元回归较单因素回归考虑到更多的影响因素,DEN、CNL、AC和GR等测井值能够较好地反映页岩储层的脆性,计算精度更高。研究分析声波弹性参数法计算的脆性指数与这些测井曲线的相关性,可以建立致密砂岩储层脆性指数的测井计算公式。

BIGR=-0.62GR+86.37 (R=0.836)

(9)

BICNL=-1.78CNL+83.29 (R=0.926)

(10)

BIDEN=9.53DEN+10.89 (R=0.253)

(11)

BIDTC=-1.52DTC+157.92 (R=0.835)

(12)

通过对研究区块测井数据与常规方法计算的脆性指数拟合回归发现,BI随GR的增大而减小,二者相关性较好;BI随CNL的增大而减小,二者负相关性较好;BI随DTC的增大而减小,φ和CNL相关性较好,BI随DEN的增大而增大,但二者相关性较差(图2)。因此,选用GR、CNL、DTC进行多元回归,其相关性更好,计算精度更高。

图2 脆性指数与GR、CNL、DEN和AC测井值关系

综合利用GR、CNL、DTC建立的脆性指数计算公式为:

BIcj=-1.268CNL-0.137GR-0.06DTC+85.189 (R=0.909)

(13)

式中:BIGR为伽马测井值计算的脆性指数,%;BICNL为中子测井值计算的脆性指数,%;BIDTC为声波时差测井值计算的脆性指数,%;GR为伽马测井值,API;CNL为中子测井值,%。

建立的脆性指数计算模型只需要简单的常规测井资料即可计算脆性指数,无需开展岩石力学实验,节约了成本,计算结果准确合理,后期能够为致密砂岩储层压裂施工提供评价依据。

2.3 基于XRD和XRF资料计算脆性指数

XRD和XRF技术通常在岩性识别和地层层位的卡取方面有较为突出的效果,应用十分广泛[11]。现场综合录井结合分析化验能够定量描述地层矿物组成和元素组分含量。基于XRD和XRF数据,通过矿物和元素组分法能准确计算脆性指数[12],该方法具有非常良好的连续性和即时性。

通过XRD和XRF分析,优选临兴区块石盒子组致密砂岩的敏感矿物为石英、方解石、白云石和黏土矿物。优选与矿物含量呈正相关的元素,即用Si元素含量计算砂质含量。用K、Al、Fe、Ti元素中相关性最好的元素含量计算泥质含量,用Ca元素计算灰质含量。随后将计算的泥质、砂质及灰质含量进行归一化处理,计算脆性指数BIys。研究表明,石英、碳酸盐岩矿物为脆性矿物,研究区碳酸盐岩类矿物含量远小于石英含量,因此优选石英为主要脆性矿物,建立了致密砂岩脆性指数模型。

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

式中:Qhz、Qsz、Qnz为灰质含量、砂质含量、泥质含量,%;Camin、Simin、Kmin、Camax、Simax、Kmax分别为钙元素、硅元素、钾元素最小值和最大值;Qsy为石英含量,%;Q(石英+方解石+白云石+黏土矿物)为总矿物含量,%。

建立的矿物元素法脆性指数计算模型考虑了岩石的本构组成,数据量大且能够随钻即时计算储层脆性指数,计算结果合理,可指导钻头向可压性较好的储层钻进,为后期压裂施工提供理论依据。

3 综合评价标准的建立

研究区块石盒子组储层以岩屑石英砂岩和岩屑砂岩为主,孔隙类型主要以粒间孔、溶孔为主。孔隙度为4.05%～23.50%,平均值为9.05%;渗透率为0.10×10-3～53.07×10-3μm2,平均值为2.56×10-3μm2。储层物性较差,具有低孔低渗的特点,“四性”关系复杂,并伴有低阻气,测井评价难度高。溶蚀作用对孔隙结构具有一定的改善作用,提高了储层物性条件,能够形成有效的油气储集空间。储层压力梯度为0.76～1.14 MPa/100 m,平均为0.94 MPa/100 m,为常压气层,气层温度为38.39～57.58 ℃,地温梯度为3.01 ℃/100 m,属正常地温系统。

对临兴区块压裂井录测资料进行整理统计,优选录井气测参数、XRD、XRF、测井计算的脆性指数,结合已有的测试、取样数据,将储层划分为三个类别,其中Ⅰ类储层代表压裂后有产能,Ⅱ类储层代表压裂后有一定产能但无商业价值,Ⅲ类储层代表无产能(表2)。

表2 致密砂岩气层综合解释评价指标

优选参数较多,直接在实际中运用存在一定难度,因此将优选参数进行归一化处理,建立了该区域录测综合解释指标EI,最终建立的评价标准见表3。

表3 致密砂岩气层综合解释评价标准

(19)

(20)

(21)

式中:ΔQI为气测衍生参数归一化值,小数;ΔBI为脆性参数归一化值,小数;QIycbsmax、QIycbsmin为异常倍数最高值和最小值,小数;QIVOLC1max、QIVOLC1min为VOLC1最高值和最小值,小数;BIcjmax、BIcjmin为测井脆性指数最高值和最小值,小数;BIkwmax、BIkwmin为矿物脆性指数最高值和最小值,小数;BIysmax、BIysmin为元素脆性指数最高值和最小值,小数;EI为有效指数,小数。

4 应用实例

解释标准应用于临兴区块取得了非常好的效果。以临兴区块LX-a井钻遇石盒子组致密砂岩储层为例,分析井段1 478～1 484 m岩性为浅灰色细砂岩,气测全量绝对值7.9%～24.1%,异常倍数为20.2～61.7,VOLC1为8.9～58.3;BIkw计算值为42.9%～45.3%,BIcj计算值为50.8%～62.8%,BIys计算值为64.8%～65.0%,EI值为0.67～0.75(表4)。根据建立的致密砂岩气层综合解释评价标准,综合判定为Ⅰ类储层(图3)。本段储层进行了压裂测试,压前无产能,用2、3、5、6、8、10、12 mm油嘴进行放喷排液31 d又2 h,油压22.5 MPa降至1.0 MPa,套压20 MPa降至4 MPa,气举73 h,累计排液291.72 m3,返排率83.31%。氯根4 608～17 725 mg/L,黏度1 mPa·s,pH值7,点火可燃,火焰橘黄,焰高1.0～1.5 m。经过多次开关井后,地层被激活,6 mm油嘴日产气量4 100 m3,达到了解释标准的预期评价效果。

图3 LX-a井综合解释成果

表4 LX-a井综合评价参数

建立的VOLC1与C1异常倍数交会图版和解释标准,能有效识别储层含气性。利用GR、CNL、DTC曲线和XRD、XRF计算脆性指数,结果合理可行,可有效评价储层脆性。根据综合评价标准,1 478～1 484 m评价为Ⅰ类储层,评价结论与实际测试效果一致。

5 结论

1)GR、CNL、DTC测井曲线与脆性指数成负相关性,其中CNL测井曲线与脆性指数相关性最好,其次为GR和DTC曲线;DEN测井曲线与脆性指数成正相关关系,但相关性较差,原因是DEN测井曲线受井眼环境影响明显;

2)基于GR、CNL、DTC测井曲线计算脆性指数,结果合理可行,但若非随钻测井数据,计算结果存在滞后性。可结合XRD、XRF资料计算脆性指数,该方法考虑岩石本构属性,数据量大且易获取,结果准确合理具有即时性,值得推广;

3)利用C1ycbs、VOLC1、BIkw、BIcj、BIys多参数建立的致密砂岩有效性指数EI,能够准确划分储层类别,由前期的静态储层评价转变为动态评价,为后期压裂施工提供储层评价依据。