鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖儲(chǔ)層分類及氣層識(shí)別

劉行軍，劉穎卓，金仁高，金小慧，王高科，李海龍

(1.中國(guó)石油測(cè)井有限公司，陜西西安 710201；2.西北大學(xué)地質(zhì)系)

鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖儲(chǔ)層分類及氣層識(shí)別

劉行軍1，2，劉穎卓1，金仁高1，金小慧1，王高科1，李海龍1

(1.中國(guó)石油測(cè)井有限公司，陜西西安 710201；2.西北大學(xué)地質(zhì)系)

在電成像測(cè)井資料分析基礎(chǔ)之上，將鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層劃分為溶蝕孔洞型、裂縫型、溶蝕孔洞-裂縫型、洞穴型、洞穴-裂縫型5類儲(chǔ)層。并對(duì)這5類儲(chǔ)層常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征做了總結(jié)，分析認(rèn)為溶蝕孔洞型、溶蝕孔洞-裂縫型儲(chǔ)層含氣性最好。針對(duì)復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)碳酸鹽巖氣層識(shí)別困難的問題，提出了4種識(shí)別氣層的方法，應(yīng)用效果表明，單因素測(cè)井參數(shù)交會(huì)圖識(shí)別氣層能力有限，復(fù)合參數(shù)交會(huì)圖能夠較準(zhǔn)確地識(shí)別出氣層，可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

鄂爾多斯盆地；碳酸鹽巖儲(chǔ)層；氣層識(shí)別；儲(chǔ)層分類；成像測(cè)井

20世紀(jì)80年代在鄂爾多斯盆地東部天然氣勘探過程中，陜參1井、榆3井奧陶系頂部相繼發(fā)現(xiàn)了孔洞-裂縫型白云巖儲(chǔ)層，陜參1井奧陶系馬五1段酸化后獲無阻流量28.34×104m3/d的高產(chǎn)工業(yè)氣流，標(biāo)志著長(zhǎng)慶靖邊氣田的發(fā)現(xiàn)[1]。隨著近些年勘探開發(fā)的不斷深入，對(duì)鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖測(cè)井評(píng)價(jià)的研究也逐漸增多[2-4]，尤其是成像測(cè)井技術(shù)的應(yīng)用，使碳酸鹽巖儲(chǔ)層的研究進(jìn)一步深化。本文在前人研究基礎(chǔ)之上，利用常規(guī)及成像測(cè)井資料展開了對(duì)鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層分類、氣層識(shí)別的研究。

1 儲(chǔ)層地質(zhì)特征

依據(jù)巖性及古生物，結(jié)合氣田勘探開發(fā)實(shí)踐，將下古生界奧陶系馬家溝組從下到上分為馬一～馬六等六個(gè)層段，馬五段為主力含氣層段，厚度約300 m，馬五段自上而下又可劃分為馬五1-馬五10等10個(gè)亞段，其中以馬五1-馬五4亞段含氣性最好，厚度50～90 m，巖性為灰-淺灰色細(xì)粉晶云巖、膏質(zhì)云巖、泥粉晶-細(xì)晶云巖，夾泥質(zhì)云巖、灰質(zhì)云巖及黑色、黑灰色泥巖，礦物成分主要為白云石，含量在85%以上，方解石、泥質(zhì)含量較少，個(gè)別層段見有極少量黃鐵礦、高嶺石和硅質(zhì)。儲(chǔ)集空間主要為溶蝕孔、晶間孔、晶間溶孔、膏?？椎龋⒁娪辛芽p發(fā)育，裂縫主要類型有成巖縫、壓溶縫、早期構(gòu)造縫和古巖溶縫[5-6]。

2 儲(chǔ)層分類及測(cè)井響應(yīng)特征

成像測(cè)井采集精度高，能夠提供大量地下地層信息，可以用來分析儲(chǔ)層的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，碳酸鹽巖儲(chǔ)層中的裂縫、溶蝕孔洞可以通過電成像測(cè)井細(xì)致的刻畫出來[7-8]，此外，裂縫、溶蝕孔洞也會(huì)引起常規(guī)測(cè)井曲線有所變化。本文通過電成像測(cè)井資料，結(jié)合常規(guī)測(cè)井曲線特征將鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層劃分為溶蝕孔洞型、裂縫型、溶蝕孔洞-裂縫型、洞穴型、洞穴-裂縫型5類儲(chǔ)層。

鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖溶蝕孔洞一般為半充填-無充填，由于泥漿的侵入，溶蝕孔洞附近成像儀器鈕扣電極電阻率降低，因此，溶蝕孔洞在電成像圖上顯示為深色斑點(diǎn)，溶蝕孔洞個(gè)數(shù)越多，圖像上的斑點(diǎn)的數(shù)量也就越多。由于溶蝕孔洞大小不一，圖像上斑點(diǎn)的直徑大小也就不同(圖1A、B)，直徑大于7 cm的一般為溶洞，直徑小于7 cm大于0.50 cm的溶孔也可以從電成像圖像上反映出來。受電成像儀器分辨率的影響，直徑小于0.50 cm的溶孔及晶間孔不能從電成像圖像識(shí)別出來。碳酸鹽巖儲(chǔ)層中洞穴的直徑比孔洞還要大，洞穴直徑一般在幾十厘米以上，研究區(qū)溶蝕孔洞一般為半充填-無充填，而洞穴一般被泥質(zhì)或碳酸鹽巖角礫巖充填，被泥質(zhì)充填的為低電阻，圖像顯示為顏色深的團(tuán)塊；被角礫巖充填的為高電阻，圖像顯示為亮色(圖1E)。

圖1 馬家溝組碳酸鹽巖儲(chǔ)層電成像特征圖

較規(guī)則的裂縫在電成像圖上為彎曲的正旋或余旋曲線(圖1C、F)，彎曲度越大，裂縫的角度就越大。在鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖電成像圖像上還可以看到較多不規(guī)則裂縫(圖1D)，裂縫面彎曲而且不連續(xù)，不同的裂縫彼此交錯(cuò)，形成網(wǎng)狀裂縫。此外，還見有水平裂縫發(fā)育，水平裂縫在電成像圖上表現(xiàn)為暗黑色的水平條紋，形態(tài)上與泥質(zhì)條帶很容易混淆，不同的是泥質(zhì)條帶在常規(guī)測(cè)井自然伽馬曲線上，數(shù)值上升明顯，而水平裂縫處的自然伽馬曲線數(shù)值基本無變化；泥質(zhì)條帶平行于地層界面，且寬窄變化穩(wěn)定，水平裂縫面彎曲不平。裂縫型儲(chǔ)層一般伴隨有溶蝕孔洞的發(fā)育，但在致密的碳酸鹽巖儲(chǔ)層中更容易發(fā)育裂縫。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，馬家溝組馬五1-馬五4段溶蝕孔隙較為發(fā)育，而馬五5段及其以下層段裂縫較為發(fā)育，局部發(fā)育溶蝕孔隙。洞穴型儲(chǔ)層在馬4段及其以下層段可見，而且主要分布在靖邊氣田的北部和西部地區(qū)。

在常規(guī)測(cè)井圖上，鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖溶蝕孔洞型儲(chǔ)層一般表現(xiàn)為聲波時(shí)差增大，密度減小，電阻率下降，雙側(cè)向深淺電阻率曲線無差異或差異很小，聲波時(shí)差和密度相關(guān)性較好。裂縫發(fā)育的儲(chǔ)層電阻率、密度測(cè)井?dāng)?shù)值均會(huì)下降，而且聲波時(shí)差和密度相關(guān)性差，密度曲線常常呈現(xiàn)出鋸齒狀，隨著裂縫角度的不同，雙側(cè)向電阻率曲線差異不同，聲波時(shí)差變化也有所不同。垂直裂縫及高角度發(fā)育的儲(chǔ)層雙側(cè)向電阻率表現(xiàn)為正差異，聲波時(shí)差基本無變化。低角度及水平裂縫發(fā)育的儲(chǔ)層為負(fù)差異，聲波時(shí)差增大。網(wǎng)狀裂縫-溶蝕孔洞型儲(chǔ)層雙側(cè)向?yàn)闊o差異，聲波時(shí)差增大明顯。

3 氣層識(shí)別方法

鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽氣藏在20世紀(jì)80年代末發(fā)現(xiàn)，對(duì)該氣藏氣層的測(cè)井評(píng)價(jià)一直在進(jìn)行，長(zhǎng)慶測(cè)井公司在多年的測(cè)井解釋實(shí)踐和研究中，形成了一系列氣層識(shí)別的經(jīng)驗(yàn)和方法，在實(shí)際的測(cè)井解釋中識(shí)別效果較好。

3.1 電阻率與聲波時(shí)差、密度交會(huì)法

當(dāng)儲(chǔ)層孔、縫越發(fā)育時(shí)，聲波時(shí)差將會(huì)增大，密度數(shù)值會(huì)減小，隨著儲(chǔ)層含氣飽和度的增加，儲(chǔ)層電阻率會(huì)增大。依據(jù)已有的試氣成果，在測(cè)井曲線數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，做出了靖邊氣田西側(cè)馬五1-馬五3段儲(chǔ)層電阻率與聲波時(shí)差、密度交會(huì)圖(圖2)。從圖上可以看出，氣層聲波時(shí)差一般大于167 μs/m，電阻率大于81 Ω·m，密度小于2.75 μs/cm3；差氣層聲波時(shí)差一般在157～167 μs/m，密度小于2.78 μs/cm3，電阻率大于68 Ω·m；干層聲波時(shí)差小于157 μs/m，密度大于2.78 μs/cm3。出現(xiàn)了一些高電阻率的含氣水層，如陜343井馬五11儲(chǔ)層電阻率接近190Ω·m，但經(jīng)試氣后產(chǎn)水10.4m3/d，氣2 191 m3/d。由于受儲(chǔ)層裂縫的影響，氣層與差氣層在電阻率與聲波時(shí)差、密度交會(huì)圖上有重復(fù)分布區(qū)域。這進(jìn)一步說明，依靠單因素測(cè)井參數(shù)交會(huì)圖識(shí)別氣層的能力有限。

3.2 含水飽和度與楊氏模量交會(huì)法

圖2 靖邊氣田西側(cè)馬五1-馬五3段電阻率與聲波時(shí)差、密度交會(huì)圖

鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖儲(chǔ)層壓力系數(shù)為0.89～0.96，埋深一般大于3 200 m，鉆井時(shí)泥漿柱產(chǎn)生的壓力不可忽視。在取心層段也可以明顯看出泥漿的侵入，孔、縫發(fā)育越好，泥漿侵入越深，由于泥漿電阻率與地層水電阻率差異大(泥漿電阻率0.75～1.45 Ω·m，地層水電阻率0.012～0.0195 Ω·m)，即使是深探測(cè)的測(cè)井曲線也會(huì)受泥漿侵入的影響，因此，在計(jì)算含水飽和度時(shí)應(yīng)考慮泥漿侵入的因素。用混合液電阻率Rz代替地層水電阻率Rw，Rz的計(jì)算如下：

式中：Rmf——泥漿電阻率，Ω·m；Z——泥漿濾液與地層水混合程度經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般為0.3～0.5。

碳酸鹽巖儲(chǔ)層中一般發(fā)育有溶蝕孔隙和裂縫，溶蝕孔隙和裂縫的存在會(huì)引起縱、橫波時(shí)差相應(yīng)的變化，密度測(cè)井?dāng)?shù)值也會(huì)變小，因此，利用縱、橫波時(shí)差和密度計(jì)算出來的楊氏模量E在一定程度上可以反映儲(chǔ)層孔、縫發(fā)育情況[9-10]。

根據(jù)試氣成果，在計(jì)算出儲(chǔ)層含水飽和度與楊氏模量基礎(chǔ)上，做出了靖邊氣田中部馬五1-馬五3段儲(chǔ)層復(fù)合參數(shù)Sw-E交會(huì)圖(圖3)，該交會(huì)圖識(shí)別氣層效果較好。由圖3上可以看出，氣層楊氏模量E小于9.0×10-13N/cm2，Sw小于40%，差氣層E為(9.0～9.7)×10-13N/cm2，Sw小于54%，干層E大于9.7×10-13N/cm2，氣水層E小于9.7×10-13N/cm2，Sw為54%～66%，含氣水層Sw大于66%。

3.3 三孔隙度法

聲波時(shí)差、密度、補(bǔ)償中子為三種常規(guī)的孔隙度測(cè)井曲線。受測(cè)井原理的影響，這三種測(cè)井方式不僅在反映儲(chǔ)層孔隙度方面有所不同，而且在探測(cè)深度范圍方面也有差異。相關(guān)研究表明，聲波時(shí)差測(cè)井可探測(cè)的深度約0.20 m，密度測(cè)井約0.15 m，補(bǔ)償中子測(cè)井約0.70 m[11]，補(bǔ)償中子在含氣儲(chǔ)層中有明顯的“挖掘效應(yīng)”，由于在探測(cè)深度方面優(yōu)勢(shì)和儲(chǔ)層含氣時(shí)的特殊反映，補(bǔ)償中子測(cè)井在氣水識(shí)別時(shí)有著重要的作用。當(dāng)儲(chǔ)層含氣時(shí)，密度孔隙度大于中子孔隙度；在一些泥質(zhì)含量低、孔隙度大、含氣飽和度高的儲(chǔ)層中，聲波時(shí)差孔隙度大于中子孔隙度，小于密度孔隙度。利用密度孔隙度-補(bǔ)償中子、聲波時(shí)差孔隙度-補(bǔ)償中子交會(huì)圖可進(jìn)一步識(shí)別氣水層。從圖4上可以看出，氣層密度孔隙度大于10%，補(bǔ)償中子小于9%，氣水層及含氣水層補(bǔ)償中子大于9%，差氣層密度孔隙度7%～10%，干層密度孔隙度小于7%。盡管補(bǔ)償中子測(cè)井在氣水識(shí)別時(shí)有著重要的作用，但是隨著儲(chǔ)層泥質(zhì)含量的升高、含水率的上升，泥漿侵入深度的增大中子孔隙度上升明顯，補(bǔ)償中子識(shí)別氣層的優(yōu)勢(shì)不復(fù)存在。

圖3 靖邊氣田中部馬五1-馬五3段儲(chǔ)層楊氏模量與含水飽和度交會(huì)圖

3.4 滲透率和裂縫孔隙度乘積與含水飽和度交會(huì)法

裂縫的存在極大地改善了碳酸鹽巖儲(chǔ)層的滲流能力，在一些溶蝕孔洞-裂縫型儲(chǔ)層中往往會(huì)獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流。碳酸鹽巖儲(chǔ)層滲透率為孔洞滲透率和裂縫滲透率之和。在鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，孔洞部分滲透率的計(jì)算是通過建立孔洞孔隙度與孔洞滲透率之間的關(guān)系式獲得，同樣，裂縫滲透率是通過建立裂縫孔隙度與裂縫滲透率之間的關(guān)系式獲得[12-13]。

圖4 靖邊氣田西側(cè)馬五4段儲(chǔ)層補(bǔ)償中子、密度孔隙度交會(huì)圖

在計(jì)算出儲(chǔ)層滲透率、裂縫孔隙度、含水飽和度基礎(chǔ)之上，做出了靖邊氣田中部馬五4段滲透率和裂縫孔隙度乘積(Kf)與含水飽和度(Sw)的交會(huì)圖，從圖5上可以看出，該復(fù)合參數(shù)交會(huì)圖識(shí)別氣層效果較好，氣層的Kf大于2.5，Sw小于39%；差氣層Kf在0.3～2.5；Sw小于46%；干層Kf小于0.3；氣水層Kf大于0.3，Sw為46%～54%；含氣水層Sw大于54%。

圖5 靖邊氣田中部馬五4段儲(chǔ)層滲透率和裂縫孔隙度乘積與含水飽和度交會(huì)圖

4 結(jié) 論

(1)依據(jù)電成像測(cè)井資料，結(jié)合常規(guī)測(cè)井曲線，將鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層劃分為溶蝕孔洞型、裂縫型、溶蝕孔洞-裂縫型、洞穴型、洞穴-裂縫5類儲(chǔ)層。其中溶蝕孔洞型、溶蝕孔洞-裂縫型儲(chǔ)層含氣性最好，這兩類儲(chǔ)層在馬五1-馬五4段較為發(fā)育，而馬五5段及其以下層段裂縫較為發(fā)育，局部發(fā)育溶蝕孔隙。洞穴型儲(chǔ)層一般在馬4段及其以下層段可見。

(2)對(duì)于具有復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的碳酸鹽巖儲(chǔ)層，單因素測(cè)井參數(shù)交會(huì)圖識(shí)別氣層具有局限性，本文提出的復(fù)合參數(shù)交會(huì)圖能較準(zhǔn)確地識(shí)別出氣層。建議識(shí)別氣層時(shí)，應(yīng)在分區(qū)域、分層段的基礎(chǔ)上，盡可能用一些能夠反映儲(chǔ)層含氣特征的復(fù)合參數(shù)來制作交會(huì)圖。

[1] 何自新,鄭聰斌,王彩麗,等.中國(guó)海相油氣田勘探實(shí)例之二——鄂爾多斯盆地靖邊氣田的發(fā)現(xiàn)與勘探[J].海相油氣地質(zhì),2005,10(2):37-44.

[2] 李功強(qiáng),張國(guó)成,李保華.鄂爾多斯盆地東北部碳酸鹽巖地層的測(cè)井巖性剖面研究[J].石油地質(zhì)與工程,2008,22(1)：40-44.

[3] 李瑞,楊光惠,胡奇凱.鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層測(cè)井產(chǎn)能預(yù)測(cè)研究[J].勘探地球物理進(jìn)展，2003,26(2):109-114.

[4] 李功強(qiáng)，宋立志，孫延飛，等.鄂爾多斯盆地大牛地氣田碳酸鹽巖地層確定巖性的測(cè)井方法[J].石油地質(zhì)與工程,2009,23(3):47-49.

[5] 劉寶憲,張軍,章貴松,等.鄂爾多斯盆地中東部奧陶系裂縫體系特征[J].天然氣工業(yè),2002,22(6):35-38.

[6] 王彩麗,孫六一,王 琛,等.長(zhǎng)慶氣田馬五1儲(chǔ)層裂縫特征及控制因素探討[J].沉積學(xué)報(bào),2001,19(4):536-540.

[7] 劉行軍,劉克波,李香玲,等.成像測(cè)井在演武地區(qū)北部延安組油藏勘探中的應(yīng)用[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,42(1):95-103.

[8] 李啟翠，樓一珊，史文專，等.FMI成像測(cè)井在四川盆地頁(yè)巖氣地層中的應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程,2013,27(6):58-60.

[9] 雍世和,張超謨.測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋[M].山東東營(yíng):石油大學(xué)出版社,1996.

[10] 程啟榮,姚克學(xué),許家玉.陜甘寧盆地中部奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算及氣層識(shí)別[C]//楊玉征,劉顯明.長(zhǎng)慶石油測(cè)井論文集[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000:41-48.

[11] 洪有密.測(cè)井原理與綜合解釋[M].山東東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社,1998.

[12] 楊玉征,程啟榮,劉顯明.陜甘寧盆地中部氣田測(cè)井解釋綜合研究及氣水層識(shí)別方法[C]//楊玉征,劉顯明.長(zhǎng)慶石油測(cè)井論文集[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000:58-69.

[13] 鄧少貴,王曉暢,范宜仁.裂縫性碳酸鹽巖裂縫的雙側(cè)向測(cè)井響應(yīng)特征及解釋方法[J].地球科學(xué)(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)),2006,31(6):846-850.

編輯：吳官生

1673-8217(2015)04-0073-05

2014-11-25

劉行軍，高級(jí)工程師，博士研究生，1975年生， 1998年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油與天然氣勘查專業(yè)，現(xiàn)從事測(cè)井資料解釋與應(yīng)用、儲(chǔ)層地質(zhì)、含油氣盆地沉積體系分析工作。

陜西省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“特低滲透儲(chǔ)層物性地質(zhì)效應(yīng)及動(dòng)用下限確定方法研究”(14JS082)。

TE112.222

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