過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層特征及測(cè)井評(píng)價(jià)

丁娛嬌, 邵維志, 常靜春, 于之深

(中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司測(cè)井分公司, 天津 300280)

0 引 言

1 過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層特征

1.1 巖性特征及地質(zhì)巖性分類

1.1.1 巖性特征

圖1 同一層組不同物源礦物含量對(duì)比圖

1.1.2 地質(zhì)巖性分類

由不同物源、不同油組礦物成分對(duì)比分析可知,雖然均定義為過(guò)渡巖類,但是其巖性還是存在較大差異。為準(zhǔn)確描述巖性并分析巖性差異對(duì)儲(chǔ)層其他特性的影響,結(jié)合地質(zhì)、巖心等多種信息,提出了三端元礦物歸一化相對(duì)含量巖石類型劃分方法,將滄東凹陷Ek2過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層巖性劃分為細(xì)粒長(zhǎng)英沉積類、碳酸鹽巖類、細(xì)?；旌铣练e巖類、黏土巖類4大類12種巖石類型(見(jiàn)表1)。其中三端元礦物歸一化含量計(jì)算公式為

(1)

(2)

(3)

式中,V長(zhǎng)英質(zhì)、V碳酸鹽、V黏土分別為三端元礦物歸一化后的長(zhǎng)英質(zhì)、碳酸鹽、黏土礦物百分含量;C長(zhǎng)石、C石英、C方解石、C白云石、C黏土分別為全巖X射線衍射分析得到的各種礦物百分含量。

1.2 物性特征

通過(guò)不同類型巖樣陰極發(fā)光薄片鑒定圖片可知,過(guò)渡巖類儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間非常復(fù)雜,以裂縫、粒間孔、晶間孔、溶蝕孔為主。不同巖性儲(chǔ)集空間不同,碳酸鹽巖類儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以晶孔、晶洞、裂縫為主,細(xì)粒長(zhǎng)英沉積巖類儲(chǔ)集空間以粒內(nèi)微孔、粒間溶蝕孔、微裂縫為主,細(xì)?；旌铣练e巖類儲(chǔ)集空間以晶間溶孔、粒內(nèi)微孔、粒間溶蝕孔、微裂縫為主。過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層物性大部分為超低孔隙度-超低滲透率(滲透率小于1 mD*非法定計(jì)量單位,1 mD=0.987×10-3 μm2,下同,孔隙度小于5%),部分為特低孔隙度-特低滲透率(滲透率小于10 mD,

孔隙度小

于10%),且孔滲關(guān)系非常差,滲透率沒(méi)有出現(xiàn)類似于砂巖隨孔隙度增大而增大的趨勢(shì)。通過(guò)不同巖類孔隙度、滲透率、孔徑分布曲線對(duì)比發(fā)現(xiàn),物性受巖性影響明顯,不同類型巖石大孔隙空間發(fā)育程度存在明顯差異,碳酸鹽巖大孔徑空間發(fā)育程度要好于長(zhǎng)英沉積巖類,混合物沉積巖類大孔徑空間最不發(fā)育。

1.3 含油性特征

圖2 含油飽和度統(tǒng)計(jì)直方圖

滄東凹陷Ek2段熱演化程度適中,整體范圍在0.4%～1.5%之間,處于成熟階段和生烴高峰窗,以生油為主。原油性質(zhì)屬中-重質(zhì)原油(原油密度0.86～0.91 g/cm3),高黏度(32～713 mPa·s),高凝固點(diǎn)(26～42 ℃),高含蠟(含蠟量18%～40%),高膠質(zhì)瀝青含量(24%～42%),油質(zhì)較差,自然產(chǎn)能較低。圖2展示了該地區(qū)系統(tǒng)取心井56塊巖樣的含油飽和度測(cè)試,從測(cè)試數(shù)據(jù)可知,致密油儲(chǔ)層含油性非均質(zhì)性非常強(qiáng),不同巖樣含油飽和度變化很大,最低含油飽和度為1.51%,最高含油飽和度達(dá)到73.24%,平均42%。通過(guò)有機(jī)碳含量與含油飽和度對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),含油飽和度與有機(jī)碳含量存在一定的正相關(guān)性,隨著有機(jī)碳含量增加,含油飽和度增大(見(jiàn)圖3)。故可以利用有機(jī)碳含量定性描述儲(chǔ)層含油性好壞。

圖3 含油飽和度與有機(jī)碳含量關(guān)系圖

在滄東凹陷Ek2段系統(tǒng)取心井932塊樣品巖心有機(jī)碳含量測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中,有機(jī)碳含量值大于2%的樣品占67.5%,最高可達(dá)12.92%,有機(jī)碳含量總體較高,說(shuō)明有機(jī)質(zhì)十分富集,含油性較好。與此同時(shí),通過(guò)不同油組有機(jī)碳含量縱向?qū)Ρ确治霭l(fā)現(xiàn),不同油組,其有機(jī)碳含量大小存在一定差異,反映生烴能力存在差異。為了解含油性與巖性關(guān)系,分巖類統(tǒng)計(jì)了每大類巖石巖樣的有機(jī)碳含量和每百克巖心產(chǎn)油量,發(fā)現(xiàn)巖性與有機(jī)碳含量關(guān)系密切,細(xì)粒長(zhǎng)英沉積巖類有機(jī)碳含量最高,其次是細(xì)粒混合物沉積巖類,碳酸鹽巖類有機(jī)碳含量最低,每百克巖心產(chǎn)油量與巖性的關(guān)系類似于有機(jī)碳含量與巖性的關(guān)系。進(jìn)一步說(shuō)明有機(jī)碳含量可以用來(lái)描述致密儲(chǔ)層的含油性,且含油性受巖性影響明顯。

1.4 脆性特征

圖4 脆性礦物含量與脆性指數(shù)關(guān)系圖

圖5 裂縫形成與脆性指數(shù)關(guān)系圖

脆性是指材料受到外力時(shí)其內(nèi)部容易產(chǎn)生裂紋并破壞的性質(zhì),一般用脆性指數(shù)表征。在外力作用下,脆性指數(shù)越高,巖石越容易破碎。脆性特征對(duì)致密儲(chǔ)層壓裂改造至關(guān)重要,直接影響試油層位優(yōu)選,施工效果是否有效,進(jìn)一步影響產(chǎn)能的高低。一般獲取脆性指數(shù)的方法有兩大類,一是利用巖石礦物學(xué)方法;一是巖石力學(xué)方法。圖4為實(shí)驗(yàn)室得到的各種脆性礦物含量與巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算脆性指數(shù)對(duì)比圖。圖4可見(jiàn)石英+方解石+白云石得到的脆性礦物含量與巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算得到的脆性指數(shù)基本一致,說(shuō)明可以利用石英+方解石+白云石代表的脆性礦物含量和巖石力學(xué)2種方法描述目標(biāo)區(qū)塊的脆性指數(shù)。同時(shí)由圖4可見(jiàn)目標(biāo)區(qū)塊脆性指數(shù)變化范圍在20%～80%之間,跨度比較大。圖5為不同脆性指數(shù)巖樣在外力作用下產(chǎn)生破碎難易程度描述。圖5可見(jiàn),當(dāng)脆性指數(shù)小于40%時(shí),以單縫剪切為主,說(shuō)明地層不容易壓裂;當(dāng)脆性指數(shù)大于60%,容易發(fā)育多縫剪切,地層容易破碎;脆性指數(shù)在40%～60%時(shí),可能發(fā)育單縫剪切亦可能發(fā)育多縫剪切;當(dāng)儲(chǔ)層本身發(fā)育微裂縫時(shí),其可壓性明顯增強(qiáng)。

2 過(guò)渡巖類致密油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法研究

為有效解決過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層評(píng)價(jià)問(wèn)題,在分析致密儲(chǔ)層巖性、物性、含油性、脆性等主控因素基礎(chǔ)上,提取反映儲(chǔ)層特征參數(shù)敏感曲線,巖心刻度測(cè)井,建立了一套以巖性、物性、含油性、脆性評(píng)價(jià)為核心的致密油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法。

2.1 基于多敏感曲線融合的巖性分類方法

由前文分析可知,Ek2段過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層礦物成分復(fù)雜,巖性識(shí)別及定量評(píng)價(jià)難度大,且物性、含油性、脆性等均受巖性影響明顯,有效巖性評(píng)價(jià)是滄東凹陷Ek2段致密油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。研究提出基于多敏感曲線融合的巖性分類方法。

(1) 測(cè)井地質(zhì)結(jié)合,明確測(cè)井能夠識(shí)別的巖性類型。由前文地質(zhì)巖性分類可知,目標(biāo)區(qū)塊的巖石類型分為4大類12小類。研究發(fā)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)塊巖性復(fù)雜,薄互層發(fā)育,巖性縱向變化快,非均值性強(qiáng),測(cè)井曲線難以反映各種巖性細(xì)微變化,利用測(cè)井資料很難將12種巖性區(qū)分開(kāi)來(lái)。通過(guò)將測(cè)井響應(yīng)特征與巖性分類對(duì)比發(fā)現(xiàn),雖然根據(jù)測(cè)井信息難以區(qū)分12種巖性,但區(qū)分4大類巖性還是能夠?qū)崿F(xiàn)的。且由前文分析可知,物性、含油性與巖類關(guān)系密切,有效區(qū)分巖類基本能夠滿足儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的需求。

(2) 測(cè)井敏感曲線優(yōu)選。測(cè)井巖性識(shí)別方法主要是通過(guò)不同巖性在測(cè)井曲線響應(yīng)特征差異來(lái)表征。由于測(cè)井響應(yīng)特征的多因素制約和目標(biāo)區(qū)塊巖性復(fù)雜性,單一的測(cè)井曲線響應(yīng)特征已經(jīng)不能滿足巖性識(shí)別的需求,需要優(yōu)選多種測(cè)井系列。通過(guò)將系統(tǒng)取心巖性描述與測(cè)井曲線對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),對(duì)巖性變化較為敏感的曲線有無(wú)鈾伽馬、電阻率、密度、聲波等,可優(yōu)選以上幾種測(cè)井系列進(jìn)行巖性識(shí)別。其中無(wú)鈾伽馬、電阻率主要受巖性影響,聲波、密度除受巖性影響外,物性控制作用明顯,需要對(duì)聲波、密度曲線進(jìn)行孔隙度校正得到骨架密度和骨架聲波。

(3) 基于核磁共振測(cè)井的視骨架密度、視骨架聲波曲線重構(gòu)。核磁共振測(cè)井可以得到與巖性無(wú)關(guān)的總孔隙度測(cè)量,利用核磁共振測(cè)井的總孔隙度對(duì)聲波、密度曲線進(jìn)行孔隙度校正,可以得到巖石的骨架密度、骨架聲波,由于其不是通過(guò)測(cè)量,而是通過(guò)計(jì)算得到的,故定義為視骨架密度和視骨架聲波。具體計(jì)算公式為

(4)

(5)

式中,Tma為骨架聲波;ρma為骨架密度;AC為聲波曲線;DEN為體積密度;φNMR為核磁共振測(cè)井總孔隙度。

(4) 巖性分類圖版的建立。通過(guò)反復(fù)分析各類巖性在測(cè)井曲線上響應(yīng)特征差異,建立一條巖性歸一化曲線,該曲線能夠有效將碳酸鹽巖類、細(xì)粒長(zhǎng)英沉積巖類與黏土巖類和細(xì)粒混合沉積巖類區(qū)分開(kāi)來(lái),在此基礎(chǔ)上利用電性歸一化曲線將黏土巖類與細(xì)?；旌铣练e巖類區(qū)分開(kāi)(見(jiàn)圖6)。電性歸一化曲線為陣列感應(yīng)測(cè)井1 ft*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同分辨率的最深探測(cè)深度電阻率曲線取對(duì)數(shù)后歸一化得到。巖性歸一化曲線利用歸一化后的視骨架密度與視骨架聲波反向重疊后與歸一化后無(wú)鈾伽馬曲線加權(quán)平均得到,計(jì)算公式為

(6)

式中,YX為巖性歸一化曲線;DENg為視骨架密度歸一化曲線;ACg為視骨架聲波歸一化曲線;KThg為無(wú)鈾伽馬歸一化曲線。

圖6 多敏感曲線融合的巖性分類圖版

(5) 測(cè)井巖性分類連續(xù)自動(dòng)判別。將通過(guò)巖性分類圖版得到的4大類巖性分類標(biāo)準(zhǔn)編輯到巖性歸一化曲線和電性歸一化曲線計(jì)算程序中,實(shí)現(xiàn)測(cè)井巖性分類連續(xù)自動(dòng)判別。

2.2 基于巖性的變黏土T2截止值的物性評(píng)價(jià)方法

致密儲(chǔ)層均需要進(jìn)行大規(guī)模壓裂改造,原始滲透性評(píng)價(jià)對(duì)致密儲(chǔ)層已經(jīng)不重要,致密儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)關(guān)鍵是有效孔隙度評(píng)價(jià)。受復(fù)雜巖性礦物骨架變化和有機(jī)碳的影響,常規(guī)三孔隙度曲線難以準(zhǔn)確計(jì)算致密油儲(chǔ)層有效孔隙度。核磁共振測(cè)井提供避開(kāi)巖性和有機(jī)碳影響的總孔隙度,是最有效的有效孔隙度評(píng)價(jià)手段。其有效孔隙度計(jì)算公式為

(7)

該方法的關(guān)鍵是確定黏土束縛流體T2截止值。本文提出了利用巖心分析有效孔隙度與測(cè)井核磁共振標(biāo)準(zhǔn)T2譜結(jié)合反推黏土束縛流體T2截止值的方法。首先將實(shí)驗(yàn)室?guī)r心分析孔隙度進(jìn)行準(zhǔn)確的深度歸位;然后提取該深度點(diǎn)的核磁共振測(cè)井標(biāo)準(zhǔn)T2譜,并將該T2譜由大時(shí)間刻度向小時(shí)間刻度(由右向左)進(jìn)行積分,當(dāng)積分累加孔隙度與巖心分析有效孔隙度一致時(shí),將該孔隙度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間坐標(biāo)(橫坐標(biāo))上的數(shù)值認(rèn)為是黏土束縛流體T2截止值(見(jiàn)圖7)。通過(guò)大量巖心分析資料統(tǒng)計(jì)得到黏土巖類T2截止值在2 ms左右,碳酸鹽巖類在3 ms左右,長(zhǎng)英沉積巖類在2 ms左右,混合沉積巖類在3～3.5 ms左右。結(jié)合自動(dòng)連續(xù)判別的巖性分類得到基于巖性分類連續(xù)可變的黏土束縛流體T2截止值,利用式(7)實(shí)現(xiàn)有效孔隙度計(jì)算。

圖7 黏土束縛流體T2截止值確定方法示意圖

2.3 有機(jī)碳含量計(jì)算

有機(jī)碳含量是評(píng)價(jià)目標(biāo)區(qū)塊含油性重要指標(biāo),常用的有機(jī)碳含量計(jì)算方法為ΔlgR法。該方法利用深電阻率和聲波測(cè)井反向重疊計(jì)算總有機(jī)碳含量,適合于未成熟-成熟烴源巖分析;目標(biāo)區(qū)塊烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度0.8%～1.5%之間,處于成熟-過(guò)成熟的演化階段,ΔlgR法計(jì)算有機(jī)碳含量相對(duì)誤差較大。本文在分析有機(jī)碳含量與測(cè)井信息相關(guān)性基礎(chǔ)上,利用巖心刻度測(cè)井,分層組建立了利用密度、聲波測(cè)井值加權(quán)組合的有機(jī)碳含量計(jì)算方法(見(jiàn)圖8)。

圖8 不同層組有機(jī)碳含量與聲波—密度測(cè)井交會(huì)圖

2.4 脆性評(píng)價(jià)

脆性評(píng)價(jià)對(duì)致密儲(chǔ)層可壓性研究至關(guān)重要。由前文分析可知,目標(biāo)區(qū)塊脆性評(píng)價(jià)方法有2種,脆性礦物含量法和巖石力學(xué)參數(shù)法。其中巖石力學(xué)法脆性指數(shù)計(jì)算公式為

(8)

式中,BRIT為脆性指數(shù);ES是靜態(tài)彈性模量;μ為泊松比,均由巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算可得到。

脆性礦物含量法通過(guò)脆性礦物含量計(jì)算獲得,巖心分析發(fā)現(xiàn),目標(biāo)區(qū)塊反映儲(chǔ)層脆性的礦物為石英+方解石+白云石。具體計(jì)算公式

(9)

式中,V石英為石英百分含量;V方解石為方解石百分含量;V白云石為白云石百分含量;φ為總孔隙度。

目標(biāo)區(qū)塊測(cè)井系列為常規(guī)測(cè)井+核磁共振測(cè)井,利用現(xiàn)有測(cè)井資料很難實(shí)現(xiàn)將石英、長(zhǎng)石、白云石、方解石有效區(qū)分開(kāi)來(lái)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)取心井巖心分析石英與砂質(zhì)含量(石英+長(zhǎng)石)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),石英含量與砂質(zhì)含量具有良好的一致性,二者相關(guān)關(guān)系為

V石英=0.4736V砂質(zhì)R2=0.87

(10)

式中,V石英為石英礦物百分含量;V砂質(zhì)為石英+長(zhǎng)石百分含量。

式(9)中方解石+白云石含量即為碳酸鹽巖百分含量,式(9)中礦物含量計(jì)算可以簡(jiǎn)化為砂質(zhì)含量和碳酸鹽巖含量求取。利用常規(guī)測(cè)井與核磁共振測(cè)井結(jié)合建立Ek2段過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層簡(jiǎn)化礦物含量體積解釋模型,模型由砂質(zhì)(石英+長(zhǎng)石)、碳酸質(zhì)(方解石+白云石)、方沸石、泥質(zhì)(黏土)和孔隙度組成,其中孔隙度由核磁共振測(cè)井提供,砂質(zhì)、泥質(zhì)、方沸石通過(guò)全巖X射線衍射分析礦物含量對(duì)敏感測(cè)井曲線進(jìn)行刻度,建立經(jīng)驗(yàn)回歸公式獲得(見(jiàn)圖9),碳酸鹽巖含量通過(guò)物質(zhì)平衡方程得到。

2.5 過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)的建立

通過(guò)對(duì)過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層試油結(jié)果分析發(fā)現(xiàn),過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層產(chǎn)油能力受儲(chǔ)層巖性、物性、電性、含油性、脆性等綜合控制。過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)思路為尋找?guī)r性、物性、電性、含油性、脆性最佳匹配關(guān)系,給出有利含油氣層段,綜合分析SN油田致密儲(chǔ)層試油與測(cè)井響應(yīng)特征,給出過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表2)。

表2 過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)

圖9 礦物含量計(jì)算圖版

圖10 過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)成果圖

3 應(yīng)用效果分析

過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)技術(shù)在滄東凹陷過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中取得了很好的應(yīng)用效果,完成32口新井精細(xì)評(píng)價(jià),解釋符合率達(dá)到86.4%。圖10為某井應(yīng)用本文所述方法評(píng)價(jià)成果與巖心分析以及試油情況對(duì)比圖。圖10中第5道為全巖X射線衍射分析得到的巖性分類成果,第6道為測(cè)井計(jì)算得到的巖性分類成果,可見(jiàn)厚度大于0.3 m儲(chǔ)層二者分析基本一致,厚度小于0.3 m儲(chǔ)層二者差異較大,主要是測(cè)井曲線縱向分辨率不足引起。圖10中第7、8、9、10道分別為測(cè)井計(jì)算礦物含量與巖心分析礦物含量對(duì)比,可見(jiàn)二者計(jì)算結(jié)果趨勢(shì)線基本一致。圖10中第12道為核磁測(cè)井計(jì)算有效孔隙度與巖心分析有效孔隙度對(duì)比,第13道為測(cè)井計(jì)算有機(jī)碳含量與巖心分析有機(jī)碳含量對(duì)比,第14道為測(cè)井計(jì)算脆性指數(shù)與巖心分析脆性指數(shù)對(duì)比,可見(jiàn)本文方法計(jì)算結(jié)果與巖心分析結(jié)果一致性較好。根據(jù)建立的致密油儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),評(píng)價(jià)3 196.4～3 242.6 m井段以Ⅱ類儲(chǔ)層為主,夾部分Ⅰ類儲(chǔ)層和Ⅲ干層。對(duì)該層段試油,壓后日產(chǎn)油5.21 m3,累產(chǎn)油56.8 m3,與解釋結(jié)論吻合。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著油氣勘探技術(shù)的發(fā)展,以前難以識(shí)別和開(kāi)采的過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層等非常規(guī)儲(chǔ)集層越來(lái)越受到重視。常規(guī)方法在評(píng)價(jià)該類儲(chǔ)層巖性、物性、有效性以及含油性等方面均面臨很大困難。本文在分析過(guò)渡巖類致密儲(chǔ)層巖性、物性、含油性、脆性等特征的基礎(chǔ)上,利用系統(tǒng)取心井巖心分析刻度測(cè)井資料,建立了一套以核磁共振測(cè)井為基礎(chǔ),以巖性、物性、含油性、脆性評(píng)價(jià)為核心的致密油儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)方法。在滄東凹陷應(yīng)用32口井,解釋符合率達(dá)到86.4%,為滄東凹陷過(guò)渡巖類致密油儲(chǔ)層儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)作出了突出貢獻(xiàn)。

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