測井新技術(shù)在陸相致密油“七性”評(píng)價(jià)中的應(yīng)用
——以松遼盆地北部高臺(tái)子油層為例

尹成芳，柯式鎮(zhèn)*，姜明，康正明，王偉東，孫旭，鄭樹桐

1 中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249

2 中國石油大學(xué)(北京)地球物理與信息工程學(xué)院，北京 102249

測井新技術(shù)在陸相致密油“七性”評(píng)價(jià)中的應(yīng)用
——以松遼盆地北部高臺(tái)子油層為例

尹成芳1,2，柯式鎮(zhèn)1,2*，姜明1,2，康正明1,2，王偉東1,2，孫旭1,2，鄭樹桐1,2

1 中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249

2 中國石油大學(xué)(北京)地球物理與信息工程學(xué)院，北京 102249

中國陸相致密油儲(chǔ)層具有巖性復(fù)雜、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，常規(guī)測井難以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)巖性、物性、電性、含油性、烴源巖特性、脆性和水平地應(yīng)力各向異性，本文綜合應(yīng)用“無源三組合”測井(巖性掃描測井、致密儲(chǔ)層核磁共振測井和介電掃描測井)、聲波掃描測井、微電阻率成像測井等測井新技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)“三組合”測井技術(shù)，總結(jié)出了陸相致密油測井評(píng)價(jià)思路，目的是解決烴源巖品質(zhì)、儲(chǔ)層品質(zhì)和工程品質(zhì)“三類品質(zhì)”評(píng)價(jià)問題。運(yùn)用該思路，對(duì)松遼盆地北部Q地區(qū)高臺(tái)子油層測井新技術(shù)資料相對(duì)齊全的J2井和Q1井，進(jìn)行精細(xì)測井評(píng)價(jià)，同時(shí)，結(jié)合常規(guī)測井資料，建立了相應(yīng)的“七性”評(píng)價(jià)模型，并將模型用于研究工區(qū)內(nèi)20口老井資料的解釋，取得了良好效果。最終，在測井精細(xì)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上初步建立儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)，形成了一套陸相致密油評(píng)價(jià)體系。相比常規(guī)測井，測井新技術(shù)將以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)支持我國陸相致密油勘探開發(fā)的深入進(jìn)行。

測井新技術(shù)；陸相致密油；七性評(píng)價(jià)；三類品質(zhì)；測井評(píng)價(jià)

0 引言

致密油繼頁巖氣突破后，已成為全球非常規(guī)石油勘探開發(fā)的又一亮點(diǎn)領(lǐng)域，被石油工業(yè)界譽(yù)為“黑金”[1]。對(duì)中國而言，致密油是目前最為現(xiàn)實(shí)的待開發(fā)的非常規(guī)油氣資源之一[2]。國內(nèi)關(guān)于致密油的研究和勘探已初見成效[3]，但目前針對(duì)中國陸相致密油的測井評(píng)價(jià)技術(shù)主要采用常規(guī)儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)方法和思路，其中，烴源巖品質(zhì)評(píng)價(jià)主要指烴源巖生油能力評(píng)價(jià)，以評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)豐度為主，評(píng)價(jià)參數(shù)為總有機(jī)碳(TOC)含量，同時(shí)兼顧判斷干酪根類型，采用的方法如：基于密度測井、聲波測井和電阻率測井的Schmoker法[4-5]和ΔlogR法[6-10]，均屬于間接評(píng)價(jià)方法，且需要有足夠多的巖心分析資料進(jìn)行刻度，否則不確定性較大。儲(chǔ)層品質(zhì)評(píng)價(jià)主要指“巖性”、“物性”、“電性”和“含油性”評(píng)價(jià)，主要基于傳統(tǒng)“三組合”測井，但由于致密油儲(chǔ)層巖性復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)，常規(guī)測井曲線對(duì)巖性的響應(yīng)和識(shí)別的靈敏度受孔隙度小、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的影響，同時(shí)有機(jī)質(zhì)的存在降低了常規(guī)曲線對(duì)孔隙度的靈敏度，常規(guī)曲線對(duì)含油性的響應(yīng)則受到高束縛水飽和度、有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦等因素的影響，進(jìn)而削弱了常規(guī)測井響應(yīng)與地層組分和孔隙流體之間的線性關(guān)系。采用傳統(tǒng)測井技術(shù)基本不能有效識(shí)別儲(chǔ)層，定量評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的巖石物理參數(shù)更是難上加難。工程品質(zhì)評(píng)價(jià)主要指“脆性”和“地應(yīng)力和各向異性”的評(píng)價(jià)，之所以是致密油氣評(píng)價(jià)的重點(diǎn)內(nèi)容之一，首先基于致密油儲(chǔ)層的開發(fā)方式，必須采用水平井和大型體積壓裂，另外，脆性指數(shù)大小、地應(yīng)力方位、大小及各向異性等參數(shù)也是水平井井眼軌跡優(yōu)化和壓裂方案設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，但目前主要依賴于常規(guī)聲波測井和密度測井資料，對(duì)于地應(yīng)力方位和各向異性等參數(shù)則必須依賴聲波成像資料。因此，針對(duì)松遼盆地北部青山口組青二、三段烴源巖與儲(chǔ)層相互共存、儲(chǔ)層獨(dú)立、與烴源巖相鄰的特點(diǎn)，本文借助“無源三組合”測井(巖性掃描測井、致密儲(chǔ)層核磁共振測井和介電掃描測井)、聲波掃描測井、微電阻率成像測井等測井新技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)“三組合”測井技術(shù)，總結(jié)出了陸相致密油測井評(píng)價(jià)思路(圖1)。利用該評(píng)價(jià)思路，首先，通過對(duì)J2井新技術(shù)測井資料的處理解釋和Q1井測井資料巖心刻度，建立相應(yīng)的巖性、物性、電性和含油性的解釋參數(shù)的模型，并應(yīng)用于研究工區(qū)內(nèi)20口老井資料，同時(shí)，綜合應(yīng)用微電阻率成像測井的高分辨率信息對(duì)J2和Q1井進(jìn)行精細(xì)薄層分析和儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖析，并建立定量評(píng)價(jià)致密油地層的薄互層砂地比和薄層識(shí)別的方法和模型。再者，結(jié)合巖心數(shù)據(jù)精細(xì)評(píng)價(jià)Q1井的烴源巖品質(zhì)(TOC、成熟度和生烴能力)，并建立相應(yīng)的解釋參數(shù)和模型，處理評(píng)價(jià)工區(qū)內(nèi)20口井的資料。最后，綜合各種資料，在儲(chǔ)層參數(shù)精細(xì)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上初步建立儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 測井新技術(shù)評(píng)價(jià)陸相致密油思路Fig. 1 The fl ow diagram of continental tight oil evaluation with new well logging technology

1 工區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)塊位于松遼盆地北部中央坳陷區(qū)，主體部分位于齊家—古龍凹陷，勘探面積約1 000 km2。Q地區(qū)中新生界自下而上沉積了白堊系、古近系、新近系和第四系，縱向上以中、下部含油氣組合為主要目的層，包括薩爾圖、葡萄花、高臺(tái)子、扶余和楊大城子5個(gè)含油層系[11]。主力油層主要分布在高臺(tái)子油層高三、高四油層組，位于青山口組優(yōu)質(zhì)源巖上部，區(qū)域沉積環(huán)境為三角洲前緣亞相和前三角洲亞相，沉積砂體分別為河口壩、遠(yuǎn)砂壩、席狀砂為主，砂巖層數(shù)多，單砂體薄，平面上呈席狀和透鏡狀大面積錯(cuò)迭連片分布[12-13]。整體巖性較細(xì)，主要為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，部分儲(chǔ)層砂巖中含有碳酸鹽礦物與泥質(zhì)膠結(jié)物成分，儲(chǔ)層物性較差，根據(jù)樣品分析，高四組油層的含油樣品分析孔隙度主要分布在8.0%～15.0%，平均孔隙度為12.2%，空氣滲透率主要分布在0.1～10.0 mD，平均滲透率為0.5 mD，屬于典型的致密油層。按照體積計(jì)算法計(jì)算，高三、高四油層組致密油資源量為3.0億 t[11]，資源潛力較大，是未來提交儲(chǔ)量的重要接替區(qū)。

2 “七性”評(píng)價(jià)

2.1 薄層識(shí)別

大套的連續(xù)鉆井取心資料表明，高三、高四組的薄層平均厚度在0.5 m以下，對(duì)于這種薄互層儲(chǔ)層，常規(guī)測井曲線受限于垂向分辨率的大小，很難滿足儲(chǔ)層準(zhǔn)確識(shí)別的要求。微電阻率成像測井空間分辨率為0.51 cm，當(dāng)目標(biāo)體尺寸大于0.51 cm時(shí)，圖像的尺寸接近其實(shí)際大小[14]，因此本次研究以其高分辨率電阻率曲線分析為基礎(chǔ)，綜合利用其提供的巖石構(gòu)造信息，巖性掃描測井提供的巖石礦物組分信息及取心提供的巖石礦物和結(jié)構(gòu)特征，建立成像測井與巖心觀察和描述之間的解釋模板，進(jìn)行薄層識(shí)別和巖性分類，如圖2所示，圖中第一道藍(lán)實(shí)線為自然伽馬，刻度范圍0～150 gAPI，第五道紅綠實(shí)線分別為深淺電阻率曲線，刻度范圍0.1～1 000 Ω·m，不同陰影代表氣測值的高低。上段為泥質(zhì)粉砂巖，其中碳酸鹽礦物含量較低，小于10%，泥質(zhì)含量偏高，30%左右，石英和長石含量較高，50%左右；中段為含泥粉砂巖，其中泥質(zhì)含量略微降低到20%左右，碳酸鹽礦物含量與上段相當(dāng)，石英和長石含量較高為60%左右；下段介形蟲層，碳酸鹽礦物含量較高70%左右，泥質(zhì)含量較低20%，石英和長石含量較低僅10%左右。在巖性準(zhǔn)確識(shí)別的基礎(chǔ)上，可以計(jì)算出每米井段含泥粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和介形蟲層3種類型的巖石的厚度，即研究區(qū)有利的3類薄層所占地層的比例，稱之為砂地比(NTG)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)薄層的定量評(píng)價(jià)。此外，三軸感應(yīng)電阻率測井和聲波掃描測井，利用水平方向和垂直方向上的電阻率和橫波時(shí)差差異，也具有識(shí)別薄層的能力。

圖2 J2井微電阻率成像測井薄層識(shí)別與巖性分類Fig. 2 The thin bed and lithology classi fi cation from FMI and LS of well J2

2.2 巖性成分評(píng)價(jià)

研究區(qū)塊在平面上，由北至南巖性逐漸變化，北部泥質(zhì)含量低，南部含量高，趨勢(shì)是逐漸遞增；在縱向上，高三組砂巖含量高，高四組砂巖含量低；碳酸鹽礦物含量隨機(jī)性較大，在縱向和橫向上分布不規(guī)則，從巖心觀察碳酸鹽巖包括介形蟲和鈣質(zhì)碳酸鹽膠結(jié)。因此有必要通過元素俘獲譜測井、巖性掃描測井方法和巖心分析評(píng)價(jià)儲(chǔ)層巖性。

元素俘獲譜測井和巖性掃描測井均是通過譜采集、剝譜、氧閉合、解釋4步完成從采集到礦物含量、骨架性質(zhì)及總有機(jī)碳含量的計(jì)算[15]。與元素俘獲譜測井相比，巖性掃描測井除了確定Si、Ca、Fe、S、Ti、Gd等元素的含量，同時(shí)還可定量測定Al、Ba、Cl、H、K、Mg、Mn、Na、Cu和Ni等元素的含量。該儀器主要使用非彈性散射數(shù)據(jù)來定量測定C和Mg元素的含量，對(duì)Mg元素的精確測量使得區(qū)分方解石和白云石更加明晰，C元素的精確測量則對(duì)確定總有機(jī)碳含量水平至關(guān)重要。Al元素的直接測量，使得黏土含量的計(jì)算更加精確，從而避免了因高伽馬值而遺漏評(píng)價(jià)儲(chǔ)層[16]。圖3所示為研究地區(qū)J2井的巖性掃描測井成果圖，由圖揭示了該地區(qū)礦物成分復(fù)雜，既有黏土、石英、鈉長石、鉀長石，還有方解石、重礦物黃鐵礦、含錳的鐵白云石和有機(jī)碳。此種復(fù)雜巖性條件下，常規(guī)測井曲線基本上不能有效識(shí)別特殊礦物、劃分儲(chǔ)層和識(shí)別甜點(diǎn)。因此，需要通過特殊測井方法與常規(guī)測井聯(lián)系起來，由于南北差異大，建立不同區(qū)塊的巖性模型，依據(jù)現(xiàn)有資料的客觀性，把現(xiàn)有的多種礦物簡化為3種礦物：多種黏土簡化為黏土；石英、鈉長石和鉀長石簡化為砂巖；方解石和白云石簡化為碳酸鹽巖；由于黃鐵礦含量很低，可以省略掉。這樣通過聲波、中子、密度和電阻率等曲線回歸出礦物模型，從而進(jìn)行參數(shù)計(jì)算、多井對(duì)比及地震反演等。

圖3 J2井的巖性掃描測井成果圖Fig. 3 The Litho Scanner spectroscopy result of well J2

北部模型(依據(jù)J2井)：

南部模型(依據(jù)Q1井)：

砂巖體積含量：

式中，Vclay、Vcalc、Vqtz分別為黏土含量(v/v)、碳酸鹽巖含量(v/v)和砂巖含量(v/v)；ρb、ΦN、Δt、Rt、GR分別為密度測井值(g/cm3)、中子值(v/v)、縱波時(shí)差值(μs/ft)、深探測電阻率值(Ω·m)和自然伽馬值(gAPI)。

2.3 物性分析

核磁共振測井計(jì)算的孔隙度與巖性無關(guān)且精度好，是確定致密油儲(chǔ)層孔隙度和滲透率的一種十分有效的方法。但由于致密油儲(chǔ)層孔隙空間小，孔隙結(jié)構(gòu)以小孔細(xì)喉為主，通常，核磁共振測井儀的信噪比較低。因此，為了提高致密儲(chǔ)層核磁共振測井的信噪比，應(yīng)采用高精度測井儀，采用適當(dāng)?shù)臏y量模式和合理的采集參數(shù)。致密儲(chǔ)層核磁共振測井測量采用了改進(jìn)的增強(qiáng)精度模式(EPM)，長等待模式相同，但短等待模式做了調(diào)整，即等待時(shí)間(WT)由0.08 s改為0.02 s，回波個(gè)數(shù)由原來的100個(gè)改為30個(gè)，目的使更小的孔喉都能測到[17]。當(dāng)然，核磁共振測井采集時(shí)，鉆井液中應(yīng)不含順磁的含鐵物質(zhì)[18]?？紫督Y(jié)構(gòu)控制著儲(chǔ)層物性特征，不同類型孔隙結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)層具有不同的物性特征。研究表明，研究地區(qū)致密油儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間主要以粒間孔、粒間溶孔、微裂縫等為主，孔隙范圍5 ～100 μm?？紫督Y(jié)構(gòu)以小孔細(xì)喉為主，喉道細(xì)小，孔喉半徑普遍小于0.1 μm[11]。由于常規(guī)測井評(píng)價(jià)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的能力較弱、取心分析成本過高[19]、儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)不能連續(xù)定量化等問題，利用核磁共振測井T2譜轉(zhuǎn)換成毛管壓力曲線，進(jìn)而提取出孔喉半徑、孔喉分選系數(shù)等反映儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)致密砂巖儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)的連續(xù)定量評(píng)價(jià)。當(dāng)然，應(yīng)用的前提是準(zhǔn)確確定儲(chǔ)層巖石的橫向表面弛豫率[20]。如圖4，反映了儲(chǔ)層的巖石顆粒大小和孔喉大小的分布，右邊為顆粒與喉道分布的直方圖，中間核磁反映了不同時(shí)間域的孔隙大小，其中黑色實(shí)線為自然伽馬曲線，刻度范圍0～300 gAPI，孔隙度刻度范圍0.4～0 m3/m3。對(duì)于含鈣泥質(zhì)粉砂巖儲(chǔ)層，巖石顆粒和孔隙非常小，T2主要小于10 ms，微電阻率成像圖像上為亮色條帶；對(duì)于介形蟲儲(chǔ)層，孔隙大小和巖石顆粒分布不均勻，J2井的2 151～2 156 m儲(chǔ)層物性相對(duì)較差；粉砂巖儲(chǔ)層是相對(duì)最好的儲(chǔ)層，顆粒和孔隙分布均勻，以相對(duì)“較大”的孔隙和顆粒為主。

圖4 J2井典型儲(chǔ)層的巖石粒度和孔喉大小分布圖Fig. 4 The pore structure characteristics and porosity from CMR of well J2

利用核磁共振測井孔隙度和巖心孔隙度雙重驗(yàn)證，不考慮骨架參數(shù)，直接利用測井曲線回歸北部和南部井區(qū)孔隙度。經(jīng)多次擬合試驗(yàn)，利用密度、聲波和泥質(zhì)含量回歸模型計(jì)算精度最高，孔隙度模型見式(6)、式(7)：

式中，φ為孔隙度，ρb、Δt、VCL分別為密度，聲波時(shí)差，泥質(zhì)含量。

2.4 含油性評(píng)價(jià)

致密油儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間小，油氣對(duì)電阻率值的貢獻(xiàn)小，測井所能探測到的油氣信息相應(yīng)較弱。另外，黃鐵礦、有機(jī)質(zhì)成熟度等因素也會(huì)影響電阻率值。針對(duì)研究地區(qū)，陣列感應(yīng)/陣列側(cè)向測井電阻率值還具有以下特點(diǎn)：電阻率值的變化與鈣質(zhì)含量密切相關(guān)、電阻率各向異性與泥質(zhì)含量和鈣質(zhì)含量相關(guān)、低含鈣粉砂巖電阻率值與烴源巖電阻率值對(duì)比度低、電阻率響應(yīng)與泥質(zhì)含量相關(guān)性不強(qiáng)等。因此，往往適合于常規(guī)儲(chǔ)層的基于電阻率模型的各種飽和度方法不能用于致密儲(chǔ)層的飽和度計(jì)算。

介電掃描測井通過在4個(gè)不連續(xù)頻率下進(jìn)行每個(gè)測量周期內(nèi)包括72個(gè)振幅測量和72個(gè)相位測量，反演得到介電常數(shù)和電導(dǎo)率，利用巖石骨架和水的介電常數(shù)差別大，而油和巖石骨架的介電常數(shù)相近，結(jié)合高精度密度測井等孔隙度測井技術(shù)，可確定出致密油儲(chǔ)層的含水孔隙度[21]。對(duì)于致密油儲(chǔ)層，由于侵入較淺或基本未發(fā)生，沖洗帶特征可認(rèn)為與原狀地層特征相同。因此，含水孔隙度與總孔隙度比值即為含水飽和度。介電掃描測井評(píng)價(jià)準(zhǔn)則是：如果計(jì)算含水孔隙度小于總孔隙度值，則為含油氣段；如果兩者基本相等，則為水層或干層。

巖性掃描測井得到的TOC，另一個(gè)重要應(yīng)用就是用來評(píng)價(jià)致密油的含油性[22]，見式(8)：

式中，TOC為巖性掃描測井得到的總有機(jī)碳含量；ρhc為致密油密度，根據(jù)研究地區(qū)致密油密度取值0.80 ～0.85 g/cm3;Xhc為指定參數(shù)，0.85。如圖5，整體上，TOC計(jì)算含水飽和度Sw與常規(guī)方法計(jì)算含水飽和度SUWI相吻合，其中J2井兩種方法計(jì)算結(jié)果對(duì)應(yīng)性較好，J1井部分Sw值相對(duì)較高，分析認(rèn)為可能由于TOC較低，碳酸鹽膠結(jié)導(dǎo)致的高阻儲(chǔ)層。

圖5 利用TOC計(jì)算Sw與常規(guī)方法計(jì)算SUWI對(duì)比Fig. 5 The comparison ofSwcalculated fromTOCand SUWI from conventional logging

2.5 烴源巖特性評(píng)價(jià)

致密油的形成與烴源巖密切相關(guān)，成熟、優(yōu)質(zhì)、具有一定厚度和分布范圍的烴源巖是致密油形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。烴源巖特性評(píng)價(jià)即烴源巖生油能力評(píng)價(jià)，以評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)豐度為主，評(píng)價(jià)參數(shù)為TOC，同時(shí)兼顧判斷干酪根類型。由于烴源巖(有機(jī)質(zhì))的存在對(duì)致密油氣儲(chǔ)層巖石物理參數(shù)和巖石機(jī)械特性參數(shù)計(jì)算至關(guān)重要，因此綜合特殊測井和常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行烴源巖識(shí)別和TOC計(jì)算是致密油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要任務(wù)。本研究目的層段是高四組和高三組的含油儲(chǔ)層，油氣來源主要是青一段的烴源巖地層，雖然青一段地層不是研究內(nèi)容，但致密油的評(píng)價(jià)離不開烴源巖的研究，因此有必要對(duì)青一段烴源巖的參數(shù)進(jìn)行分析。

巖性掃描測井計(jì)算出的總碳含量包括礦物含有的無機(jī)碳和有機(jī)碳兩部分。通過對(duì)碳酸鹽巖等含碳礦物進(jìn)行校正，剩余的碳可認(rèn)為是自然有機(jī)物，相當(dāng)于有機(jī)碳，包括：孔隙中的干酪根、瀝青和其他固態(tài)烴、油以及天然氣等烴類中含有的碳。相比各種間接測量技術(shù)，利用巖性掃描直接得到的TOC精度高，無需巖心數(shù)據(jù)刻度[23]。如圖3所示J2井的巖性掃描測井成果圖，第13道為巖性掃描測井計(jì)算得到的TOC，均高于2%，與巖心分析結(jié)果一致性較好。

對(duì)于無巖性掃描的井，采用電阻率和聲波曲線直接與測量的TOC建立關(guān)系式，因?yàn)殡娮杪屎吐暡ㄊ潜販y項(xiàng)目，并且與TOC的相關(guān)性較好，另外這兩條曲線受環(huán)境影響較小，不必做校正，能譜測量的鈾曲線與TOC也有一定的相關(guān)性，但由于統(tǒng)計(jì)起伏現(xiàn)象需要做環(huán)境校正，并且有些井不測量該曲線。因此，通過對(duì)J2井的電阻率和聲波曲線進(jìn)行線性回歸，見式(9)：

目前，利用測井資料研究干酪根類型的方法并不多[18]。地球化學(xué)研究表明，不同類型的干酪根中，O/ C比和H/C比存在差異，而且這種差異與干酪根的成熟度有關(guān)[24]。元素俘獲測井/巖性掃描測井能夠準(zhǔn)確地測量地層中H、O和C等元素的含量，據(jù)此可判斷烴源巖和儲(chǔ)層中干酪根的類型，進(jìn)而豐富測井技術(shù)在烴源巖特性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。

2.6 脆性評(píng)價(jià)

巖石脆性是指其中破裂前未覺察到的塑性變形的性質(zhì)[25]，亦即巖石受到的外力(如壓裂)達(dá)到一定極限時(shí)發(fā)生破裂的性質(zhì)。致密油評(píng)價(jià)中，以脆性指數(shù)刻畫巖石的脆性特征。脆性指數(shù)越高，越有利于致密油儲(chǔ)層壓裂和后期開采。目前計(jì)算脆性指數(shù)常用方法主要是巖石礦物組分計(jì)算法和巖石彈性參數(shù)計(jì)算法。

致密儲(chǔ)層巖石中脆性礦物(如：石英、方解石、白云石等)的含量決定了后期壓裂改造的效果，并直接影響油氣產(chǎn)量。石英含量和碳酸鹽礦物含量越高、泥質(zhì)含量越低，巖石的脆性越高，因此，采用巖石的礦物組分進(jìn)行研究地區(qū)儲(chǔ)層脆性評(píng)價(jià)，計(jì)算公式見式(10)[13]：

式中，BI為脆性指數(shù)，無量綱；Vqtz、Vcalc、Vdolo、Vclay分別為元素俘獲測井/巖性掃描測井提供的石英、方解石、白云石和黏土礦物的含量，v/v。

盡管彈性參數(shù)楊氏模量和泊松比并非是直接反映巖石脆性的參數(shù)，但在巖石力學(xué)范疇內(nèi)，楊氏模量越大，泊松比越小，巖石脆性越好[26]，故而也可基于楊氏模量和泊松比進(jìn)行巖石脆性評(píng)價(jià)，計(jì)算公式見式(11)-式(13)[27]：

式中，E、Emax、Emin分別為巖石的楊氏模量、目的層楊氏模量最大值和最小值，GPa；μ、μmax、μmin分別為巖石的泊松比、目的層泊松比最大值和最小值，無量綱。利用彈性參數(shù)評(píng)價(jià)脆性指數(shù)，關(guān)鍵是利用高精度密度測井以及偶極橫波測井/聲波掃描測井獲取高精度楊氏模量和泊松比等巖石彈性參數(shù)。同時(shí)，注意動(dòng)靜態(tài)彈性參數(shù)轉(zhuǎn)換。

2.7 水平地應(yīng)力和各向異性評(píng)價(jià)

水平地應(yīng)力和各向異性評(píng)價(jià)之所以是致密油氣評(píng)價(jià)的重點(diǎn)內(nèi)容之一，首先基于致密油儲(chǔ)層的開發(fā)方式，必須采用水平井和大型體積壓裂，另外，水平地應(yīng)力方位、大小及各向異性等參數(shù)也是水平井井眼軌跡優(yōu)化和壓裂方案設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。通過微電阻率成像測井圖像上拾取的鉆井誘導(dǎo)縫和井壁崩落參數(shù)，確定出最大水平主應(yīng)力σH和最小水平主應(yīng)力σh的大小和方位[28]。在應(yīng)力誘發(fā)的聲波各向異性地層中，快慢橫波頻散曲線交叉[29]，此時(shí)，利用聲波掃描測井得到的快橫波的傳播方向與σH方向一致，但需要指出的是，當(dāng)存在多種引起聲學(xué)各向異性機(jī)理存在時(shí)，快橫波傳播方向?qū)⒉荒茏鳛榕袛唳襀方向的充分依據(jù)。

利用僅有的兩口井的聲波掃描測井資料，基于巖石力學(xué)巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定的相關(guān)關(guān)系確定靜態(tài)楊氏模量、單軸抗壓強(qiáng)度等參數(shù)，采用考慮各向異性的孔隙彈性公式計(jì)算最小水平主應(yīng)力及最大水平主應(yīng)力[30]，見式(14)、式(15)：

式中，E為巖石的楊氏模量，GPa；μ為巖石的泊松比，無量綱；σV為上覆巖層壓力，GPa；Pp為孔隙壓力，GPa；α為比奧彈性系數(shù)；βx和βy分別為最小水平主應(yīng)力及最大水平主應(yīng)力方向上的應(yīng)變，主要用來刻畫由于構(gòu)造應(yīng)力產(chǎn)生的額外的水平地應(yīng)力。與基于一維巖石力學(xué)模型所預(yù)測的井壁崩落和井徑曲線確定的最大水平主應(yīng)力對(duì)比，驗(yàn)證了巖石力學(xué)模型的準(zhǔn)確性。

研究表明，J1井和J2井的巖石剛度明顯高于Q1井，表明研究區(qū)域北部和南部有明顯不同的力學(xué)特征；聲波掃描測井結(jié)果表明，地層在青一段有明顯各向異性，但在儲(chǔ)層段的各向異性并不明顯；J1井和J2井σH明顯高于σV，有明顯走滑斷層應(yīng)力區(qū)的特征，而Q1井表現(xiàn)為正斷層應(yīng)力特征，見表1。因此，在水力壓裂設(shè)計(jì)施工中采用不同的工藝：Q1井σH和σh差別小，楊氏模量低，有天然裂縫發(fā)育，考慮加大支撐劑粒徑、濃度，并加大滑溜水用量，提供復(fù)雜縫網(wǎng)的形成規(guī)模；J1和J2井σH和σh差較大，楊氏模量較高，加之裂縫不發(fā)育，不容易形成復(fù)雜縫網(wǎng)，但脆性較高，裂縫延伸相對(duì)容易，需要考慮采用更高強(qiáng)度及粒徑稍小的支撐劑，壓裂則以交聯(lián)液為主，提高攜砂能力及近井裂縫寬度。

3 綜合實(shí)例分析

對(duì)于高臺(tái)子致密油含油性評(píng)價(jià)，首先識(shí)別儲(chǔ)層，然后計(jì)算和分析儲(chǔ)層品質(zhì)參數(shù)和烴源巖參數(shù)，結(jié)合巖心、試油和測井綜合解釋，劃分儲(chǔ)層級(jí)別：I、II、III類致密油儲(chǔ)層，見表2。致密油的評(píng)價(jià)還要把儲(chǔ)層類別與TOC在縱向上的分布關(guān)系聯(lián)系起來，分析表明：儲(chǔ)層越是與高TOC值相鄰或內(nèi)嵌于高TOC地層中，儲(chǔ)層含油性越好，這也體現(xiàn)致密油特征之一。應(yīng)用南北兩個(gè)解釋模型，精細(xì)處理解釋研究區(qū)域內(nèi)20口井?？傮w上，從北至南，見圖6，儲(chǔ)層變薄，黏土含量增加，非均質(zhì)性增強(qiáng)，儲(chǔ)層變差。縱向上發(fā)育兩套高有機(jī)碳含量地層，分別位于高三、高四組底部。高三組地層，南部地層有機(jī)碳含量明顯高于北部，北部為區(qū)域內(nèi)有利儲(chǔ)層，高四組地層有機(jī)碳含量變化較小，主要是在底部尋找砂巖發(fā)育帶。

表1 巖石力學(xué)參數(shù)對(duì)比Table 1 The comparison of geomechanical parameters

表2 儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The classi fi cation of tight oil reservoirs

圖6從北至南5口井致密油儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)成果圖Fig. 6 The comprehen sive evaluation result charts of the tight oil reservoir of fi ve wells from northto south area

4 結(jié)論

在巖心分析、試油等資料基礎(chǔ)上，借助“無源三組合”測井、聲波掃描測井、微電阻率成像測井等特殊測井項(xiàng)目，結(jié)合傳統(tǒng)“三組合”測井技術(shù)，總結(jié)出了陸相致密油測井評(píng)價(jià)思路。

綜合應(yīng)用微電阻率成像測井高空間分辨率特點(diǎn)，進(jìn)行精細(xì)的薄層分析，并建立了薄互層識(shí)別的方法和模型，解決了常規(guī)測井薄層分辨率低的難題。

巖性掃描測井為復(fù)雜致密油地層提供了精確礦物成分、骨架參數(shù)，還直接提供有機(jī)碳含量，避免了常規(guī)測井計(jì)算的不確定性。同時(shí)，精確的礦物組分為脆性評(píng)價(jià)參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。

聲波掃描測井不僅用以計(jì)算水平主應(yīng)力大小，還可提供水平主應(yīng)力方位和各向異性信息，為評(píng)價(jià)儲(chǔ)層可壓裂性提供了有利依據(jù)。

綜合各種資料，對(duì)20口關(guān)鍵井進(jìn)行了儲(chǔ)層精細(xì)測井評(píng)價(jià)，建立了儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)。分析認(rèn)為，較好的烴源巖發(fā)育在青一段、高四組和高三組底部，有效的致密油儲(chǔ)層位于高四組和高三組底部。

[1] BRUCE J. Bakken black gold[N]. Leader-Poster, 2007-12-10(6).

[2] 賈承造, 鄭民, 張永峰. 中國非常規(guī)油氣資源與勘探開發(fā)前景[J]. 石油勘探與開發(fā), 2012, 39(2): 129-136. [JIA C Z, ZHENG M, ZHANG Y F. Unconventional hydrocarbon resources in China and the prospect of exploration and development[J]. Petroleum Exploration and Development, 2012,39(2): 129-136.]

[3] 鄒才能, 楊智, 朱如凱, 等. 中國非常規(guī)油氣勘探開發(fā)與理論技術(shù)進(jìn)展[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 2015, 89(6): 979-1007. [ZOU C N, YANG Z, ZHU R K, et al. Progress in China’s unconventional oil & gas exploration and development and theoretical technologies[J]. Acta Geologica Sinica, 2015, 89(6): 979-1007.]

[4] SCHMOKER J W. Organic content of Devonian shale in western Appalachian Basin[J]. AAPG Bulletin, 1980, 64(12): 2156-2165.

[5] SCHMOKER J W. Determination of organic-matter content of Appalachian Devonian shales from gamma-ray logs[J]. AAPG Bulletin, 1981, 65(7): 1285-1298.

[6] FLOWER J G. Use of sonic-shear-wave/resistivity overlay as a quick-look method for identifying potential pay zones in the Ohio(Devonian) Shale[J]. Journal of Petroleum Technology, 1983, 35(3): 638-642.

[7] MEYER B L, NEDERLOF M H. Identi fi cation of source rock on wireline logs by density/resistivity and sonic transit time/resistivity crossplot[J]. AAPG Bulletin, 1984, 68(2): 121-129.

[8] PASSEY Q R, CREANEY S, KULLA J B, et al. A practical model for organic richness from porosity and resistivity logs[J]. AAPG Bulletin, 1990, 74(12): 1777-1794.

[9] 王貴文, 朱振宇, 朱廣宇. 烴源巖測井識(shí)別與評(píng)價(jià)方法研究[J]. 石油勘探與開發(fā), 2002, 29(4): 50-52. [WANG G W, ZHU Z Y, ZHU G Y. Logging identi fi cation and evaluation of Cambrian-Ordovician source rocks in syneclise of Tarim basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 2002, 29(4): 50-52.]

[10] 焦翠華, 王清輝, 徐懷民, 等. 準(zhǔn)東地區(qū)北部二疊系致密油藏?zé)N源巖測井評(píng)價(jià)[J]. 新疆石油地質(zhì), 2013, 34(5): 524-527. [JIAO C H, WANG Q H, XU H M, et al. The logging evaluation of source rocks in Permian tight oil reservoir in Northern East Junggar basin[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 2013, 34(5): 524-527.]

[11] 施立志, 王卓卓, 張革, 等. 松遼盆地齊家地區(qū)致密油形成條件與分布規(guī)律[J]. 石油勘探與開發(fā), 2015, 42(1): 44-50. [SHI L Z, WANG Z Z, ZHANG G, et al. Distribution and formation of tight oil in Qijia area, Songliao Basin, NE China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2015, 42(1): 44-50.]

[12] 施立志, 王卓卓, 張永生. 松遼盆地齊家地區(qū)高臺(tái)子油層致密油分布及地質(zhì)特征[J]. 天然氣地球科學(xué), 2014, 25(12): 1943-1950. [SHI L Z, WANG Z Z, ZHANG Y S. Distribution and geological characteristics of tight oil in Gaotaizi oil layer of Qijia area, Songliao Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2014, 25(12): 1943-1950.]

[13] 劉傳平, 鐘淑敏, 謝鵬, 等. 大慶油田高臺(tái)子致密油測井評(píng)價(jià)方法研究[J]. 斷塊油氣田, 2016, 23(1): 46-51. [LIU C P, ZHONG S M, XIE P, et al. Logging evaluation method for tight oil sandstone reservoir in Gaotaizi Formation[J]. Fault-block Oil & Gas Field, 2016, 23(1): 46-51.]

[14] 陶婕, 柯式鎮(zhèn), 尹成芳. 新視界: 斯倫貝謝高清微電阻率成像儀FMI-HD[J]. 國外測井技術(shù), 2013(6): 67-68. [TAO J, KE S Z, YIN C F. New viewer: Schlumberger FMI-HD High-De fi nition Formation MicroImager[J]. World Well Logging Technology, 2013(6): 67-68.]

[15] 尹成芳, 柯式鎮(zhèn). 斯倫貝謝新型高清晰度能譜測井儀-Litho Scanner的崛起[J]. 國外測井技術(shù), 2012(6): 73-74. [YIN C F, KE S Z. Schlumberger new high de fi nition spectrum well logging toolrise of LithoScanner[J]. World Well Logging Technology, 2012(6): 73-74.]

[16] RADTKE R J, LORENTE M, ADOLPH B, et al. A new capture and inelastic spectroscopy tool takes geochemical logging to the next level[C]. SPWLA 53rdAnnual Logging Symposium, Cartagena, Colombia, 2012.

[17] HOOK P, FAIRHURST D, RYLANDER E, et al. Improved precision magnetic resonance acquisition:application to shale evaluation[C]. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Denver, USA, 2011.

[18] 趙政璋, 杜金虎, 鄒才能, 等. 致密油氣[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2012. [ZHAO Z Z, DU J H, ZOU C N, et al. Tight oil and gas[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2012.]

[19] 尤源, 牛小兵, 馮勝斌, 等. 鄂爾多斯盆地延長組長7致密油儲(chǔ)層微觀孔隙特征研究[J]. 中國石油大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2014, 38(6): 18-23. [YOU Y, NIU X B, FENG S B, et al. Study of pore features in Chang7 tight oil reservoir, Yanchang layer, Ordos Basin[J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science), 2014, 38(6): 18-23.]

[20] 李潮流, 李長喜, 候雨庭, 等. 鄂爾多斯盆地延長組長7段致密儲(chǔ)集層測井評(píng)價(jià)[J].石油勘探與開發(fā), 2015, 42(5): 608-614. [LI C L, LI C X, HOU Y T, et al. Well logging evaluation of Triassic Chang 7 Member tight reservoirs, Yanchang Formation, Ordos Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2015, 42(5): 608-614.]

[21] MEHDI H, HENRI B, BENOIT D, et al. Dielectric dispersion: a new wireline petrophysical Measurement[C]. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Denver, USA, 2008.

[22] CRADDOCK P, HERRON S L, BADRY R, et al. Hydrocarbon saturation from total organic carbon logs derived from inelastic and capture nuclear spectroscopy[C]. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, 2013, SPE 166297.

[23] 袁超, 周燦燦, 胡松, 等. 地層有機(jī)碳含量測井評(píng)價(jià)方法綜述[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展, 2014, 29(6): 2831-2837. [YUAN C, ZHOU C C, HU S, et al. Summary on well logging evaluation method of total organic carbon content in formation[J]. Progress in Geophysics, 2014, 29(6): 2831-2837.]

[24] TUCKER M E. Sedimentary petrology: an introduction to the origin of sedimentary rocks(third edition)[M]. Oxford: Blackwell Science, 2001.

[25] 穆永利, 陳建, 張麗華, 等. 致密油儲(chǔ)層測井評(píng)價(jià)及研究[J]. 長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2015, 12(32): 21-26. [MU Y L, CHEN J, ZHANG L H, et al. Well logging evaluation and study of tight oil reservoirs[J]. Journal of Yangtze University (Natural Science Edition), 2015, 12(32): 21-26.]

[26] 李華陽, 周燦燦, 李長喜, 等. 致密砂巖脆性指數(shù)測井評(píng)價(jià)方法—以鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長7段致密砂巖儲(chǔ)集層為例[J]. 新疆石油地質(zhì), 2014, 35(5): 593-597. [LI H Y, ZHOU C C, LI C X, et al. Logging evaluation and application of brittleness index in tight sandstone reservoir[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 2014, 35(5): 593-597.]

[27] 楊雪冰, 李慶峰, 李文志, 等. 聲波測井技術(shù)在非常規(guī)致密油藏儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]. 應(yīng)用聲學(xué), 2014, 33(1): 16-22. [YANG X B, LI Q F, LI W Z, et al. The application of acoustic logging technologies in the unconventional dense reservoir[J]. Journal of Applied Acoustics, 2014, 33(1): 16-22.]

[28] 劉之的, 夏宏泉, 湯小燕, 等. 成像測井資料在地應(yīng)力計(jì)算中的應(yīng)用[J]. 西南石油學(xué)院學(xué)報(bào), 2005, 27(4): 9-12. [LIU Z D, XIA H Q, TANG X Y, et al. The application of the formation stress calculation using image well logging data[J]. Journal of Southwest petroleum institute, 2005, 27(4): 9-12.]

[29] ARROYO FRANCO J L, MERCADO ORTIZ M A, GOPA S D, et al. Sonic investigations in and around the borehole[J]. Oilfield Review, 2006, 21(1):14-33.

[30] 王冬梅, 吳廣民. 地層壓力計(jì)算模型及其現(xiàn)場應(yīng)用[J]. 大慶石油地質(zhì)與開發(fā), 2007, 26(4): 84-87. [WANG D M, WU G M. Formation pressure calculation model and its fi eld application[J]. Petroleum Geology and Oil fi eld Development in Daqing, 2007, 26(4): 84-87.]

Application of new well logging technology in the evaluation of “seven properties” of continental tight oil: A case study on the Gaotaizi oil layer in the Northern Songliao Basin

YIN Chengfang1,2, KE Shizhen1,2, JIANG Ming1,2, KANG Zhengming1,2, WANG Weidong1,2, SUN Xu1,2, ZHENG Shutong1,2
1 State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China 2 College of Geophysics and Information Engineering, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China

The continental tight oil reservoirs in China have complex lithology, complicated pore structure and strong hetero-geneity, etc. It is dif fi cult to evaluate the “seven properties” i.e. lithology, reservoir quality, electrical properties, petroliferous properties, source rock properties, brittleness and in-situ stress anisotropy with conventional well logs. An evaluation idea takes the advantages of new well logging technology combined with the conventional well logs so that the evaluation of “three qualities”, i.e. the quality of the hydrocarbon source rocks, the quality of the reservoir and the quality of the engineering can be carried out. Based on the above-mentioned idea, well J2 and Q1 of Q region in Songliao Basin are evaluated with relatively complete new well logging data. The models of “seven properties” evaluation are built in order to evaluate the wells with the conventional well data. The data of 20 old wells are processed with the models in the same work area, achieving desirable results. In the end, the reservoir classi fi cation standard is preliminary established on the basis of fi ne logging evaluation and a continental tight oil evaluation system is formed accordingly. Comparing with the conventional well logs, new logging technology will provide great support for the further work of continental tight oil exploration and development.

new well logging technology; continental tight oil; seven properties evaluation; three qualities; logging evaluation

10.3969/j.issn.2096-1693.2017.01.004

(編輯 付娟娟)

*通信作者, wksz@cup.edu.cn

2016-09-05

尹成芳, 柯式鎮(zhèn), 姜明, 康正明, 王偉東, 孫旭, 鄭樹桐. 測井新技術(shù)在陸相致密油“七性”評(píng)價(jià)中的應(yīng)用——以松遼盆地北部高臺(tái)子油層為例. 石油科學(xué)通報(bào), 2017, 01: 32-43

YIN Chengfang, KE Shizhen, JIANG Ming, KANG Zhengming, WANG Weidong, SUN Xu, ZHENG Shutong. Application of new well logging technology in the evaluation of“ seven properties” of continental tight oil: A case study on the Gaotaizi oil layer in the Northern Songliao Basin. Petroleum Science Bulletin, 2017, 01: 32-43. doi: 10.3969/j.issn.2096-1693.2017.01.004