瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲集層巖石物理特征及測井評價
——以四川盆地安岳氣田寒武系龍王廟組為例

賴強，謝冰，吳煜宇，黃科，劉興剛，金燕，羅文軍，梁濤

（中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041）

瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲集層巖石物理特征及測井評價
——以四川盆地安岳氣田寒武系龍王廟組為例

賴強，謝冰，吳煜宇，黃科，劉興剛，金燕，羅文軍，梁濤

（中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041）

基于瀝青溶解前后巖心樣品的物性、密度、縱橫波時差、電阻率和核磁共振等實驗，對瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲集層的巖石物理特征和測井響應(yīng)特征進(jìn)行了研究。實驗表明：①瀝青會破壞儲集層的孔隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致儲集層有效儲集空間減小、滲透性降低；②隨著瀝青含量的增加，縱橫波時差普遍減小，而密度和電阻率值則普遍增大；③隨著瀝青含量增加，縱波時差和密度變化相對較小，而橫波時差和電阻率變化相對較大；④瀝青核磁共振橫向馳豫時間（T2）普遍小于3 ms，且瀝青成熟度越高，T2值越小。據(jù)此提出基于常規(guī)與特殊測井相結(jié)合的瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲集層的瀝青含量、有效孔隙度和含水飽和度評價方法，并應(yīng)用于四川盆地安岳氣田80多口氣井的寒武系龍王廟組碳酸鹽巖儲集層，劃分出瀝青平面富集區(qū)帶，可作為氣藏開發(fā)井井位部署的依據(jù)。圖8表3參12

四川盆地；寒武系龍王廟組；瀝青；碳酸鹽巖儲集層；核磁共振測井；巖石物理；測井評價

0 引言

儲集層中的瀝青在地層條件下為高黏度液態(tài)至固態(tài)，占據(jù)儲集層的部分儲集空間，破壞儲集層的孔隙結(jié)構(gòu)，不僅會減小儲集層的孔隙度，還會大幅度降低儲集層的滲透率[1]，嚴(yán)重影響儲集層的物性及產(chǎn)能，因此，瀝青識別及其含量確定對瀝青質(zhì)儲集層測井評價十分重要。

國內(nèi)外很多學(xué)者對瀝青的研究主要集中在瀝青的形成機理與成因判識、地球化學(xué)特征、分布特征及其對儲集層儲集性能的影響等方面[1-8]，但對瀝青質(zhì)儲集層巖石物理特征及瀝青測井評價方法研究則相對較少。章成廣等對瀝青質(zhì)砂巖儲集層巖電參數(shù)進(jìn)行了研究，并給出了巖電參數(shù)和孔滲校正公式[9]；陳明江等提出利用自然伽馬與中子-密度交會法計算儲集層泥質(zhì)含量的差值作為儲集層瀝青相對含量，并建立瀝青質(zhì)砂巖儲集層有效孔隙度及滲透率校正模型[10]。上述瀝青測井評價方法在瀝青質(zhì)砂巖儲集層油氣勘探中均發(fā)揮了重要作用，但對于瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲集層測井評價的適用性具有局限性。

本文提出一種常規(guī)與特殊測井相結(jié)合的瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲集層測井評價方法，并應(yīng)用于四川盆地安岳氣田寒武系龍王廟組碳酸鹽巖儲集層評價，有效指導(dǎo)測井資料采集優(yōu)化及試氣選層，可作為氣藏開發(fā)井井位部署的依據(jù)。

1 巖石物理特征

選取四川盆地安岳氣田龍王廟組16塊含瀝青碳酸鹽巖巖心樣品，進(jìn)行瀝青溶解前后孔隙度、滲透率、密度、縱橫波時差、電阻率及核磁共振等實驗，分析瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲集層的巖石物理特征。

1.1 物性特征

表1給出了16塊巖樣在瀝青溶解前后孔隙度和滲透率值，可以看出瀝青溶解后巖樣物性明顯變好，孔隙度增加 0.25%～2.20%，平均增加 1.01%，增幅達(dá)19%；滲透率增加（0.002～0.091）×10?3μm2，平均增加 0.04×10?3μm2，增幅達(dá) 67.3%。由此可見，瀝青對儲集層物性影響較大，不僅會減小儲集層有效孔隙度，而且會大幅降低儲集層滲透性。

表1 瀝青溶解前后巖樣孔隙度、滲透率值對比

1.2 縱橫波時差特征

表2給出了16塊巖樣在瀝青溶解前后飽含水時縱波、橫波時差值，可見瀝青溶解后巖樣縱橫波時差普遍增大；其中縱波時差增大幅度較小，相對增大幅度平均值不足1%，而橫波時差增大幅度相對較大，相對增大幅度平均值達(dá)8.4%；因此，可認(rèn)為瀝青對縱波時差影響較小，但對橫波時差影響較大。

1.3 密度和電阻率特征

經(jīng)實驗室測量龍王廟組焦質(zhì)瀝青密度在1.3 g/cm3左右，介于地層流體與骨架密度之間；同時瀝青屬于不導(dǎo)電的碳?xì)浠衔?，電阻率很高。瀝青溶解后樣品密度降低 0.009～0.032 g/cm3，相對降低幅度 0.3%～1.1%，表明瀝青對密度影響相對較小。同時瀝青溶解后電阻率降低明顯，相對降低幅度24.1%～86.5%，由此可見，瀝青對電阻率影響較大（見表3）。

1.4 核磁共振橫向馳豫時間（T2）譜特征

選用 3種不同成熟度瀝青干樣進(jìn)行核磁共振橫向馳豫時間T2值測試，考慮到瀝青屬于重?zé)N，T2值較小，為有效探測到瀝青干樣核磁共振信號，對核磁共振實驗參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，回波間隔時間采用 0.2 ms，等待時間設(shè)為6 s，掃描次數(shù)設(shè)為256次。實驗結(jié)果如圖1所示，可以看出瀝青核磁共振橫向馳豫時間一般小于3 000 μs，主峰小于 1 000 μs，與黏土束縛水T2值分布區(qū)間重疊；瀝青成熟度越高，T2譜峰越靠前。因此可以認(rèn)為核磁共振有效孔隙度（T2值大于3 000 μs）不包含瀝青信號，反映的是儲集層有效儲集空間大小。

上述實驗結(jié)果表明：瀝青對儲集層測井響應(yīng)的影響差異較大，對縱波時差、密度的影響相對較小，而對橫波時差、電阻率的影響則相對較大；瀝青核磁共振T2值則隨著瀝青成熟度增加而減小。因此，對于含瀝青碳酸鹽巖儲集層，按不含瀝青儲集層的測井評價方法計算的有效孔隙度、含氣飽和度會偏高，進(jìn)而導(dǎo)致測井綜合解釋出現(xiàn)誤判。

表2 瀝青溶解前后巖樣飽含水時縱、橫波時差值對比

表3 瀝青溶解前后巖樣飽含水時密度、電阻率值對比

圖1 不同成熟度瀝青干樣核磁共振T2譜特征

2 測井評價方法

2.1 瀝青定性識別

上述實驗表明電阻率對瀝青響應(yīng)很敏感，可以作為判識儲集層是否含有瀝青的主要參數(shù)；但在地層條件下，電阻率參數(shù)同時也受巖性、物性及流體性質(zhì)等因素影響，單獨采用電阻率參數(shù)識別瀝青具有多解性。因此，在實際應(yīng)用中，應(yīng)綜合考慮地層環(huán)境因素的影響建立瀝青識別圖版。

由于龍王廟組巖性為白云巖，應(yīng)首先排除巖性差異導(dǎo)致的電阻率變化；其次考慮儲集層物性及天然氣對電阻率的影響，選用氣井的富含瀝青段和不含瀝青層段測井響應(yīng)數(shù)據(jù)繪制縱波時差與電阻率交會圖（見圖 2）。由交會圖可以明顯看出，在縱波時差大小即儲集層孔隙度基本相同的前提下，受瀝青影響，含氣層段電阻率明顯增高，縱波時差與電阻率之間關(guān)系表現(xiàn)為電阻率隨聲波時差增大而增加或基本保持不變，與不含瀝青氣層段聲波與電阻率關(guān)系的雙曲線特征存在較大差異。

據(jù)此在縱波時差與電阻率關(guān)系圖中擬合一條分界線，并回歸出分界線方程（（1）式），利用縱波時差反算一條電阻率曲線，當(dāng)實測電阻率值高于縱波時差反算值，表明儲集層中富含瀝青。

分界線方程：

圖2 縱波時差-電阻率交會圖

根據(jù)擬合結(jié)果，參數(shù)a1為-1.95，a2為55 787。

2.2 瀝青含量及有效孔隙度定量評價

計算地層中的瀝青含量是為了更準(zhǔn)確評價儲集層中有效儲集空間的大小，但利用常規(guī)測井資料無法通過計算地層中的瀝青含量來準(zhǔn)確推算有效孔隙度。本文將常規(guī)測井與核磁共振、陣列聲波測井資料相結(jié)合，建立了兩種瀝青含量及有效孔隙度定量評價方法。

2.2.1 常規(guī)測井孔隙度與核磁共振孔隙度重疊法

基于瀝青質(zhì)巖石樣品的巖石物理特征，分別建立了常規(guī)和核磁共振測井孔隙度解釋模型（見圖3）。常規(guī)測井孔隙度解釋模型把瀝青當(dāng)作有效儲集空間的一部分，導(dǎo)致在富含瀝青質(zhì)儲集層段測井計算的有效孔隙度偏高；而核磁共振測井孔隙度解釋模型則把瀝青作為無效孔隙的一部分，核磁共振有效孔隙度基本不受瀝青影響，真實反映了儲集層有效孔隙度大小，因此，可認(rèn)為常規(guī)與核磁共振測井有效孔隙度之差在一定程度上等于儲集層中瀝青質(zhì)含量大小。

圖3 瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲集層常規(guī)測井與核磁共振測井孔隙度解釋模型

根據(jù)現(xiàn)場測井資料，常規(guī)有效孔隙度主要采用聲波地層因素公式計算（（2）式），經(jīng)現(xiàn)場巖心刻度，公式（2）中參數(shù)d值為2。

2.2.2 常規(guī)測井孔隙度與橫波孔隙度重疊法

研究表明，利用橫波時差計算地層的孔隙度是可行的[11-12]。橫波時差受孔隙流體影響較小，主要受地層巖性影響。由于龍王廟組巖性單一，泥質(zhì)含量極低（小于 5%）；因此，通過進(jìn)行覆壓和氦孔校正后繪制出巖心孔隙度與實測橫波時差交會圖（見圖 4），建立橫波時差孔隙度計算公式（（3）式）。

根據(jù)擬合結(jié)果，參數(shù)b1為2.58，b2為279.39。實際計算結(jié)果表明，在不含瀝青儲集層段利用橫波時差計算孔隙度與常規(guī)測井計算孔隙度基本相當(dāng)；而在富含瀝青層段，橫波時差值異常減小，導(dǎo)致利用橫波時差計算的孔隙度將明顯低于常規(guī)測井計算孔隙度，反映了地層中沒有被瀝青充填的有效孔隙度大小，可以認(rèn)為常規(guī)測井計算孔隙度與橫波時差計算孔隙度兩者之間的差值正好等于儲集層中瀝青含量的大小。

圖4 巖心分析孔隙度與橫波時差關(guān)系圖

2.3 含水飽和度計算

對于瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲集層，采用阿爾奇公式計算含水飽和度時，孔隙度應(yīng)采用瀝青校正后的有效孔隙度，與此同時必須考慮瀝青對電阻率及其他巖石電學(xué)參數(shù)的影響。

2.3.1 電阻率瀝青校正

實驗表明瀝青會導(dǎo)致儲集層電阻率增高，進(jìn)而使測井計算含氣飽和度偏高，容易導(dǎo)致儲集層流體性質(zhì)誤判，因此需要對電阻率進(jìn)行瀝青校正。根據(jù)實驗室測得的瀝青含量與電阻率變化之間的關(guān)系（見圖5）可以看出，電阻率隨儲集空間中瀝青含量的增多以及所占體積比例的增大而增大。當(dāng)瀝青含量小于2%時，電阻率增加幅度較緩，而當(dāng)瀝青含量大于2%后，電阻率增加幅度明顯。

圖5 瀝青含量與電阻率變化量關(guān)系圖

建立的電阻率瀝青校正模型為：

根據(jù)擬合結(jié)果，參數(shù)c1為 30.6，c2為-107.7，c3為159.3。利用該模型，并結(jié)合上述瀝青含量計算方法就可以對瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲集層的電阻率進(jìn)行校正，為儲集層含氣飽和度計算奠定基礎(chǔ)。

2.3.2 巖石電學(xué)參數(shù)確定

瀝青溶解前巖石電學(xué)實驗分析結(jié)果表明，孔隙度與地層因素、電阻率增大系數(shù)與含水飽和度在雙對數(shù)坐標(biāo)圖中都具有較好的線性相關(guān)性（見圖6）。

圖6 瀝青溶解前巖電實驗結(jié)果

為此，可以對瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲集層測井資料采集進(jìn)行優(yōu)化：首先利用常規(guī)測井資料快速定性識別瀝青質(zhì)儲集層；其次，根據(jù)瀝青儲集層發(fā)育情況及現(xiàn)場生產(chǎn)需求建議加測核磁共振或陣列聲波測井（二選一），以達(dá)到準(zhǔn)確評價瀝青質(zhì)儲集層有效孔隙度及含氣飽和度的目的。對于新探區(qū)，建議至少測量2～3口巖性掃描測井，為方法建立及檢驗提供依據(jù)。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 新井跟蹤評價

X53井為龍王廟組的一口甩開預(yù)探井，圖7為X53井龍王廟組儲集層測井解釋成果圖。從圖上可以看出，5 189～5 207 m層段利用縱波時差反算的電阻率值明顯低于實測深側(cè)向電阻率值，常規(guī)測井與核磁共振測井孔隙度差異較大，判識為瀝青富集層段。經(jīng)計算瀝青質(zhì)含量范圍為0.1%～3.1%，平均值為1.4%，經(jīng)孔隙度及電阻率瀝青校正后，儲集層段5 191.0～5 199.5 m有效孔隙度為2.97%，含水飽和度為32.7%，測井綜合解釋為差氣層；儲集層段5 200.5～5 207.0 m有效孔隙度為2.78%，含水飽和度為51.3%，測井綜合解釋為水層。對層段5 189～5 207 m酸化壓裂測試，產(chǎn)微氣，日產(chǎn)水 5.4 m3，試氣結(jié)論為含氣水層，分析產(chǎn)水段為測井解釋水層段。

據(jù)2015—2016年龍王廟組完鉆井測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計，共計測試23口井，試氣79層，測井綜合解釋符合率為97.5%。

3.2 瀝青平面分布

基于研究區(qū)內(nèi)80多口井龍王廟組瀝青含量計算結(jié)果（見圖 8）可以看出，龍王廟組瀝青含量為 0.1%～3.0%。相對高石梯區(qū)塊，磨溪區(qū)塊主體儲集層瀝青含量相對較高，其中磨溪22井—磨溪103井—磨溪202井—磨溪46井—磨溪107井—磨溪29井—磨溪207井一帶為瀝青富集區(qū)帶，氣藏的破壞程度相對較高，下一步龍王廟組氣藏開發(fā)應(yīng)引起注意。

圖7 X53井龍王廟組儲集層測井評價圖

圖8 高石梯—磨溪地區(qū)龍王廟組瀝青含量平面分布圖

4 結(jié)論

瀝青占據(jù)著儲集層的部分儲集空間，不僅減小儲集層的孔隙度，還破壞儲集層孔隙結(jié)構(gòu)，并大大降低儲集層的滲透性，嚴(yán)重影響了儲集層的物性及產(chǎn)能。實驗表明：①瀝青會破壞儲集層的孔隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致儲集層有效儲集空間和滲透性降低；②隨著瀝青含量的增加，縱橫波時差普遍減小，而密度和電阻率值則普遍增大；③縱波時差、密度隨著瀝青含量增加變化相對較小，而橫波時差、電阻率變化相對較大；④瀝青核磁共振T2值普遍小于3 ms，瀝青成熟度越高，核磁共振T2值越小。據(jù)此提出一種基于常規(guī)與特殊測井相結(jié)合的瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲集層的瀝青含量、有效孔隙度和含水飽和度評價方法，并基于四川盆地安岳氣田寒武系龍王廟組氣藏80多口井的資料劃分出瀝青平面富集區(qū)帶，為試油層位優(yōu)選及油氣開發(fā)措施制定提供可靠的依據(jù)。

符號注釋：

a1，a2，b1，b2，c1，c2，c3，d——常數(shù)；R——相關(guān)系數(shù)；Rtac——聲波反算電阻率，?·m；Rtj——瀝青校正后電阻率，?·m；T2——核磁共振橫向馳豫時間，ms；Vl——測井計算瀝青含量，%；φc——常規(guī)測井孔隙度，%；Δt——縱波時差，μs/m；Δtma——巖石骨架縱波時差，μs/m；Δts——橫波時差，μs/m；φt——巖心孔隙度，%。

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Petrophysical characteristics and logging evaluation of asphaltene carbonate reservoirs: A case study of the Cambrian Longwangmiao Formation in Anyue gas field, Sichuan Basin

LAI Qiang, XIE Bing, WU Yuyu, HUANG Ke, LIU Xinggang, JIN Yan, LUO Wenjun, LIANG Tao
(Exploration and Development Research Institute,PetroChina Southwest Oil & Gas Field Company,Chengdu610041,China)

The petrophysical and logging response characteristics of asphaltene carbonate reservoirs were examined based on the measurement of porosity and permeability, density, compressional and shear wave slowness, resistivity and Nuclear Magnetic Resonance transverse relaxation time (T2) of cores before and after the bitumen dissolving. The results show that (1) the asphalt can damage the pore structure of the reservoir and cause reduction of effective reservoir space and permeability; (2) with the increase of asphalt content, the compression and shear wave slowness generally decrease while the density and resistivity increase; (3) with the increase of asphalt content, the compressional wave slowness and density change less, while the shear wave slowness and resistivity change larger; and (4)theT2values of asphalt are generally less than 3 ms, and the higher the maturity of the asphalt, the lower theT2value. Based on these experiments, a method based on conventional and special logging methods was presented to evaluate asphalt content, effective porosity and water saturation in asphaltene carbonate reservoirs. The method has already been applied to 80 wells in the Longwangmiao Formation of the Anyue gas field in the Sichuan Basin to pick out zones rich in asphalt on the plane, which has effectively guided the selection of well location in the gas reservoir development.

Sichuan Basin; Cambrian Longwangmiao Formation; asphalt; carbonate reservoir; nuclear magnetic resonance logging;petrophysical properties; logging evaluation

國家“十三五”科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”（2016ZX05015-003，2016ZX05052-001）

TE122.2

A

1000-0747(2017)06-0889-07

10.11698/PED.2017.06.06

賴強, 謝冰, 吳煜宇, 等. 瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲集層巖石物理特征及測井評價: 以四川盆地安岳氣田寒武系龍王廟組為例[J]. 石油勘探與開發(fā), 2017, 44(6): 889-895.

LAI Qiang, XIE Bing, WU Yuyu, et al. Petrophysical characteristics and logging evaluation of asphaltene carbonate reservoirs: A case study of the Cambrian Longwangmiao Formation in Anyue gas field, Sichuan Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(6): 889-895.

賴強（1979-），男，重慶璧山人，碩士，中國石油西南油氣田公司高級工程師，主要從事測井資料解釋及方法研究。地址：四川省成都市高新區(qū)天府大道北段12號，中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所，郵政編碼：610041。E-mail：laiqiang@petrochina.com.cn

2017-03-03

2017-10 -14

（編輯 黃昌武）