氣測資料在變質(zhì)巖潛山裂縫有效性評價(jià)及水淹層識別中的應(yīng)用

王雙龍，呂坐彬，韓雪芳，程 奇，房 娜

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引 言

由于變質(zhì)巖潛山裂縫油藏的復(fù)雜性，其裂縫有效性及水淹層的識別一直都是世界性難題，制約著該類油藏的高效開發(fā)[1-2]。DST測試無法準(zhǔn)確確定該類油藏的產(chǎn)出段及各段產(chǎn)能，生產(chǎn)測井雖然可以通過計(jì)量井下流體密度和流量等判斷儲層的深度和各段產(chǎn)能，但對于有產(chǎn)能的裂縫儲層和無產(chǎn)能的裂縫儲層，其常規(guī)測井及成像測井響應(yīng)特征相似[3-5]，因而無法通過常規(guī)測井資料識別有效裂縫(文中所指有效裂縫為具有產(chǎn)能的裂縫)；同時(shí)受巖性影響，變質(zhì)巖本身對常規(guī)測井的響應(yīng)遠(yuǎn)大于裂縫中流體性質(zhì)對常規(guī)測井的響應(yīng)，無法通過常規(guī)測井資料判斷裂縫中流體性質(zhì)。前人通過巖心、薄片、測井、微觀實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)測試等多種資料，從裂縫的充填性和切割關(guān)系、地層滲透率以及巖石彈性模量等角度定性或定量評價(jià)了裂縫有效性和計(jì)算裂縫段產(chǎn)能[6-10],但上述方法均需要以巖心或全波列測井資料為基礎(chǔ)，而在海上油田，受開發(fā)條件的制約，開發(fā)井缺少取心或全波列測井資料，無法確定有效裂縫儲層，同時(shí)隨著開發(fā)深入，老井區(qū)面臨水淹，但水淹深度無法確定，嚴(yán)重制約著該類油藏調(diào)整井的實(shí)施及挖潛。

以渤海首個(gè)投入開發(fā)的變質(zhì)巖潛山油田——錦州南油田為研究目標(biāo)，在分析生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料基礎(chǔ)上，提出了一種新的裂縫儲層有效性輔助定量判斷及水淹層識別方法，通過該方法解決了裂縫儲層有效性精細(xì)定量評價(jià)及水淹層識別難題，同時(shí)可為其他同類型油氣藏的裂縫有效性評價(jià)和水淹層識別提供借鑒。

1 油田概況

錦州南油田位于渤海遼東灣海域，是渤海油田目前開發(fā)規(guī)模最大的變質(zhì)巖裂縫油藏，主力產(chǎn)層為古近系沙河街組和太古宇變質(zhì)巖潛山。太古宇變質(zhì)巖潛山巖性主要為區(qū)域變質(zhì)的花崗片麻巖，儲集空間以中—高角度裂縫為主[11]，裂縫平均孔隙度為1.08%，滲透率為70～927 mD；變質(zhì)巖潛山地層測井曲線響應(yīng)特征具有高電阻、高密度的特征，巖屑錄井含油級別偏低，以熒光為主。縱向上，依據(jù)風(fēng)化程度及裂縫發(fā)育特征，將研究區(qū)潛山儲集層由表及里劃分為3段，分別為半風(fēng)化殼上段、半風(fēng)化殼下段及基巖段(圖1)，半風(fēng)化殼的下段為該油田主要儲集段[12]。

圖1 錦州南油田變質(zhì)巖潛山縱向分帶

Fig.1 Longitudinal zoning of the metamorphic buried-hill in Jinzhou South Oilfield

該油藏開發(fā)井分2期實(shí)施，主體區(qū)于2009年12月實(shí)施，新區(qū)塊于2014年9月實(shí)施，以水平井開發(fā)為主，潛山頂部采油、底部注水，形成頂?shù)捉诲e(cuò)的水平井注采模式，開發(fā)效果較好[13]。全區(qū)共有22口生產(chǎn)井，12口注水井，井距為500～800 m，單井高峰日產(chǎn)油量為500 m3/d，高峰采油速度為4.0%，目前該油藏采出程度為13.4%，綜合含水為43%。

2 研究區(qū)裂縫儲層及流體識別現(xiàn)狀

勘探階段，基于巖心、成像測井資料以及分析測試等多種資料，確定錦州南油田變質(zhì)巖潛山裂縫儲層劃分測井識別下限為：φ≥3.00%、Rt≤300 Ω·m，同時(shí)，根據(jù)探井的產(chǎn)出剖面測井資料確定了潛山油藏的油水界面。目前認(rèn)為油水界面之上的裂縫儲層為油層，油水界面之下的裂縫儲層為水層。

2015年新區(qū)投產(chǎn)后，部分開發(fā)井利用上述方法解釋的裂縫儲層與油藏動(dòng)態(tài)矛盾，主要表現(xiàn)為生產(chǎn)井測井解釋的裂縫儲層厚度較大，投產(chǎn)后實(shí)際產(chǎn)能較低或注水井對解釋的裂縫儲層段注水，部分井井口壓力達(dá)到14 MPa，注入困難，這表明上述方法解釋的裂縫儲層包含部分無效裂縫，需對上述方法進(jìn)一步補(bǔ)充完善；同時(shí)主體區(qū)經(jīng)過多年的開發(fā)，油水界面已經(jīng)動(dòng)態(tài)上移，但依靠測井資料無法判斷水淹深度，制約后期開發(fā)調(diào)整。

3 氣測法判別原理及適用條件分析

3.1 原理

3.1.1 氣測法評價(jià)潛山儲層有效裂縫原理

氣測錄井技術(shù)主要是通過對進(jìn)入鉆井液中的烴類氣體及液體的組分和含量進(jìn)行測量分析，判斷地層流體性質(zhì)，可間接地實(shí)現(xiàn)儲層評價(jià)[14-15]。與砂巖相比，變質(zhì)巖巖性致密，鉆井時(shí)鉆速較慢，據(jù)鉆井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，砂巖平均鉆時(shí)約為2.6 min/m，變質(zhì)巖平均鉆時(shí)約為7.1 min/m，變質(zhì)巖鉆時(shí)是砂巖的近3倍，變質(zhì)巖裂縫儲層中烴類氣體及液體有充足的時(shí)間進(jìn)入鉆井液。鉆井液中烴含量除了取決于裂縫儲層含油性外，還取決于裂縫的滲流能力，即裂縫的有效性。在相同鉆井條件下，若儲層中的裂縫為有效縫，則進(jìn)入鉆井液中的油氣較多，氣測數(shù)值高；若儲層中的裂縫為無效縫，則進(jìn)入鉆井液中的油氣較少，氣測數(shù)值低?？稍跍y井資料對裂縫儲層解釋的基礎(chǔ)上，依據(jù)氣測數(shù)值對裂縫有效性進(jìn)行判斷分析。

生產(chǎn)測井是計(jì)量裂縫儲層產(chǎn)能的重要手段，可根據(jù)生產(chǎn)測井資料與全烴氣測資料的對比對上述原理進(jìn)行驗(yàn)證。以2井為例，根據(jù)測井資料分析，1 900 m以淺的裂縫具有產(chǎn)能，為有效縫，其全烴含量也相對較高；1 900～1 960 m的裂縫段無產(chǎn)能，為無效縫，其全烴含量相對較低；1 960 m以深裂縫不再發(fā)育，為潛山內(nèi)幕段，無油氣充注，全烴值接近于0(圖2)。

3.1.2 氣測法識別變質(zhì)巖潛山水淹層原理

段仁春、孫孟茹等[16-17]詳細(xì)總結(jié)了注水油田中油層流體性質(zhì)的變化規(guī)律：隨著采出程度和水驅(qū)程度的提高，油層的含油飽和度降低，烴類物質(zhì)減少；同時(shí)，一些客觀原因造成地層壓力下降，使得原油脫氣，原油中溶解的輕烴組分?jǐn)U散而出。

對于裂縫性油藏，斷層和裂縫將油藏整體相互連通，油藏頂部采油，含油飽和度降低，輕烴組分?jǐn)U散而出；油藏底部注水，注入水沿著裂縫將剩余油驅(qū)至油藏上部，下部已水淹段由于水洗導(dǎo)致烴含量降低，氣測值降低，上部未水淹段由于剩余油以及氣態(tài)烴的存在，氣測值相對較高，這種氣測顯示必定與原始油藏狀態(tài)氣測顯示不一樣，可根據(jù)這種氣測數(shù)據(jù)的變化判斷水淹層深度，判斷水淹界面。

建立主體區(qū)早期原始油藏狀態(tài)開發(fā)井和后期已水淹狀態(tài)開發(fā)井的井深與全烴數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖可對上述原理進(jìn)行驗(yàn)證。A31H井為主體區(qū)早期的一口采油井，井底深度為1 860 m，投產(chǎn)初期日產(chǎn)油為400 m3/d，且不含水；E25H井為主體區(qū)后期的一口采油井，井底深度為1 813 m，投產(chǎn)初期日產(chǎn)油僅為10 m3/d，含水率為95%，表明主體區(qū)經(jīng)過近8 a的開發(fā)油水界面已動(dòng)態(tài)上移。建立這2口井井深與全烴數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖(圖3)。由圖3可知，原始油藏狀態(tài)下，井深與全烴數(shù)據(jù)呈連續(xù)性關(guān)系，氣測值一直相對較高，油藏水淹狀態(tài)下的全烴數(shù)據(jù)有一個(gè)明顯變化點(diǎn)，深度1 780 m以淺氣測值相對較高，1 780 m以深氣測值接近于0.0，這種全烴數(shù)據(jù)顯示與上述原理相一致。

3.2 適用條件分析

上述有效裂縫及水淹層識別方法主要依靠油層中烴含量的相對高低，但隨著開發(fā)的深入，油層中烴含量不斷變化：①隨著油藏含油飽和度下降，油層氣測值降低；②隨著注水時(shí)間的延長，水驅(qū)強(qiáng)度加強(qiáng)，水淹導(dǎo)致油層的氣測值降低，這會導(dǎo)致氣測值相對較高的有效縫表現(xiàn)為氣測值相對較低的無效縫甚至水淹的特征。因此，氣測法識別潛山有效裂縫只適用于開發(fā)早期油層，而開發(fā)中、后期由于開采和水驅(qū)導(dǎo)致油藏內(nèi)烴含量降低，上述氣測方法并不適用。

圖2 錦州南油田2井單井產(chǎn)能

圖3 錦州南油田井深與全烴數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖

4 建立有效裂縫及水淹層氣測判別標(biāo)準(zhǔn)

4.1 數(shù)據(jù)的處理及判別因子的引入

在氣測資料錄取過程中不可避免地受鉆井、工程參數(shù)以及氣測儀器性能等的影響[18-19]，使得氣測數(shù)據(jù)失真，同時(shí)錦州南油田為滾動(dòng)開發(fā)，開發(fā)井分多批次實(shí)施，且實(shí)施間隔較長，新、老開發(fā)井錄井時(shí)受影響因素和程度也不一樣，使氣測資料數(shù)值差異較大，井間可對比性較差。鑒于上述情況，原始?xì)鉁y資料無法直接用于裂縫有效性及水淹層的識別。因此，此次研究首先進(jìn)行氣測資料的校正。

根據(jù)影響因素的不同，對氣測資料的校正可分3步進(jìn)行。

(1) 人工排查鉆井施工中單根氣或后效氣等因素的影響，單根氣和后效氣在氣測錄井資料上有著明顯特征，單根氣在氣測錄井資料表現(xiàn)為約每隔30 m一個(gè)異常指狀高峰，這是鉆井施工中接單根造成的；后效氣異常一般是在停止鉆進(jìn)一段時(shí)間后再次鉆進(jìn)時(shí)發(fā)生的，氣測資料上表現(xiàn)為單個(gè)異常指狀高值，可人工消除這些異常值。

(2) 消除鉆井參數(shù)的影響，在第1步基礎(chǔ)上，為消除鉆時(shí)、鉆頭直徑以及鉆井液排量等工程參數(shù)的影響，運(yùn)用全烴地面含氣量校正公式加以校正:

(1)

式中：I為校正后全烴含量，%；K為常數(shù)(K≈1.27)；Qp為鉆井液排量，m3/min；t為鉆時(shí)，min/m；d為鉆頭直徑，m。

經(jīng)過上述校正后，I值可更真實(shí)地反映儲集層中的含油性。

(3) 利用極差正規(guī)化方法進(jìn)行歸一化處理[20]，引入判別因子R：

(2)

式中：R為無量綱判別因子；Imax為校正后全烴含量最大值，%；Imin為校正后全烴含量最小值，%。

利用R可以消除新、老井錄井資料由于氣測儀器性能等因素引起的差別，大大地提高了錄井資料的對比性。

經(jīng)上述處理后，R代替全烴數(shù)據(jù)Tg成為衡量氣測值的判別參數(shù)，其值被嚴(yán)格控制在0.0～1.0，R值越接近于1.0，表明氣測值越大；反之，R值越接近于0.0，氣測值越小。

4.2 有效裂縫及水淹層判別標(biāo)準(zhǔn)的建立

4.2.1 有效裂縫判別標(biāo)準(zhǔn)

基于4口評價(jià)井的生產(chǎn)測井資料，建立標(biāo)準(zhǔn)壓差條件下，單位厚度的裂縫儲層產(chǎn)能Q與其相應(yīng)裂縫段判別因子R的分布圖(圖4, 紅色虛線表示有效裂縫和無效裂縫劃分界線)。當(dāng)R﹤0.1時(shí)，裂縫儲層的產(chǎn)能為0，為無效裂縫；當(dāng)R≥0.1時(shí)，裂縫儲層開始有少量的產(chǎn)出，為有效裂縫，且隨著R的增大，Q也隨之增大。同時(shí)，結(jié)合研究區(qū)巖心資料對裂縫定量刻畫，根據(jù)裂縫參數(shù)與判別因子R的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步將有效裂縫儲層劃分為3類(表1)。

圖4 錦州南油田單位厚度裂縫儲層產(chǎn)能Q與R值分布圖

Ⅰ類有效儲層：主要分布在研究區(qū)潛山半風(fēng)化殼下段的上半部分，風(fēng)化程度最強(qiáng)，儲層物性好，風(fēng)化縫和構(gòu)造縫均較發(fā)育，該類儲層產(chǎn)能最好。

Ⅱ類有效儲層：主要分布在研究區(qū)半風(fēng)化殼下段的下半部分，風(fēng)化程度相對較強(qiáng)，儲層物性較好，主要發(fā)育構(gòu)造裂縫，但裂縫有可能被黃鐵礦、鈣質(zhì)或者泥質(zhì)充填，該類儲層產(chǎn)能較好。

Ⅲ類有效儲層：主要分布在研究區(qū)半風(fēng)化殼下段底部到潛山內(nèi)幕的過渡段，風(fēng)化程度最弱，儲層物性最差，主要發(fā)育微裂縫，也發(fā)育少量的構(gòu)造縫，該類儲層產(chǎn)能很低。

4.2.2 水淹層判別標(biāo)準(zhǔn)

基于裂縫解釋和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)認(rèn)識，統(tǒng)計(jì)主體區(qū)中、后期多口開發(fā)井井深和R關(guān)系，發(fā)現(xiàn)水淹井的水淹層和未水淹層R存在一個(gè)變化點(diǎn)。未水淹層由于剩余油及氣態(tài)烴的存在，R≥0.2，且由于剩余油分布不均勻?qū)е翿與井深呈離散狀關(guān)系；水淹層由于水洗作用導(dǎo)致R值接近于0.0，基于上述關(guān)系建立研究區(qū)水淹層判別標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表1 錦州南油田變質(zhì)巖潛山有效裂縫儲層劃分標(biāo)準(zhǔn)

表2 錦州南油田變質(zhì)巖潛山水淹層判別標(biāo)準(zhǔn)

5 現(xiàn)場實(shí)踐

(1) D12H井為錦州南油田Ⅱ期新井區(qū)的一口開發(fā)評價(jià)井。該井區(qū)位于油田邊部，古地貌較低且斷裂系統(tǒng)不發(fā)育，評價(jià)前認(rèn)為該區(qū)塊裂縫不發(fā)育。鉆后測井解釋D12H井裂縫儲層斜厚為267 m，儲層鉆遇率達(dá)到83%，該井實(shí)際投產(chǎn)后產(chǎn)能僅為40 m3/d，生產(chǎn)動(dòng)態(tài)與測井解釋矛盾較大[21-24]。結(jié)合有效裂縫識別方法分析：D12H井在深度2 640 m以淺R在0.2左右，為有效裂縫段，有效裂縫斜厚僅為92 m(垂厚為22 m)，且為Ⅱ、Ⅲ類有效儲層，產(chǎn)能不會太高；2 640 m至井底R在0.1左右，為無效裂縫段，斜厚為175 m(圖5)。

運(yùn)用上述方法判斷的產(chǎn)能與實(shí)際生產(chǎn)情況更為接近。同時(shí)針對這類古地貌較低且斷裂不發(fā)育的井區(qū)，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)其有效裂縫僅發(fā)育在潛山面之下20～30 m，有效儲層厚度較薄，挖潛時(shí)井軌跡應(yīng)順著潛山面實(shí)施，提高儲層鉆遇率；而對于裂縫儲層較發(fā)育的主體區(qū)，其有效裂縫發(fā)育在潛山面之下80～170 m，開發(fā)時(shí)應(yīng)以水平井進(jìn)入潛山內(nèi)部，以達(dá)到增加動(dòng)用范圍的目的。

圖5 D12H井單井柱狀圖和判別因子與井深關(guān)系

(2) 錦州南油田主體區(qū)分2期開發(fā)，I期于2010年投產(chǎn)，共實(shí)施8口采油井和4口注水井，高峰日產(chǎn)油為3 200 m3/d，隨著開發(fā)進(jìn)行，底水和注入水沿著裂縫不斷上移，導(dǎo)致油井含水率不斷上升。截至2016年年底，主體區(qū)采出程度為16.7%，含水率達(dá)到35%，但受變質(zhì)巖巖性和裂縫的非均質(zhì)性影響，無法確定動(dòng)態(tài)油水界面的位置。Ⅱ期調(diào)整井于2017年開始實(shí)施，E25H井為第1口調(diào)整井，投產(chǎn)初期含水率為95%，運(yùn)用上述方法判斷油水界面上推至1 780 m，對隨后實(shí)施的另一口開發(fā)井也運(yùn)用上述方法獲得相同結(jié)論，確定油水界面上推至1 780 m，相比原始油水界面上升了100 m。對主體區(qū)剩余5口采油井水平段深度進(jìn)行優(yōu)化以避免水淹，以E27H井為例，將該井水平段深度由ODP階段設(shè)計(jì)的1 783 m向上優(yōu)化至1 750 m，投產(chǎn)至今不含水。

從上述應(yīng)用效果來看，運(yùn)用判別因子R法在變質(zhì)巖潛山油藏開發(fā)的早期進(jìn)行有效裂縫識別以及在開發(fā)的中、后期進(jìn)行水淹層識別準(zhǔn)確度較高，對于了解采油井單井產(chǎn)能、注水井注水層段的調(diào)整以及后期調(diào)整井水平段深度的研究等都具有較高的價(jià)值。

6 結(jié) 論

(1) 通過研究提出利用氣測判別因子R進(jìn)行變質(zhì)巖潛山有效裂縫輔助評價(jià)方法。在開發(fā)早期，當(dāng)R≥0.1時(shí)，裂縫儲層為有效儲層，具有產(chǎn)能；進(jìn)一步結(jié)合裂縫參數(shù)將有效儲層分為3類，I類儲層單位厚度的產(chǎn)能大于5 m3/(d·m)，Ⅱ類儲層單位厚度的產(chǎn)能為2～5 m3/(d·m)，Ⅲ類儲層單位厚度的產(chǎn)能小于2 m3/(d·m)。該方法對錦州南變質(zhì)巖潛山新區(qū)塊開發(fā)井裂縫有效裂縫評價(jià)及產(chǎn)能的預(yù)測結(jié)果更接近實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。

(2) 通過研究提出利用氣測判別因子R進(jìn)行變質(zhì)巖潛山水淹層識別方法。在開發(fā)中、后期，當(dāng)R≥0.2時(shí)，且與井深成離散關(guān)系時(shí)，儲層為未水淹層，當(dāng)R接近于0.0時(shí)，且深度淺于原始油水界面時(shí)，儲層為水淹層。該方法成功指導(dǎo)了錦州南油田老區(qū)塊調(diào)整井水平段深度優(yōu)化工作，并成功地避免了水淹。