碳酸鹽巖儲層瀝青質(zhì)測井識別與孔隙度校正
——以四川盆地安岳氣田龍王廟組為例

殷 榕 賴 強(qiáng) 吳煜宇 謝 冰 韓 冰 汪澤宇

中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

瀝青作為一類特殊的有機(jī)質(zhì)，為石油與天然氣的伴生產(chǎn)物[1]。勘探實(shí)踐表明，四川盆地川中古隆起震旦系—下寒武統(tǒng)儲層廣泛含有瀝青[1-6]。瀝青會占據(jù)儲層儲集空間，破壞孔隙結(jié)構(gòu)，降低儲層有效性，嚴(yán)重影響儲層的物性和產(chǎn)能[7]。前人對寒武系龍王廟組地層瀝青的認(rèn)識主要從成因機(jī)理[8-9]、地化特征[9]等角度出發(fā)；巖石物理方面，章廣成等對瀝青質(zhì)砂巖儲層巖石參數(shù)進(jìn)行研究，并提出了孔滲校正公式[10]，由于砂巖和碳酸鹽巖在巖石物理特性上存在差異，該方法應(yīng)用于碳酸鹽巖仍有一定局限性；測井方面，陳明江等提出利用自然伽馬計算的泥質(zhì)含量減去中子—密度交會計算的泥質(zhì)含量，即可得到瀝青質(zhì)砂巖儲層中瀝青的相對含量[11]，該方法是以砂巖、油藏儲層為研究對象，與四川盆地龍王廟組的碳酸鹽巖、氣藏儲層相比，油藏中瀝青的賦存狀態(tài)及測井響應(yīng)特征均存在差異，因此難以應(yīng)用到研究區(qū)當(dāng)中；賴強(qiáng)等針對四川盆地磨溪地區(qū)龍王廟組瀝青質(zhì)白云巖儲層，分析了其在常規(guī)測井、陣列聲波和核磁測井的響應(yīng)特征，提出常規(guī)測井孔隙度和核磁測井有效孔隙度之差或常規(guī)測井孔隙度與橫波時差計算孔隙度之差，即為瀝青孔隙度大小[5]。由于利用常規(guī)測井三孔隙度曲線求解孔隙度時，其值容易受到巖性、物性及含氣性影響，此時用常規(guī)測井孔隙度減去核磁有效孔隙度獲得的瀝青孔隙度無法滿足精度要求，而本研究僅利用核磁測井?dāng)?shù)據(jù)和自然伽馬測井?dāng)?shù)據(jù)求取瀝青含量，求得的瀝青孔隙度用于校正儲層孔隙度，能進(jìn)一步提高儲層孔隙度的準(zhǔn)確度。

筆者基于前人對于瀝青質(zhì)儲層的認(rèn)識，以四川盆地安岳氣田磨溪地區(qū)龍王廟組海相白云巖儲層為例，通過常規(guī)、核磁測井進(jìn)一步探討了瀝青的定性識別方法，并提出了一種連續(xù)、定量計算瀝青含量的方法，用于校正儲層孔隙度，為四川盆地乃至不同地區(qū)含瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲層的測井評價提供了創(chuàng)新思路與理論指導(dǎo)。

1 瀝青定性識別

1.1 常規(guī)測井響應(yīng)特征

研究區(qū)的瀝青多以充填—半充填的形式存在于溶蝕孔洞中[12]。在巖心上的特征為黑色油狀物質(zhì)，充填于孔、洞、縫之中，導(dǎo)致儲層有效儲集空間減小（圖1-c），在薄片上表現(xiàn)為黑色物質(zhì)，常占據(jù)孔隙邊緣，或完全充填于孔隙中（圖1-c、圖2）。

圖1 含瀝青質(zhì)儲層常規(guī)測井—成像—巖心特征展示圖

圖2 含瀝青質(zhì)儲層巖石薄片樣本展示圖

圖1為M202井在4 675 m深度上的常規(guī)測井曲線—巖心—成像樣本，該段儲層瀝青含量較高，分析測井曲線特征可知，含瀝青質(zhì)儲層表現(xiàn)為聲波時差、補(bǔ)償中子值略升高，密度值略降低，在雙側(cè)向曲線上表現(xiàn)為低阻背景下的電阻率升高，但在實(shí)際地層條件下，上述測井響應(yīng)也受巖性、物性和流體性質(zhì)影響，因此均無法直接用于識別瀝青。

對于一般儲層發(fā)育段，電阻率值常隨著聲波時差的增大而減小，而研究發(fā)現(xiàn)，由于瀝青屬于不導(dǎo)電的碳?xì)浠衔颷12-15]，在含瀝青層段，電阻率會隨聲波時差的增大而增大或沒有明顯變化。

M202井龍王廟組白云巖儲層含有瀝青，選取該儲層段測井?dāng)?shù)據(jù)，排除巖性、物性含氣性影響后，繪制聲波時差與深側(cè)向電阻率交會圖（圖3），由圖中可以看出，隨聲波時差的增大，不含瀝青的層段其電阻率值有明顯下降趨勢，聲波與電阻率呈雙曲線關(guān)系；受瀝青質(zhì)影響的層段聲波值和電阻率值未表現(xiàn)出雙曲線關(guān)系，而是隨聲波增大，電阻率值無明顯變化，符合理論規(guī)律。

圖3 M202井含瀝青質(zhì)儲層聲波時差—電阻率交會圖

根據(jù)該井不含瀝青層段的正常聲電關(guān)系擬合出計算公式為：

利用聲波值反算1條理論電阻率曲線，與實(shí)測電阻率RT曲線對比，可以發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際含瀝青質(zhì)層段（4 635～4 670 m），反算電阻率曲線與實(shí)測電阻率RT呈鏡像關(guān)系（圖4）。

圖4 M202井聲波反算電阻率—實(shí)測電阻率對比圖

1.2 特殊測井響應(yīng)特征

核磁共振測井利用氫核在固體骨架和孔隙流體中的核磁共振特性，通過測量核宏觀磁化矢量的衰減時間常數(shù)—橫向弛豫時間T2和縱向弛豫時間T1，研究儲層物性、孔隙結(jié)構(gòu)及流體性質(zhì)。MRIL-P型核磁共振測井儀是繼CMR和MRIL-C型核磁共振測井儀之后的新一代核磁測井儀，其測井速度、數(shù)據(jù)精度較前幾代儀器都得到了提高。P型核磁測井儀可以通過多種測量方式和測井模式的組合，觀測黏土束縛水、毛細(xì)管束縛水、可動水、天然氣、輕質(zhì)油和稠油等不同流體的信號。其中DTP測量方式（單等待時間Tw和黏土束縛水模式），能夠計算總孔隙度、有效孔隙度，同時確定可動流體、毛細(xì)管束縛流體以及黏土束縛流體體積[16-19]。由于瀝青的擴(kuò)散系數(shù)大，衰減快，使得其核磁共振橫向馳豫時間（T2）變短[5]，一般小于3 ms，其信號在T2譜上與黏土束縛水信號重疊，表現(xiàn)為黏土束縛水峰較大，短弛豫組分異常發(fā)育。

選取M202與M204兩口含瀝青井，繪制核磁T2譜與核磁有效孔隙度—常規(guī)測井孔隙度對比圖版，并根據(jù)巖心鑄體薄片進(jìn)行論證。

M202井在4 652.5～4 654.5 m深度處由聲波時差反算的電阻率曲線與深側(cè)向電阻率曲線存在鏡像關(guān)系；計算泥質(zhì)含量Vsh=1.2%，核磁T2譜顯示短弛豫組分較發(fā)育，核磁測井計算有效孔隙度為3.4%，常規(guī)測井計算孔隙度為5.7%；巖心鑄體薄片顯示該段巖性為殘余砂屑細(xì)—中晶瀝青質(zhì)云巖，粒間溶孔被黑色瀝青充填，充填程度較高（圖5）。

圖5 M202井核磁—常規(guī)測井解釋與巖心鑄體薄片對比圖

M204井在4 670.0～4 672.0 m深度處由聲波時差反算的電阻率曲線與深側(cè)向電阻率曲線存在鏡像關(guān)系；計算泥質(zhì)含量Vsh=2.5%，核磁T2譜顯示短弛豫組分較發(fā)育，核磁測井計算有效孔隙度為2.5%，常規(guī)測井計算孔隙度為5.4%；巖心鑄體薄片顯示該段巖性為細(xì)晶殘余砂屑云巖，粒間溶孔被黑色瀝青半充填（圖6）。

圖6 M204井核磁—常規(guī)測井解釋與巖心鑄體薄片對比圖

2 瀝青定量計算

2.1 瀝青質(zhì)儲層測井評價模型

為了準(zhǔn)確評價瀝青質(zhì)儲層的儲層參數(shù)，首先需要建立合適的巖石物理模型。常規(guī)測井巖石物理模型一般將儲層分為3部分：巖石骨架、有效孔隙和無效孔隙，其中有效孔隙為根據(jù)測井響應(yīng)計算的氣、水等流體的體積，無效孔隙則主要為黏土束縛水體積[20]。利用P型核磁測井參數(shù)計算儲層有效孔隙度時剔除了束縛流體和瀝青的無效信號的影響，而常規(guī)測井計算的孔隙度則包含了這一部分無效信號，導(dǎo)致含瀝青層段常規(guī)測井孔隙度一般大于核磁有效孔隙度。

基于上述瀝青質(zhì)儲層的巖石物理特性，在常規(guī)測井孔隙度解釋模型的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，提出了核磁共振測井孔隙度解釋模型（圖7）。

圖7 瀝青質(zhì)儲層常規(guī)測井與核磁測井孔隙度解釋模型示意圖

2.2 瀝青含量定量計算方法

2.2.1 建立泥質(zhì)含量—純黏土束縛水孔隙度轉(zhuǎn)換模型

首先，對不含瀝青質(zhì)的純泥巖層，利用自然伽馬或無鈾自然伽馬值計算泥質(zhì)含量SH：

式中SGR表示自然伽馬測井值，API；CGR表示無鈾自然伽馬測井值， API；GRmax表示純泥巖層的自然伽馬值，API；GRmin表示純碳酸鹽巖地層的自然伽馬值， API。

通常SH的變化范圍介于0～1。然后，再用下式將SH轉(zhuǎn)化為泥質(zhì)含量VSH：

式中GCUR表示地層經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對于老地層，一般取值為2。

對泥質(zhì)含量和核磁測井計算的黏土束縛水孔隙度建立交會圖（圖8），可以看出二者相關(guān)性較好，擬合得出1條新的曲線cbw，稱為純黏土束縛水孔隙度：

圖8 泥質(zhì)含量與核磁黏土束縛水孔隙度交會圖

2.2.2 利用核磁黏土束縛水孔隙度計算瀝青孔隙度

對于含瀝青質(zhì)的白云巖儲層，先利用式（2）～式（4）計算出目標(biāo)深度上的泥質(zhì)含量VSH，然后帶入式（5），計算出純黏土束縛水孔隙度cbw，該孔隙度僅代表純黏土成分所占體積的大小。

此時，核磁測井計算的黏土束縛水孔隙度MCBW不再代表黏土成分的體積，而是黏土和瀝青所占巖石物理模型的總體積（無效孔隙部分），可稱作核磁無效孔隙度。從核磁測井計算的無效孔隙度中減去純黏土束縛水孔隙度cbw，即可得到瀝青孔隙度。計算公式如下：

式中MCBW表示核磁無效孔隙度；cbw表示純黏土束縛水孔隙度；LQ表示瀝青孔隙度。

2.2.3 計算常規(guī)測井孔隙度并進(jìn)行瀝青校正

龍王廟組儲集巖性以砂屑白云巖、殘余砂屑白云巖和細(xì)—中晶白云巖為主，巖石骨架礦物主要為白云石和石英。利用常規(guī)測井建立的孔隙和復(fù)雜巖性的巖石物理模型（圖7-a），聯(lián)立常規(guī)測井三孔隙度曲線，即可求取孔隙度及骨架礦物體積，即

利用式（7）計算得到的常規(guī)測井孔隙度減去式（6）中計算得到的瀝青孔隙度，即可得到經(jīng)瀝青校正后的儲層有效孔隙度為：

3 應(yīng)用效果

利用上述方法對M202井進(jìn)行瀝青校正，圖9為瀝青校正前后的測井解釋對比圖，可見校正前常規(guī)測井計算孔隙度比全直徑巖心氣測孔隙度偏大，消除瀝青含量影響后得到的孔隙度與巖心孔隙度值符合較好，由此認(rèn)為該方法具備一定可靠性。

圖9 M202井測井解釋成果圖（瀝青含量校正前后對比）

4 結(jié)論

1）研究區(qū)瀝青以充填—半充填形式存在于溶蝕孔洞、裂縫中，引起儲層有效性降低。含瀝青質(zhì)儲層在實(shí)際地層條件下，電阻率會隨聲波時差的增大而增大或沒有明顯變化。對不含瀝青層段的正常聲電關(guān)系進(jìn)行擬合，利用聲波值計算出一條理論電阻率曲線；在含瀝青層段，理論電阻率曲線與實(shí)測電阻率曲線對比，二者呈鏡像關(guān)系。

2）MRIL-P型核磁共振測井儀觀測到的瀝青信號在T2譜上與黏土束縛水信號重疊，基于此提出了核磁共振測井巖石物理體積模型。利用自然伽馬或無鈾自然伽馬計算的泥質(zhì)含量，建立泥質(zhì)含量—純黏土束縛水孔隙度轉(zhuǎn)換模型，從核磁測井計算的黏土束縛水孔隙度（此時是黏土和瀝青所占巖石物理模型的總體積，即無效孔隙）中減去純黏土束縛水孔隙度，得到的剩余無效孔隙體積即可視為瀝青的體積。根據(jù)上述方法可連續(xù)、定量計算儲層瀝青含量，并對常規(guī)測井孔隙度進(jìn)行校正。經(jīng)驗(yàn)證，該方法在研究區(qū)儲層適用性較好，一定程度上提高了儲層孔隙度計算的準(zhǔn)確度。