東海西湖凹陷砂巖儲(chǔ)層綜合錄井隨鉆孔隙度評(píng)價(jià)方法的建立及應(yīng)用

宋昀軒 魯法偉 王 雷 張國棟 趙幸濱

（①中海油能源發(fā)展股份有限公司上海工程技術(shù)分公司；②中海石油（中國）有限公司上海分公司）

0 引言

綜合錄井技術(shù)是基于鉆探過程中返出巖屑、氣體以及工程參數(shù)來反映井下地層信息的油氣田勘探技術(shù)，是儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)及評(píng)價(jià)、工程安全預(yù)警及監(jiān)測的一種重要手段，可為油氣田勘探開發(fā)提供及時(shí)、準(zhǔn)確的決策依據(jù)，但目前錄井資料的應(yīng)用集中于地層層位劃分、巖性判斷、油氣顯示識(shí)別等方面，對(duì)儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)的應(yīng)用還處于起步階段。雖然核磁共振錄井技術(shù)可在作業(yè)現(xiàn)場以返出巖屑為分析對(duì)象，來隨鉆分析儲(chǔ)層孔隙度，但隨著鉆井工程技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和PDC 鉆頭的普遍應(yīng)用，鉆井所產(chǎn)生的巖屑極為細(xì)碎，常呈粉末狀，儲(chǔ)層原始孔隙結(jié)構(gòu)及構(gòu)造遭到極大程度的破壞，造成核磁共振錄井分析結(jié)果不準(zhǔn)確，不能真實(shí)反映儲(chǔ)層孔隙性。同時(shí)，隨著西湖凹陷寶云亭、團(tuán)結(jié)亭地區(qū)勘探向深層、復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域推進(jìn)，定向探井造成東海西湖凹陷作業(yè)區(qū)電纜測井難度較高、獲取資料時(shí)間長、費(fèi)用高。

因此，采用其他綜合錄井參數(shù)建立能夠間接反映地層孔隙度的計(jì)算模型是實(shí)現(xiàn)錄井資料應(yīng)用深化的創(chuàng)新方向。

1 區(qū)域概況

西湖凹陷位于東海盆地，西接海礁隆起和漁山東低隆起，東鄰釣魚島隆褶帶，南為釣北凹陷，構(gòu)造上屬于東海盆地浙東坳陷內(nèi)的三級(jí)構(gòu)造單元。研究區(qū)中寶云亭及團(tuán)結(jié)亭（以下稱寶團(tuán)作業(yè)區(qū)）位于西斜坡，處于凹陷最西側(cè)，其內(nèi)部可以進(jìn)一步劃分為3 個(gè)次一級(jí)構(gòu)造：杭州構(gòu)造帶、平湖構(gòu)造帶和天臺(tái)構(gòu)造帶。西湖凹陷從古新世到第四紀(jì)共經(jīng)歷了斷陷、斷-拗轉(zhuǎn)換、拗陷、反轉(zhuǎn)和區(qū)域沉降5 個(gè)階段的構(gòu)造演化確定現(xiàn)今形態(tài)（圖1）。新生界地層發(fā)育齊全，自下而上依次為：古新統(tǒng)（E1），下始新統(tǒng)八角亭組（E2ba）、寶石組（E2b）、平湖組（E2p），漸新統(tǒng)花港組（E3h），中新統(tǒng)龍井組（N1l）、玉泉組（N1y）和柳浪組（N1ll），上新統(tǒng)三潭組（N2s）及更新統(tǒng)東海群（QpDh）。

圖1 東海陸架盆地西湖凹陷構(gòu)造帶位置及地層順序

前人研究表明，斷陷期始新統(tǒng)平湖組煤系地層是西湖凹陷主要烴源巖層系。寶團(tuán)作業(yè)區(qū)處于三潭深凹平湖組烴源巖沉積中心和生烴中心，低隆起背景是油氣有利的指向區(qū)，成藏條件得天獨(dú)厚，是西湖凹陷油氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域之一。研究區(qū)主要發(fā)育斷背斜圈閉，重點(diǎn)勘探層系為漸新統(tǒng)花港組及始新統(tǒng)平湖組，主要發(fā)育濱淺湖及三角洲沉積體系，沉積厚度為1000～1 800 m，與下伏始新統(tǒng)平湖組烴源巖構(gòu)成“下生上儲(chǔ)”成藏組合。斷陷期發(fā)育的正斷層（F1 和F2等），反轉(zhuǎn)期持續(xù)活動(dòng)，向下斷穿平湖組烴源巖層，向上斷穿至花港組或者龍井組，是研究區(qū)油氣主要的垂向運(yùn)移通道[1-3]。

2 研究區(qū)儲(chǔ)層特征

2.1 儲(chǔ)層發(fā)育情況

寶云亭區(qū)域及團(tuán)結(jié)亭區(qū)域花港組砂巖儲(chǔ)層發(fā)育程度較平湖組高（圖2），研究區(qū)18口井877塊巖心、壁心樣品物性分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：孔隙度分布于1.0%～20.0%，平均為8.48%，多集中于6.0%～10.0%，占比43%，其中孔隙度小于6.0%的樣品占比27.0%，孔隙度為10.0%～15.0%的樣品占比23.0%，孔隙度大于15.0%的樣品占比7.0%；滲透率主要集中范圍為0.1～1 mD，其次為10～100 mD，少部分為1～10 mD，占比分別為37.0%、22.0%和18.0%，滲透率小于1 mD 的占49%。根據(jù)DZ/T 0252-2020《海上石油天然氣儲(chǔ)量估算規(guī)范》儲(chǔ)層物性分類標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)整體物性跨度大，總體屬于特低-低孔、特低-低滲類儲(chǔ)層，但局部發(fā)育有低孔中滲儲(chǔ)層。

圖2 研究區(qū)域儲(chǔ)層厚度統(tǒng)計(jì)

2.2 儲(chǔ)層巖石性質(zhì)

由研究區(qū)巖心及井壁巖心薄片的分析資料得出，寶云亭及團(tuán)結(jié)亭區(qū)域平湖組儲(chǔ)層巖石類型主要為石英砂巖、長石巖屑質(zhì)石英砂巖，碎屑總含量為75%～97%，平均為91.8%。其中，石英含量為64.0%～81.0%，長石含量為7.0%～19.0%，巖屑含量為7.0%～27.0%。膠結(jié)物以泥質(zhì)及高嶺石為主，局部含方解石及白云石，其中泥質(zhì)含量為0.5%～15.0%，高嶺石含量為1.0%～12.0%。儲(chǔ)層砂巖粒級(jí)以細(xì)-中粒為主，孔隙分布較均勻（圖3）。

圖3 研究區(qū)T 1井平湖組儲(chǔ)層巖石性質(zhì)

研究區(qū)成分成熟度中等，孔隙類型主要為溶蝕粒間孔（圖4），機(jī)械壓實(shí)作用是其整體孔隙度偏低的主要原因。鏡下顆粒以線接觸為主，局部近鑲嵌式接觸；泥巖巖屑、云母等塑性顆粒被壓破裂或彎曲變形。因此，研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙的影響因素主要來源于兩個(gè)方面：一是礦物組分，尤其是長石及其溶蝕程度；二是區(qū)域機(jī)械壓實(shí)程度。

圖4 研究區(qū)斜長石溶蝕形成的次生孔隙發(fā)育

3 參數(shù)優(yōu)選及模型建立

3.1 參數(shù)優(yōu)選

研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙度與元素錄井參數(shù)、工程錄井參數(shù)、氣測錄井參數(shù)、地化錄井參數(shù)等均有一定相關(guān)性，為簡化計(jì)算過程，提高模型實(shí)用性，對(duì)錄井參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，對(duì)比得出相關(guān)性較高的參數(shù)[4-6]。

3.1.1 元素錄井參數(shù)

通過對(duì)研究區(qū)288個(gè)巖心及井壁取心薄片分析結(jié)果與礦物類型及含量的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)斜長石含量與砂巖儲(chǔ)層孔隙度（薄片分析面孔率）呈正相關(guān)關(guān)系（圖5），斜長石含量直接反映了儲(chǔ)層受溶蝕作用影響的強(qiáng)弱。因此，將元素錄井中可以反映斜長石含量的Na、K 元素含量作為研究區(qū)砂巖儲(chǔ)層孔隙度評(píng)價(jià)敏感參數(shù)。

圖5 研究區(qū)斜長石含量與薄片分析面孔率關(guān)系

3.1.2 工程錄井參數(shù)

通過研究區(qū)探井鉆進(jìn)過程中所有工程錄井參數(shù)，與電纜測井中子孔隙度對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，工程錄井參數(shù)中dc指數(shù)與中子孔隙度呈較典型的負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖6）。因此，將dc指數(shù)作為研究區(qū)砂巖儲(chǔ)層敏感參數(shù)之一。

圖6 研究區(qū)地層可鉆性指數(shù)（dc指數(shù)）與測井中子孔隙度關(guān)系

式中：dc為地層可鉆性指數(shù)；υpe為機(jī)械鉆速，m/s；n為轉(zhuǎn)速，r/min；W為鉆壓，kN；db為鉆頭直徑，mm。

3.1.3 氣測錄井參數(shù)

利用氣測環(huán)境校正方法對(duì)研究區(qū)探井氣測錄井參數(shù)氣測全烴（Tg）進(jìn)行環(huán)境校正，得到氣測全烴校正參數(shù)Qg，可在一定程度上反映儲(chǔ)層孔隙度的大小，但油基鉆井液會(huì)一定程度影響氣測組分中C3以上重組分相對(duì)含量，因此選用Qg1即氣測C1校正參數(shù)作為評(píng)價(jià)敏感參數(shù)[7]。

式中：Qg1為環(huán)境校正后得到的氣測C1含量校正參數(shù)，m3/t；t為鉆時(shí)，min/m；GC1為逸散校正后的鉆井液C1含量，GC1=2.037 6×，%；Q為鉆井液排量，L/min；ρ為鉆井液密度，g/cm3。

3.1.4 地化錄井參數(shù)

針對(duì)影響氣測參數(shù)的地質(zhì)因素，研究區(qū)探井在儲(chǔ)層鉆進(jìn)期間基本保持過平衡狀態(tài)，因此地層壓差因素暫不考慮，優(yōu)先考慮儲(chǔ)層流體性質(zhì)的影響。研究區(qū)流體性質(zhì)定量化參數(shù)優(yōu)選地球化學(xué)錄井芳香烴區(qū)域指數(shù)Yx與地化熱解校正參數(shù)S1C[8]，分別如公式（3）、公式（4）所示。

式中：Yx為芳香烴區(qū)域指數(shù)，%；BZ 為苯含量，%；TOL為甲苯含量，%。

式中：S1C為油基鉆井液環(huán)境下地化熱解液態(tài)烴含量S1的校正值，mg/g；k為地化熱解液態(tài)烴含量校正經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，為油基鉆井液S1值抬升倍數(shù)值的倒數(shù)，研究區(qū)取值0.06375，無量綱。

3.2 模型建立

綜合錄井敏感參數(shù)確定后，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)利用研究區(qū)18 口已鉆井測井孔隙度與上述優(yōu)選綜合錄井敏感參數(shù)建立關(guān)系，并通過設(shè)置不同地層的層位調(diào)整系數(shù)，建立研究區(qū)儲(chǔ)層綜合錄井孔隙度計(jì)算公式如下：

式中：?m為綜合錄井孔隙度，%；N為層位調(diào)整系數(shù)（研究區(qū)在花港組H 1-H 3 砂層組取0.59，H 4-H 12砂層組取0.255，平湖組取0.29），無量綱；WNa為鈉元素單質(zhì)含量，%；WK為鉀元素單質(zhì)含量，%。

4 應(yīng)用效果及實(shí)例

4.1 應(yīng)用效果

在研究區(qū)選取9 口近年新鉆預(yù)探井及評(píng)價(jià)井，從中篩選出32 個(gè)具有代表性的砂巖儲(chǔ)層用于綜合錄井孔隙度模型的應(yīng)用及驗(yàn)證，深度范圍介于2 929～4439 m，巖性主要包括細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖及泥質(zhì)粉砂巖等，涵蓋花港組上段、花港組下段、平湖組上段及平湖組下段的多個(gè)層位[9-12]。分析結(jié)果表明，綜合錄井孔隙度與電纜測井中子孔隙度計(jì)算結(jié)果相關(guān)性r2為0.8155（圖7），較為理想。

圖7 研究區(qū)綜合錄井孔隙度與電纜測井中子孔隙度關(guān)系

綜合錄井孔隙度模型計(jì)算結(jié)果與電纜測井中子孔隙度相比，相對(duì)誤差率均值為8.57%，最大誤差率為37.8%，兩者相對(duì)誤差小于15%的28個(gè)，占總數(shù)的88.5%，整體相對(duì)誤差較小，具有良好的應(yīng)用效果。

4.2 應(yīng)用實(shí)例

在N 4d 井（圖8），編號(hào)①層砂巖儲(chǔ)層，位于花港組H 2 砂層組，井深3 184.5～3 199.5 m，巖性為淺灰色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，細(xì)砂巖成分以石英為主，少量長石及暗色礦物，細(xì)粒為主，部分粉粒，分選較好，次棱角-次圓狀，泥質(zhì)膠結(jié)；粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖以泥質(zhì)膠結(jié)為主，局部發(fā)育泥質(zhì)條帶、團(tuán)塊等。氣測全烴曲線整體呈箱狀，3 184.5～3 195 m 氣測全烴值為10.88%～25.32%，3 196～3 199.5 m 氣測全烴值為2.38%～6.09%。鉆時(shí)在該段砂巖儲(chǔ)層中總體均勻，在3 184.5～3 195 m 為1.22～1.91 min/m，在3196～3199.5 m 為1.91～4.26 min/m。隨鉆電阻率值在3185～3 195 m 相對(duì)較高，為8.2～15.73 Ω·m，在3196～3199.5 m相對(duì)較低。

圖8 N 4d井綜合錄井孔隙度應(yīng)用效果

基于以上參數(shù)，常規(guī)隨鉆解釋3 185～3 195 m 為氣層，3 195～3 199.5 m 為干層。綜合錄井孔隙度分析結(jié)果表明，3 185～3 194 m 孔隙度為10.42%～18.04%，平均孔隙度14.51%，該段砂巖儲(chǔ)層存在一定程度非均質(zhì)性，3 194～3 197 m 孔隙度相對(duì)較低，為1.08%～8.78%，底部3 197～3199.5 m 孔隙度有所升高，為10.85%～13.98%，因此結(jié)合電阻率變化趨勢、氣測參數(shù)及巖性參數(shù)，將3185～3 194 m 解釋為氣層，3194～3197 m 解釋為干層，3197～3199.5 m 解釋為水層。電纜測井中子孔隙度結(jié)果表明，3 185～3194 m 孔隙度為9.02%～18.36%，平均孔隙度15.70%，3 194～3 197 m 孔隙度為1.09%～7.91%，底部3 197～3 199.5 m 孔隙度有所升高，為10.87%～13.01%，綜合錄井孔隙度分析結(jié)果與解釋結(jié)論同電纜測井相比一致性較高，能有效分辨砂巖儲(chǔ)層中物性差異并得到相對(duì)準(zhǔn)確的孔隙度計(jì)算值。

同理，在編號(hào)②、③層也通過綜合錄井孔隙度計(jì)算模型得到了相對(duì)準(zhǔn)確的孔隙度分析結(jié)果與較為合理的解釋結(jié)果，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)論

（1）在東海西湖凹陷寶團(tuán)作業(yè)區(qū)，砂巖儲(chǔ)層孔隙度與斜長石含量、地層可鉆性指數(shù)、環(huán)境校正后的C1相對(duì)含量、儲(chǔ)層流體性質(zhì)等具有較強(qiáng)的相關(guān)性，其具體涉及元素錄井、工程錄井、氣測錄井及地化錄井等多種參數(shù)，在一定程度上綜合反映了儲(chǔ)層的孔隙度縱向分布情況。

（2）本文所建立的綜合錄井孔隙度評(píng)價(jià)模型一定程度上實(shí)現(xiàn)了砂巖儲(chǔ)層孔隙度的定量計(jì)算及縱向評(píng)價(jià)。經(jīng)過驗(yàn)證和實(shí)際應(yīng)用，與電纜測井中子孔隙度相比，絕大多數(shù)砂巖儲(chǔ)層誤差率小于15%，在東海作業(yè)區(qū)井深大、費(fèi)用高、電測難的背景下，顯示出較高的應(yīng)用價(jià)值。

（3）在后續(xù)的作業(yè)中，通過實(shí)鉆資料對(duì)綜合錄井孔隙度評(píng)價(jià)模型進(jìn)行驗(yàn)證和修正，并結(jié)合其他錄井手段對(duì)該模型進(jìn)行優(yōu)化，將進(jìn)一步提高該模型的準(zhǔn)確性、實(shí)用性和普適性。