特殊类型油气显示层录井解释评价难题的破解

0 引 言

随着石油勘探开发的深入,勘探对象日益复杂,高泥、高钙、低孔低渗、薄互层、非均质性强等非传统储集层成为新的勘探目的层,这些特殊储集层及其复杂测录井特征,导致油气层发现与评价的难度不断增大,采用常规解释评价方法进行解释时,容易将油层解释为水层、干层,将干层、水层、非储集层解释评价为油层,从而增加勘探开发成本,降低了录井的价值。近几年来录井界对复杂油气显示层日益重视,从不同方面开展了油气层的识别评价技术研究,并取得了一定成果,总结这些成果并创新油气解释评价技术,有助于提升录井价值。

1 烃录井法评价特殊类型油气层

针对低孔低渗油气层、特殊气测组分油气层和低电阻率油气层分别进行识别与评价。

1.1 低孔低渗油气层的识别与评价

在低孔低渗油气层中,流体对各测井项目测量值的权重远小于岩石对各测井项目测量值的权重,在低孔低渗油气层中测井资料受储集层岩性、物性等影响较大,造成油层、气层、油水层、水层和干层的测井曲线差异特征不明显,单一应用测井资料识别油气层困难。

由于孔隙度较小,流体含量低,导致气测录井值低、岩石热解分析值低;同样,由于物性差,储集层流体渗流困难,能流动的流体为轻质组分,高显示级别常为干层,低显示级别则可能是油层,油气显示级别与储集层流体性质不相符。这导致采用传统解释评价方法进行解释评价较为困难。虽然低孔低渗储集层成因复杂 ,但是其共同特点是储集层连通性差、非均质性强、孔隙度小、单位岩石含有流体量少。针对这一特点,目前各方都在探索解决方法,而与传统解释方法有较大区别又较为成功的是能量系数法、恢复系数法和储集层空间烃类含量法。

1.1.1 能量系数法

以孔隙为渗流通道的储集层,全烃异常相对幅度(气测全烃异常值与全烃基值之比)、烃类灌满系数(气测全烃异常厚度与储集层厚度之比)这两个参数在一定程度上反映储集层的能量与油气水性质;以微裂缝为渗流通道的储集层,这两个参数除一定程度上反映储集层的能量与油气水性质外,还反映裂缝发育程度。一般情况下,地层能量与全烃异常相对幅度、灌满系数呈正相关:地层能量高,灌满系数与全烃异常相对幅度都较高;能量低,两者皆低^[1]。如公式(1)所示,能量系数(Q)是综合全烃异常相对幅度、烃类灌满系数的一个参数^[2], 相对反映储集层能量。

Q= Tg异Tg基· hH(1)

式中: T_g异为全烃异常最高值,%;T_g基为全烃异常基值,%;h为异常显示厚度,m;H为储集层厚度,m。

能量系数可在一定程度上弥补全烃异常相对幅度与烃类灌满系数的不足,有利于划分产层与非产层。通常情况下,产层的能量系数高,而非产层的能量系数低。在储集层油质相似的条件下,储集层能量系数与储集层的孔渗性有对应的关系,总体上储集层孔渗性好,储集层能量系数高;孔渗性差,储集层能量系数降低。储集层中不同流体的C₁、C₂含量各不相同,其烃类比值却有一定规律,皮克斯勒烃比值解释图板就是应用最为广泛的解释图板,其判断流体性质的主要方法除烃比值点连线斜率外,主要依据C₁/C₂的大小。将能量系数与C₁/C₂两者结合用于建立解释图板,能够发挥各自优势。该图板在南襄盆地、苏北盆地、焉耆盆地低孔低渗储集层油气层的解释效果良好。能量系数法为苏北盆地气测定量评价方法中最为重要的方法之一,是金湖凹陷应用效果最好的气测解释图板(任培罡:录测综合技术在小断块油田应用研究∥2017年第四届中国石油工业录井技术交流会)。

图1是苏北盆地致密砂岩油藏能量系数与烃比值解释图板^[3]。

1.1.2 储集层空间烃类含量法

在其他条件一致的情况下, 储集层孔隙度低,不仅单位岩石含烃量低,由于物性较差,流体产出能力也低,在录井解释参数中,引入直接的储集层物性信息(孔隙度)进行综合分析,能够提高流体解释评价精度。气测录井综合反映储集层物性、压力、含油气性在钻井过程中的变化。

孔隙度反映地层的储集空间特征:高孔隙度、高含烃是油气层特征;低孔隙度、低含烃是干层特征;高孔隙度、低含烃是水层特征;低孔隙度、高含烃常是差油层及需要改造干层特征;中高孔隙度、中含烃常是油(气)水同层特征。将孔隙度与全烃增量综合形成一个新参数,反映孔隙中的烃的含量,能够更精准地反映地层烃物质的产出能力,判断储集层流体性质。图2是北部湾盆地L 3段解释图板(郭书生:测录井结合快速识别低孔渗储集层流体技术∥2017年第四届中国石油工业录井技术交流会),从图2同样可以看出,把孔隙度ϕ分别与地层电阻率R_t、全烃值T_g综合考虑,整合成新的参数后,低渗气层与水层出现了明显的分异性,气层ϕT_g明显高于水层、含气水层,并且异常点非常少,判别效果明显。

1.1.3 恢复系数法

由于低孔低渗储集层渗流条件较差,在其他条件一致时,低孔低渗储集层油气逸散速度相对较低,因此可以利用岩石热解分析计算的含油饱和度来判断储集层流体性质。

周金堂等研究结果表明^[4],现场岩石热解录井在保证及时取样分析的条件下,岩屑烃类恢复系数主要与岩屑颗粒大小和原油性质有关。由于岩性、物性、钻头等多种因素的综合,近年来低孔低渗储集层岩屑呈现细碎化趋势,产层油质也向多样化方向发展,岩屑的破碎程度、原油性质等多样化,烃类损失程度差别极大。因此,用岩石热解录井原始分析数据计算的含油饱和度与实际存在着较大的误差,不能反映储集层真实含烃量,应恢复地层真实含烃量。公式(2)是周金堂等通过大量实验研究拟合出的恢复系数近似计算公式^[4]。

K=B_O(0.05P42lgW+1 )(2)

式中: K为烃类恢复系数,无量纲;B_O为原油体积系数,等于原油密度的倒数,根据地化录井参数计算得到;P₄为原油重质油指数;W为每颗岩屑颗粒质量,mg 。

利用恢复系数对地化分析数据进行恢复后,计算储集层含油饱和度(S_od)、估算地层产量(P),通过与区块试油资料结合,就可以建立解释评价图板。图3是BY凹陷深层系岩石热解解释图板。应用该图板对16口井复杂井进行解释评价,经试油验证解释符合率76.9%。

1.2 特殊气测组分油气层的识别与评价

目前气测组分齐全、符合地球化学特征的油气层解释方法已比较完善,除通用图板外,不同研究单位还结合研究区的地质特点,建立各种具有自身特色的油气层解释图板,通常其应用效果较好,能够满足不同区块解释评价需要。但是由于储集层的复杂性,录井过程发现许多不符合正常气测组分特点的油层,例如:仅有C₁组分、C₁<C₂<C₃<iC₄<iC₅、C₁>C₂<C₃或仅有C₃组分等多种情况,如果采用传统解释图板进行解释评价,就会得出错误的解释结论,因此应寻找不基于气测组分的解释评价方法。

1.2.1 曲线幅差形态法

虽然不同录井资料在反映含油气性与储集层物性方面各有侧重,但物性与含油气性在录井资料上的反映既相互独立又相互影响,主要反映含油气性的录井资料也能从不同侧面反映地层的物性,同样反映物性的资料也能间接反映地层的含油气性。

“曲线幅差形态法”是利用不同深度的录井分析数据绘制为以深度为基础的录井曲线,再将不同录井曲线相互叠加,并依据不同录井技术的测量原理,通过分析不同曲线形态及其幅差来判断储集层流体性质的一种解释评价方法。

“曲线幅差形态法”将气测全烃(岩石热解 S₁、P_g,定量荧光含油饱和度)曲线与钻时(石英、长石、灰质含量)曲线综合起来,有利于充分发挥录井技术间接判断地层物性的功能与判断地层含烃量的功能,通过相互补充、相互验证、综合分析、扬长避短。图4是均质储集层不同性质流体录井“曲线幅差形态”图。

“曲线幅差形态法”在复杂油气层解释中有着独特作用,已有较多文章介绍其应用情况及识别评价方法^[1,2-4], 本文不再赘述。

1.2.2 校正全烃值法

全烃异常相对幅度(全烃异常值与基值的比值)是气测异常显示识别、解释评价的重要参数,采用比值法有利于消除钻井液密度等环境因素的影响,但也存在着不足:出现极低基值时,即使全烃异常值较低,也容易产生极高全烃异常相对幅度值;相反当钻井液混油污染或油气侵导致全烃出现高基值时,尽管全烃异常值很高,也会出现较低全烃异常相对幅度值。这两种情况都容易出现误判,导致解释评价错误。为避免这些错误,常采用全烃净增加值(全烃异常值与基值的差值)作为识别与解释评价气测异常显示层的重要参数,实际上大牛地气田采用全烃净增加值用于预测储集层产能已取得良好的效果^[6]。

全烃异常绝对值受到钻井液密度、钻井液流量、钻时、钻头直径等多种因素的影响,为实现不同井、同井不同井段数据的可对比性,提高解释精度,甚至进行产能精准预测,应对气测全烃数据进行校正。

(1)钻井液密度影响校正

钻井液密度对气测全烃值的影响相当严重,邹筱春等人通过大量实验,回归分析获得某区块钻井液密度与全烃关系式(3),使用时可以通过公式(4)获得校正气测全烃值。

T_g=601.63-305.24ρ(3)

式中:T_g为气测全烃值,%;ρ为钻井液密度,g/cm³。

T_g液校= 601.63-305.24ρ基601.63-305.24ρ实·T_g(4)

式中:T_g液校为校正气测全烃值,%;ρ_实为钻开显示层时钻井液密度,g/cm³;ρ_基为基准钻井液密度,g/cm³。

(2)钻井工程参数影响校正

除钻井液性能外,钻井工程参数是影响气测值的另一个重要方面。国内对钻井参数对气测值的影响有着较多的研究,总结出一系列的校正方法。李泽超等突破传统的校正方法,提出以“选取基准井段为参考值,对T_g值进行放大或缩小,并考虑气测基值、取心的破碎岩石体积变化等因素的影响”为思路的“气测环境综合校正法”。该方法应用后避免钻井取心段泥岩段气测值人为升高、保护了曲线形态,容易区分重点层,对夹层的识别也很有效(李泽超等:东海大陆架盆地西湖凹陷气测录井半定量评价研究∥2017年第四届中国石油工业录井技术交流会),公式(5)是该方法形成的校正公式。

T_gI校=(T_g-T_g基) (tt均)²(FlowFlow均)C(5)

式中:T_gI校为校正后全烃增量,%;T_g为实钻全烃分析值,%;T_g基 为上覆围岩全烃平均值,%;t为显示层实钻钻时,min/m;t_均为平均钻时,min/m;Flow_均为平均钻井液流量,L/min;C为取心系数,钻井取心取值1.28 ,无取心时取值1.0。

1.3 低电阻率油层的录井识别与评价

由于岩石颗粒平均粒径普遍较小,束缚水含量明显增大及钻井施工等众多因素,形成部分“低电阻率油层”,这些油层的电阻率与围岩、水层电阻率接近或明显低于一般油层电阻率。低电阻率油层给测井解释增加了难度,也为老区挖潜提供了空间。

低电阻率油层客观上会降低油层含油级别、气测、岩石热解值,但是总体上,低电阻率油层对录井资料的影响较低,因而录井资料在识别该类油层方面具有独特优势。岩石热解录井分析的地层含烃量,分析值不受储集层水的状态、性质的影响,加上数据定量化,使其在识别评价低电阻率油层方面具有不可代替的作用。气测录井资料能在一定程度上反映地层能量高低及含油气饱满与否,对识别低电阻率油气层效果较好。将岩石热解录井资料与气测录井资料结合,建立岩石热解与气测一体化解释图板,有利于充分发挥各自优势,提高解释评价精度。图5是ZD构造岩石热解与气测一体化解释图板(Q为气测综合参数,D为岩石热解综合参数)。经试油(试采)验证,解释符合率89.1%。

2 矿物、元素法识别特殊类型储集层

2.1 识别假储集层

2.1.1 测录井常见“假储集层”

(1)灰质泥岩

灰质泥岩地层由于电阻率高于一般砂岩,声波时差小于一般泥岩,自然伽马接近于砂岩地层,灰质泥岩在常规电性上易被误判为油层。

(2)富油凹陷泥页岩层

由于生成的油气没有完全运移出去,富油凹陷中接近于沉积中心的厚层泥岩裂缝、页岩页理缝中常可以见到原油,清洗岩屑时在洗砂盆中甚至可以见到原油,钻遇这些地层时气测异常明显,气测曲线形态及气测组分具有典型的油层特征,利用各种经典气测解释图板进行解释评价都为油层。这些泥页层中所夹的砂质条纹通常显示级别也较高,岩石热解录井分析结果也呈高值,具有油层特征,如果没有细致分析岩性,容易将其误判为油层。

(3)发育灰质条纹页岩层

页岩层中发育灰质条纹,电阻率高于一般砂岩,声波时差小于一般泥岩,自然伽马明显小于页(泥)岩地层并具有一定异常幅度,在常规电性上易被误判为差油层。

“假储集层”易被误判为油层、差油层,通常会在试油的基础上进行储集层改造,但改造后仍不会见到工业油气流。B 365井某层段岩屑录井为页岩,测

井解释为差油层,相邻几口井同一层位情况类似,储集层改造试油没有达到工业产量,直到其中一口井取心证实是页岩才认同为非储集层。

2.1.2 “假储集层”识别

精准测定迟到时间、细致描述岩屑,建立“铁剖面”是识别“假储集层”的前提;量化分析数据解释电性与录井的矛盾,是识别“假储集层”的保障。以量化分析数据来支撑录井认识,避免测井资料误判带来的损失是录井价值的体现。XRD/XRF录井技术的出现,为精准识别 “假储集层”提供了量化数据支持。

XRD录井可以取得黏土矿物含量,除此之外,XRD录井还可以获得石英、长石、铁、铝等不同矿物含量。依据不同矿物含量结合对区块不同岩性分析建立的岩性及储集层物性划分图板能够识别岩性、物性^[7,8]。砂岩敏感矿物为石英、长石(钾长石、斜长石),泥岩敏感矿物为黏土矿物、石英,碳酸盐岩敏感矿物为方解石、白云岩(白云石、铁白云石)。通过公式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)计算可以获得砂岩、泥岩、碳酸盐岩、灰岩、白云石指数(马友生:XRD矿物录井技术在华北油田勘探开发中的应用//2017年第四届中国石油工业录井技术交流会),利用这些指数能够判断真假储集层,对电性中出现的与岩性描述相异的地质现象给予量化解释,避免将灰质泥岩、灰质条纹发育的页岩层、富油凹陷泥页岩层误判为油层并下套管试油甚至进行储集层改造等决策带来的损失。

砂岩指数= 石英+长石石英+长石+黏土矿物(6)

泥岩指数= 黏土矿物石英+长石+黏土矿物(7)

碳酸盐岩指数= 白云石+铁白云石+方解石矿物总量(8)

灰岩指数= 方解石方解石+铁白石英+白云石(9)

白云石指数= 铁白石英+白云石方解石+铁白石英+白云石(10)

XRF录井在建立地质剖面方面的作用主要为卡准岩屑迟到时间、辅助识别岩性。前者主要通过在钻井液入口加入少量与相邻地层有明显区别标志性元素,就能精准卡准岩屑迟到时间。后者一是依靠标样确定岩屑中的元素组成和含量,二是借助大量已知岩屑(包括岩性和层位 )来建立相关的元素组合剖面和标准图谱数据库,回归和反演未知岩屑元素组合特征。在识别“假储集层”方面则主要依靠Si、Ca、Mg、Al、Fe、Ti敏感性元素含量的变化来判断,同时还可以依靠这些标志性元素的含量,判断页岩层中砂质条纹是否发育,富含烃页岩层是否具有开采价值。图6是C 2井岩心 XRF分析与电性对比图,可以看出XRF分析结果与测井资料(自然伽马、深测向电阻率、声波时差)表现出极好的对应关系。灰质条纹处具有Ca含量高、电阻率高、自然伽马低的现象,为解释页岩层中出现高电阻率问题提供依据。

2.2 评价碳酸盐岩储集层

2.2.1 XRF录井评价碳酸盐岩参数的选择

不同区块有利的碳酸盐岩储集层岩性存在差异,利用XRD/XRF录井可以判断岩性,优选评价储集层。通常选择白云石(方解石)含量作为储集层评价的参数。

风化壳常常是良好的储集层,也是不少油气田勘探的重要目的层。不同地区风化壳附近富集元素不同,利用这些元素含量的变化,可以判断是否存在风化壳。在分析区块地层的基础上,掌握区块风化壳敏感元素,依据随钻分析结果与特征元素对比,判断是否进入风化壳。如果区块目标层为风化壳,宜选择风化壳敏感元素作为储集层评价的参数。

油气分布常与沉积相相关,微量元素能够反映沉积环境、水体深浅。当掌握油气富集规律与沉积相的关系后,指相微量元素就能在一定程度上反映储集层含油气性。Sr、Ba和Mn反映沉积环境。一般情况下,Sr/Ba越大反映水体越深,Mn越大反映水体越浅, 因此可用作储集层评价参数。

碳酸盐岩溶孔、溶洞中往往有FeS和石英晶体, S元素从侧面反映了储集层溶孔、溶洞发育情况,因此选择S元素作为储集层评价参数。

2.2.2 解释评价标准的建立

(1)储集层类型评价标准的建立

通过将区块岩石XRF分析结果与储集层类型进行对比,可以确定不同储集层类型的评价参数区间值,从而建立评价标准(表1)。

(2)油气显示层解释评价标准的建立

好的储集层不一定含有油气,判断储集层是否为油气层,还应结合气测资料,建立元素(XRF)与气测全烃(T_g)解释图板。

在分析不同区块石油地质资料基础上,考虑不同区块储集层主要类型及影响储集层储渗性的主要因素,对表1中各解释评价参数赋以不同权重(如果深度是影响储集层储渗性的主要因素,则指相参数赋以较大权重,其他参数赋以较小权重;如果储渗空间主要是溶孔溶洞,则S、Si赋以较大权重,其他参数赋以较小权重;同样,如储渗空间主要是风化壳,则Mn、Fe赋以较大的权重,其他参数赋以较小权重),从而形成一个元素(XRF)录井反映储集层储渗性的综合参数,与利用公式(5)校正后气测全烃(T_g校)结合建立交会图,通过交会图确定不同流体价值区,用于解释评价。

3 结论与建议

(1)随着勘探开发的深入,油气显示层类型也日趋复杂。摒弃传统的解释评价方法,从储集层含烃性及能量的角度出发,通过烃类恢复、曲线形态、岩石热解气测一体化解释能够较好解决低孔低渗、特殊气测组分、低阻油气层给油气显示层解释带来的困难,提高录井解释评价精度。

(2)XRD/XRF录井不仅能够辅助识别岩性,通过矿物、含量的变化还能为识别“假储集层”提供依据,辅助判断沉积环境、储集层类型、储渗性好坏,划分干、产层,辅助识别储集层流体性质。

(3)各项录井资料从不同角度反映地下地质情况,只有充分挖掘录井资料潜力,综合应用各种录井资料,才能解决复杂石油地质条件带来的各种录井解释评价的难题。

The authors have declared that no competing interests exist.

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参考文献

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