0 引 言

塔东区块位于塔里木盆地东南部,构造上包括北部坳陷、塔东隆起、东南坳陷3个一级构造单元,古城低凸起、满西低凸起、满加尔坳陷等8个二级构造单元。古城地区勘探面积约6 100 km²,构造上位于古城低凸起,近几年的勘探表明,古城低凸起的碳酸盐岩储集层有不同程度流体产出,其中X 8井、X 9井均获得高产工业气流,前景可观。该区碳酸盐岩储集层存在多套岩性、多套烃源岩,多期生排烃、多期成藏,成藏后又经历了多次破坏与调整,储集层类型复杂、非均质性强^[1],在利用录井资料开展的碳酸盐岩储集层评价方面缺乏研究。本文将储集层岩性、物性及含气性作为碳酸盐岩储集层录井识别评价的重点,综合利用碳酸盐分析、岩屑薄片鉴定与X射线衍射全岩矿物录井技术(简称XRD衍射技术)识别储集层岩性,求取储集层物性、含气性评价参数,建立了机械比能比值与气测全烃校正净值的解释图板,在古城地区的X 11井、X 16井等5口新钻井中应用效果良好,解释评价符合率为83.3%。

1 储集层评价

1.1 岩性

古城地区碳酸盐岩储集岩包括灰岩和白云岩两大类,大庆钻探工程公司地质录井一公司主要应用碳酸盐分析、岩屑薄片鉴定、XRD衍射技术进行岩性识别。

1.1.1 碳酸盐分析

灰岩中矿物以方解石为主,其化学组成主要为CaCO₃,滴稀盐酸会剧烈起泡,白云岩中矿物以白云石为主,其化学组成主要为CaMg(CO₃)₂,滴稀盐酸极缓慢地微弱发泡或不发泡,碳酸盐分析就是利用这两种岩性滴酸反应的差异进行区分。

目前录井现场主要应用碳酸盐分析仪进行岩性识别,针对碳酸盐分析仪影响因素,在实验室里对盐酸浓度、振荡时间、环境温度、样品研磨程度、反应时间及碳酸盐分析仪读值方法进行试验,最终确定了碳酸盐分析仪分析条件为:盐酸浓度18%,样品振荡时间15 s,分析最佳环境温度区间为20~30℃,研磨程度达到160目,反应时间为12 min,并采用15 s读值法读值。

1.1.2 岩屑薄片鉴定

灰岩类和白云岩类岩石中的碳酸盐矿物不同,在与化学试剂发生反应时会显示不同的颜色,岩屑薄片染色法就是利用灰岩和白云岩的这种差异进行区分识别的。将真实、新鲜的岩屑样品制成薄片,并用茜素红染色,镜下观察,均匀染成红色的为灰岩,没有被染色的为白云岩,颜色不均匀为过渡岩性;同时确定岩石的颗粒及基质,胶结物的成分及百分含量,颗粒的类型及特征,基质和胶结物的结构特征。

硅质岩类岩石中的碳酸盐矿物也可以通过染色法进行识别,非碳酸盐矿物要通过矿物本身的自形程度、大小及光学性质识别。

通过对古城地区X 8井、X 9井等8口井414块薄片鉴定资料统计,古城地区碳酸盐岩地层发育30种岩石类型(表1)。

1.1.3 X射线衍射全岩矿物录井技术

古城地区储集层岩性主要为灰岩和白云岩两大类,其主要区别就是方解石含量的多少。利用XRD衍射技术可以进行岩石矿物成分含量的精细分析与岩性识别。通过对标准样品的分析结果表明,检测误差小于±2%(表2)。

1.2 物性

古城地区较为常见的碳酸盐岩储集层有3类。第一类是白云岩和石灰岩(不整合面之下),孔隙类型为角砾孔隙、孔洞、内模孔隙、裂缝等,该类储集层是由于白云岩在近地表处发生石化或者溶解作用,和角砾化过程而形成的。第二类是潮下带到潮上带的白云岩,孔隙类型有粒间、晶间、内模孔隙和孔洞等,该类储集层是由以下4个成因形成的:(1)出露在水面的礁体在由海水、淡水组成的一个相当于透镜体的混合带而形成的白云岩;(2)由碳酸盐沉积物和高浓缩的卤水返流而形成的;(3)受到蒸发作用的浓缩卤水向上提升而与碳酸盐沉积物交替而形成的白云岩;(4)由深埋于地下的碳酸盐岩而形成的。第三类是深埋溶解型,这种类型比较少,有着粒间溶孔孔隙与随着溶解而增大的裂缝,该类储集层是在深埋条件下,成岩溶液的溶解作用形成的^[2,3,4,5]。

录井主要通过实物观察、钻时以及机械比能比值法^[6]等多种方法结合进行储集层识别和评价。

1.2.1 实物观察法

实物观察是录井常用的识别手段之一,通过岩心、井壁取心观察描述,直接识别储集层裂缝、孔隙(洞)发育程度,判断有效储集层发育井段,确定储集层物性好坏。

1.2.2 钻时法

钻时是指钻井过程中,每钻进单位进尺所用的纯钻进时间。应用综合录井钻时资料,可以识别裂缝型储集层,钻时越低说明地层裂缝、孔隙(洞)越发育、物性越好,反之越差。

1.2.3 机械比能比值法

钻进过程实际是钻头做功的过程,参照耿长喜等介绍的基于能量守恒原理推导出的钻头破岩做功的机械比能(E_m)模型公式^[6],当地层的构造位置、层位、深度及岩性组合特征不同时,在钻进过程中钻头达到的破岩效率最高值不同,也就是地层自上而下机械比能的变化趋势不同,那么机械比能曲线偏离基值线大小能够反映破岩效率的高低,由此可以通过计算机械比能比值(E_b)对储集层物性进行评价。

E_b=E_m/E_n

式中:E_b为机械比能比值;E_m为机械比能,MPa; E_n为基值线上对应深度点的比能值,MPa。

从地质意义上来说,机械比能基值线就是某个区块内岩石强度整体变化情况的趋势线,因此机械比能比值反映破岩效率的高低,在钻井条件相同的情况下,可反映该区块地层物性变化趋势。

古城地区机械比能比值小于0.80的井段为孔隙、裂缝较发育段。机械比能比值越小,地层孔隙(洞)、裂缝越发育,物性越好;机械比能比值大于0.80时,则地层孔隙(洞)、裂缝发育少或不发育。

1.3 含气性

古城地区试气资料显示主要流体为气和水,尚未见到油产出,因此在对储集层进行流体性质评价时主要采用的是综合录井资料。为了消除钻井液的影响,需要对气测参数进行求取及校正。

1.3.1 气测显示识别

根据油气水密度差异,油气水自然分异原理,气测显示的全烃曲线形态一般为“箱状”“半箱状”“正三角形状”“倒三角形状”“钟状”“指状”“尖峰状”“梳状”“低幅箱状”。气测参数全烃最大值、全烃峰基比(全烃最大值与全烃基值之比)以及全烃曲线显示厚度、全烃曲线形态都能反映储集层含气性的优劣。

通过对X 6井、X 7井等5口井85层气测显示数据的统计,总结出古城地区气测异常显示识别标准(表3)。

通常情况下,孔隙型储集层常具备的形态为“箱状”“半箱状”“正三角形状”“倒三角形状”“钟状”“指状”,裂缝型储集层常具备的形态为“尖峰状”“梳状”“低幅箱状”,在低孔隙度低渗透率储集层,微细裂缝储集层以及含水储集层均有出现^[7,8]。

1.3.2 气测全烃校正净值ΔT_g求取

气测录井过程中井筒压差对气测全烃值影响甚大,导致气测资料在纵向上单井层与层之间以及横向上井与井之间的气测资料可比性较差,对气测资料的定量应用以及图板建立都有很大的制约。为此通过井筒压差影响校正,使气测评价参数在纵向(层与层之间)和横向(井与井之间)都有可对比性。

在不同区域不同层位给定其地层压力系数条件下,根据钻井液密度计算压差系数 Δp=p-d(其中p为不同区域不同层位的地层压力当量密度,g/cm³;d为钻井液密度,g/cm³),建立气测全烃T_g(%)与井筒压差系数Δp的函数关系(图1)。

图1是产气层全烃(T_g)与井筒压差系数Δp的实际数据,拟合出全烃与井筒压差系数的指数关系式如下:

T_g =6.437e^35.694Δp(1)

令T_g变化(%)表示一定钻井压差条件下的全烃变化量,则有:

T_g变化=T_g (0)-T_g (Δp)(2)

式中:T_g (0) 为Δp=0时的T_g 值;T_g (Δp)为Δp不为0时的T_g 值,即:

T_{g 变化}= 6.437-6.437e^35.694Δp(3)

若用T_g'(%)表示平衡钻井条件下气测全烃校正值,T_g(%)表示非平衡钻井条件下的全烃值,即实际钻井条件下气测全烃实测值,则有:

T_g变化 =T_g'-T_g

T_g'=T_{g 变化}+T_g (4)

即产气层平衡钻井条件下的全烃校正公式为:

T_g '=6.437-6.437e^35.694Δp+T_g

=6.437[1-e^35.694Δp]+T_g (5)

由公式(5)得到连续的气测全烃校正值,将该值通过数理统计方法进行回归计算,得出全烃校正基线,T_g基值(%)是对应全烃校正基线上各点的气测全烃校正数值。由此得到气测全烃校正净值ΔT_g(%)为:

ΔT_g=T_g'-T_g基值(6)

1.3.3 气水层录井响应特征

通过对古城地区X 6井、X 8井等10口井的试油资料分析,总结了气水层录井响应特征(表4),其中产能井全烃一般大于30%,干层或水层全烃一般小于10%。

1.4 录井综合解释评价方法

通过对古城地区储集层物性、含气性的研究,综合应用物性、含气性评价方法,建立该区储集层分类标准及气水层识别图板。

1.4.1 储集层分类

通过对完钻井机械比能比值分布特征进行统计,结合岩心、成像资料等,总结了裂缝、孔洞型储集层机械比能比值的形态规律,对现有的X 14井、X 16井等10口井35层资料进行统计归类,形成古城地区机械比能比值划分储集层级别的标准(表5)。

1.4.2 气水层图板

应用X 6井、X 8井等4口井试气资料,结合储集层非均质性,对试气层进行细分,获取更多的数据点,绘制ΔT_g-E_b解释图板(图2)。

一般来说,当ΔT_g>10.0%、E_b< 0.6时,储集层为气层;ΔT_g为1.0%~10.0%、 E_b>0.4时,储集层为差气层;ΔT_g<1.0%、 E_b<0.4时,储集层为水层。

2 综合应用

将本文所建立的碳酸盐岩储集层录井评价方法应用于古城地区的X 11井、X 16井等5口新钻井,解释气层10层,差气层27层,对5口井的7个气层及11个差气层进行试气,其中3口井的6个气层及9个差气层的试油结论与综合解释评价结论相符,解释符合率83.3%。下面以X 16井为例进行介绍。

X 16井94号层井段6 072.2~6 075.4 m,厚度3.2 m;98号层井段6 085.6~6 087.6 m,厚度2.0 m。通过薄片鉴定、碳酸盐分析及XRD衍射分析确定94号、98号层岩性分别为灰岩、含云灰岩(图3、表6)。

94号层 E_b值为0.71~0.89,为Ⅱ-Ⅲ类储集层;98号层 E_b值为0.80~0.92,为Ⅲ类储集层(图4)。

94号、98号层气测显示不连续,气测全烃曲线形态呈“指状”或“尖峰状”,含气显示相对较好处均位于储集层下部,属于裂缝型储集层。分别选取储集层上中下部的ΔT_g、 E_b值投到古城地区ΔT_g-E_b图板上(图2、表7),94号、98号层各有1点位于气层区,其余点均落在差气层区,综合解释为差气层。该井射开井段6 038.0~6 170.2 m,自喷求产,产气2 160 m³/d,试气结果与解释结论相符。

3 结束语

利用碳酸盐分析、岩屑薄片鉴定及XRD衍射技术能够较好地识别古城地区碳酸盐岩岩性。通过求取机械比能比值及气测全烃校正净值ΔT_g参数进行储集层物性、含气性评价,建立碳酸盐岩储集层物性分类标准及气水层识别图板,形成一套适合于古城地区的碳酸盐岩储集层录井评价方法,切实发挥了录井解释评价技术优势,为该区后续的解释评价和勘探开发提供了有力的技术支撑。

The authors have declared that no competing interests exist.

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参考文献

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