录井工程  2019 , 30 (3): 106-111 https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-9803.2019.03.019

解释评价

川西海相雷四上亚段溶蚀储集层录井随钻评价技术

袁艳丽

中石化西南石油工程有限公司地质录井分公司

中图分类号:  TE132.1

文献标识码:  A

收稿日期: 2019-05-15

网络出版日期:  2019-09-25

版权声明:  2019 《录井工程》杂志社 《录井工程》杂志社 所有

基金资助:  中石化科技部项目“川西海相岩溶储层录井精细评价方法研究”(编号:JP18036)

作者简介:

作者简介:袁艳丽 工程师,1976年生,1998年毕业于中国地质大学(武汉)石油地质专业,现在中石化西南石油工程有限公司地质录井分公司从事录井技术研究工作。通信地址:621000 四川省绵阳市科创园区园艺街13号。电话:(0816)2353274。E-mail:505929273@qq.com

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摘要

川西海相雷四上亚段溶蚀储集层取得了天然气勘探开发的重大突破,但因储集层特征复杂,主要依靠钻后测井或实验分析获取孔渗性,难以随钻准确识别并评价储集层。为此,通过优选工程和录井参数进行统计分析形成元素识别方法,在快速识别储集层的基础上,针对工区特点改进了机械比能指数计算模型,建立了随钻评价方法与随钻评价标准。井场试验表明,新的录井随钻评价方法与钻后的测井解释结论、测试结果较为吻合,可为该气藏的取心卡层完井作业与测试选层提供可靠依据。

关键词: 川西 ; 雷四上亚段 ; 溶蚀储集层 ; 元素录井 ; 工程录井 ; 随钻评价

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袁艳丽. 川西海相雷四上亚段溶蚀储集层录井随钻评价技术[J]. 录井工程, 2019, 30(3): 106-111 https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-9803.2019.03.019

0 引 言

川西地区雷口坡组发育台缘滩和台内滩裂缝-孔隙型储集层,天然气成藏条件优越,具有形成大中型气田的资源条件,近年来不断获得油气勘探开发突破,具有巨大的油气勘探开发潜力[1]。但是,雷口坡组气藏具有埋深大、岩性复杂、储集层非均质性强、单层厚度薄等特征,纵向上有效储集层呈薄互层状,储集空间类型多,孔隙结构复杂,单井测试产量差异大[2,3]。在钻进过程中,油气显示非常微弱,气测录井等常规评价手段的应用效果不佳,一般需要通过钻后的大量实验分析或综合测井手段等来识别评价优质储集层,缺少录井随钻识别评价方法。因此,利用川西龙门山前构造带大邑-石羊场-金马-鸭子河地区雷口坡组雷四上亚段完钻井的工程录井和元素录井资料,通过优选录井参数,建立了一种快速识别评价储集层的方法,用于该气藏的取心卡层、完井作业和测试选层。

1 地质概况

研究区地理上处于川西坳陷带西缘由关口断裂与彭县断裂所夹持的龙门山前缘中段大邑-石羊场-金马-鸭子河构造带上,雷四段分为上、中、下三个亚段,目前在该区发现的产气层段主要分布在雷四上亚段[1,4]。该段地层厚度为120150 m,进一步可分为上、下两个储集层段,上储集层段岩性以灰岩、云质灰岩为主,少量灰质云岩和白云岩,下储集层段岩性以白云岩、灰质云岩为主,少量云质灰岩。雷四上亚段储集层类型以Ⅱ-Ⅲ类储集层为主,夹以Ⅰ类薄储集层,溶孔不均匀分布,根据薄片分析,储集空间以晶间溶孔、藻间溶孔和不规则溶孔为主,孔隙度6.5%7.6%[5]

在碳酸盐岩地层的随钻储集层评价方面,国内科研人员进行了较多的研究,但重点是准确识别正钻地层岩性,结合实钻钻时、气测值、录井分析化验等,开展储集层随钻综合评价,这些研究成果在磨溪气田、元坝气田等特定岩性的油气藏中取得了成效[6,7]。但根据川西海相完钻井的测井资料和地质录井、取心等资料分析,雷四上亚段溶蚀储集层岩性类型多且较为复杂,埋深5 5006 300 m,钻进过程中,油气显示非常微弱,采用岩性随钻评价的可靠性差,造成部分录井解释为微含气层的井最终测试为高产井。常规的随钻评价手段已经不能满足勘探开发需求,亟待研究新的随钻识别评价技术。

2 录井随钻识别评价方法

本文拟通过川西地区钻穿雷四上亚段的完钻井的录井数据,应用元素录井进行溶蚀储集层段的识别,在识别溶蚀储集层的基础上,进一步挖掘工程数据价值,应用工程参数进行储集层可钻性评价,最终建立溶蚀储集层的评价标准,实现优质储集层的随钻准确识别与评价。

2.1 元素录井识别溶蚀储集层

根据测井、录井及薄片分析资料,雷四上亚段储集层的主要储集空间为溶蚀孔隙[5,8]。由于元素是组成岩石的基本成分,储集层发生溶蚀,必然会导致敏感元素发生差异性运移与富集。碳酸盐岩中的白云质成分更易发生溶蚀,Mg、Ca元素容易发生差异性的运移与富集[8,9,10]

据高恒逸、刘昊年等[2,5]对川西雷口坡组雷四段储集层特征、形成机制及主控因素的分析,雷四段储集层以白云岩、灰质(含灰)白云岩和灰岩为主。对工区内完钻井的岩性与全岩分析结果进行统计,方解石和白云石为目的层岩石的主要成分,且二者含量互为补充,即方解石含量高则白云石含量相对较低。在川西雷四段上下储集层段白云岩储集性能总体上优于灰岩,从灰岩到白云岩的岩性过渡中,Ca元素含量逐渐递减,Mg元素含量逐渐增加,故灰岩、白云岩中的主含量元素可在一定程度上反映储集层的储集性能。经对川西地区12口井雷四上亚段薄片数据进行统计,结果显示白云石含量大于50%的有295片,对应孔隙度大于5%的有121片,含白云石较多的岩石孔隙度较好的占41.02%;方解石含量大于50%的有160片,孔隙度大于5%的有17片,含方解石较多的岩石孔隙度较好的只占10.63%。这表明孔渗性好(孔隙度>5%)的样品绝大部分具有高白云石含量的特征。

与方解石相比,白云石具有Ca相对低、Mg相对高的特征,因此,利用元素录井的Ca、Mg元素含量能够快速识别雷四上亚段的主要储集层段。在元素含量图中将Ca、Mg元素设置为相邻图道,Ca、Mg元素比例尺刻度均设置为050%,但Ca元素设置为右充填,Mg元素设置为左充填,利用两道的充填面积即可识别:充填面积小的为非储集层段,充填面积大的为储集层段。C 1井中的使用效果如图1所示。元素识别方法简单快速,易于使用,但识别精度较低,需要结合其他方法综合应用。

图1   C 1井元素识别储集层效果图

   

2.2 储集层可钻性评价

1964年,R.Teale提出了钻头在岩石中钻进的比能概念,该比能即钻压和扭矩破碎单位体积岩石时单位时间所需的机械能,也可认为破碎单位岩石体积所消耗的能量,破碎单位岩石体积消耗的能量越少,说明该岩石更易破碎,其孔渗性越好,储集层品质越好[11]。机械比能模型为:

MSE= WA+ 120πNTAR(1)

式中:MSE为机械比能,MPa;W为钻压,kN;A为钻头截面积,mm2;N为转速,r/min;T为钻头扭矩,kN·m;R为钻速,m/h。

机械比能在不同工区的碎屑岩、碳酸盐岩等储集层中的应用取得了一定的成效[11,12,13],但由于工程参数波动较大,不同的钻井工况,不同的储集层类型对计算结果均有一定的影响,计算模型难以直接应用,需要根据地区的工程地质特点,对机械比能模型进行修正。

2.2.1 关键钻井参数的修正

现有综合录井仪器的扭矩传感器有过桥轮式、电扭矩等多种类型,不同类型传感器的测量结果有一定差异,会导致计算的结果有较大的偏差。徐济银等经室内模拟实验发现,不同岩性(砂岩、花岗岩和灰岩3种岩性)岩石中的钻头扭矩比较接近。当岩性为灰岩时,钻头扭矩与钻压和钻头直径之间的关系为[12]:

T=6.11×10-3WD (2)

式中:D为钻头直径,mm。

雷四段主要岩性为灰岩与白云岩,由于两者岩性比较接近,将扭矩参数用钻压与钻头直径乘积表达相当于对计算模型进行了一定程度的简化,可消除不同传感器类型带来的偏差。新模型表达式为:

MSE= 4WπD2+ 0.0488NWtD(3)

式中:t为钻时,min/m。

2.2.2 含气性的修正

岩石强度与地层岩石的关系较为复杂,存在较多的影响因素,如地层含气将对钻井参数有一定的影响,发生井漏等特殊情况时,综合录井仪器记录的工程参数不能准确反映井底的状态,并且地层的含油气性实际也是可钻性的间接指示。对于雷四段溶蚀型储集层而言,孔渗性越好,含气显示越明显,地层可钻性也越高。因此,将油气显示情况引入计算模型,能够在一定程度上消除钻压、转速等关键工程参数的波动引起的计算误差,起到对机械比能计算模型进行修正的效果。将全烃与其均值的比值按经验值赋值为全烃系数Kc,用Kc乘以机械比能MSE作为附加值对油气显示段加以修正,根据完钻井统计与对比。川西地区雷四上亚段全烃系数Kc的经验赋值如表1所示。

表1   全烃系数Kc赋值

   

全烃/全烃均值全烃系数Kc含气性
≤10
130.20.5中等
340.8良好
≥4或井漏段1优秀

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经修正的机械比能MSE'为:

MSE'=(1-Kc)MSE (4)

在未含气层段,MSE=MSE',随含气程度增高,二者差值将越来越大,在优质储集层或井漏段,MSE'=0。

2.2.3 重要工况的修正

正常钻进与取心钻进两种重要的工况下,钻井参数和气测参数均有明显差异,不能采用同样的模型进行计算与评价,因此有必要针对不同的工况进行改进与修正。根据工区已钻井的资料,按取心和钻进两种工况分别统计出雷四上亚段MSE平均值。本文借鉴测井解释中Vsh等评价参数的计算方法[14],获得最终修正的机械比能指数计算模型:

IM=1- MSE'MSEa(5)

式中:IM为最终修正的机械比能指数。MSEa为单井雷四上亚段MSE平均值(按取心和钻进两种工况分别统计)。

MSE未经修正的情况下,若某一井段MSEMSEa大,则意味着该井段孔渗性低于雷四上亚段平均值;若该井段机械比能经含气性修正后,其值MSE'仍然较修正前均值还大,则该井段为非孔渗发育段。IM值越大,反映储集层的孔渗性越好。从图2的对比效果分析可见,MSE校正前与测井孔隙度曲线有明显差异,经含气性修正和工况修正后吻合度得到了明显提升。

图2   C 2井MSE改进前后效果对比

   

2.3 随钻评价标准

由于元素识别方法侧重于岩石中组分的分析,机械比能指数侧重于岩石强度,认为岩石越易被破碎孔渗性就越好,而未考虑到钻头使用程度及工程参数与岩石的匹配性,故用单一评价指数识别评价储集层有局限性。因此,将元素识别方法与修正的机械比能指数两者相结合,进行综合评价,可消除单一方法带来的偏差。通过应用川西完钻井的实际数据进行对比与分析,建立了溶蚀储集层的随钻评价标准(表2)。

表2   溶蚀储集层录井随钻评价标准

   

元素含量修正的机械
比能指数IM
综合评价随钻评价标准测井解释结论
CaMg
≤0.2非储集层不发育非储集层
0.20.5Ⅲ类中等Ⅲ类
相对低值
-中等
中等-相
对高值
0.50.8Ⅱ类良好Ⅱ类
0.81.0Ⅰ类优秀Ⅰ类

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3 应用效果

本研究建立的随钻识别与评价方法在川西地区5口井进行了应用。以C 3井为例,说明随钻识别评价技术的应用效果。

C 3井利用元素录井和修正的机械比能指数准确识别了雷四上亚段的上下储集层段及其间隔层。元素识别方法确认主要储集层段有6段,修正的机械比能指数评价主要孔渗发育层段有7段,应用随钻评价标准,综合评价出全井共发育7层优质储集层(表3)。

表3   C 3井录井随钻评价结果

   

储集层段元素识别
井段/m
修正的机械比能指数
IM识别井段/m
综合指数识别
井段/m
随钻评价
5757.05766.05754.55770.05758.05766.0Ⅰ类储集层
上储集层段5770.05776.05772.05776.05772.05776.0Ⅲ类储集层
5778.05792.05779.05789.05778.05790.0Ⅱ类储集层
5814.05824.05815.05823.05815.05823.0Ⅱ类储集层
下储集层段5827.05833.05825.05828.05826.05833.0Ⅲ类储集层
5835.05846.05835.05846.0Ⅱ类储集层
5837.05892.05853.05860.05851.05866.0Ⅲ类储集层

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测井共解释评价了13层,评价级别Ⅰ-Ⅲ类不等,完井后针对下储集层段测试,折算日产气量100余万立方米。从综合评价和测井解释曲线对比可看出,二者显示出良好的对应关系,优质储集层集中在上储集层段下部和下储集层段中上部。采用新的随钻评价方法与评价标准后,虽然部分井段与测井评价存在差异,但与综合录井解释评价相比,解释符合率得到了较大的提升(图3图4)。在川西地区5口井采用新方法进行了随钻评价,新方法评价结果与测井的吻合率达到82.92%(表4),为完井作业与测试选层提供了可靠的依据。

图3   C 3井雷四上亚段上储集层段录井随钻评价效果

   

图4   C 3井雷四上亚段下储集层段录井随钻评价效果

   

表4   川西地区5口井测井与新方法录井随钻评价对比

   

井号测井解释
储集层
厚度/m
新方法解释
储集层
厚度/m
符合率/%平均符
合率/%
C 290.072.580.56
C 365.760.091.32
C 488.871.079.9582.92
C 594.578.082.54
C 661.570.080.23

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4 结论与认识

针对川西地区雷口坡组的储集层特点,为解决随钻快速评价的难题,通过研究建立了基于元素录井的储集层随钻识别方法;针对关键钻井参数、地层含气性、不同的工况对机械比能指数进行了修正与改进,形成了新的随钻评价技术,并建立了适合川西海相地层的随钻评价标准。录井随钻评价方法与评价标准在川西地区5口井中的应用已取得了良好的效果,与测井解释结论吻合较好,可有效指导该气藏的取心卡层、完井作业与测试选层等工作。

地层评价不仅是地质评价的重点,也是钻井施工关注的重点难点,修正的机械比能指数取得了一定的应用效果,但没有考虑井型、钻头类型等影响因素,评价结论以定性为主,有必要进一步改进与完善,实现定量评价,为溶蚀型碳酸盐岩气藏的勘探开发提供更可靠的依据,发挥更大的作用。


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