黄卫东
, 隋泽栋
中图分类号: TE132.1
文献标识码: A
收稿日期: 2019-09-2
网络出版日期: 2019-12-25
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:
作者简介:
作者简介：黄卫东 高级工程师,1968年生,1992年毕业于新疆石油学院石油与天然气地质勘查专业,现在中国石油新疆油田分公司勘探事业部从事勘探管理工作。通信地址:834000 新疆克拉玛依市迎宾路66号。电话:(0990)6883457。E-mail:hwdong688@petrochina.com.cn
展开
摘要
为解决利用录井资料进行火成岩储集层物性评价存在的技术欠缺,基于钻井工程的机械比能原理,通过一定算法并结合解释评价技术,建立了基于录井工程参数的火成岩储集层机械比能物性评价技术。其中,机械比能比值法与功交汇法是可以相互印证的两种物性评价方法,有利于提高物性解释的准确性,机械比能比值是评价所依据的定量化标准,火成岩储集层物性评价方法与评价标准共同形成物性评价技术。该技术在准噶尔盆地滴南地区试油选层应用效果较好,已推广至准噶尔盆地其他区块的火成岩储集层。
关键词：
火成岩储集层物性评价一直是准噶尔盆地勘探评价的重点、难点问题。火成岩储集层储集空间类型复杂,包括孔隙型、裂缝型、裂缝-孔隙型等,储集空间的复杂性加剧了储集层评价的难度。
录井现场在用的火成岩储集层物性评价方法包括:岩心孔洞、裂缝实物观察,钻时快慢物性评价。多为“定性”评价,准确性低。录井现场火成岩储集层物性解释难度大,往往造成录井现场解释被动和无奈。录井后期解释在用的火成岩储集层物性评价方法包括:岩心核磁共振分析、钻井钻时定性分析、功指数物性分析等。但因岩心核磁共振仅能分析取心段,钻时分析受工程影响因素大,功指数物性分析受钻头影响大,亟需探索一种方法弥补物性评价不足,丰富火成岩储集层物性评价录井手段。
为了提升火成岩储集层物性评价技术水平,提高录井综合解释效果,通过调研发现,钻进时机械比能的大小可反映储集层的可钻性与疏松程度。岩石越疏松、缝洞越发育,机械比能越小,岩石越致密,机械比能越大,即机械比能可以反映储集层物性[1]。因此,本研究以勘探评价热点区块——准噶尔盆地滴南地区为例,利用钻井工程参数计算机械比能,为随钻录井解释提供第一手物性资料,再进行随钻录井物性评价。最终将机械比能物性评价技术突破攻关取得的成果推广至整个准噶尔盆地。
机械比能指钻压和扭矩破碎单位体积岩石时单位时间所需的机械能。1964年,R.Teale提出了机械比能原始模型之后[2],很多学者通过大量实验对该模型进行了修正,以便满足不同的生产需求。为了应用方便,中国石油大学(北京)樊洪海等发现不同岩性岩石中的钻头扭矩比较接近,结合实验结果,取钻头在不同岩性岩石中扭矩的平均值,得到一种比较理想的机械比能模型,即樊洪海模型[3,4]:
MSE=W(
式中:MSE为机械比能,MPa;W为钻压,kN;Ab为钻头面积,mm2;N为转盘转速,r/min;R为钻速,m/h;Db为钻头直径,mm。
在本研究中,计算机械比能采用的公式均为樊洪海模型。
利用樊洪海模型计算得到机械比能,其数值大小可以定性反映单井纵向储集层物性的优劣,但不能定量评价储集层物性。在实钻过程中,受岩石强度、钻头类型、钻井工程参数、井筒环境等因素影响,造成机械比能计算精度差,即使破碎相同岩性,其机械比能有可能为不同值。
为建立机械比能定量评价方法,降低环境因素对物性评价的影响,提高火成岩储集层纵向、横向可比性,首先确定机械比能基值线作为对比参照的标准,再将机械比能与其基值线作比值,利用机械比能比值表征物性发育段储集层物性好坏,机械比能比值越小储集层物性越好。崔猛等利用测井数据或试验数据求取的岩石强度数值作为基值线[5],也可以利用拟合趋势线的方法计算基值线[6,7]。为了确定哪种基值线的求取方法更适合火成岩储集层物性评价,本研究作了对比分析。
选取准噶尔盆地滴南地区的两口邻近井,绘制机械比能曲线及岩石强度近似值曲线(图1)。其中,岩石强度的近似值是利用测井声波与岩石单轴抗压强度线性相关关系计算而来[8]。图1中对比井段D 36井3 000~3 050 m与D 124井2 850~2 900 m均属于安山岩储集层,岩石强度相近,钻井时采用三牙轮钻头,但计算的机械比能差异性较大。
若直接以岩石强度作为机械比能基值线,计算的机械比能比值差异性会较大,不能满足储集层纵向、横向对比。因此,本研究中不能直接利用岩石强度作为基值线,也不能利用机械比能与岩石强度的比值作为分析储集层物性的依据。通过实际应用对比,按照分段进行线性拟合趋势线的方法计算基值线,再计算其比值,即:
Kb=MSE/机械比能趋势线(2)
式中:Kb为机械比能比值。
通过实际应用机械比能比值可以直观判别储集层物性好坏(图1),还可以利用比值进行横向对比。图1中,D 124井油层段机械比能比值物性较D 36井水层段好。通过研究,最终确定了机械比能趋势线的求取方法及原则(图2)。求取方法:机械比能与井深的线性拟合曲线作为机械比能趋势线。求取原则:按岩性体、油气显示体、机械比能趋势体来进行分段拟合。
根据钻头破岩原理:钻头破岩时,先是在钻压作用下将钻头压入岩石表面产生裂纹破碎,进而在扭矩作用下扩大裂纹,将岩屑从岩体上切削下来,即破岩过程中:一部分为钻压所做的垂向功WH,另外一部分为扭矩所做的切向功WL。计算公式如下:
WH=
WL=
在樊洪海模型中:
WL=
式中:W为钻压,kN;N为转盘转速,r/min;R为钻速,m/h;T为钻头扭矩,kN·m;Db为钻头直径,mm。
利用公式(3)计算垂向功,公式(4)或公式(5)计算切向功。在储集层物性较差段,垂向功与切向功曲线趋向重合,物性较好段切向功降幅较垂向功明显,会产生交汇包络面,切向功与垂向功两条曲线间的包络面面积越大表明储集层物性越好(图3),再结合机械比能比值可以相互印证,从而提高储集层物性评价的准确性,便于录井解释评价。
确定火成岩储集层机械比能物性评价方法后,需建立物性评价标准,将储集层分类,达到定量化评价储集层目的。根据火成岩储集层评价分类标准[9],可按孔隙度大小将火成岩储集层分为五类。通过构建滴南地区测井解释孔隙度与机械比能比值交会图(图4),发现二者存在线性相关,利用其相关性关系式建立与储集层孔隙度分类标准对应的机械比能比值物性评价标准。
在准噶尔盆地滴南地区筛选获取18口井60组数据点,其中孔隙度数据选自测井解释孔隙度,得到机械比能比值与测井解释孔隙度相关性关系式:
ϕ=-21.21Kb+21.57(6)
将孔隙度评价标准界线值(ϕ=3,5,10,15)代入公式(6),计算得出机械比能物性评价标准界线值,形成机械比能储集层分类标准(表1)。
表1 滴南地区机械比能比值储集层分类标准
| 储集层分类 | 测井解释 孔隙度/% | 机械比能比值 |
|---|---|---|
| Ⅰ | ϕ≥15 | Kb≤0.31 |
| Ⅱ | 10≤ϕ<15 | 0.31<Kb≤0.55 |
| Ⅲ | 5≤ϕ<10 | 0.55<Kb≤0.78 |
| Ⅳ | 3≤ϕ<5 | 0.78<Kb≤0.88 |
| Ⅴ | ϕ<3 | Kb>0.88 |
最终,机械比能物性评价方法与评价标准形成机械比能物性评价技术,可以补充火成岩储集层录井物性评价手段。
在准噶尔盆地滴南地区D 104井石炭系火成岩地层,开展机械比能物性评价技术应用,图5为该井机械比能物性评价成果图。利用火成岩储集层分类标准评价:测井解释孔隙度为2.27%~11.59%,一般为4.25%~10.99%,综合评价该段储集层为低孔(个别中孔)介于Ⅳ类(差)-Ⅲ类(中等)储集层;机械比能比值为0.40~0.99,一般为0.50~0.91,综合评价该段储集层为Ⅳ类(差)-Ⅲ类(中等)储集层。测井储集层分类评价与机械比能评价基本一致,分类效果较好。
对滴南地区2018年新钻井应用表明(表2),利用机械比能比值反算的孔隙度与测井解释孔隙度对比计算解释符合率,在重要的油气显示段,即录井解释为油气层的显示段,物性解释符合率平均值大于85%,满足重点层段解释评价需求。
表2 滴南地区油气层机械比能物性评价对比
| 井号 | 井段/m | 录井 解释 | 机械比能 比值 | 机械比能计算 孔隙度/% | 测井解释 孔隙度/% | 物性解释 符合率/% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| KM 002 | 4 336~4 368 | 气层 | 0.42 | 12.66 | 13.97 | 90.6 |
| KM 002 | 4 626~4 662 | 气层 | 0.56 | 9.69 | 11.12 | 87.2 |
| M 003 | 4 620~4 644 | 气层 | 0.51 | 10.75 | 12.57 | 85.5 |
| M 8 | 4 264~4 269 | 油气层 | 0.78 | 5.03 | 5.90 | 85.2 |
| M 004 | 4 563~4 573 | 气层 | 0.87 | 3.12 | 2.46 | 73.3 |
| M 004 | 4 613~4 624 | 气层 | 0.74 | 5.87 | 5.19 | 86.8 |
| M 12 | 4 539~4 552 | 气水同层 | 0.58 | 9.27 | 8.25 | 87.7 |
通过研究及应用认为,利用机械比能进行物性评价具有下列特点:
(1)技术以录井工程参数为依托,实现了录井随钻物性评价,具有单井纵向评价连续性、实时性和横向多井可对比性的特点。
(2)比值法与交汇法两种物性评价方法相结合提高了火成岩储集层物性评价的准确性,物性评价标准实现了定量化,但需注意物性评价标准应分区建立。
(3)由于所用录井工程参数受钻井环境、钻井取心等一定程度的影响,机械比能物性评价精度有待进一步提高。
本研究以准噶尔盆地滴南地区为突破口,取得了机械比能物性评价技术研究成果,目前已经将该成果推广至整个准噶尔盆地的火成岩储集层,可以满足录井物性解释评价需求,应用效果较好。
(编辑 卜丽媛)
| [1] |
随钻录井物性评价技术应用研究 [J].Research on application of LWD properties evaluation technology [J]. |
| [2] |
The concept of specific energy in rock drilling [J]. |
| [3] |
基于机械比能理论的钻头磨损监测新方法 [J].New approach for real-time bit wear monitoring based on MSE theory [J]. |
| [4] |
机械比能理论及其在钻井工程中的应用 [J].Mechanical specific energy theory and its application in drilling engineering [J]. |
| [5] |
基于机械比能理论的复合钻井参数优选方法 [J].Optimize method of drilling parameter of compound drilling based on mechanical specific energy theory [J]. |
| [6] |
新疆中拐地区火成岩裂缝储集层录井功指数比值解释评价及流体识别方法 [J].Interpretation and evaluation of logging work index ratio of igneous fractured reservoirs in Zhongguai area,Xinjiang and method of fluid identification [J]. |
| [7] |
功指数模型在地质和工程录井中的应用 [J].Application of work index model in geology and engineering logging [J]. |
| [8] |
用声波速度预测岩石单轴抗压强度的试验研究 [J].Experimental study on predicting uniaxial compressive strength of rock using sonic velocity [J]. |
| [9] |
|
/
| 〈 |
|
〉 |
