南海西部海域非烃类气层测井识别及解释评价方法＊

吴洪深 高 华 林德明 高楚桥 陈 嵘

（1.中海石油（中国）有限公司湛江分公司； 2.长江大学）

南海西部海域非烃类气层测井识别及解释评价方法＊

吴洪深1高 华1林德明1高楚桥2陈 嵘2

（1.中海石油（中国）有限公司湛江分公司； 2.长江大学）

针对南海西部海域莺琼盆地复杂气田勘探实践所遇到的实际问题，开展了非烃类气层测井识别及解释评价方法研究。将三孔隙度气层识别方法发展和完善为四孔隙度气层识别方法，基于烃类气和非烃类气的密度与温压条件关系分析，建立了非烃类气层定量解释评价模型和方法，并在莺琼盆地取得了良好的实际应用效果。

南海西部 非烃类气 测井识别 四孔隙度

经过多年的勘探实践，发现莺琼盆地东方、乐东、临高、崖城等多个构造带上普遍存在地质背景和成藏机制极其复杂的高温超压储层、低电阻率气层及高含CO2气层，这给该地区的天然气勘探及测井资料解释评价带来了重重困难。本文针对该区实际地质条件和状况，以流体及岩石物理实验为基本切入点，深入研究孔隙流体的各类物理参数随地层温度压力条件改变而变化的规律，进而建立相应的测井解释模型和方法，采用本文提出的四孔隙度差、比值法和联立方程组最优化算法进行了莺琼盆地气层识别和烃类及非烃类气的定量解释评价。

1 天然气层四孔隙度差、比值识别方法

在天然气层三孔隙度识别方法[1]的基础上，充分考虑地层完全含水的影响因素，将四孔隙度差值C4和四孔隙度比值B4分别定义为

式（1）、（2）中，φda、φsa、φna和φw分别是泥质砂岩体积模型中的视密度孔隙度、视声波孔隙度、视中子孔隙度和含水孔隙度。

由三孔隙度气层识别法发展起来的四孔隙度气层识别法，关键在于对φda、φsa、φna和φw求解时应作岩性和泥质校正，保存不同孔隙流体对四孔隙度的影响，使得天然气层在用C4或B4表示时其四孔隙度差值或比值能够得到进一步放大。

显然，若储层为水层或油层时，C4≈0，B4≈0；若储层为气层，则C4＞0，B4＞0。在实际应用中，通常用C4和B4的反向交会法来识别天然气层。

2 烃类气和非烃类气的密度与温压条件的关系分析

在莺琼盆地，天然气储层中除了以甲烷为主的烃类气外，还存在大量的CO2气体。研究表明，在不同温度压力条件下甲烷与CO2的测井响应值有很大差别。由文献[2]提供的甲烷气实验数据表，可作出图1和图2。本文对图1、2作了进一步的数值模拟及回归分析，得到了甲烷密度ρCH4与温度t、压力p具有以下关系：

图1 甲烷密度等压关系图（p＜15 MPa）

图2 甲烷密度等压关系图（p＞15 MPa）

地层条件下甲烷的视体积密度值为

图3为周伦先等人[3]通过实际气样实验得到的CO2密度与温度、压力的关系。由图3可知，CO2密度随温度降低、压力增高而逐渐增大。本文对图3中温度为50～91℃，压力大于15 MPa的实验曲线作了进一步的数值模拟及回归分析，得到了CO2密度ρCO2与p/t的函数关系（图4），其关系式为

地层条件下CO2的视体积密度数学表达式为

地层温压条件下甲烷与CO2的测井响应机理，无论是理论还是实际计算公式推导都比较复杂，笔者在测井专题研究报告1）中对此进行了详细阐述，在此不再赘述。

3 非烃类气层定量解释评价模型和方法

本文提出的区分烃类气与非烃类气的基本方法是通过地层组份分析模型定量计算地层条件下甲烷和CO2的含量，并且最终换算为地面条件下各自的含量。对含油气的储集层来说，储集层可以看成是由具有不同性质的组分组成的，这些组份包括不同状态下的油、气、水、泥质及岩石的各种骨架矿物。单位体积条件下假定各组分在地层中的相对百分含量，建立双水多矿物地层组分分析物理模型1）和带约束的测井超定线性方程组，进而运用线性最小二乘原理，将其转换为求解极值问题的数学目标函数，最终采用最优化算法得到地面条件下烃类气的相对含量。

由气体状态方程推导可得，地层温压条件下烃类气体积Vgf折算为地面条件下的体积Vgs的表达式为

地层温压条件下非烃类气体积Vco2f折算为地面条件下的体积Vco2s的表达式为

式（8）、（9）中：Tf为地层温度，°K；pgf为地层压力，MPa；Zf为烃类气在地层温压条件下的压缩因子，无因次；Zfco2为非烃类气在地层温压条件下的压缩因子，无因次；Ts为地面温度，°K；pgs为地面压力，MPa。

地面条件下烃类气相对含量Rch则表示为

整理得

式（11）中：xgas为烃类气在地层中的相对含量，小数；xco2为非烃类气在地层中的相对含量，小数。

地层流体密度则进一步表示为

式（12）中：ρgas、ρco2、ρw、xfw分别为地层条件下烃类气、非烃类气和地层水的密度，以及地层水的相对含量，小数。

当地层烃类气含量超过50%时，判定为烃类气层；当地层烃类气含量小于50%时，则认为是以CO2等非烃类气为主。

非烃类气层定量解释评价模型和方法所使用的常规测井信息，既可以由钻后电缆测井获得，也可以由随钻测井及时获取。实践证明，随钻测井技术与实时决策系统的数据传输技术的有机结合，可以迅速提高探井和评价井测井解释评价时效，为管理层决定是否进行DST测试等后续作业提供及时有效的决策依据。

4 应用效果

莺琼盆地13口井的模型及方法检验结果（表1）表明，单层烃类气含量绝对误差在10%以内（共19层）的解释符合率为63%，而绝对误差在20%以内的解释符合率可达79%，达到了利用常规测井资料定量区分烃类气与非烃类气的预期。图5为东方地区XX－3井的非烃类气测井解释评价实例，图中1333.5～1372.5 m井段用常规资料定量计算得到的烃类气含量约为30%，而该井段DST1测试结果是烃类气含量24.1%、非烃类气含量75.7%。

表1 莺琼盆地烃类气含量测井计算结果与分析结果对比表

图5 XX－3井非烃类气层测井综合解释评价成果图

在后期实际生产应用过程中，又处理了莺琼盆地7口井（39层）的测井资料，天然气层识别解释符合率高达89.7%；近期钻探的LOTUS、BD13－X和BD14－Y井的解释结果为，单层烃类气含量绝对误差在20%以内（11层）的解释符合率高达100%，而绝对误差在10%以内的解释符合率为82%。图6为宝岛地区BD13－X井的烃类气测井解释评价实例，图中1573～1580 m测试井段用常规资料定量计算得到的烃类气含量约为77%，而该井段清喷后的烃类气含量为78%。这说明，本文提出的非烃类气层测井识别与解释评价方法是有效可行的。

图6 BD13－X井烃类气层测井综合解释评价成果图

5 结论

（1）常规测井资料定性识别天然气层四孔隙度差值及比值方法的拓展性研究，使得改进型四孔隙度差值C4和四孔隙度比值B4曲线交会显示法能够更有效地识别天然气层。

（2）运用最优化理论建立了地层组分分析模型和定量计算烃类气与非烃类气含量方法，达到了区分烃类气和非烃类气的探索性研究目的，拓展了常规测井资料定量评价非烃类天然气层新领域。

（3）23口井的实际资料处理结果表明，常规测井非烃类气层定量解释评价模型及方法在南海西部海域天然气勘探实践中也取得了良好的定量分析应用效果。

[1] 吴洪深.莺歌海盆地底辟构造带低电阻率气层测井解释方法研究[J].中国海上油气（地质），2002，16（1）：45－53.

[2] VARGAFTIK N B.Tables on the thermophysical properties of liquids and gases[M].Washington：Hemisphere Pub.Corp.，1975：156－166.

[3] 周伦先，褚小兵.CO2气井相态特征[J].油气井测试，2006，15（5）：35－37.

A methodology on logging identification and interpretation of non－hydrocarbon gas zones in the western South China Sea

Wu Hongshen1Gao Hua1Lin Deming1Gao Chuqiao2Chen Rong2
（1.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.，Guangdong，524057；2.Yangtze University，Hubei，434023）

In order to resolve some actual problems encountered in exploration of complex gasfields in Ying－Qiong basin，the western South China Sea，a methodology on logging identification and interpretation of non－hydrocarbon gas zones is researched.A three－porosity method of gas zone identification was develop ped and improved into a four－porosity method，and based on the relationship between density and temperature and pressure for hydrocarbon and non－hydrocarbon gases，a model and a method were established for quantitative interpretation and evaluation of non－hydrocarbon gas zones.The methodology has resulted in good effects in practical applications in Ying－Qiong basin.

the western South China Sea；non－hydrocarbon gas；logging identification；four porosity

＊国家科技重大专项“莺琼盆地大中型气田勘探理论、方法与实践”（编号：2008ZX0523－004）部分研究成果，已获中华人民共和国国家版权局计算机软件著作权登记证书（登记号：2011SR007729）。

吴洪深，男，高级工程师，1982年毕业于原华东石油学院矿场地球物理测井专业，长期从事地球物理测井方面的研究工作。地址：广东省湛江市坡头区22号信箱（邮编：524057）。电话：0759－3901865。E－mail：wuhsh＠cnooc.com.cn。

1）吴洪深.南海西部海域复杂油气层测井解释评价方法研究报告.2009.

2011－05－30改回日期：2011－09－27

（编辑：周雯雯）