利用岩石声学特性评价致密砂岩储层含气性

2013-10-25成志刚张蕾赵建武林伟川冯春珍罗少成

测井技术 2013年3期

成志刚，张蕾，赵建武，林伟川，冯春珍，罗少成

（1.中国石油集团测井有限公司油气评价中心，陕西西安 710077；2.中国石油集团测井有限公司长庆事业部，陕西西安 710201）

0 引言

致密砂岩气层是指地下含有天然气的其孔隙度低（一般小于10%）、含水饱和度高（大于40%）而渗透率小（小于0.1×10－3μm2）勉强能使天然气渗流的砂岩层。这类砂岩层往往处于深处或盆地的深部，又常称为深层致密砂岩气层［1］。对低孔隙度低渗透率、岩性成分复杂的致密砂岩储层，由于孔隙度、渗透率等性能非常差，储集空间极为有限，电阻率和孔隙度资料受岩石骨架影响大，流体对其响应特征贡献小，测井曲线包含的流体信息较少，气层识别较常规砂岩气层困难。对该类储层的含气性识别尽量避开岩石骨架的影响或者就直接从岩石学特征出发研究饱含不同流体性质的岩石响应特征，进而达到准确判别流体性质的目的［2］。

1 实验设计及分析

研究选取长庆油田苏里格×探区为研究的目标区块，按照《岩石声波特性的实验室测定》（SY／T6351-1998）标准流程［3］，采用 Panametrics高压脉冲发生／接收器、1MHz纵横波声波换能器、HP数字存储示波器对该地区的126块岩样进行实验及计算，测量每块岩心在饱含气、饱含水及不同含气饱和度下的纵波速度、横波速度，求得其纵波时差、纵横波速度比等声学参数。

表1为部分岩心的物性参数和声学参数统计表，根据测得的实验数据可计算出岩石的纵波时差和纵横波速度比。采用交会对比方法对取得的数据进行分析，从图1中可以看出，由于受不同波的传播性质决定，在不同流体饱和状态下，岩心的声学参数存在不同的分布区域，可以看出流体对声学参数变化影响较大，这种交会图分析技术也是流体识别和解释评价中应用相对较多的一种方法，但该方法没有充分利用声学参数信息，功能相对单一，而且仅仅是进行定性判识，没有对储层其他信息提出参考指导和定量评价。针对上述情况，对岩石声学参数信息进行深入挖掘，寻求其信息最大化的表征方法，实现对储层品质的定量评价。

图1 不同饱和状态岩心声学参数对比情况

表1 部分岩心物性参数和声学参数统计表

2 理论模型的研究和建立

将含气砂岩储层看作各向同性的理想介质，根据波动理论，岩石的纵波、横波时差可以表示为

式中，c为单位转换系数；K、G分别为岩石体积模量和剪切模量；ρb为密度。

不同岩性、孔隙度及流体类型将引起式（1）中ρb、K、G等弹性参数的改变，从而导致其纵波、横波时差的变化，这是进行储层流体性质判别的基础。根据式（1），岩石的波速比r（纵波速度vp、横波速度vs比值）可以表示为［4］

将饱含气的砂岩称为干岩石。Pickett等通过研究证实，砂岩干岩样的声波速度比为常数1.6，而石灰岩和白云岩则相对较高，分别为1.9和1.8。r干与孔隙度无关，剪切模量也与流体性质无关，因此对于饱和气砂岩有

Gassmann方程可以看作是低频条件下的Biot理论。利用Gassmann方程可以将饱和水岩石体积模量K与干岩石体积模量K干联系起来，由频散引起的误差可以忽略不计。

式中，KF、Km分别为孔隙流体和岩石骨架的体积模量。

剪切模量不受孔隙流体性质的影响，只与储层孔隙度有关，可利用式（5）建立孔隙度与剪切模量的关系式

式中，c为经验参数；Gm为砂岩骨架的剪切模量［3］。

对于纯石英砂岩储层，在已知孔隙度、砂岩骨架的体积模量和剪切模量的前提下，根据上述公式即可计算出其纵波时差、纵横波速度比。

图2为利用这一方法模拟的孔隙度5%～40%、含气饱和度0～100%的砂岩储层纵波时差—纵横波速度比交会图。

图2 含气石英砂岩储层纵波时差—纵横波速度比交会图理论模型

3 区域模型建立

Murphy通过实验证实，对于低孔隙度储层，二次多项式拟合比指数形式更能接近实际的剪切模量值［4］。因此，对于低孔隙度、低渗透率储层，根据饱和水岩心分析资料回归利用孔隙度计算岩石剪切模量的经验模型（见图3）

图3 饱和水岩样孔隙度—剪切模量交会图

Murphy等根据接触理论模型推导出饱和气石英砂岩的纵横波速度比值介于1.15～1.73，且与孔隙度无关［4］。根据苏里格×探区126块岩心的实验测试数据统计结果（见图4）得出，该地区干岩样的纵横波速度比值为1.53。因此，对于该地区的饱和气砂岩有

当岩石分别被水、气完全饱和时，其纵横波速度比的取值范围不同，当岩石中气、水同时存在时，根据饱和度的不同，在纵波时差—纵横波速度比交会图上应当存在不同的分布范围。

对苏里格×探区的岩石物理实验数据按岩石物性、流体饱和状态进行分类，得到图5的利用声学参数进行饱和度定量解释图版。该图版适用于长庆油田苏里格×探区低孔隙度储层。不同孔隙度地层分布范围不同，实现储层孔隙度的区间划分，不仅对储层含气性进行了定性识别，同时能够划分不同含气饱和度的分布区域，实现饱和度的定量解释。对于实测资料点，由于岩石中其他成分的影响，其分布区域向泥岩线偏移；另外，砂岩储层中的其他成分也造成部分数据点分布于干岩石线的上下，这对储层的岩性也是一种定性指示和简单判识。

4 应用实例

选取研究区内进行偶极声波测井、试气测试的7口井作为实验井对该解释图版的适用性进行说明。表2为实验井试气层段声学参数特征值的统计表，其中z75井、z50井、s27井原测井解释结论与试气结论不相符。

通过前期研究发现，该地区含气饱和度下限值为26%，因此认为利用声学参数进行饱和度定量解释图版中含气饱和度小于26%的区域都有可能是气层发育区，可以结合岩石物性情况分析储层是否含水。

表2 实验井试气层段声学参数统计表

将所有试气层段的声学参数值放入已建好的饱和度定量解释模板中，得到如图6的解释图版.从图6中可以看出，气层数据点位于含水饱和度70%砂岩线（含气饱和度30%）和干岩样线之间；水层、含气水层数据点位于含水饱和度70%砂岩线和含水纯砂岩线之间，物性相对较好；干层数据点位于含水饱和度70%砂岩线以上区域，物性较差。这与该地区的饱和度下限值26%基本一致。

图6 试气层段在饱和度解释图版中的分布

将测井解释与试气结论存在出入的z75井、z50井、s27井分别利用该图版进行解释，其在饱和度解释图版中的分布情况如图6所示。z75井2 895～2 899m、2 917～2 919m这2个深度段储层的声学参数值较接近干岩样线，且位于含气饱和度40%以下的区域，判定储层含气性情况较好；z50井2 873～2 878m储层原测井解释为气层，但实际试气过程中产气仅为1 542m3／d，产水却为27.4m3／d，在饱和度图版上，试气段的声学参数特征值位于含水饱和度80%～90%线之间，且储层物性条件较好（位于10%的孔隙度线附近），易形成可动水，射开后实际生产过程中造成储层出水；s27井是口老井，3 170.6～3 173.6m储层之前解释时由于认识不足将其解释为气层，实际试气时仅出气146m3／d，从饱和度解释图版上可以看出，该层段含气饱和度非常低，且物性较差，储层孔隙空间的水多以束缚水形式存在，重新解释为干层，与试气结论相一致。