致密砂岩气层测井评价新方法研究

2015-02-17张志虎孙玉红金力钻李松林

特种油气藏 2015年5期

关键词：含气气层中子

张志虎，孙玉红，金力钻，李松林，黄晓

(中海油能源发展股份有限公司，天津 300452)

致密砂岩气层测井评价新方法研究

张志虎，孙玉红，金力钻，李松林，黄晓

(中海油能源发展股份有限公司，天津 300452)

针对临兴区块致密砂岩气层的地质特征及测井资料特点，提出利用密度测井响应方程和中子测井响应方程建立ρt—φN模型，利用该模型可在岩电参数、地层水电阻率不确定的情况下定量求取储层含气饱和度。通过多口井的实际资料处理和试气结果验证，与常规解释方法相比，ρt—φN模型计算的含气饱和度在气层与非气层上差异更明显，在辨别储层流体性质上，具有更高的分辨率。结果表明，建立的含气饱和度模型可用于研究区致密砂岩气层的定量评价。

致密砂岩;密度测井;中子测井;ρt—φN模型;临兴区块

0 引言

临兴区块位于鄂尔多斯盆地东缘河东煤田中部，前期勘探和试井生产显示该区块煤层气、页岩气和致密砂岩气具有良好的勘探开发前景［1］。由于该区块致密砂岩储层的岩电参数和地层水电阻率难以确定，加上部分储层电阻率对气层响应不明显，利用阿尔奇方程求取的含气饱和度与相渗实验数据和试气结果常常相互矛盾，给储层定量评价造成了很大困难［2-4］。基于致密砂岩密度测井响应方程和中子测井响应方程建立的ρt—φN模型，可直接利用中子和密度曲线求取储层含气饱和度，且与相渗实验数据和试气结果吻合较好，从而达到了定量评价致密砂岩气层的目的。

1 地质概况

晚古生代早期，受海西运动影响，临兴区块由陆表海开始向近海平原沉积环境过渡，盆地北缘逐步抬高，发育了障壁海岸、三角洲前缘、三角洲平原、曲流河和辫状河沉积体系，形成了多套不同成因的储集砂体。储层平均孔隙度小于10%，平均渗透率小于0.1×10-3μm2，属于典型的致密砂岩储层。

2 方法原理

2.1 致密砂岩密度测井响应方程

设致密砂岩孔隙度为φ(%)，骨架含量为Vma(%)。致密砂岩的体积模型如图1所示。

图1 致密砂岩体积模型

其物质平衡方程为:

致密砂岩密度测井响应方程的推导是在假设密度测井值为岩石各组分贡献之和的条件下进行的。设致密砂岩的孔隙度为φ，骨架密度为ρma(g·cm-3)，地层温度及压力下的天然气密度为ρg(g·cm-3)，地层中流体的密度为ρf(g·cm-3)，密度测井探测范围内总流体饱和度为Swd(%)，密度测井值为ρt(g·cm-3)。则致密砂岩密度测井响应方程为:

2.2 致密砂岩中子测井响应方程

同理，设致密砂岩骨架中子孔隙度为 φNma(%)，地层温度及压力下天然气中子孔隙度为φNg(%)，地层中流体中子孔隙度为φNf(%)，中子测井探测范围内总流体饱和度为Swn(%)，中子测井值为φN(%)。则中子测井的响应方程为:

2.3 ρt—φN模型的建立

由于致密砂岩储层属于低孔、低渗储层，测井响应受泥浆侵入影响小，则可认为Swd近似等于Swn(%)［5-8］。假设地层流体饱和度为 Swf(%)，用其代替式(3)和式(5)中的Swd、Swn，联立式(3)和式(5)消去φ，可得:

设地层含气饱和度为Sg(%)，则:

3 含气饱和度下限的确定

由于地层流体的黏度至少是气体的50～100倍，因此，气体比地层流体更容易流动，在Sg较低时(Sg＜50%)，储层仍可产气［9-11］。选取研究区致密砂岩气层6块岩样开展气水相渗实验，根据气水相渗实验数据建立的气水相对渗透率曲线如图2所示。当Sg＞18%时，除岩样2外，其余5块岩样的气相相对渗透率均大于水相相对渗透率，因此，可将研究区致密砂岩气层的含气饱和度下限确定为18%。

图2 气水相对渗透率曲线

4 实例分析

LX-A井解释成果图如图3所示，该井试气井段为1 611.7～1 616.7 m，小型测试压裂后试气结果为气量小，常规方法解释31、32号层与对应ρt—φN模型解释31、32号层位于试气井段内。本段解释的32号层，电阻率和声波时差曲线数值明显高于31号层，中子密度曲线重叠具有一定的包络面积，含气特征明显。ρt—φN模型计算32号层含气饱和度为44.6%，超过该区实验分析的含气饱和度下限值18%，解释为气层;31号层计算含气饱和度为0，解释为干层。常规方法解释的31号干层计算的含气饱和度为37.1%，也超过该区含气饱和度下限值18%。可见，与常规解释方法相比，ρt—φN模型计算的含气饱和度在气层与非气层上差异更明显，在辨别储层流体性质上，具有更高的分辨率。

图3 LX-A井解释成果

图4 LX-B井解释成果

LX-B井解释成果如图4所示，该井试气井段为1 547.8～1 580.3 m，未压裂试气结果为日产气107 520 m3/d，常规方法解释34～39号层与对应的ρt—φN模型解释34～41号层位于试气井段内，各层解释结果如下。

(1)常规方法解释34号层(1 549.4～1 553.0 m)电阻率上部高，下部低，平均为29.8 Ω·m，计算含气饱和度为51.4%，解释为气层。对应ρt—φN模型解释34、35号层，上部的34号层(1 549.5～1 551.3 m)电阻率为89.6 Ω·m，计算含气饱和度为58.7%，解释为气层;下部的35号层(1 551.3～1 553.1 m)电阻率为13.4 Ω·m，计算含气饱和度为35.7%，解释为差气层。

(2)常规方法解释35号层(1 561.7～1 564.2 m)电阻率上部较低，底部较高，平均为17.8 Ω·m，计算含气饱和度为43.9%，解释为差气层。对应ρt—φN模型解释36、37号层，上部的36号层(1 561.9～1 563.7 m)电阻率为11.3 Ω·m，计算含气饱和度为0，解释为干层;下部的37号层(1 563.7～1 564.4 m)电阻率为43.4 Ω·m，计算含气饱和度为60.2%，解释为气层。

(3)常规方法解释36号层(1 565.6～1 567.4 m)电阻率为30.4 Ω·m，计算含气饱和度为34.5%，解释为干层。对应ρt—φN模型解释38号层(1 565.8～1 568.8 m)电阻率为36.8 Ω·m，计算含气饱和度为0，解释为干层。

(4)常规方法解释37号层(1 567.4～1 571.5 m)电阻率为41.7 Ω·m，计算含气饱和度为54.8%，解释为气层。对应ρt—φN模型解释39号层(1 568.8～1 571.2 m)电阻率为77.8 Ω·m，计算含气饱和度为46.3%，解释为气层。综合电阻率曲线以及中子密度曲线的包络面积，气层顶界应为1 568.8 m。

由于常规方法计算的含气饱和度在气层与干层上区分不明显，导致气层解释厚度偏大。与常规解释方法相比，ρt—φN模型解释结论与电阻率等曲线更匹配，分层更精细，与测试结果相符。