应用阵列声波测井资料定量评价碳酸盐岩储层渗透性

张蕾, 成志刚, 程玉梅, 林伟川, 尤世梅, 任小锋

(1.中国石油集团测井有限公司, 陕西 西安 710077; 2.中国石油长庆油田分公司勘探部, 陕西 西安 710018)

0 引 言

碳酸盐岩地层沉积环境、成岩作用类型复杂,储集空间类型多样,晶间孔、晶间溶孔、溶孔、微裂隙并存,孔渗关系、孔喉配置关系复杂,常表现出低孔隙度-高渗透率、高孔隙度-低渗透率等相对特殊的双向孔渗关系特征,渗透率的准确求取一直是困扰碳酸盐岩储层测井评价的一大难题[1]。传统方法多采用孔隙度-渗透率建模方法进行求取,其岩石物理模型基于基质孔隙类型建立,对于裂缝发育的碳酸盐岩储层虽采用分区、分层等多种细分手段,仍不能解决渗透率的准确求取问题。

低频斯通利波(又称为管波)穿过渗透性地层,孔隙中的流体会导致斯通利波衰减,同时还发生频散。这种衰减和频散与地层的渗透率、基质及天然裂缝有关。因此,可以根据斯通利波时差进行渗透率估算[2]。利用斯通利波估算地层渗透率的常规方法是依据TANG等提出的简化Biot-Rosenbaum模型,通过波场分离、正演模拟、渗透率反演等步骤实现[2-4],该方法需处理井段内有确定的渗透率参考点,且处理流程较为繁琐。本文基于测井声学理论基础,从油田生产实际需求出发,根据岩心分析资料建立适用于研究区的利用流体移动指数估算碳酸盐岩储层渗透率的解释模型。该建模方法直观有效,可方便地应用于实际测井资料的处理解释。

1 斯通利波评价地层渗透性的理论基础

理论和实践计算表明[5-7],地层的渗透性与斯通利波的时差、衰减等参数有密切关系。通过对斯通利波等参数的提取与处理能够定量和定性反映地层的渗透性大小,为储层物性参数研究提供非常有效的方法。

前人通过对斯通利波与孔隙流体的相互作用进行分解研究斯通利波与渗透性之间的关系,并通过理论推导得到孔隙地层低频斯通利波的慢度表达式[5-7]

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式中,S为斯通利波时差,μs/ft*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同;ρf为泥浆密度,g/cm3;Kf为泥浆体积模量,MPa;μ为地层剪切模量,MPa;ω为频率,Hz;R为井径,cm;η为流体粘滞度,mPa·s;D为粘滞流体的扩散率,m2/s;K1、K0均为变型的第二类贝塞尔函数;κ0为频率趋于0时的动态渗透率,mD*非法定计量单位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同;ρ为地层密度,g/cm3;Δts和Δtf分别为地层和泥浆的时差,μs/ft。

可以看出,斯通利波的慢度跟地层的渗透性有着直接的联系,同时跟地层的密度、体积模量、剪切模量、流体密度、井径变化、泥饼和各向异性等也有相应的关系,这些关系共同决定了斯通利波的时差。因此,可以将地层的斯通利波时差看作2部分,一部分是受地层渗透率影响产生的斯通利波时差;另一部分是由于非渗透性参数影响产生的斯通利波时差,有

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式中,Se为理论上的斯通利波时差,μs/ft;Sp为渗透性斯通利波时差,μs/ft。

实际测井过程中得到的总斯通利波时差与理论斯通利波时差Se的差值反映了地层是否存在渗透性,这个差值通常称为流体流动指数QFM

QFM=S-Se

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流体流动指数QFM指示了地层的渗流能力和裂缝的连通性,为渗透性和裂缝的评价提供了方便的途径,是一种半定量的渗透性指示标志,适用于碳酸盐岩等裂缝性储层的评价。QFM越大,不一定就有裂缝存在,但是有裂缝存在,QFM一定很大。

2 处理解释思路流程

利用斯通利波流体移动指数估算碳酸盐岩储层渗透率的流程主要包括时差提取、流体移动指数计算、渗透率计算3部分。首先利用阵列声波处理软件从阵列声波波形数据中提取纵波、横波和斯通利波时差;其次,结合密度等曲线根据理论斯通利波时差公式计算出地层不存在渗透性时的斯通利波时差,综合提取的斯通利波时差通过式(5)计算得到流体移动指数;根据岩心分析资料、测井资料建立流体移动指数与地层有效渗透率之间的关系,并利用该关系计算地层渗透率。

3 流体移动指数评价方法测试及应用

根据上述理论方法,通过程序编写实现了流体移动指数的连续计算,对现场测井资料进行了处理。处理结果与电成像测井、斯伦贝谢解释成果的对比验证了本文方法和处理结果的可靠性。

图1是S373井马五5碳酸盐岩储层利用斯通利波计算的流体移动指数解释成果图。图1中4 055～4 059 m、4 062～4 074 m储层段流体移动指数呈现数据增大的明显趋势,说明该深度段储层具有较好的渗透性。电成像成果图指示该储层段孔洞发育,与解释成果一致。对4 054～4 058 m、4 062～4 067 m、4 079～4 081 m储层段进行射孔合试,产气43 018 m3/d,产水5.4 m3/d。试气结果与解释评价结果吻合较好,由此验证了该方法的有效性。

L17井是斯伦贝谢公司处理解释的一口井,采用本文自编程序对该井进行了流体移动指数的重新计算和处理,计算的流体移动指数与斯伦贝谢提供的流体移动指数具有一致性的趋势(见图2),二者数值差主要是由于计算过程中参数的单位不一致造成的,后续渗透率建模过程中需统一对参数进行重新计算。

4 渗透率建模

渗透性地层渗透率对斯通利波会产生2个方面的影响,包括能量进一步衰减和传播速度减慢,测量波列的中心频率会向低频移动,传播时间出现滞后现象[8]。将理论计算的渗透性斯通利波与具有渗透性地层实际测量的斯通利波对比,可得到地层由于受渗透性影响造成的斯通利波差异;利用这些差异进行反演,估算目的层渗透率[9]。

研究以岩心的物性分析数据为基础,利用斯通利波时差计算的流体移动指数对储层渗透性的敏感反映,分层位建立流体移动指数与渗透率的关系模型,为碳酸盐岩储层评价提供可靠依据。表1为渗透率建模所用到的各层位物性资料井数及样本点。

图1 S373井流体移动指数解释成果图

图2 L17井流体移动指数评价效果对照

层位井数样本点马五51789马五6969马五7229

对研究区内28口井进行岩心分析数据归位,分层段读取对应的流体移动指数值,采用数学统计方法,建立了马五5、马五6、马五7储层岩心分析渗透率与流体移动指数的解释模型(见图3、图4、图5)。

图3 马五5渗透率-流体移动指数模型

马五5渗透率—流体移动指数模型

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马五6渗透率—流体移动指数模型

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马五7渗透率—流体移动指数模型

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式中,K为岩心分析渗透率,mD。

图4 马五6渗透率—流体移动指数模型

图5 马五7渗透率—流体移动指数模型

利用所建模型对T45井马五段储层进行渗透率计算。图6为T45井利用流体移动指数进行渗透率定量评价成果图。图6中利用流体移动指数计算的渗透率值与岩心分析值吻合度较高,证实了该模型在碳酸盐岩储层评价中存在较高的计算精度和较好的应用效果。

5 应用效果及生产支撑作用

表2 部分井产能指数与产出情况的对比分析表

图6 T45井利用流体移动指数进行渗透率定量评价成果图

将研究成果应用于实际生产,共处理解释40口井,其中对下古中组合试气的井有24口,通过对曲线进行归一化处理,建立包含流体移动指数在内的产能指数,对储层产出情况进行评估。

产能指数=AC×QFM×Rf

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表2为部分井产能指数与产出情况的对比分析表。从表2可以看出,随着产能指数的增大,采气强度也呈现增大的趋势,而产气量参数则略有出入。由此可以证明,建立的产能指数对单位厚度储层的产气情况具有一定的指示作用,可对油田生产实际中的产能评估提出建议。

6 结 论

(1) 根据Biot岩石物理理论模型推导出反映储层渗流能力和裂缝连通性的敏感参数——流体移动指数,当储层渗透性较强或连通裂缝发育时,流体移动指数呈现高值,为储层渗透性及裂缝评价提供了半定量的指示依据。

(2) 根据物性分析渗透率资料、流体移动指数,分层系构建岩心分析渗透率与流体移动指数的解释模型,形成了基于斯通利波的碳酸盐岩储层渗透率定量评价技术,实现了测井解释精度从半定量到定量的提升。

(3) 对构建的流体移动指数进行深化应用,代替渗透率在储层产能评估中的作用,形成基于测井储层参数的综合评估因子,对储层的产出情况进行综合判识。

参考文献:

[1] 刘宏, 吴兴波, 谭秀成, 等. 多旋回复杂碳酸盐岩储层渗透率测井评价 [J]. 石油与天然气地质, 2010, 31(5): 678-684.

[2] 陈刚, 潘保芝. 利用斯通利波反演地层渗透率 [J]. 吉林大学学报: 地球科学版, 2010, 40(增刊): 77-81.

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[6] 许赛男, 徐锦绣, 别旭伟, 等. 利用斯通利波流体移动指数估算变质岩潜山储层渗透率的新方法 [J]. 中国海上油气, 2010, 22(2): 95-98.

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[8] 苏华, 田洪. 利用斯通利波估算地层渗透率 [J]. 测井技术, 2002, 26(4): 298-301.

[9] 王裕民. 碳酸盐岩储层的渗透率评价方法对比研究 [J]. 硅谷, 2012(6): 100.