利用阵列感应测井估算永宁地区砂岩泥浆侵入深度

陈立军, 王彩霞, 段玉良, 冷丹凤, 张德梅

(1.延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心, 陕西 延安 716000; 2.大庆钻探工程公司测井公司, 黑龙江 大庆 163412)

0 引 言

高分辨率阵列感应测井仪(HDIL)克服早期感应测井纵向分辨率差、径向探测深度浅、不能解决复杂侵入剖面等缺点,通过测量信号软件聚焦合成处理,提供3种垂向分辨率(1、2、4 ft*)、6种不同径向探测深度(10、20、30、60、90、120 in)相互匹配的合成电阻率曲线及一维反演确定的地层真电阻率、冲洗带电阻率及侵入深度,用于解决地层中的侵入问题和地层真电阻率问题,有效指导油气水层解释[1-3]。阵列感应测井一维反演多是通过正演数值模拟迭代得到冲洗带、原状地层电阻率及侵入深度[4-5],也可通过假设侵入剖面模型利用几何因子理论进行模拟计算获得地层侵入参数[6-7]。这些反演方法计算量通常较大,侵入深度计算结果干扰因素多,彼此一致性不理想。

基于eXpress软件阵列感应测井数字处理中泥浆侵入深度预测仅是根据纯砂岩和纯泥岩自然伽马或泥质含量相对值大小及冲洗带和原状地层电阻率相对幅度[8]近似估算泥浆侵入深度,处理结果人为因素较大,无定量化标准。本文根据阵列感应测井不同径向探测深度电阻率特性,结合与泥浆侵入深度相关的地层物性条件、深度等信息定量预测泥浆侵入深度,以解决测井资料对泥浆侵入深度定量化的需求。

1 永宁地区阵列感应测井曲线特征

以鄂尔多斯盆地陕北斜坡中南部永宁油田延长组地层为研究目标,永宁油田延长组储层岩性以细粒长石砂岩为主,其次为粉砂岩和中细粒长石砂岩。孔隙类型主要为溶蚀粒间孔、粒内孔及原生残余粒间孔。孔隙度最小值为3.6%,最大值为18.4%,分布为6.0%～12%,平均值为8.7%;渗透率最大值为2.1×10-3μm2,最小值为0.06×10-3μm2,分布在(0.1～0.5)×10-3μm2,平均值0.84×10-3μm2。永宁地区延长组储层属中低孔隙度低渗透率地层,地质条件在阵列感应测井应用范围之内。

阵列感应测井在该区应用普遍,测井曲线响应与地质特征吻合较好。在非渗透层段阵列感应测井不同径向探测深度电阻率基本重合,呈无侵特征;渗透层段不同径向探测深度电阻率有明显差异存在,差异幅值大小与储层岩性、物性及地层水矿化度有关。

2 泥浆侵入深度估算方法

一般认为,泥浆侵入深度为侵入带与原状地层的分界线[9]。

2.1 阵列感应测井合成电阻率特性

根据阵列感应测井仪(HDIL)设计原理,地面系统通过预处理、趋肤校正、井眼校正、真分辨率电阻率合成、电阻率匹配,得到1、2、4 ft的3种垂向分辨率、10、20、30、60、90、120 in等6种不同径向探测深度电阻率。每条合成电阻率曲线径向探测深度均在线圈系原始径向探测深度之间,两相邻子阵列的探测深度之间仅有1个合成探测深度,因而HDIL各子阵列原始信号探测深度与合成的理想探测深度间存在关系合理,可通过6条不同径向探测深度合成电阻率曲线定性判断侵入问题[6,10]。若进一步确定泥浆侵入半径,则需对合成电阻率曲线特征进一步研究[8,11]。

随机选取永宁地区新系列测井28口井阵列感应测井原始合成电阻率曲线,约近500个不同深度点、不同地层密度、不同电阻率范围二维数据,对10、20、30、60、90、120 in电阻率值的变化进行观察统计发现,无论是高电阻率侵入(10～120 in依次减小)还是低电阻率侵入(10～120 in依次增加),阵列感应测井浅探测的10～30 in与深探测60～120 in电阻率数值变化规律发生改变(见图1)。根据岩电理论和泥浆侵入模型特征分析,电阻率的径向特征改变和泥浆侵入特性变化相关。

图1 阵列感应测井径向电阻率变化图

图2 阵列感应测井径向电阻率线性相关图

对图1中所选深度点747.6、969.4、1 116.5、1 313.4 m阵列感应测井径向电阻率曲线按10～30 in和60～120 in分别作线性回归(见图2)可明显看到,10～30 in电阻率变化线性相关性较强,60～120 in电阻率变化线性相关性较强,相关系数R2平均为0.974 7,表明永宁地区阵列感应测井合成曲线10～30 in径向侵入特性相同,60～120 in径向侵入特性相同。这2个侵入特征曲线的交点即可认为是泥浆侵入特性变化的拐点。

为验证该推断的普遍性与科学性,挑选研究区延长组地层密度分别为2.465、2.40、2.35、2.30、2.25、2.20 g/cm3的渗透层各100个数据点,统计阵列感应测井10～30 in径向电阻率与60～120 in径向电阻率线性交点径向深度平均位置(见表1)。由表1可见,在地层物性相同情况下,不同深度点预测的侵入带深度都在一定范围内变化,且随着地层密度增加浅探测电阻率与深探测电阻率线性交点径向深度减小。

2.2 侵入因素分析

泥浆侵入油气储层是一个复杂的物理过程,其侵入程度取决于钻井泥浆柱压力与原始地层压力之间的正压差、泥浆特性、地层特性、钻井条件和浸泡时间等因素[9,12]。一个油区勘探开发,其钻井条件、测井时间、泥浆特性都是按同一标准进行,研究泥浆侵入特性时这些外在因素对泥浆侵入深度的变化影响可暂不考虑。研究区永宁油田油藏内部构造简单,断层裂缝不发育,影响永宁地区泥浆侵入特性的变化最重要的因素是压力差和地层孔渗特性,这2个参数在研究泥浆侵入深度问题时可将压力差参数简化为单井地层深度,地层孔渗特性用地层密度或地层孔隙度代替。

表1 阵列感应测井10～30 in电阻率与60～120 in电阻率线性相关交点深度表

将永宁延长组砂岩阵列感应测井预测侵入带平均深度与对应地层密度建立交会图(见图3)。图3显示,预测侵入带平均深度与对应地层密度相关性较好,相关系数为0.970 7。随着地层物性变好,侵入深度呈增加趋势,与实际工作资料认识相符。

图3 计算侵入带平均深度与密度关系图

不同地层密度砂岩预测侵入带深度与实际地层深度建立交会图(见图4)。图4中,随着地层深度增加,地层侵入带深度呈减小趋势。为简化计算模型,用测井资料预测泥浆侵入深度时,可用阵列感应测井不同径向探测深度电阻率的变化规律与地层深度、地层密度关系结合实现。

图4 计算侵入带深度与井深关系图

2.3 泥浆侵入带深度预测

根据两相渗流理论和岩电理论,结合阵列感应测井测量电阻率理论和地质适用条件,实际工作中考虑地层有效孔隙度更能准确代表地层物性特征。用地层有效孔隙度φ和地层深度d与阵列感应测井预测泥浆侵入带深度Di作二元回归,得出预测泥浆侵入深度关系式

Di=-0.002178d+0.825561φ+18.41405

(φ≥8)

(1)

式(1)可解决永宁延长组砂岩阵列感应测井反演侵入深度预测定量化需求,对其他地区阵列感应测井反演预测泥浆侵入带深度作方法参考。实际应用需进一步细化,且不同地区地层沉积、压实、成岩等环境差异,泥浆侵入深度公式中各项系数具区域性。

3 实例分析

图5 泥浆侵入深度预测结果对比

将永宁延长组砂岩泥浆侵入深度预测成果应用到阵列感应测井处理中(见图5)。图5中第1道Di为本文预测泥浆侵入深度,LENGTHINVASION为阵列感应测井用自然伽马GR控制处理泥浆侵入深度。通过重叠对比,1 861.0～1 864.0 m砂岩层内阵列感应测井处理结果与自然伽马GR响应一致,无视砂岩内部物性变化。实际1 862.4～1 864.0 m层段岩性致密,阵列感应测井处理泥浆侵入深度较大,1 861.0～1 861.4 m层段砂岩孔渗较好,阵列感应测井处理泥浆侵入深度较小,阵列感应测井泥浆侵入预测结果矛盾,与事实不符。本文预测泥浆侵入深度在外部条件相同时,物性变差(孔隙度变小),预测泥浆侵入深度变小,符合实际地层侵入规律。

4 结 论

根据阵列感应测井不同径向探测深度电阻率特性与地层侵入特征结合,用地层孔隙度和深度预测泥浆侵入深度,可解决阵列感应测井反演预测泥浆侵入深度定量化需求,并可对其他电阻率反演预测侵入带特性作参考。与同类用测井资料计算泥浆侵入深度方法比较其模型简单,参加计算参数易得,侵入深度值与测井响应值的匹配较好。但该方法中受参考条件限制,其公式中相关系数具区域局限性,且在实际应用中需进一步细化工作,以提高计算精度。

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