大牛地气田奥陶系风化壳水平井测井解释评价

2016-06-25吴吉元王立新

石油地质与工程 2016年1期

关键词：风化壳奥陶系碳酸盐岩

吴吉元，王立新

(中国石化华北油气分公司，河南郑州 450006)

大牛地气田奥陶系风化壳水平井测井解释评价

吴吉元，王立新

(中国石化华北油气分公司，河南郑州 450006)

摘要：通过对大牛地气田奥陶系风化壳碳酸盐岩储层分类及裂缝的测井响应特征研究认为，风化壳碳酸盐岩储层主要分为裂缝-溶洞型、裂缝型和孔隙型三类；并根据储层类型和裂缝识别敏感参数建立了裂缝识别技术及相应的裂缝型储层测井解释模型，确定了储层物性下限；同时根据水平井测井特点，利用综合测井处理解释技术，确立了风化壳储层水平井测井解释方法，建立了气、水层测井解释识别标准，为风化壳水平井的测井解释评价奠定了基础。该方法在大牛地气田取得了较好的应用效果。

关键词：大牛地气田；奥陶系；风化壳；碳酸盐岩；水平井；测井解释

1区域地层特征

大牛地气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的北部，地处陕西和内蒙交界。下马家沟组在沉积旋回上由一个向上变浅的沉积旋回组成，岩性在纵向上大体表现为上覆泥岩到灰岩、白云岩、膏、盐岩组成的由浅到深的半闭塞蒸发环境的沉积序列，为一个海进、海退储盖组合；上马家沟组由两个向上变浅的沉积旋回组成，以石灰岩发育为主，向上渐变为白云岩、泥云岩、膏云岩、石膏岩甚至盐岩，一个为沉积相带交替式储盖组合，另一个为风化壳储盖组合。大牛地气田奥陶系风化壳层位以马五2亚段、马五3亚段为主，仅局部保存了马五1亚段下部地层，溶蚀沟谷处甚至为马五4亚段，风化壳储层主要分布在马五1+2亚段、马五41亚段、马五5亚段三个层段内[1-4]。

2储层类型划分

大牛地气田马家沟组马五段岩石类型以海相碳酸盐岩为主，包括白云岩、石灰岩以及灰质云岩和云质灰岩等中间过渡岩石类型，另有凝灰岩、蒸发岩以及极少量碎屑岩，马五1+2段储层孔隙度主要集中在2.0%～8.0%，渗透率大部分小于0.1×10-3μm2，为低孔低渗致密储层，物性整体较差，而裂隙发育会导致储层物性整体向好。马五5段具有与马五1+2段同样的储层物性特征。马五1+2段储层当孔隙度小于2.0%、密度大于2.80 g/cm3为干层；孔隙度为2.0%～3.5%、密度2.75～2.80 g/cm3为低产气层；孔隙度大于3.5%、密度小于2.75 g/cm3为气层；马五1+2段孔隙度2.0%，对应的渗透率值为0.025 ×10-3μm2(图1～图2)。马五5段具有与马五1+2段相同的特征。

图1　马五1+2段孔隙度-密度交会图

图2　马五1+2段岩心分析孔隙度-渗透率交会图

利用声波时差和密度综合表征裂缝发育情况进行裂缝识别，结合确定的储层物性下限，做了马五1+2段声波时差和密度交会图(图3)，从中可看出明显的不同产状和类型的裂缝响应。

图3　马五1+2段储层分类情况

大牛地气田奥陶系风化壳储层主要分为三类：裂缝-溶洞型(图4)、裂缝型和孔隙型储层，其中，裂缝型储层又分为Ⅰ类裂缝和Ⅱ类裂缝层，具体分类标准见表1。图4为裂缝-溶洞型，井眼不规则，自然伽马值低，平均为15.8 API；三孔隙度曲线变化大，声波时差与中子值由顶部至底部逐渐升高，密度值则由顶部至底部逐渐降低，该层物性向下变好；双侧向电阻率曲线是高阻背景下的低阻，深侧向电阻率值为365.0 Ω·m。根据声成像图可以直观地看出该层存在多条裂缝，并发育溶蚀孔洞。测井解释该层泥质含量为2.9%，孔隙度为9.1%，渗透率为5.29×10-3μm2，含气饱和度为74.3%，综合解释结论为裂隙气层。2 917.50～2 921.50 m井段测试产气26 317 m3/d。

图4　D61X井裂缝型储层常规及成像测井图

3水平井测井解释评价

在奥陶系风化壳碳酸盐岩气藏中钻探水平井，能有效地提高单井产量和气藏开发效益。已部署完钻的奥陶系风化壳水平井，钻遇和测试效果都较好，无阻流量最高达52×104m3/d。对于该类气藏水平井开发而言，水平井轨迹评价、水平井测井孔渗饱参数的求取以及裂缝的位置、产状等是评价的关键。

表1　大牛地气田奥陶系风化壳马五1+2段碳酸盐岩储层分类

裂缝发育段直井测井曲线响应特征有：电阻率值明显降低，密度明显降低，声波时差和中子明显增大；双井径曲线值均大于钻头直径(扩径)的地层为泥岩或疏松易塌层，1条井径曲线大于钻头直径，指示可能有高角度缝(包括直劈缝)及溶洞发育。提取声波时差、密度和中子三个裂缝识别敏感参数，建立裂缝识别技术及相应的裂缝型储层测井解释模型，确定了储层物性下限，并根据声波时差、密度和中子之间的相关关系对裂缝型储层进行了分类，结合测试成果和测井解释成果资料，建立了马五1+2段的气水层测井解释标准(表2)。裂缝识别敏感参数中，声波时差、密度对碳酸盐岩储层裂缝更为敏感。

3.1水平井测井响应特征

3.1.1双侧向电阻率水平井测井响应特征[4]

为了更好地识别洞缝，风化壳水平井电阻率测井项目以侧向为主。由于水平井井轴方向和双侧向仪器电流方向的改变，直井中的研究模型及特征规律已不适应于水平井。因此，针对水平井环境，有必要开展双侧向测井响应的正演数值模拟研究，以指导水平井碳酸盐岩裂缝型储层的解释。

水平井中双侧向测井响应的理论基础是：在裂缝发育的碳酸盐岩地层中，裂缝大多呈带状分布，使得裂缝型储层的电测井参数具有复杂的各向异性。在水平井中，碳酸盐岩裂缝型储层的双侧向测井响应主要与裂缝张开度、裂缝间垂直距离、基岩电阻率、裂缝中流体电阻率和裂缝倾角有关。采用基于变分原理的有限元方法来计算双侧向测井响应。

表2　研究区马五1+2段测井解释识别标准

通过水平井中双侧向测井响应数值模拟实现双侧向的求取。具体要建立水平井裂缝孔隙度与双侧向测井响应的关系、裂缝中流体电阻率与双侧向测井响应的关系、基岩电阻率与双侧向相应的关系、裂缝倾角与双侧向测井响应的关系、泥浆侵入半径与双侧向测井响应的关系。根据储层地质特征，进行了水平井测井响应特征地层电阻率侧向测井与地层不同视倾角下的数值模拟，随视倾角增大，双侧向曲线受地层边界、围岩的影响较大，数值降低，曲线平缓。

3.1.2地层与井眼轨迹接触关系的响应特征

视倾角仅确定了井眼轨迹与地层界面的法向夹角，还不能确定井眼轨迹与地层的空间关系，必须有方位信息，因为井眼轨迹自下而上穿过地层与自上而下穿过地层时，视倾角存在相同的情形，而方位密度与伽马成像可以解决这一问题。井眼自地层上部到下部再到上部的成像信息，通过井眼与地层的成像投影，以井眼上部穿过地层为顶界面，井眼下部穿过地层为底界面，成像结果沿井眼顶部剖开就可以得到成像信息，这一信息可以反映井眼与地层的方位。另外，成像信息还可以获得地层的倾角及裂缝信息，可以增加水平井解释的精度。按照电阻率的测井响应模型，同样也可以对成像特征进行模拟，与实际的成像特征进行对比，以符合地质模型特征。如果没有成像信息，可通过区域的地质特征及地震资料也可以对地层的方位进行大致判断，实现水平段的地质模型的交互识别。

3.1.3风化壳碳酸盐岩边界处的双侧向电阻率响应特征

分析围岩、地层层厚对双侧向测井的影响，采用上述建立的模型，模拟在水平井井眼轨迹距地层边界不同的距离。井眼轨迹位于泥岩中，地层真电阻率为几十欧姆米，随着逐渐靠近碳酸盐层段，数值逐渐增大，深侧向由于探测深度大，数值高于浅侧向。当井眼轨迹位于地层边界，数值为碳酸盐岩与泥岩的中间值。井眼轨迹位于风化壳碳酸盐岩中，地层真电阻率最大，可达上万欧母米随着远离层界面段，数值明显增大，显示碳酸盐岩特性。同样由于深侧向探测深度大，受上部泥岩影响，数值低于浅侧向，随着孔洞、裂缝的发育，双侧向电阻率明显减少。

3.2水平井测井解释的基本流程

(1)利用导眼井建立地质模型，以约束水平段的测井解释。

(2)由于测井曲线受上下围岩的影响，为取得真正的地层模型特征，必须对地层模型进行围岩校正。

(3)水平段地层模型的交互识别是来调整导眼井的地质模型以匹配水平段的测井曲线响应，在交互识别的过程中需要依据地震剖面的信息，一方面确定地层与井眼轨迹的接触关系，另一方面来确定井眼轨迹与地层法向向量的夹角视倾角的大小，最终确定井眼轨迹与地层的空间关系，确定风化壳碳酸盐岩顶板或底板的位置。

(4)在调整完地层模型之后，必须进行电阻率的响应模拟，将实测的电阻率值与侧向电阻率进行对比，如果一致性好，表明水平段模型较为可靠；如果不一致，则模型需要进一步调整，再正演拟合，直至响应结果一致。

(5)含水饱和度为基本的解释参数，是储层流体解释与识别的基本依据。水平井测井曲线反映的是剖面的二维信息，尤其是在靠近储层顶界面的位置时，测井响应并不反映真实的储层特征，而受上围岩的影响，导致测井曲线失真，特别是探测深度较大的双侧向曲线，容易受储层垂向的影响，声波时差也会发生一定的变化。因此，必须对电阻率和声波值进行校正，以获取更为贴近地层真实的孔隙参数及含水饱和度值。

4水平井测井解释应用效果

对大牛地气田碳酸盐岩水平井测井解释时，提取了声波时差、侧向电阻率和补偿中子等敏感参数，并对补偿中子与补偿密度进行了相关性分析，建立了识别标准(表2)。

根据水平井试气成果得到的深电阻率和声波时差图版(图5)、中子-密度交汇图等，可得到水平井的气、含气、水层等解释标准。将新钻水平井测井解释评价参数点到图板上，即可评价出水平井解释的各类储层性质及含气性。

图5　水平井深电阻率和声波时差交会图

图6为PGX井马五1+2段测井解释成果图，岩性为灰质白云岩，有明显的裂缝响应特征，自然伽马整体值低，均值为16.0 API；自然电位呈明显的负异常显示，裂缝的存在大大改善了渗透性；局部双侧向曲线呈明显正差异；局部声波时差值受裂缝影响值较高，裂缝发育段的物性较好。第44层和第46层解释为裂隙气层，第47层解释为气层，含气饱和度达73.5%。第46层和47层声波时差均值分别为171.3 μs/m和169.7 μs/m，综合分析认为第46层裂缝发育规模较小，为裂缝型Ⅱ类储层，第43层161.1 μs/m，补偿中子值分别为7.5%，深侧向电阻率值分别为133.1 Ω·m和238.8 Ω·m，综合分析认为该井是高产气井，经试气日产气47.2×104m3。

对大牛地气田奥陶系风化壳碳酸盐岩储层已完钻的7口水平井进行了测井解释评价，其中解释单井气层合计大于500 m的井有5口，单井试气评价无阻流量每天达27.3×104m3，较好地解决了风化壳水平井测井评价问题。

5结语

(1)通过储层岩性、物性、裂缝、含气性等方面研究，建立了较为完善的测井解释图版和奥陶系风化壳碳酸盐岩储层类型的分类标准。

(2)运用测井资料对奥陶系风化壳水平井解释方法和流体性质识别和评价方法进行了研究，建立了完整的评价体系。