十里加汗地区下石盒子组一段致密砂岩气层识别研究

潘秀萍，胡挺

(中石化华北石油工程有限公司测井分公司，河南 郑州 450006)



十里加汗地区下石盒子组一段致密砂岩气层识别研究

潘秀萍，胡挺

(中石化华北石油工程有限公司测井分公司，河南 郑州 450006)

十里加汗地区下石盒子组一段(P1sh1)是典型的低孔、低渗致密砂岩储层。由于储层物性差、非均质性强等因素，使得该区存在气层识别难度大的问题。为了准确识别气层，提出了几种适合研究区的气层识别方法：双孔隙度重叠法、视水层中子孔隙度测井值法、核磁共振法以及偶极声波测井法。通过试气结果分析，证明了气层识别方法的有效性，较好地解决了十里加汗地区下致密砂岩储层气层识别难度大的问题，具有良好的推广应用价值，也为油田的进一步开发提供了一定的技术支持。

致密砂岩；气层识别；视水层中子孔隙度；核磁共振；偶极声波

十里加汗地区下构造上位于伊陕斜坡北部，泊尔江海子断裂带以南，南部与苏里格气田北部相邻，总体以向西南倾斜的单斜构造为特征，在该背景上发育一系列向西南或南倾没的鼻状构造。研究区地层厚度相对稳定，烃源岩发育，成熟度高，发育大面积展布的辫状河三角洲沉积砂体，气藏属于典型的低孔、低渗致密砂岩气藏。十里加汗地区下钻遇地层多，包含数套气水系统，多段获工业气流，多层合采具有经济开发可行性[1]。但是，由于该地区具有低孔、低渗的特点[2，3]，储层物性差，非均质性强，地层水活跃且矿化度变化大(范围在30000～85000mg/L)，气水关系复杂，给气层识别造成了很大困难[4～8]。因此，开展气层识别方法研究十分必要。

目前，国内外对于致密砂岩气层识别方法的研究有很多[9～11]，常规方法主要有中子-密度重叠法、各种交会图法[12，13]、判别参数法、气测判别法[12]等；新技术方法主要包括重复式地层测试(RFT)[14]、长源距全波列测井[15]以及人工神经网络法[16]等。对于十里加汗地区下的气层识别，前人已做过相关研究，但是识别效果不理想。笔者在前人研究的基础上，根据研究区的实际情况，充分利用测井资料，采用双孔隙度重叠法和视水层中子孔隙度测井值法，并结合特殊测井方法(核磁共振和偶极声波测井法)，在十里加汗地区下得到成功应用，不仅解决了油田开发生产中的实际问题，同时也为进一步评价致密砂岩气层提供了依据[17]。

1　储层物性特征

据十里加汗地区下石盒子组一段(P1sh1)薄片资料统计，砂岩类型主要为岩屑砂岩、岩屑石英砂岩，少量长石岩屑砂岩。其中岩屑砂岩所占比例最高，达76.4%，粒度主要为粗粒、中粒；岩屑石英砂岩次之，所占比例为20.2%，以粗粒为主；长石岩屑砂岩所占比例最少，仅为3.4%，粒度主要以中-细粒为主。储集砂岩粒径主要分布在0.1～1.6mm范围内。颗粒分选中等-好，磨圆一般为次棱角状和次圆状，碎屑间多为颗粒支撑，接触方式以点线状接触为主。

取心物性资料分析表明，十里加汗地区下P1sh1储层孔隙度主要为5%～15%(平均9.1%)；渗透率主要分布区间为0.1～1.0mD(平均0.60mD)，属于典型的低孔、低渗储层。

2　气层识别方法

2.1双孔隙度重叠法

双孔隙度重叠法是应用地层含水孔隙度与总有效孔隙度的重叠来识别气层。利用阿尔奇公式计算地层含水孔隙度[18]：

(1)

式中：Sw为地层含水饱和度，1；a、b分别为与地层岩性有关的参数，1；m、n分别为胶结指数和饱和度指数(由岩电试验测得)，1；ρw为地层水电阻率，Ω·m；ρt为实测地层电阻率，Ω·m；φ为地层孔隙度，1。

当地层饱含水时，Sw=1，此时由阿尔奇公式反算出的地层孔隙度实际反映的是地层含水孔隙度。令b=1，n=2，则有：

(2)

式中：φw为地层含水孔隙度，1。

由于十里加汗地区下地层水矿化度变化较大，所以该次研究地层水电阻率的选取是通过对地层水的氯根离子浓度、矿化度、静温、静压以及试采时间长短等进行统计分析得到的。选取关键井——锦C井，根据其试气报告中的地层水矿化度和地层温度查图版，最终确定P1sh1地层水电阻率取值为0.05Ω·m。

天然气含氢指数低，当储层中含气时，会使得中子孔隙度(φn)减小、密度孔隙度(φd)增大[19]。为了准确计算总有效孔隙度(φe,t)，采用中子-密度孔隙度几何平均值公式[20，21]，消除地层含气性对孔隙度计算的影响：

(3)

在气层识别过程中，用φw与φe,t进行重叠，重叠的曲线幅度差可以反映储层的含气孔隙度。令φe,t=100%，当φe,t≥2φw时，则有φw≤50%，即含气孔隙度(或含气饱和度)≥50%，判断为气层：

(4)

2.2视水层中子孔隙度测井值法[22]

储层中含气会造成密度孔隙度增大、中子孔隙度减小[19,22]，利用密度-中子孔隙度重叠法可识别气层，视水层中子孔隙度测井值法就是该方法的改进。该方法是读取井眼条件较好的水层段的密度(ρw)及中子孔隙度(φn,w)，通过交会图回归拟合，建立中子-密度测井值之间的函数关系，即φn,w=f(ρw)；利用该关系式计算出一条全井段的视水层中子孔隙度曲线(φn,s)，然后将目的层段的φn,s与实际测量的中子孔隙度曲线(φn,m)重叠，由于气层会使得中子孔隙度减小，所以在气层段，φn,s大于φn,m。

(5)

经实例应用证实，该方法可以有效识别气层，但是该方法具有一定的局限性，若井眼条件很差或者没有明显的水层，该方法不适用。

2.3核磁共振测井法

核磁共振测井法[12]是利用原子核的磁性及其与外加磁场的相互作用而反映地层中孔隙结构与流体性质的一种测井方法。该方法不受地层矿物成分的影响，其优势是可提供与岩性无关的地层有效孔隙度，区分自由流体体积和束缚流体体积，估算渗透率等，同时还可以利用差谱和移谱分析识别油气层[23]。

2.3.1差谱法

根据气、水具有不同弛豫响应的特征，采用不同的等待时间(Tw)进行测量，可反映流体性质。短等待时间(Tws)内，水信号可完全恢复，烃信号不能完全恢复；长等待时间(Twl)内，水信号可完全恢复，烃信号也能完全恢复。将2种等待时间测得的横向弛豫时间(τ2)谱相减(差谱)，可基本消除水的信号，突出烃信号，从而达到识别气层的目的[24，25]，即气层的地方会显示有差谱信号(见图1)。

图1　差谱识别天然气示意图

2.3.2移谱法

利用流体扩散特性对τ2的影响来探测天然气。在油、气、水三相中，由于天然气的扩散系数最大，因此扩散弛豫时间可以利用不同长度的回波间隔进行控制，回波间隔时间越长，扩散弛豫时间越短，即长回波间隔的τ2谱相较于短回波间隔的τ2谱前移[24，25]，气层会有明显的移谱现象(见图2)。

图2　移谱识别天然气示意图

2.4偶极声波测井法

当岩石孔隙流体中含有气体时，使得纵波能量衰减增大，速度就会明显降低，而横波是剪切波，速度基本不变，纵、横波速度因含气存在较大差异，因此可以根据偶极声波测井资料计算出的纵横波速度比识别储层含气性。地层含气饱和度越高，纵横波速度比下降越明显[26]。泊松比是纵横波速度比的函数，当储层含气时，泊松比降低[27]，体积压缩系数增大[28]，所以可以根据泊松比与体积压缩系数之间的包络面积有效识别气层，包络面积越大，含气性越好。砂岩的纵横波速度比在1.58～1.78之间，其中砂岩气层的纵横波速度比为1.6左右。

3　应用实例及效果分析

图3　十里加汗地区下锦A井水层实测φn,w-ρw交会图

图3为十里加汗地区下锦A井水层的φn,w-ρw交会图，φn,w和ρw读取的是井眼条件好、水层对应的测井值，可以看出，φn,w与ρw呈明显的负相关关系，且相关性很好。应用该关系式可计算一条全井段的φn,s。

图4为锦A井P1sh1利用双孔隙度重叠法和视水层中子孔隙度测井值法识别气层的成果图。从图4中可以看出，5号层深度段3133.50～3139.00m，层厚5.50m，对应的自然伽马(qAPI)整体呈低值，岩性较纯；自然电位(Usp)为明显的负异常，说明该层段具有一定的渗透性；井径曲线规则、井眼条件良好；深、浅侧向电阻率(ρlld、ρlls)曲线基本重合；三孔隙度曲线间具有明显的幅度差；从解释结果看，φe,t平均为7.3%，φw平均为1.6%，φe,t>3φw，指示该层段为气层；同时，储层段φn,m明显小于φn,s，也指示该储层段具有很好的含气性。该井3134.5～3138.5m层段射孔，获得日产气47707m3，无阻流量102643m3/d，为工业气流层，与解释结论完全符合。

图4　十里加汗地区下锦A井P1sh1常规资料处理成果图

图5、6分别为锦B井P1sh1第3～5号层对应的常规测井及核磁共振测井解释成果图。从图5中可以看到，第3(1)号层深度段为3111.50～3114.50m，层厚3.0m，该层段qAPI整体呈低值，岩性较纯；Usp明显负异常，说明该层具有一定的渗透性；井径曲线扩径明显；ρlld、ρlls曲线基本重合，且电阻率值相较第3(2)、4和5号层没有明显变化；三孔隙度曲线受井眼影响变化较大；仅仅从常规测井曲线并不能体现第3(1)号层比其他3个层的含气性好。

图5　十里加汗地区下锦B井P1sh1常规资料处理成果图

而从图6中可以看出，第3(1)号层核磁计算的有效孔隙度(φe,n)为6.18%，其中毛细管束缚水孔隙度(φMBVI)为1.83%，平均渗透率为0.74mD，含水饱和度(Sw)为38%；从区间孔隙度的分析结果来看，16～128ms的τ2谱均有分布，呈孤立的双峰分布，以中、小孔径为主，该层束缚水含量较低，物性相对较好，有明显的差谱信号，且长回波间隔的τ2谱峰较短回波间隔的τ2谱峰明显前移(金黄色线为基线，蓝色线为谱峰线)，说明孔隙中含气特征明显，所以综合解释该层为气层。从图6上可以明显地看到第3(1)号层的含气性和孔隙结构要比其他3个层好，该井3111.50～3114.00m井段射孔试气，最终获得日产气9823m3，无阻流量10198m3/d，与解释结论完全一致。

图6　十里加汗地区下锦B井P1sh1核磁共振测井解释成果图

图7为锦C井P1sh1的4号层对应的常规+偶极声波测井解释成果图，4号层深度段为3078.20～3088.50m，层厚10.3m，从图中可以看到，该层qAPI整体呈低值，岩性较纯；Usp明显的负异常，表明该层段具有一定的渗透性；电阻率和三孔隙度曲线没有明显的含气显示特征，所以从常规测井曲线上难以确定该层的含气性好坏；然而从偶极声波测井曲线上可以明显看到，在3078.20～3088.50m层段，纵横波速度比(Rvp/vs)减小，其均值为1.59，泊松比(ν)是Rvp/vs的函数，因此当储层含气时，ν降低，该层的ν均值为0.17，同时，该层ν和体积压缩系数(CMPB)曲线的“包络面积”较大，说明该层具有明显的含气特征，综合解释4号层为气层。该井3061.50～3064.00m和3082.00～3085.00m经射孔试气，获得日产气25045m3，日产水5.1m3，无阻流量25602m3/d，与解释结论完全一致，验证了气层识别方法的有效性。

图7　十里加汗地区下锦C井P1sh1常规+偶极声波测井解释成果图

4　结论

1)十里加汗地区下P1sh1属于典型的低孔、低渗致密砂岩储层，气层识别困难。笔者采用双孔隙度叠合法、视水层中子孔隙度测井值法、核磁共振测井法以及偶极声波测井法，将常规测井与特殊测井相结合，在定性识别气层的实际应用中取得了良好的效果，其有效性得到了试气资料的验证，提高了气层识别效果，为该类致密砂岩气层的识别提供了具有应用推广价值的方法。

2)核磁共振测井可提供束缚水孔隙度和可动流体孔隙等信息，在致密砂岩气层识别方面具有明显的优势。

3)对于气层识别，在实际解释分析过程中，不应局限于此，应深度挖掘测井响应特征，放大含气信息，充分运用多种方法进行气层识别，以提高气层识别精度，为天然气勘探开发提供技术支持。

本文为中石化华北分公司勘探开发研究院合作项目“天然气储量计算测井参数优选研究”(编号：34550008-13-ZC0609-0015)的部分成果。

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[编辑]龚丹

2015-08-17

潘秀萍(1986-)，女，硕士，助理工程师，主要从事测井解释及储层评价工作，panxiuping1314@126.com。

P631.84

A

1673-1409(2016)17-0032-07

[引著格式]潘秀萍，胡挺.十里加汗地区下石盒子组一段致密砂岩气层识别研究[J].长江大学学报(自科版), 2016,13(17):32～38.