基于测井地质“四性”关系谱的储层评价方法

2017-05-08徐风司兆伟白松涛马越姣程道解郭笑锴曾静波

测井技术 2017年2期

徐风, 司兆伟, 白松涛, 马越姣, 程道解, 郭笑锴, 曾静波

(1.冀东油田公司勘探开发研究院, 河北唐山 063004; 2.中国石油集团测井有限公司油气评价中心, 陕西西安 7100771)

0 引言

测井解释是在正确的解释模型下,把测井信息加工成地质信息的过程,是根据预定的地质任务合理地选择测井系列,从多种地球物理特征上综合分析和认识地层的地质特性[1]。现代储集层研究中,按层给出准确的储集层参数非常重要。在某一特定地区的横剖面上,相同参数始终对应着相同的层也具有同等重要的意义[2-3]。因此,现代储集层评价中对相的识别至关重要。

测井相是1组能反映储层测井响应特征的曲线集。对于1个n维数据向量空间,可以用每个向量代表各深度采样点上的几种测井方法的测量值,如自然伽马(GR)、自然电位(SP)、声波时差(AC)、密度(DEN)、补偿中子(CNL)、电阻率(Rt)等,这样1个六维向量就是1组常用的测井系列。由1种地层特征可以测得1组测井相数据;反之,则可以用测井相进行岩相和储集层流体的地质解释。

雷达图是一种数据表征技术,1条雷达图曲线可以表征1组测井相数据集,适合于在二维平面上直观、形象地反映多个指标的变动规律[4],利用多维参数图版能够较好地对储层岩性及流体进行识别[5],但是多层位多深度的图形显示方面不够直观,在解释应用中也存在不方便量化解释的问题。本文通过改进雷达图,利用常规测录井资料构建测井地质“四性”关系谱的方法,实现了测录井资料由一维单一曲线信息向二维综合信息的转变,通过多维度阵列数据直观表征测井相。

1 “四性”关系谱的构建原理及方法

测录井资料在常规及各类复杂油气藏测井解释评价中通常是利用CAL、GR、SP作为岩性判别曲线;利用AC、DEN、CNL、Pe作为物性判别曲线;利用Rt、Rs、RMSFL作为电性判别曲线,利用气测全烃录井C1、C2、C3等作为含油气性判别标志。各类曲线间既独立又有联系,进一步在“四性”关系分析的基础上得到储层流体判别的主控因素,结合试油资料及地区经验进行交会图版选择和绘制。在砂泥岩储层的油气水层解释中,常用的图版有电阻率—孔隙度交会图、含油饱和度—束缚水饱和度交会图、含油饱和度—孔隙度交会图、深电阻率—自然伽马相对值交会图[6]。针对较复杂的储层将不同属性参数进行组合形成新参数,例如选用视地层水电阻率—自然伽马相对值交会等。

测井地质“四性”关系谱是通过建立标准井的测井相识别曲线集,运用组合阵列曲线纵向定性差异对比或定量谱参数提取方法识别未知井段储层岩性、含油气性的解释技术。该方法通过考虑储层岩石物理及流体的多重测井特性,将测井相与地质相联系,把抽象的数学概念转换成地质人员直观理解和使用的二维谱曲线,即测井地质“四性”关系谱。以测井地质“四性”关系谱对岩性及流体评价为例,先根据取心井的数据找出该地区的岩性种类,再按照不同种类岩性的测井相数据构建出相应测井地质“四性”关系谱曲线,并用其作为标准去判定未取心井的岩性;同理,如果建立该地区标准井中储集层流体的测井地质“四性”关系谱曲线,就可用其去判定未知井段的储集层含流体的性质。

由于各种测井方法的地质、物理响应机制不同,各种测井曲线的量纲、数量级以及测井仪测量状态存在差异,测井地质属性谱是通过对声、电、核方法所得单一测井曲线进行归一化后按照一定的方式组合形成的类似核磁共振谱的形态,从而达到利用多主控成因的谱特性评价储层特征,其构建原理具体分为5步(见图1)。

图1 测井地质“四性”关系谱构建步骤

按照《裸眼井单井测井数据处理流程SY/T5360—2004》标准规定的流程进行测井资料检查,对录井气测曲线进行统一纵向分辨率处理,与测井资料分辨率相同,通常采用0.125 m/采样点。

其次,利用实测常规测井曲线及录井气测曲线确定目的层段的曲线归一化标准,即确定目的层段曲线的最大值和最小值(见表1)。

表1 测录井曲线归一化标准

结合目的层段曲线的最大值和最小值,按照式(1)进行单曲线归一化计算

(1)

式中,ΔAi为归一化后的曲线值,无量纲;Ai为曲线原始值,Ai,min为曲线的最小值,Ai,max为曲线的最大值。

结合所计算的归一化单条曲线,按照岩性、电性、物性、含油气性顺序进行曲线合并形成二维阵列数据,即测井地质“四性”关系谱。

以冀东油田南堡凹陷沙三段储层作为实例阐述测井地质“四性”关系谱特征。该区受地质沉积及成岩作用的影响,储层黏土含量高、岩石颗粒非均质性强、埋藏深且次生孔隙发育,形成典型的复杂砂砾岩岩性油气藏[7],选取1口井的典型井段(见图2)。其中第6列为构建的测井地质“四性”关系谱,能够基于测井地质属性谱快速、直观观测到储层岩性、物性、电性及含油气性的差异,定性评价储层“四性”特征。

2 复杂砂岩岩性识别与评价

通常针对均质性好、岩性发育稳定的储层,利用自然伽马(GR)、自然电位(SP)等能够表征沉积环境的测井曲线定性特征以及定量计算出的各种测井参数值描述地层岩性特征[8-9]。对于非均质性强、储层连续性差的地区常用的交会图版分析方法识别岩性只能确定出两两变量的相关性,而忽略多个测井参数相互间潜在的规律,测井解释存在着间接性、多解性和不确定性。基于测井地质“四性”关系谱的方法,综合考虑多种测录井变量,建立典型层段的测井地质“四性”关系谱-岩性识别谱,有效解决单一曲线及交会图分析中存在的不足。

图2 高××井测井地质“四性”关系谱评价储层效果*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

表2 冀东油田高××井区不同岩性的测井响应特征

冀东油田南堡凹陷沙三段地层属于三角洲相沉积,储层非均质性强,岩性多样且复杂叠置。针对该区块储层特征,以图2中高××关键井取心资料中己知岩性地层的测井数据为基础,由于电阻率受地层流体特性的影响因素较大,因此,优选5个对岩性较敏感参数(包括自然伽马GR、声波时差AC、补偿中子CNL、补偿密度DEN,光电吸收截面指数Pe)(见表2)。不同岩石物理特性反映地层不同岩性特点,进一步增加井径CAL(井眼扩径现象反映地层岩性)、自然电位SP(渗透特性反映地层岩性),对各测井参数指标作[0,1]范围的归一化处理,组合起来作为复杂岩性识别综合评价的特征,结合钻井取心,总结在标准井主要岩石类型的测井响应特征,以二维图谱的方式,建立该区的测井地质“四性”关系谱(见图3)。作为模式评价标准,编程处理其他层段定量评价地层各种岩相类型。

图3 不同岩性相特征的测井地质“四性”关系谱

测井地质“四性”关系谱在直观判别储层岩性具有唯一性特征,对其进行定性特征分析评价。

砂砾岩:井径未扩径,相对幅度小;岩性纯,自然伽马相对幅度低,自然电位曲线幅度高表征渗透性好,声波、密度、中子、Pe曲线基本平直。

粗砂岩:井径未扩径,相对幅度小;岩性受粒度及泥质充填影响,自然伽马相对幅度变化大,自然电位曲线幅度高表征渗透性好,声波、密度、中子、Pe曲线基本平直。

中砂岩:井径未扩径,相对幅度小;岩性受粒度及泥质充填影响,自然伽马相对幅度较大,自然电位曲线幅度高,声波、中子基本平直,密度、Pe曲线变化幅度较大。

细砂岩:井径存在扩径现象,相对幅度较小;岩性受粒度及泥质充填影响,自然伽马相对幅度变化大,自然电位曲线幅度高表征渗透性好,声波、密度曲线基本平直,受泥质影响,中子、Pe曲线幅度大。

粉砂岩:井径存在扩径现象,相对幅度较小;岩性受粒度及泥质充填影响,自然伽马相对幅度变化大,自然电位曲线幅度高表征渗透性好,受泥质影响,声波、密度、中子、Pe曲线幅度大。

泥岩:井径存在扩径现象,相对幅度大;岩性受粒度及泥质充填影响,自然伽马相对幅度变化大,自然电位曲线幅度高表征渗透性好,受泥质影响,声波、密度、中子、Pe曲线幅度大且不收敛。

利用上述方法在该地区高××井未取心井段处理如图4所示,第6道为测井地质“四性”关系谱—岩性识别谱,通过相似度分析归类对岩性进行判别,所得岩性分类结论如第7道所示。

图4 测井地质“四性”关系谱—岩性识别谱评价效果图

3 多主控成因储层流体判别

针对研究区复杂的储层油气水分布、油水系统不唯一,且岩石骨架对测井响应的贡献往往掩盖了岩石中所含流体在电性上的差异,油、干、水电性特征不明显,造成了流体性质识别存在不确定性等问题。在储层岩性分析的基础上,针对砂砾岩储层特殊性,考虑多主控成因影响因素,通过常规测录井归一化构建出已知标准井的测井地质“四性”关系谱。以图2中处理得到的测井地质“四性”关系谱为例,通过二维谱反映各类储层的测井相(见图5)。

测井地质“四性”关系谱在直观判别储层流体具有唯一性特征,定性特征分析。

图5 不同储层流体类型的“四性”关系谱

典型油层:岩性谱幅度低,电性谱幅度高,且存在正差异,物性谱平直且较高,气测谱有明显幅度。

油水同层:岩性谱幅度低,电性谱纵向不均一,物性谱幅度较高,气测有明显幅度。

典型水层:整体幅度较为均一,岩性谱幅度低,电性谱较低,物性谱幅度较高,气测无幅度。

干层:主要有2种,①泥质增重型干层,泥质抑制了储层的发育,导致岩性谱幅度高,电性谱幅度低,物性谱幅度变化大,气测无幅度;②物性致密型干层,受压实及后期其他成岩作用导致储层储集空间变小、孔隙结构复杂,其特征表现在岩性谱幅度低,电性谱幅度高,物性谱幅度低接近0,气测无幅度。

非储层(泥岩层):岩性谱幅度高,电性谱幅度低,气测无幅度。

为进一步达到量化直观效果,采用数学方法对图形进行参数提取和分解,优化提取测井地质属性谱的流体敏感因子:同相幅值Lc、几何均值Lgm,进行流体图版综合判别。几何均值Lgm是求1组数值的平均数的方法中的一种。适用于对比率数据的平均,主要用于计算数据平均增长率。

(2)

式中,Lgm为“四性”关系谱的几何均值,无量纲;Fi为第i个归一化测井曲线对应的统计频数幅度,无量纲;Ai为“四性”关系谱的第i个阵列数据,无量纲;F为统计频数幅度累计值。

同相幅值Lc是对“四性”关系谱各项测井曲线的幅度进行累加,其作用为不同流体各项岩石物理信息叠加放大后差异化更为明显。

通过对冀东油田××区块17口井目的层试油段处理得到“四性”关系谱,进一步提取同相幅值Lc与其几何均值Lgm交互,建立较为直观的二维流体识别图版。可以看出不同流体具有较明显的界限和聚类特征(见图6),其中,Lc>2.5,Lgm>0.23;油水同层的Lc为1.5～2.5,Lam<0.23;水层的Lc<1.5,Lgm<0.23;干层的Lc<1,Lgm>0.23。

图6 测井地质四性关系谱Lc—Lgm流体判别图版

运用测井地质四性关系谱Lc—Lgm流体判别图版对冀东油田××井沙三段的148、151、157、161号储层段处理得到测井地质四性关系谱(见图2)分析,实际资料处理充分说明该种方法在低孔隙度低渗透率储层多主控成因的流体判别中能够得出更符合实际情况的解释结论。该井在4 095～4 113 m之间有1个射孔井段,该井段的试油4 mm油嘴条件下产能为日产油14.05 t,该层段特征值在流体识别图版中位于油层位置,符合较好。