综合成像测井和常规测井资料计算致密油薄互层砂地比

赵杰, 付晨东, 王艳, 曾鑫, 孙建孟

(1.大庆油田有限责任公司勘探事业部, 黑龙江 大庆 163453; 2.大庆钻探工程公司测井公司,黑龙江 大庆 163412; 3.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院, 山东 青岛 266580)

0 引 言

松辽盆地齐家地区上白垩统青山口组(K2qn2+3)高台子油层高三、高四油层组为三角洲前缘沉积,毗邻青一段(K2qn1)湖相生油岩,近源致密油储层广泛发育,资源潜力大[1-2]。受物源和沉积环境的影响,致密油砂体厚度薄,与泥岩呈薄互层分布。研究表明,齐家地区致密油储层岩性对含油性有明显的控制作用,介形虫层、(含钙、含泥)粉砂岩和泥质粉砂岩为该区致密油赋存的主要岩性[1]。在砂泥岩薄互层发育层段计算致密油含油有利岩性占地层的比例称之为砂地比。砂地比对致密油薄互层有利储层识别和含油性评价具有重要意义。

受纵向分辨率的影响,自然伽马等常规测井曲线不能有效识别和评价薄层。为此,许多学者分别从仪器研制、测井曲线处理和测井解释等3个方面提出了相应的解决方法:①研制具有高分辨率的测井仪器,如高分辨率电阻率测井仪[3]和声电成像测井仪[4-5];②采用数学方法提高测井曲线的纵向分辨率,常用的数学方法有沃尔什函数法[6]、小波变换法[7]和分辨率匹配法[8]等;③在测井解释上应用模式识别、神经网络和遗传算法等技术弥补数据采集和处理中的不足,使解释结果的精度进一步提高[9]。

本文基于研究区3口取心井的岩心、测井资料,分析薄层的厚度、岩性和含油性特征,分别利用成像测井曲线和常规测井曲线计算致密油薄互层砂地比,以钻井取心岩性描述检验成像测井砂地比,以成像测井砂地比检验常规测井砂地比,达到取心检验成像、成像检验常规的目的;分析了致密油地层砂地比与含油性的对应关系。

1 致密油薄层特征

1.1 薄层厚度

研究区致密油薄层沉积微相以三角洲前缘的分流河道、河口坝和席状砂为主[1],砂泥岩间互发育且砂层很薄。钻井取心显示高三油层组薄层平均厚度在0.5 m以下,高四油层组薄层平均厚度在0.3 m以下,地层非均质性强。常规测井曲线受限于垂向分辨率,不能有效识别薄互层中的砂质条带。微电阻率扫描成像测井(FMI)垂向分辨率为0.2 in*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同,以颜色刻度电阻率,可以直观反映井周地层岩性的变化[10];用浅侧向电阻率标定电成像,经过滤波、匹配、拟合处理合成1条高分辨率成像电阻率曲线SRES[11],该曲线既保留了垂向的高分辨率,又能反映岩石电阻率。通过薄互层测井曲线响应特征(见图1)分析可以发现,对于厚度大于1 m的薄层(4号和5号层)常规测井曲线能有效识别,对于厚度小的薄层(1号、2号和3号)除微球形聚焦测井有所反映外,其他常规测井曲线几乎无反映。SRES曲线不仅能识别1～5号层,而且能通过电阻率的大小和变化反映地层的岩性和非均质性。

1.2 薄层岩性

图1 金281井薄互层测井曲线响应特征

研究区致密油薄层岩性复杂,广泛发育介形虫层、粉砂岩、含钙粉砂岩、含泥粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩7类岩性。受垂向分辨率的影响,常规测井曲线如自然伽马和三孔隙度测井以及衍生的交会图技术[12-13]对致密油薄层岩性识别能力较差。研究区几口关键井有丰富的钻井取心和电成像测井资料。对比钻井取心岩性描述和电成像图像,以取心岩性刻度电成像,有助于识别未取心井段的岩性。SRES曲线在电成像与钻井取心对比过程中既可以对岩心数据进行深度校正,也能划分不同岩性的电阻率截止值。岩性扫描测井不仅测量元素种类多,精度高,能区分方解石、白云石和测量地层的有机碳含量[14],对于研究区致密油薄层复杂岩性的识别是一种重要的补充。

以钻井取心岩性描述为刻度,结合电成像、SRES曲线、岩性扫描测井和常规测井曲线,对研究区致密油薄层发育的7类岩性进行了识别(见表1、图2)。

1.3 薄层含油性

钻井取心含油产状是岩心岩性、物性和含油性的综合反映,分析岩心含油产状与岩性、物性和电性的关系可为储层下限研究和有效储层识别提供参考依据[15]。依据含油面积和含油饱满程度将致密油岩心含油产状划分为油浸、油斑、油迹、荧光和不含油5类,为研究致密油含油岩性下限,建立了岩心含油产状与岩性的柱状图(见图3、图4)。

表1 7类岩性电阻率和岩性扫描矿物含量特征

图3和图4表明,研究区粉砂岩含油性最好,介形虫层、含泥粉砂岩和含钙粉砂岩含油性中等,泥质粉砂岩含油性较差且不具油浸特征,钻井取心只在金341井2个段共计1.57 m的岩心中见到含油产状为油迹的粉砂质泥岩,含油部位为砂质条带,其余粉砂质泥岩和泥岩均不含油。综合分析认为,研究区致密油含油岩性下限为泥质粉砂岩,岩性越纯,砂质含量越多,含油性越好。

2 利用成像测井SRES曲线计算砂地比

研究区致密油薄层特征分析表明,地层岩性越纯,含油潜力越大。计算地层的砂地比可为有利储层的识别提供依据。SRES曲线既能识别薄层,又能利用电阻率的变化区分薄层岩性,结合岩心含油产状分析和表1得出致密油薄层含油电性下限为10 Ω·m。可以利用SRES曲线计算地层的砂地比。

2.1 砂地比计算

图2 7类岩性测井曲线特征

图3 不同含油产状6类岩性岩心厚度统计图

图4 不同岩性4类含油产状岩心厚度统计图

SRES曲线每0.01 m有1个采样点,实际处理时,通过构建一定的窗长,计算窗长内薄互层的砂地比。为对比砂地比计算结果,选取了0.1、0.5和1.0 m作为窗长,窗长表示砂地比的纵向分辨率;以10 Ω·m作为薄层含油电阻率下限,统计窗长内电阻率大于10 Ω·m的采样点数count(sand)和小于10 Ω·m的采样点数count(shale)。

砂地比计算公式

(1)

(2)

式中,hsand为窗长内的砂岩厚度;hshale为窗长内的泥岩厚度;h表示SRES曲线的采样间隔,为0.01 m;砂地比范围为0.0～1.0,无量纲。实际计算时采用公式(2)计算窗长内砂地比。

2.2 方法应用

运用砂地比计算方法对研究区金281井2 178～2 190 m致密油薄互层段进行了处理(见图5)。图5中第3道为阵列感应测井20、60和90 in电阻率曲线;第5道为SRES曲线;第6道为电成像静态图;第7道为岩性扫描测井解释结果;第9～11道分别为0.1、0.5和1.0 m窗长砂地比。计算结果表明,砂地比曲线能准确反映薄层岩性发育情况,曲线与电成像和钻井取心对应性好,砂地比越高,窗长内砂岩累计厚度越大,含油性越好。窗长对砂地比计算影响明显,窗长越小,砂地比曲线越能反映薄互层岩性的微小变化,窗长越大,曲线越平滑,纵向分辨率越低。应用时可根据实际需要选择计算窗长。

图5 金281井致密油薄互层SRES曲线砂地比计算成果图

3 常规测井计算砂地比

研究区测有成像资料的井较少,绝大多数井只有常规测井曲线,利用常规测井曲线计算致密油薄互层砂地比是测井储层评价的一个挑战。薄互层电阻率通常具有各向异性,水平电阻率Rh(导电方向与地层平行)和垂直电阻率Rv(导电方向与地层垂直)有一定的差异,该差异与砂岩、泥岩的电阻率以及厚度有关[16-17]。可基于薄互层电阻率各向异性寻求砂地比的定量计算方法。

3.1 薄互层电阻率各向异性模型

图6 砂泥岩薄互层电阻率各向异性模型

图6表示层内均质的砂泥岩薄互层电阻率各向异性模型,地层平行于水平方向,水平电阻率Rh表示导电方向与地层面平行的电阻率,砂岩和泥岩相当于并联导电[计算见式(3)]。垂直电阻率Rv表示导电方向与地层面垂直的电阻率,砂岩和泥岩相当于串联导电[计算见式(4)][18-20]。这2种导电方式中砂岩电阻率和泥岩电阻率对总电阻率的贡献与它们的体积Vsd和Vsh有关。将垂直电阻率Rv与水平电阻率Rh的比值定义为电阻率各向异性系数λ。

(3)

垂直电阻率Rv=VsdRsd+VshRsh

(4)

各向异性系数λ=Rv/Rh

(5)

式中,Rsd表示砂岩电阻率;Rsh表示泥岩电阻率;Vsd表示砂岩相对体积;Vsh表示泥岩相对体积;λ表示各向异性系数。

在层段内,砂岩和泥岩相对体积满足Vsh+Vsd=1。泥岩各向异性强,需要考虑泥岩水平电阻率Rsh,h和垂直电阻率Rsh,v的差异;认为砂岩电阻率各向同性,水平和垂直电阻率均为Rsd。式(3)、式(4)进化为

(6)

Rv=(1-Vsh)Rsd+VshRsh,v

(7)

求得薄互层层状泥质体积

(8)

式中,a=Rh(Rsh,v-Rsh,h);b=2RhRsh,h-Rsh,vRsh,h-RhRv;c=Rsh,h(Rv-Rh)。

薄互层砂地比NTG(net to gross ratio),TNG

TNG=1-Vsh

(9)

图7 金281井致密油薄互层砂地比计算成果图

由感应测井的测量原理,其测量的是地层水平电阻率[21],式(6)、式(7)中的Rh和Rsh,h可以直接从感应测井曲线读取。要计算地层的砂地比还需要知道地层的垂直电阻率Rv和泥岩的垂直电阻率Rsh,v。测井理论认为侧向测井电阻率的主要贡献也是水平电阻率,但在实际测井条件下,侧向测井的回路电极在井眼内,电流沿着水平方向流向地层后将沿着与地层垂直的方向流回回路电极,侧向测井电阻率会受到垂向电阻率Rv的影响,使得同一深度点的侧向电阻率与感应电阻率不相等(见图7),这种电阻率差异不仅受井径的影响,而且与侧向测井的探测深度有关。若井径为8 in,各向异性(Rv/Rh)对深侧向、浅侧向、球形聚焦电阻率的影响表现为[18]

RLLd/RILd≈1.0+0.20ln (Rv/Rh)

(10)

RLLs/RILd≈1.0+0.33ln (Rv/Rh)

(11)

RSFL/RILd≈1.0+0.17ln (Rv/Rh)

(12)

式中,RLLd表示深侧向电阻率;RLLs表示浅侧向电阻率;RSFL表示球形聚焦电阻率。

考虑到深侧向回路电极距发射电极较远受垂直电阻率Rv的影响小,球形聚焦测井探测深度浅受井眼和地层岩性影响大,采用浅侧向电阻率RLLs和式(11)计算地层垂直电阻率Rv,计算公式为

(13)

利用式(13)可以求得地层的垂直电阻率Rh和纯泥岩的垂直电阻率Rsh,v,进而结合式(6)至式(9)可以实现利用常规感应电阻率和侧向电阻率计算地层的砂地比。

3.2 模型应用

图8 砂地比与电阻率交会图

图7为金281井某致密油薄互层段(2 132～2 192 m)砂地比计算成果图。从第4道、第5道侧向、感应测井电阻率的对比,侧向电阻率大于感应电阻率,说明侧向电阻率受到了各向异性的影响。最后1道为侧向、感应电阻率计算的砂地比与SRES曲线计算的0.5 m窗长砂地比的对比。结果表明,砂地比曲线不仅与钻井取心与电成像对应性好,而且曲线之间对应性也很好,能有效反映层段内岩性的变化,验证了基于薄互层电阻率各向异性模型计算砂地比的有效性。遵循岩心刻度测井的思想区分岩心含油产状,建立了砂地比与电阻率的交会图(见图8),图8中显示,当砂地比小于0.5、电阻率小于10 Ω·m地层不含油;当砂地比大于0.5、电阻率大于10 Ω·m地层具有一定的含油性,尤其当地层电阻率大于22 Ω·m,地层的含油性好,钻井取心含油性描述为油浸或油斑。在针对致密油薄互层的测井评价中可以结合砂地比和电阻率评价地层的含油性。砂地比高的地层脆性矿物含量高,地层砂地比的计算可为有利储层识别和压裂层段优选提供一定的借鉴和参考。

4 结 论

(1) 研究区致密油薄层厚度小,岩石类型多样,需要借助于成像测井资料对薄层进行识别和对薄层岩性进行区分。研究区致密油薄层含油岩性下限为泥质粉砂岩,岩性越纯,含油性越好,计算地层的砂地比可为有利储层识别提供依据。

(2) 研究区致密油薄层含油电阻率下限为10 Ω·m。应用成像SRES曲线计算的砂地比能准确反映致密油薄互层岩性发育情况,砂地比计算窗长越小,越能反应地层的非均质性。

(3) 基于薄互层电阻率各向异性模型,利用常规侧向电阻率和感应电阻率计算薄互层砂地比,计算结果与SRES曲线计算的砂地比对应性好。砂地比与电阻率交会图能有效区分致密油薄层的含油性,砂地比高的地层脆性矿物含量高,砂地比的计算可为致密油薄互层有利储层识别和压裂层段优选提供一定的借鉴和参考。

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