测井评价的“九性”关系及其研究方法

张晋言

(中石化胜利石油工程有限公司测井公司, 山东 东营 257096)

0　引　言

早在20世纪60年代,基于电测井系列,大庆油田提出岩性、物性、含油性、电性的“四性”关系分析作为测井解释的基本内容。长期以来,中国各大油气田一直把“四性”关系研究列为储层测井评价最基础、最重要的内容,取得了显著的效果。20世纪90年代,以复杂储层评价为目标,特别是低电阻率油气层的评价,孙建孟[1]将“四性”关系推演为以岩性、物性、含油性、水性、测井属性的“五性”关系。张晋言等[2]提出对泥页岩油气评价的“五性”指标,即矿物组分含量、地化参数指标、储层物性、含油气量和可压裂性,并系统介绍了“五性”指标的计算方法,测井特性与“五性”指标组合成为新“六性”关系,在泥页岩测井评价的生产和科研实践中得到广泛应用。张作清等[3]针对页岩气给出了测井属性的概念,并研究页岩气评价“六性”关系。孙建孟[1]从非常规勘探与开发一体化的角度提出了测井属性表征岩相与矿物组分特性、地化特性、物性与孔隙结构特性、地层压力与流体特性、射孔与压裂优化完井特性、含气与产气特性等新“七性”关系为基本内容的煤层气、页岩气测井评价技术体系。赵良孝等[4]针对复杂储层(如碳酸盐岩等)测井评价中的矛盾,提出储层空隙空间几何特性与岩性、物性、含流体性和电性的“五性”关系,进一步阐释了复杂孔隙结构在测井测井评价中的作用和意义。

本文从测井评价的生产科研实践出发,以常规和非常规油气藏勘探开发一体化为目标,整合梳理提出了新“九性”关系,并对其分析方法进行探讨,以期提高测井评价的整体技术水平。

1　测井评价技术面临的新挑战

随着油气勘探开发进程的推进,新发展的常规油气藏测井评价之“五性”关系、非常规油气藏之“七性”关系主要面临以下新挑战。

1.1　井筒环境变化急需与时俱进的测井评价思路和技术

近年来钻井技术飞速发展,大斜度井、水平井、分支井以及新型钻井液(氮气、空气、微泡、甲酸盐、复合盐、聚合物等)等占的比例越来越高,使得井筒环境发生较大变化,往往引起测井响应异常。如果不深入研究分析,其结果要么认为测井数据采集失败,导致多次重复验证测井,拖延了钻井周期和测井时效;要么认为是地质异常引起,误导了对地下储层的客观认识,给后续工作带来失误和巨大的浪费。例如,在空气基钻井液和水基钻井液井筒环境下完井测井的HS201井(见图1),该井段为致密火成岩非储层段,但双侧向有明显的侵入特征,核磁共振测井资料也有一定的可动孔隙度,多极子阵列声波幅度衰减明显,3项测井资料都表现出储层的异常特征,现场计划更换装备先进的测井队重新测井验证,但通过有关专家综合分析认为是空气基钻进破岩产生的微裂缝所致,决定不进行重新测井验证,大大提高了钻井和测井时效,节约了钻探投资。该异常现象得到了后续钻探井印证。

图1　HS201测井曲线图*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

1.2　井壁以远复杂地质体三维特性亟待刻画

常规测井一般探测井壁及近井壁地层,对井壁以远及储层的三维特性测量困难,难以反映地下储层的全貌。偶极横波远探测技术是近几年来发展起来的一项重要声学远探测测井技术,它把常规测井技术的测量范围从井周1 m左右提高到数10 m,在井旁裂缝和孔洞等地质体的探测中取得了较好的应用效果[5-10]。可以预期,声波远探测测井技术将会在井筒及以远缝洞地质异常体精细描述、压裂改造选层、侧钻井方案支持、优化钻完井设计及提升井震结合水平等方面产生较大的作用。

图2　T105井声波远探测仪器远探测成像图

图2为胜利测井公司研制的多分量横波远探测成像测井仪器在T105井应用的具体实例。该井近井筒测录井信息反映该段油气显示不明显。为将地质异常体描述完整,在远探测结果中将上行波与下行波进行了叠合,形成井外100 m范围远探测成像图,左右两侧均为上下行波叠合图像。由图2可知,近东西向偏振远探测成像图中,5 992～6 017 m、6 024～6 085 m处见强反射信号,距离井轴10～40 m范围,推测为溶洞边界;在5 992～6 015 m、6 027～6 055 m、6 056～6 070 m处见较强反射信号,距离井轴45～60 m,推测为溶洞内幕或者其他溶洞边界,而近南北向偏振远探测成像图中地质异常体显示不明显,综合分析,推测地质异常体发育在南北方向上。该井酸化压裂完井后测试,7 h内产油近400 t。

1.3　页岩气等非常规储层使测井评价面临新的挑战

王世谦[11]指出,南方复杂构造区下古生界海相富有机质页岩普遍表现为含气但压不出气,或者有气流但无产能,仅根据页岩地质参数特别是现场解析气量或含气量来评价页岩气资源前景或圈定开采有利区存在极大的不确定性和勘探风险。这些页岩气区块由于多期构造运动变形强度大,褶皱断裂极为发育,页岩气保存条件差,优越的疏导条件使页岩中残留的游离气多已散失,资源规模较小,开采潜力并不大。目前的页岩气测井评价技术对其多期次多旋回构造挤压作用所引发的页岩气散失、泄压与保存问题研究甚少。换言之,测井评价含气性和保存条件的研究还是一个十分薄弱的环节。目前单井页岩气测井评价还难以表征页岩气储层的产能以及经济开采储量。

2　“九性”关系的提出及内涵

面对新挑战,从测井评价的生产科研实践出发,以常规和非常规油气藏勘探开发一体化为目标,整合梳理提出新“九性”关系,即测井属性与井筒、地层的3大类特性之关系,主要包括测井属性、筒环境特性、岩性(结构、矿物组分)、物性(基质孔隙结构、次生孔隙)、地化特性、含油气性与产能特性、地层压力与流动和保存特性、地层三维非均质性(纵向、径向、周向)和储层可改造特性的新“九性”关系(见表1)。该“九性”关系对原测井属性的概念进行了拓展,定义为单项及组合测井信息,以及经数学统计或变换得到新测井物理量,如小波变换、积分属性、频谱属性、统计属性、形态属性等。

3　“九性”关系的研究方法

从单井处理解释到多井区块研究以及综合性的测井评价研究课题,“四性”关系分析均是至关重要的环节,是测井建模的基础。“九性”关系是面对新环境、新条件和综合目标对象的丰富和发展。

3.1　“九性”关系分析中应注意的几个问题

“九性”关系研究前提是需要高精度和多尺度的测井系列,也可针对要解决的主要矛盾定制套餐式的测井采集方案,其研究内容可对应进行取舍。“九性”关系的研究内容包括测井属性的表征,以及“九性”之间的关系分析。所谓测井属性主要包括单项及组合测井信息以及经数学统计或变换得到测井新物理量。

研究“九性”关系首先要解析每项测井属性反映地层特性的能力。例如,自然电位测井(SP)可反映21种地层特性,包括但不限于渗透性等物性、泥质、水性-矿化度反转、水淹、厚度、油气、颗粒粒径、岩性划分、非渗透高阻层、侵入带+枯竭层-动电(流动)电位、锯齿型地下水流层间交叉流、仪器干扰、电缆磁化、大地电流、海洋干扰(海浪、潮汐、船舶、真正接地等)、人工干扰(电潜泵、高压线、带电铁轨、地下电气火车等)、油气运移、氧化还原电位—流体感生电流、磁暴、北极光等地层特性的反映。其解析每项测井属性反映地层特性的能力就是在具体环境和条件下,分析多项反映地层特性的取舍及主次矛盾定性和定量化的过程。

测井资料采集也可看作一项大型的岩石物理实验(试验)。井筒环境特性就是该实验的重要外部条件,它在某种程度上决定了实验结果。因此,“九性”关系中井筒环境特性关系研究是不可或缺的重要环节。还可开展各类复杂环境条件下的测井响应异常现象解析研究,如,以正演模拟结果为基础,分析不同的测井响应异常现象,并结合井眼条件等进行适当的校正。同时,正确分析并区分这些异常现象对于指导测井作业施工、节约钻井成本和测井时效都有重要的意义。

研究“九性”关系一定要考虑各属性参数的代表性以及相互耦合关系。如每项测井信息探测范围不同,探测体亦十分复杂,又可分为扇状、柱状、柱体壳状等,并且随着地层岩性、物性及非均质性的变化。岩心刻度测井之岩心实验分析数据也随着岩心收获率、岩样尺度、储层非均质性及实验设备和条件不同而变化。非测井资料的测试资料应用,其实质也是一种地下实验(试验),渗透率等参数分析其关系代表动态渗透率之外,其条件性不可忽视。

3.2　“九性”关系研究思路

研究“九性”之间的关系,战略上只要进行模式细分就没有解决不了的问题[12]。战术上要“三确一综一创新”,即收集资料之准确、处理计算之精确、结论推演之合理正确,综合全面分析,创新思维。同时,一定要注意特征和规律的不同[13]。

“九性”关系研究思路可借鉴中西方文化及中西医结合之启发。中医与西医的碰撞与交融可以说是中西文化产生、发展形成的具有代表性的独特景观,更是自然科学在不同文化域表现之典例[14-15]。

西方测井信息分析技术多重数据处理、轻经验和测井解释的最后的结论,而中国的测井解释却相反。因此,可将中西方文化、中西方哲学、中西医结合等启示应用于“九性”关系研究。

“九性”关系研究从系统学和复杂性科学上分析,应是地学上的一个复杂系统。① 从整体性出发依据科学理论、经验知识和对实际问题的了解,对系统的评价目标进行全面分析,提出定性判断,结合各类地质或地层模式,依据岩性、沉积微相、流动单元等进行测井评价模式细分,细分后的模式应具有相对一致的九性关系。② 采用“三确一综一创新”工作要求,根据理论方法、经验知识和有关信息资料选择和建立相应关系,借助计算机得出定量结果。③ 分析结果,结合经验及多学科的知识进行综合集成,从修改模型、调整参数、到综合集成,可重复循环,直到满意为止。该过程中注意特征和规律的不同,最后做出“九性”关系结果或结论。它的特点:定性与定量相结合,理论与经验相结合,多学科相结合,宏观研究与微观相结合。

4　结束语

测井评价技术发展以高效勘探开发为目标,以油气藏和各类矿床为对象,以井筒、地层与测井属性三者之间赋予的“九性”关系研究内涵为基础,以岩心刻度测井为手段,以数字岩心、数字井筒(数字岩石物理学)为抓手,以测井信息分析方法论为指导,以人工智能测井评价专家系统为载体,最终全面提升中国勘探开发测井评价技术水平,建立起中国特色测井解释学。