基于四定分析的特低渗-致密储层测井综合评价——以川西坳陷XC构造带须二气藏为例

黎华继，陈 俊，邓双林，金武军

(1.中国石化西南油气分公司采气三厂，四川中江 618100；2.中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，四川成都 610000；3.中国石化石油勘探开发研究院四川中心，四川成都 610000)

在油气藏的勘探开发过程中，测井一直是不可或缺的一环，它是地质学家破译地下密码的一把钥匙，但是“破译”的过程相当复杂，且具有多解性和不确定性。上世纪60年代，我国的地质学家们提出了以四性关系分析为重点的测井评价内容，并沿用至今；同时制定出一系列交会图版，并逐步将定性、定量解释的标准可视化[1-3]。随着以成像测井为代表的特殊测井技术飞速发展，中国测井评价技术再上新的台阶，形成了复杂因素的低电阻率油气层评价、“七性及三品质”致密油气评价等为代表的解释评价技术系列，有效支撑了一批隐蔽型油气田的勘探与开发[4-5]。近年来，随着勘探开发程度的进一步加大，各油气田面临的地质对象也从前期厚度大、物性好、丰度高的常规油气藏逐渐转向厚度薄、物性差、丰度低的非常规油气藏，地质条件日益复杂。为适应地质综合评价的要求，测井评价的主要内容也已不仅仅包括孔隙度、渗透率、含油气饱和度(孔、渗、饱)及油气分布，区域甜点的预测也需要测井给予更精细、精准、精确的解答，为此需进一步丰富测井评价的内容。XC构造带须家河组二段气藏(以下简称须二气藏)是典型的特低渗-致密、低丰度油气藏，地质条件异常复杂，本文尝试将“四定”评价思路[6]引入测井评价中，经实践应用，取得了一定的效果，为准确评价XC构造带须二气藏，明确其甜点分布，以及气藏的有效开发提供了有力支撑。

1 气藏基本特征及四定分析的内涵

XC构造带位于四川盆地川西坳陷中段，为南陡北缓、多个高点组成的北东东向复式背斜，区内断裂发育，均为逆断层，走向复杂，其中南北向断层规模较大。须二气藏埋深4 500～5 300 m，自上而下可划分为上、中、下三个亚段，10套砂层组，产层主要分布在上亚段和中亚段。储层岩性多样，以岩屑砂岩为主(占比47.9%)，其次为长石岩屑砂岩(占比22.6%)，少量岩屑石英砂岩、岩屑长石砂岩等。据1 690 块岩样统计，须家河组二段(以下简称须二段)超98%的砂岩样品孔隙度小于10.0%，平均3.7%；基质渗透性差，多低于0.10×10-3μm2，平均0.07×10-3μm2，属于典型的特低孔、特低渗超致密砂岩储层。储层孔渗相关性差，储集空间类型以孔隙型及裂缝-孔隙型为主。前人研究表明裂缝是XC构造带须二气藏气井获得中、高产的决定性因素，气藏为异常高压(原始压力系数为1.7)、致密、构造-岩性、弹性气驱、干气、边水为主的有水气藏。

面对XC构造带须二气藏复杂的地质条件以及勘探开发一体化、地质物探一体化、地质工程一体化新的形势，测井评价在须二气藏油气勘探开发过程中需着眼于气藏评价的难点，寻求新的油气评价思路，提供定性、定量、定域、定向的满足气藏地质工程一体化的参数与成果，具体内涵见表1。

表1 须二气藏油气四定评价方案内涵

2 须二气藏的四定测井评价

2.1 定性评价有利岩相

通过对XC构造带须二段岩心观察，共识别出12种岩相(图1)。研究表明在不同亚段有利岩相也略有差异，其中，上亚段，块状层理中粗砂岩相、斜层理中粗砂岩相和含炭屑中粗砂岩相为有利岩相；中亚段，千层饼状平行层理中粗砂岩相、平行层理中粗砂岩相、块状层理中粗砂岩相、斜层理中粗砂岩相和含炭屑中粗砂岩相为有利岩相。

a.千层饼状平行层理中粗砂岩，XX7井，Tx26；b.平行层理中粗砂岩，XX12井，Tx24；c.块状层理中粗砂岩，XX11井，Tx26；d.斜层理中粗砂岩，XX127井，Tx21；e.含炭屑中粗砂岩，XX127井，Tx21；f.含泥砾中粗砂岩，XX127井，Tx21；g.斜层理细砂岩，XX7井，Tx23；h.波状层理粉砂岩，XX7井，Tx23；i.炭质泥岩，XX127井，Tx22；j.煤层，XX127井，Tx22；k.钙质胶结斜层理中粗砂岩，XX127井，Tx22；l.钙质胶结块状层理中粗砂岩，XX7井，Tx26

依据“优中选优、逐步推进”的原则，先根据粒度参数，去除细粒岩相，然后根据矿物成分参数，去除钙质胶结岩相，最后根据反映储层渗透性的参数，选出较有利和有利岩相。研究表明不同粒度的岩相在AC(声波时差)-GR(自然伽马)交会图版中可以得到很好区分。在此基础上利用GR-RT(电阻率)交会图版，识别出较为有利的岩相，为后期优质储层预测奠定基础。

2.2 定量评价储层参数

孔、渗、饱是测井评价的核心内容之一，研究方法众多，但XC构造带须二气藏储层孔隙结构复杂，非均质性强，传统的计算模型已无法满足致密储层精细评价的需求。因此，提出了以实验分析为基础，利用岩心刻度测井资料，突出核磁[7-8]、偶极等特殊测井应用，实现对储层特征精准描述的研究思路。

结合XC构造带须二气藏矿物组分构成特点，采用基于岩石物理体积模型的最优化方法[9]，通过矿物含量和孔隙流体求解不同测井的响应方程组，获取精确可靠的矿物和物性评价结果。根据须二段矿物主要由泥质、石英、长石、岩屑、炭屑组成的特点，结合孔隙中只含水和气两种流体的情况，建立岩石物理体积模型。根据不同测井曲线对储层岩性、物性及流体的响应差异，优选自然伽马、补偿中子、补偿密度、声波时差、深浅侧向6条曲线参与岩石物理体积方程求解。通过与岩心薄片矿物组分分析结果对比表明，矿物组分评价结果精度较高、评价结果可靠。图2为XX856井矿物含量测井评价结果与岩心薄片分析结果对比，从对比结果来看，测井评价结果中的石英含量和长石岩屑含量与岩心薄片分析结果均吻合良好，12个点中有10个点的绝对误差在5%内，剩余2个点的绝对误差在10%左右，误差精度明显提高且能够满足精度要求。在准确计算矿物含量的基础上开展孔隙度精准评价，绝对误差从前期的12%减低至5%，精准度明显优于采用传统孔隙度模型计算的物性参数，能够更好地满足地质精细分析需求。

图2 XX856井矿物含量测井评价结果与岩心薄片分析结果对比

定量评价油气层的另一个关键就是油气含量的评价，但常规的阿尔奇公式往往不能很好地适用于致密储层[10-12]。XC构造带须二气藏特殊测井资料丰富，从而为储层研究提供了更为丰富的手段。偶极横波测井反映地层骨架、流体声波速度信息，它避开了地层电阻率大小的影响，因此充分利用声学信息进行天然气层评价成为天然气测井解释的一个发展方向[13-14]。XC构造带须家河组测试气层段的含水饱和度与泊松比统计分析结果表明，须家河组储层的泊松比与储层含气性、孔隙度有着密切的关系。当孔隙度一定时，含水饱和度随泊松比的增大而增大；当泊松比一定时，含水饱和度随孔隙度的增大而减小(图3a)。同样也可发现，杨氏模量与储层含气性、孔隙度也有相类似的关系(图3b)。据此，建立XC构造带须二气藏致密碎屑岩储层含水饱和度计算模型及图版，选择精度较高的抛物线拟合方法对此图版拟合，同时结合地区经验，得出相应的计算公式；再根据差值法，可以得到任何孔隙度所对应的含水饱和度。

图3 泊松比、杨氏模量、孔隙度与含水饱和度关系

2.3 定域评价裂缝展布

勘探开发实践表明，XC构造带须二气藏气井产能与裂缝发育关系密切，裂缝是气井高产的主要控制因素之一[15-16]。由于成像测井成本较高，数量有限，为满足裂缝在纵向上和平面上精细评价的要求，开展基于常规测井资料的裂缝评价十分必要。从研究区裂缝发育程度和裂缝类型出发，基于岩心标定成像测井、成像测井刻度常规测井的技术思路开展基于常规测井资料的裂缝评价。

分析不同类型裂缝在各种常规测井曲线上的响应特征，优选AC、CNL(补偿中子)、RD(深侧向电阻率)、RS(浅侧向电阻率)四条裂缝敏感曲线，构建声波和中子增大因子(AC_FF与CNL_GR_FF)、电阻率降低因子(RT_GR_FF)、双侧向电阻率幅度差因子(RDS_FF)4个裂缝敏感指示因子[17-18]。并基于裂缝与基质孔隙在声波时差和电阻率曲线上具有不同分形维度差异的特征，对各种敏感曲线的分形维度进行计算，根据分形维度的大小区分裂缝和基质孔隙，进而约束各种裂缝敏感因子，从中筛选出裂缝层段。然后将基于电成像解释的裂缝孔隙度与各种裂缝敏感指示曲线进行灰度关联，计算灰色关联系数作为各个敏感曲线的权重因子，以此参与裂缝综合指示曲线的计算(表2)。根据电成像的解释结果对裂缝综合指示曲线设定一个合适的阈值，高于该阈值的为有效裂缝，低于该阈值的为无效裂缝。研究表明须二段上亚段和中亚段裂缝识别阈值均为0.1。

表2 各个敏感因子权重及分形维度

研究表明XC构造带须二段储层低角度缝、水平缝普遍发育，高角度缝仅发育于局部区域的局部井段。上亚段高角度缝多发育于构造的褶曲部位，中亚段高角度缝主要分布在南北向断层上盘附近。

2.4 定向评价储层类型

为满足老井挖潜和新井测试选层选段的实际需求，开展了储层测井甜点类型识别方法构建及评价研究。基于XC构造带须二气藏地质特征和工程改造的难易程度，总结出气藏甜点类型主要有三大类(Ⅰ类甜点可自然建产，Ⅱ类甜点可压裂后建产，Ⅲ类甜点需新工艺改造后方可建产)，并进一步结合不同测井甜点类型的层段分布、试采情况、产气效果等，连同水层、致密储层和泥岩，将XC构造带的储层及相关地层类型细分为十个小类，总结各个类型的测井响应特征及其物性和流体性质(表3)。

表3 不同测井甜点类型所对应的测井特征及地质内涵

根据不同类型的测井曲线响应特征及差异，制作各种敏感性分析图版，尝试建立不同测井甜点类型的识别标准，从而将不同类型的储层段在井上连续地划分出来，为甜点地震预测和地质综合评价提供井上数据基础。十种储层及相关地层类型在岩性、物性、裂缝发育及含气性上多有重叠区域，很难用一个测井交会图版将十种不同类型储层较好地区分开来。某些图版对其中一类或者相近的几类能够有较好的识别效果，如AC-GR交会图能够较好地将泥岩和炭质泥岩识别出来；AC-RT交会图中致密层和非储层与其他甜点类型的分布区域有较大的差异；I类甜点、II类甜点、裂缝型水层可通过裂缝综合指示曲线将其与其他类型储层及相关地层区分开(图4a)；另外，根据所构建的流体指示因子[19-20]，可将裂缝型水层与I类甜点、II类甜点较好地区分开来(图4b)。因此，采用多个“甜点”敏感曲线交会图版，按“筛泥-去干-选甜-排水”四个主要技术环节，分步骤逐级开展井上的甜点类型连续识别。利用该方法针对区内5口典型井开展测井甜点类型识别，其识别结果与地质分析和实际测试生产结果相对比，吻合率较高(表4)。

a.含气指示曲线-裂缝指示因子交会图 b.流体指示因子-裂缝指示因子交会图

表4 典型井(X2-L150-X10-CX566-XC6)测井甜点类型识别符合率统计

3 实例分析

XS构造位于XC构造带东部，在岩心分析基础上，根据粒度和矿物成分测井识别结果，针对XS构造须二气藏开展有利岩相的测井识别，结果表明上亚段有利岩相主要为块状层理中粗砂岩相、斜层理中粗砂岩相和含炭屑中粗砂岩相等。结合地质分析和地球物理预测成果，分析认为XS构造须二气藏上亚段有利岩相展布方向为北东-南西向，有利岩相厚度为5～70 m，平均厚度为46 m。基于有效裂缝测井及地震识别标准，建立了断缝体识别标准及断缝有利区分级评价流程[21-22]，明确了不同类型断缝有利区平面分布。认为XS构造南北向断层附近为I类有利区，预测裂缝发育。结合气水分布认识认为该区具有较大建产潜力，部署实施滚动勘探井XS101井(图5)。

图5 XC构造带Tx21+2砂组气藏综合评价

XS101井完钻后测井显示Tx21(须二段1号小层)、Tx22(须二段2号小层)砂组砂体厚度较大，岩性较纯。Tx21砂组声波时差平均为63.9 μs/ft，局部呈明显周波跳跃；RD整体较高，平均为71.7 Ω·m，局部呈明显高阻背景下的低值；电成像测井显示中高角度裂缝发育，裂缝密度达0.67条/m，以I+II类甜点为主，具较好的可压性(图6)；综合评价Tx21为气层。Tx22砂组声波时差较Tx21砂组低，平均为57.0 μs/ft；RD整体较高，平均为11.9 Ω·m；成像测井显示高角度裂缝欠发育，局部发育少量低角度裂缝，裂缝密度达0.41条/m，以III类甜点为主，可压性较差；综合评价Tx22砂组为含气层(图7)。针对Tx21+2开展体积压裂，Tx22砂组加砂量及加砂强度均较低，Tx21砂组相对较高，测试无阻流量68.3×104m3/d，证实了基于四定分析的测井评价方法的可靠性及实用性。

图6 XS101井Tx21砂组甜点成果评价

图7 XS101井Tx22砂组甜点成果评价

4 结论

(1)针对XC构造带须二气藏采用基于岩石物理体积模型的最优化方法，通过矿物含量和孔隙流体求解不同测井的响应方程组，能够较为精准地评价矿物含量，从而获得精度更高的储层物性评价结果。

(2)传统的阿尔奇公式在XC构造带须二气藏适用性较差，需充分结合偶极横波测井资料、核磁测井资料等多角度、多维度的开展评价，从而提高测井解释符合率。

(3)裂缝是XC构造带须二气藏气井高产的主要控制因素之一，开展基于常规测井资料的裂缝评价十分必要。通过优选裂缝敏感曲线，构建裂缝敏感指示因子，对各种敏感曲线的分形维度进行计算，进而约束各种裂缝敏感因子，能有效地识别裂缝发育层段，与成像测井识别结果较为一致。