川中古隆起北斜坡岩溶储层岩电分析及气层识别

齐宝权 贺洪举 何 丽 苗 清 赵 娜 黄 宏 卢胜辉

中国石油集团测井有限公司西南分公司 重庆 401147

0 引言

四川盆地川中古隆起北斜坡震旦系是受岩溶控制的巨厚白云岩油气藏，气水关系十分复杂[1-3]，储层基质孔隙度低，有效储层平均孔隙度3.5%左右，但次生溶蚀孔洞发育储层类型多样，有雪花状孔隙型、顺层状孔洞型、蜂窝状孔洞型储层[4-7]，致使储层岩电关系非常复杂，存在明显的非Archie现象，同时储层的非均质性和地层水矿化度的差异掩盖了气水的测井响应特征，当电法与非电法流体识别一致性好时，测井气水判别符合率较高，但当电法与非电法流体识别不一时，气水识别具有较大的不确定性，导致测井气水识别与试油结果不符。针对这些问题，有必要通过不同类型全直径岩电参数、声学特性实验数据和不同区域地层水资料分析研究[8-9]，优选饱和度模型参数，并建立相应的声、电结合的测井气层识别方法[10-16]，从而提高测井解释符合率。

1 测井参数优选

1.1 全直径岩心分类优选及岩电分析

根据川中古隆起北斜坡震旦系灯影组的取心情况，并考虑不同类型储层、不同区域地层水特征等因素，选取了孔隙度1.68%～5.58%、渗透率0.06～1.95 mD的66个全直径样品（图1）。

图1 全直径岩心分类照片图

根据川中古隆起北斜坡地层水分析资料和压力，模拟配制地层水（CaCl2型，地层水电阻率为0.146 Ω·m）和地层围压（加载围压55 MPa）进行岩电实验。

从实验测试结果分析，岩电关系复杂，部分岩样存在非Archie现象（图2）。饱和度指数n随岩样孔隙结构、孔隙度、渗透率的变化而变化[17-19]，关系十分复杂。不同类型储层或不同孔隙结构样品，其变化规律与常见的碳酸盐岩储层相差很大，不仅n不同，且变化大。

图2 不同类型储层全直径非Archie岩电关系图

由于震旦系灯影组碳酸盐岩储层溶蚀孔洞、晶间孔、微裂缝同时存在，孔喉直径相差悬殊，孔喉比可达千倍以上[20]。根据毛细管理论，在任意含水饱和度，储层岩石内部都会自然形成高含水网络。同时由于孔洞发育的高度非均质，使岩样即使是100%含水，其内部任意断面含水饱和度也会存在较大差异。高含水网络的自然存在，将破坏岩样孔隙水的均匀导电，从而导致岩电关系复杂。统计得到的不同储层类型全直径具有Archie岩电关系（图3）的a、b、m、n值及其均值（表1）。不同储层类型的白云岩均值都与经典值较接近。因此，采用均值的方法，一定程度上近似消除了储层非均质性的影响。

表1 不同储层类型的a、b、m、n值展示表

图3 不同类型储层全直径Archie岩电关系图

1.2 地层水分析

川中古隆起北斜坡震旦系灯影组地层水矿化度15×104～30×104mg/L，估算Rw值介于0.013～0.024 Ω·m（表2）。

表2 震旦系灯影组地层水矿化度及电阻率统计表

根据井温测井资料，川中古隆起侵蚀面下三叠统嘉陵江组—中二叠统栖霞组地温梯度基本为2.0℃/100 m，而从奥陶系—震旦系地温梯度增高，为2.2℃/100 m左右（图4）。MX8井底温度159℃，计算上震旦统灯二段气水界面（5 518.6 m）温度大约为148.9℃。

图4 川中古隆起北斜坡地温梯度图

1.3 饱和度模型参数优选及处理效果

通过上述不同储层类型的全直径岩电参数和地层水分析资料，优选了Archie饱和度模型参数（表1、表2）。

在DB1、PT1、PT101等井的灯影组进行了取心，使用具有代表性的PT101井密闭取心饱和度对测井计算含水饱和度进行检验。

对比结果表明：测井计算含水饱和度与岩心含水饱和度变化趋势基本一致（图5），具有明显的高产气层特征。该井试油获气220.88×104m3/d，说明含水饱和度模型参数是可靠的。

图5 PT101井震旦系灯二段测井计算饱和度与岩心分析饱和度对比图

2 声波特性实验分析

分别选取10个岩心样品做不同饱和状态对声波传播速度特性实验。结果表明：随着岩样含水饱和度的增大，纵波时差逐渐减小。饱和度0和低饱和度状态下，纵波时差变化较小（图6a）；低饱和度状态下纵波时差约小于岩样干燥状态下的声波时差。随着岩样含水饱和度的增大，横波时差随着含水饱和度增大变化趋势不明显（图6b）。由此可以得出，随着含水饱和度的增加，纵波速度降低，而横波速度变化不大，即随着含气饱和度增加纵横波速度比降低。

图6 孔洞型碳酸盐岩储层纵、横波时差与含水饱和度的关系实验分析图

同时，纵横波速度比直接受储层孔隙的影响，由于纵横波速度比随着孔隙的增大会下降，孔隙越大，纵横波速度比越小。根据碳酸盐岩纵横波速度比与孔隙度关系，建立纵横波速度比孔隙度校正模型（图7，式1和式2）。

图7 碳酸盐岩纵横波速度比与孔隙度校正关系图

式中vpvspd、vpvspc分别表示消除孔隙度影响的白云石和方解石的纵横波速度比；表示孔隙度。

3 气层测井识别

3.1 不同含水饱和度计算电阻率—实测电阻率重叠判别法

由Archie公式得到：

式中F表示地层因素，R0表示100%饱含地层水时的地层电阻率，Ω·m；RW表示地层水电阻率，Ω·m；a、b表示岩性参数；m表示胶结指数，n表示饱和度指数，依据上述不同储层类型的全直径岩电参数和地层水分析资料确定（表1、表2）；表示孔隙度，由测井计算；I表示电阻增大系数，Sw表示假设地层不含自由流体时的含水饱和度（即束缚水饱和度），为区域经验值；Rt表示假设地层不含自由流体时的电阻率，Ω·m。

不考虑裂缝和大型洞穴等特殊储层情况影响，定义利用岩电实验和水分析资料计算的不同含水饱和度下的电阻率为理论电阻率，以四川盆地震旦系气层SW上限50%为气水层界限，当实测电阻率大于理论电阻率时为气层，当实测电阻率小于理论电阻率时为水层。（图8）。

图8 震旦系灯影组不同含水饱和度下理论电阻率与实测电阻率重叠图

3.2 基质电阻率—实测电阻率重叠判别法

从电法测井可以知道，岩石本身不导电，岩石的导电主要取决于岩石储层空间的流体。而流体主要分束缚水和自由流体，基质电阻率主要包括泥质、束缚水的响应，当储层含气时，储层的实测电阻率要高于基质电阻率，当储层含水时，则实测电阻率要低于基质电阻率，因此利用岩石基质电阻率与实测电阻率交会法，可以有效识别流体性质。

选用纯气层的岩心或测井计算的孔隙度与饱和度建立孔饱关系，利用孔饱关系计算束缚水饱和度，从而计算束缚水的孔隙度。

通过孔饱关系可以计算束缚水饱和度（图9）：

图9 孔隙度—饱和度交会图

通过束缚水饱和度可以计算束缚水孔隙度：

通过Archie公式计算得到只含束缚水的纯岩石骨架电导率：

而泥质电导率为：

地层条件下，岩石中的束缚水和泥质是并联关系，故岩石的骨架电阻率为：

式中SWIRR表示束缚水饱和度；表示束缚水孔隙度；σIRR表示只含束缚水的纯岩石骨架电导率，1/Ω·m；σsh表示泥质电导率，s/m；Rma表示岩石骨架电阻率Ω·m；当实测电阻率大于基质电阻率时为气层，当实测电阻率小于基质电阻率时为水层。

3.3 理论计算纵横波速度比—实测纵横波速度比重叠判别法

根据上述声波实验可知，当地层孔隙中含有天然气时，纵波速度（vp）降低，但对横波速度（vs）影响很小。因此，在岩石孔隙度一定的情况下，随含气饱和度增大，纵横波速度比（vp/vs）降低。

vp/vs不仅与岩石含流体性质有关，而且还受孔隙度和岩性的影响，因而不能直接使用纵横波速度比或泊松比的方法来判别流体性质，需要进行岩性和孔隙度校正后，再判别流体性质。

通过利用白云石、方解石的纵横波速度比与孔隙度的关系作孔隙度校正，再通过测井优化算法所计算的岩性剖面或元素测井岩性剖面，可以计算一条消除岩性和孔隙度影响的纵横波速度比和泊松比曲线。

当vpvss＞vpvsc，μS＞μC时，判别为水；

当vpvss＜vpvsc，μS＜μC时，判别为气。

式中vpvsc、μc分别为消除岩性和孔隙度影响的纵横波速度比和泊松比曲线；vpvss、μs分别为实测纵横波速度比和泊松比曲线；Vdol、Vcal和Vsand分别为白云石、方解石和硅质的体积含量，由优化算法和ECS计算；Vsh为泥质含量，由ECS或无铀CGR计算。

4 应用效果

采用上述气层识别方法对川中古隆起北斜坡震旦系灯影组储层从2022年至今试油的21口井共72层进行气水判别，与试油结果符合67层，气层识别符合率93.1%，证明建立在岩电实验、不同区域地层水化验和声学特性实验数据分析基础之上的声、电相结合气层识别方法有效、可行。

以PT106井为例，该井是四川盆地川中古隆起北斜坡蓬莱地区ZS103井东南局部构造高点的评价井，钻探目的是进一步落实蓬莱构造灯二段气藏特征、查明岩性圈闭含气面积，为储量提交奠定基础。

该井震旦系灯影组为蜂窝状孔洞型储层，储层平均孔隙度大于3.0%，电成像显示为块状构造，溶蚀孔洞相对较发育。通过上述气层识别方法可以看出：呈“上气下水”特征（图10）。该井在5 750～5 925 m井段测试，产气85.1×104m3/d，与解释结果符合。

图10 PT106井震旦系灯一段气层识别图

5 结论

笔者通过不同类型全直径岩电实验数据、不同区域地层水资料和声学特性实验数据分析研究，搞清了川中古隆起北斜坡震旦系灯影组不同类型岩溶储层的声、电响应规律，建立了适应于该区的声波、电阻率相结合的测井天然气识别方法：

1）不同类型的岩溶储层饱和度指数随岩样孔隙结构、孔隙度、渗透率变化而变化，与碳酸盐岩储层经典值相差较大，但不同储层类型的白云岩平均值都与经典值较接近。因此，采用平均值的方法，一定程度上近似消除了储层非均质性的影响。

2）随着含水饱和度的增加，纵波速度降低，而横波速度变化不大，即随着含气饱和度增加纵横波速度比降低。

3）所建立的声、电相结合的测井天然气识别方法，经已完钻的探井、评价井试油验证，符合率可以达90%以上，为该气区测井解释提供了技术保障。