致密气藏气层识别方法综合应用研究

2017-09-12魏志鹏杜少波

石油化工应用 2017年8期

关键词：含气气层纵波

魏志鹏，冯青，杨浩，杜少波

（中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津 300459）

致密气藏气层识别方法综合应用研究

魏志鹏，冯青，杨浩，杜少波

（中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津 300459）

在鄂尔多斯盆地LX区块致密气勘探开发的过程中，急需建立一套适用于致密气层的解释与识别技术，以期较准确的识别气层、差气层与水层。基于LX区块致密气层的储层特征，充分利用各类资料对研究区19口井的石盒子组、太原组等试气层的测井响应特征及储层参数进行分析研究，揭示了储层岩性、物性和含气性与测井响应特征的关系，提出以电阻率-密度相关法、中子-密度重叠、阵列声波参数重叠、核磁共振测井和成像测井法等5种低渗气层识别方法，为LX致密气藏成藏规律的进一步认识打下了基础。

低渗储层；测井响应特征；气层识别

1 研究区概况

LX区块地理位置为鄂尔多斯盆地东北部伊陕斜坡东段、晋西挠褶带西缘，面积约为2 620 km2。伊陕斜坡底部基岩无较大起伏，顶部盖层倾角平缓，主要于早白垩世生成，该斜坡带现今构造呈一向西倾斜的单斜，倾角平缓，小于1°，主要发育鼻状构造；晋西挠褶带位于盆地东部边缘，整体呈带状，向东部延伸。中生代侏罗纪末隆起，与华北地台分离，形成鄂尔多斯地区的东部边缘。晋西挠褶带于燕山运动时期形成，其区域构造东翘西伏，亦可视为伊陕斜坡东部的翘起部分。晚石炭世-早二叠世沉积的海陆过渡相含煤层系是该区域上古生界的主力烃源岩，且在本溪组至石千峰组均发育有利的储层类型，在纵向上构成了下部（本溪组-山西组）、中部（下石盒子组）和上部（上石盒子组-石千峰组）三套成藏组合，表明LX区块是天然气聚集的有利场所[1]。

LX区块三维区主要目的层为太2段和盒8段，太2段整体处于潮控-浪控三角洲沉积体系，岩石矿物成分以岩屑石英砂岩、岩屑砂岩、石英砂岩为主，砂岩岩心分析孔隙度平均为7.7%，气层孔隙度平均值8.5%，储层渗透率范围在0.1 mD～12.66 mD，平均为0.43 mD。盒8段处于辫状河三角洲前缘沉积体系，砂岩岩石矿物成分以岩屑石英砂岩、岩屑砂岩为主，岩心分析孔隙度在4%～13.14%，平均为6.8%，渗透率范围在0.1 mD～5.6 mD，平均为0.21 mD，属于特低孔、低渗储层（见表1）。

表1 LX区块物性统计表（据岩心分析数据换算至地下）

2 低渗致密气层识别技术

本文利用各类资料对鄂尔多斯盆地LX区块致密气田主力产气构造共19口井的盒8段及太2段试气层的测井响应特征及储层参数进行分析研究，探索总结出如下5种识别低渗气层的方法，并最终综合运用这5种方法来识别致密砂岩气层、差气层和水层。

2.1 电阻率-密度曲线相关法识别气层

阿尔奇公式对电阻率测井响应与孔隙度测井响应的相关性进行了论证，通过该公式，可以利用电阻率测井与孔隙度测井的相关性，对流体性质多样且复杂储集层进行有效识别[2]。

在纯水地层中，含水饱和度Sw=1，当密度测井响应值增加时，电阻率值呈减小趋势，当密度测井响应值减小时，电阻率值呈增加趋势，可以推出电阻率测井值与密度测井响应关系呈现出一定的负相关；在纯气地层中，含水饱和度为0，当密度测井值增加时，孔隙度测井响应呈减小趋势，电阻率测井响应值也相对降低，可以推出，电阻率测井响应与密度测井呈现一定的负相关。

需要注意的是，在部分气层段，受泥质含量的影响，可见部分相关系数仍显示正相关，在识别过程中应区别分析，如LX-34井1 456 m～1 458 m气层，电阻率与密度测井值呈正相关性，但同时与GR测井值呈正相关性，气层电阻率受泥质含量影响（见图1）。

图1 LX-34井测井解释成果图

2.2 中子-密度曲线交汇法识别气层

根据密度测井与中子测井的测量原理研究，毛志强等人对电子密度指数PE与含氢指数（H）的关系式进行了理论推导，证实了中子测井响应与密度测井响应之间具有一定的相关性，在判别复杂储集层流体性质时，可利用中子测井与密度测井的相关性[3]。

（1）对于纯水层，在不含泥质的情况下，气层密度孔隙度φN与中子孔隙度φD均等于介质孔隙度，当密度孔隙度升高时，中子孔隙度也相应上升，即φN与φD表现出正相关关系。在测井解释曲线上，水层表现为电阻率低，中子-密度曲线交汇，或反向包络面积较小。

（2）对于气层，由于气的存在，使得φD增大而φN减小，导致φD与φN表现出负相关性，且气层具有挖掘效应，表现为中子孔隙度的增大，于是放大了这种负相关性；在测井解释曲线上，气层表现为电阻率高，中子-密度曲线重叠反向包络面积大（见图2）。

2.3 阵列声波测井资料识别气层

纵波与横波的性质不同，纵波为压缩波的一种，横波为剪切波的一种，当地层含气饱和度较高时，地层的纵波速度会有比较明显的降低，而地层横波速度则变化不明显，造成含气地层的纵横波速度比要比饱和水地层的纵横波速度比小的多；同时孔隙中水相和气相在声学特性上有很大的差异，水的压缩系数远小于气的压缩系数，所以，充满气的地层具有较小的纵横波速比和泊松比、较大的压缩系数[3]。因此根据阵列声波测井资料提取的纵横波时差、泊松比（POIS）和纵横波速比（SCRAP）等参数可以识别低渗致密复杂含气地层（见表2、表3）。

表2 典型流体与骨架的泊松比

图2 LX-103-4D井测井解释成果图

表3 典型流体与骨架的压缩系数

基于上述原理衍生出2种识别方法：

（1）纵横波时差交汇法：纵横波时差的变化能够定性指示气的存在，纵波速度在含水饱和度很高的岩石中对于气体含量敏感，少量气体可以使其急剧降低，对横波速度影响不大[4]。从偶极子阵列声波资料中提取纵波和横波时差曲线，利用横波测井计算的纵横波时差差值指示储层中天然气的存在，气层的 DTC（纵波）＜DTS（横波）。

需要注意的是，与地层纵横波速比关系相近的因素很多，如流体性质、地层岩性、地层成岩作用（压实和胶结程度）、岩石上覆压力、有效孔隙度以及钻井泥浆侵入的影响等多种因素，所以，应通过准确求取完全饱和水时的纵横波速度比，对气层进行准确识别。

（2）纵横波速比-泊松比重叠法：当地层含气饱和度高时，其纵波速度会减小，横波速度增大；当地层含水饱和度高时，纵波速度增大，横波速度减小，通过纵横波速比（SCRAP）可以指示含气性变化。泊松比是地层纵波与横波速度比值的函数，气层横纵波时差比减小，泊松比减小，水层相应增大。

LX-4井盒8段测井解释成果图（见图3），可见DTC与DTS有明显交汇，纵横波速比与泊松比有明显交汇，指示良好的含气性，测试无阻流量61 800 m3/d。

2.4 核磁共振法识别气层

核磁共振测井判别储层流体性质必须恰当选择测井参数，特别是标准T2测井方式下的等待时间TW及双TW或双TE测井方式下的长短等待时间或长短回波间隔等。

2.4.1 双TW模式识别轻质油气（差谱法）油气与水的纵向弛豫时间T1具有较大差异，对孔隙水，较短的极化时间就可使其完全磁化；而另一方面，若对油和天然气进行磁化，则需要很长的极化时间。TWL测量所得的回波串，包含油、气、水的三种信号，而TWS测量所得的回波串，则只包含部分油、气及水的信号（见图4）。

2.4.2 核磁共振结合密度测井资料评价气层在利用密度-中子孔隙度等交汇图等常规方法识别气水层时，中子测井会受孔隙流体含氢指数的影响，同时会受到骨架矿物含氢指数的影响，在致密气储层中，地层岩性多样，沉积杂乱，岩性复杂，造成了岩石骨架对中子测井的影响大于流体的影响，在某些含水饱和度较高的地层，也会出现中子-密度孔隙度曲线呈一定程度的交汇。而核磁共振测井的优势在于，其测量结果很少受到地层骨架影响，而是更真实反映孔隙流体的性质，因此利用密度与核磁孔隙度差值可以更准确的识别岩性复杂地层的含气或含水性质[6，7]。

图3 LX-4盒8段74号层测井解释成果图

图4 油、气及水的信号

以LX-103井核磁测井结果为例，显示正态双峰的两峰呈分开状，毛管束缚流体波谱与可动流体波谱同时呈正态分布，该类型一般出现在储层以双孔隙结构为主；若单斜双峰两峰未有明显分开，且储层以大孔径孔隙为主时，则主峰位于可动流体部分，峰值普遍大于33 ms，可动流体部分波谱向左拖曳，呈右单斜分布，如LX-103井太2段158号层（见图5），主峰呈右单斜分布，指示发育大孔隙，压后无阻流量16.3×104m3/d，为高产气层。当储层内发育小孔隙大量发育时，主峰值位于33 ms以内，可动流体部分波谱向右拖曳，呈左单斜分布（见图6）。

当近井地带含气较高时，会影响密度测井，使得密度测井值减小，造成密度测井对总孔隙度值测量偏大。然而，气体的存在对核磁孔隙度的影响相反，气体使核磁过低地估计了地层总孔隙度，这是因为：（1）气体的含氢指数低；（2）气体未完全极化。为了使储集层气体充分极化，要求CPMG脉冲粗劣的等待时间为10 s左右，这么长的等待时间对于常规测井作业并不现实。因此，在气层中，核磁测井总孔隙度会略低于密度测井孔隙度，而密度-核磁孔隙度之差与含气饱和度呈正比，在气层中其效应类似于中子-密度交叉效应。

2.5 与成像测井资料结合识别高产气层

成像测井资料在油气勘探与开发中已得到广泛的应用，是一种根据井眼中地球物理场的观测，对井壁和井周围物体进行物理参数成像的方法，该方法直观、可视性强、可靠地特点使得它优于常规测井，从而对地层倾角、倾向、裂缝发育情况、溶蚀孔等进行更好的描述。致密砂岩储层中裂缝发育段常为有利的储层，利用成像测井可以直观地显示出储层裂缝发育程度，进而结合其他测井资料进行油气层的识别[8]。对LX-4井太2段104号气层进行成像测井解释（见图7），底部1803m～1 804 m发育网状裂缝，对应电阻率下降，渗透率升高，经测试日产气量119 520 m3，折算无阻流量128 800 m3/d，属于高产气层。

图5 LX-103井太2段158号层测井解释成果

图6 LX-103井盒1段115号层测井解释成果

3 方法综合应用

在LX区块先导实验区的实际生产中综合应用以上方法，定性和定量结合综合确定解释结论。首先应用常规资料的电阻率-密度重叠、中子-密度重叠定性识别；以及特殊测井的阵列声波测井、核磁测井、成像测井的定性识别；然后结合电阻率-孔隙度-含水饱和度、电阻率-孔隙度差（比）值、纵横波速度比-纵波时差交汇等的定量识别综合确定解释结论，为实验区开发井压裂前选井选层提供地质依据。

3.1 典型水层

LX-103井盒4段一次解释为气层，其电阻率-密度曲线呈明显的正相关特征，中子-密度曲线反向包络的含气较低，物性较好，计算含水饱和度高，泊松比-纵横波速比无反向包络面积，纵横波时差交汇，深电阻绝对值低于10 oHmm，核磁显示可动流体孔隙度较高，定性识别表现为明显的水层特征；在定量识别的电阻率-孔隙度、差比值、密度与阵列声波多参数交汇图版上也落在明显的水区，该层压后产水70 m3/d（见图8）。

图7 LX-4井成像测井资料

图8 LX-103井盒4段114号层测井解释曲线

3.2 气层

LX-104-3D井盒2段160号气层电阻率-密度曲线呈明显的负相关特征，中子-密度曲线有明显反向包络的含气指示，物性较好，计算含气饱和度高，泊松比-纵横波速比有反向包络，横波时差小于纵波时差，定性识别表现为明显的气层特征；在定量识别的电阻率-孔隙度、差比值、密度与阵列声波多参数交汇图版上也落在明显的气区。

3.3 差气层

LX-104-3D井盒2段159号层解释为差气层，与气层相比，电阻率降低，电阻率-密度曲线呈明显的负相关特征，但差异减小，中子-密度曲线有明显反向包络的含气指示，差异减小，物性较气层变差，计算含气饱和度较气层低，泊松比-纵横波速比有反向包络，横波时差小于纵波时差，定性识别表现为含气层特征但比气层的各项指标减弱（见图9），在定量识别的电阻率-孔隙度、差比值、密度与阵列声波多参数交汇图版上也落在差于气层的差气层区。