定北地区盒1段致密砂岩气层测井识别与评价研究

2018-03-26李阳

石油地质与工程 2018年1期

李阳

（中国石化华北油气分公司采气二厂，陕西咸阳 712000）

1 研究区概况

定北地区地理上位于鄂尔多斯盆地中西部，构造上位于鄂尔多斯盆地天环向斜与伊陕斜坡两个一级构造交界处，面积888.4 km2。该区上古生界发育煤系烃源岩，晚侏罗世-早白垩世末期，生、排烃达到高峰期，大量的气态烃生成排出，在中燕山运动期通过异常高压、浮力等动力开始初次运移、聚集，于喜马拉雅运动期完成天然气的二次运移。目前已在上古生界发现了六套含气层系，其中二叠系下石盒子组盒1段是该区的主力气层之一，已提交控制地质储量615×108m3。但研究区下石盒子组盒1段气层埋深约3 735 m，岩性为陆相辫状河三角洲前缘水下分流河道沉积的石英砂岩，储层具有特低孔-特低渗（孔隙度6.8%、渗透率0.43×10-3μm2）、非均质强的特点，造成了测井对这种致密砂岩气层的识别与评价难度较大。

随着天然气勘探开发程度的不断深入，特低渗致密砂岩气层已成为测井识别与评价的主要对象[1]。定北地区上古生界二叠系下石盒子组盒1段特低渗致密砂岩气层、水层分布情况复杂，常具有低阻气层与高阻水层共存，运用测井识别与评价难度较大。本文主要对研究区目的层致密砂岩储层“四性”关系进行研究，采用几种不同的方法对气层进行识别，并且对致密砂岩气层进行分类评价。

2 致密砂岩储层 “四性”关系特征

储层“四性关系”是指储层的岩性、物性、电性以及含油气性之间的相关性，其中岩性起着控制作用，物性是储层内在微观联系的宏观反映，而电性则是岩性、物性以及含油气性的综合反映。

2.1 岩性与物性、含气性的关系

（1）岩性与物性的关系。研究区盒1段致密砂岩储层以岩屑石英砂岩为主，其碎屑颗粒按粒度可划分为含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩以及细砂岩四类，而像粉砂岩、粉砂质泥岩等以下级别的颗粒在特低渗致密砂体中不具有天然气的运移、富集、成藏条件，文中不做统计研究。对研究区28口天然气勘探井盒1段砂岩样品的岩性、物性进行统计分析表明，盒1段致密砂岩储层孔渗具有较好的相关性，呈指数正相关（图1），而物性与岩性也表现出一种内在的相关性，即随着岩性颗粒粒度的不断增大物性越来越好（图1、表1），其变化规律也符合一般储层岩性-物性的变化特征。

图1 定北地区盒1段致密砂岩储层孔隙度与渗透率交汇图

表1 不同岩性与物性含气性统计

（2）岩性与含气性的关系。一般而言，代表储层岩性的岩石颗粒大小、分选、磨圆、成熟度等特征参数和岩石颗粒之间的接触、胶结关系直接制约着储层微观孔隙结构特征，而影响储层宏观物性参数决定着天然气的运移、聚集和成藏。研究区储层的岩性与含气性具有很好的相关关系，随着致密砂岩碎屑颗粒粒径的不断增大，砂岩储层的含气饱和度（Sg）呈增大的趋势（表1）。通过对试采资料进行分析，粗砂岩-中砂岩储层多为产气层或产液量较低气水层，而细砂岩储层试气多为产液量较高的气水层或含气水层。

2.2 电性与岩性、物性的关系

（1）电性与岩性的关系。在电性与岩性关系的分析过程中，对四类不同粒径的储层砂岩进行划分，研究区砂岩普遍具有低自然伽马（GR）、低补偿中子（CNL）、低密度（DEN）的特征。

从交汇图（图2）可以看出，GR能很好划分不同粒径的致密砂岩，粗砂岩以上级别的砂岩GR＜50 API，中砂岩GR主要为50～65 API，细砂岩65 API＜GR＜80 API。而声波时差（AC）、CNL、DEN受岩石成分、含气性的影响，不能很好地区分砂岩的粒级，但总体上AC随砂岩粒级的增大而增大、DEN随粒级的增大而减小，不同粒级的砂岩颗粒CNL几乎在同一范围内。

图2 定北地区盒1段致密砂岩储层电性与岩性交汇图

（2）电性与物性的关系。三孔隙度测井是常规测井系列中最能反映储层物性的，但对于致密砂岩储集层而言，声波时差、补偿中子、密度受岩石骨架、地层流体类型、孔隙结构等因素影响较大。在研究储层电性与物性关系之前，笔者通过对储层两个主要物性参数进行分析，发现储层孔隙度和渗透率具有很好的指数正相关（相关系数0.97），即渗透率随着孔隙度的增大而增大。因此，在后面只选取了物性孔隙度参数进行与电性关系的研究。由物性与电性交汇图（图3）可以看出，孔隙度与GR、AC以及DEN具有很好的相关性；而前面研究表明，储层GR与岩石粒级相关（GR随粒径越小而增大），因此可以认为孔隙度与储层岩石粒级具有一定的相关。整体上看，表现为粒径越大、声波时差越大，密度越小，储层孔隙度越大。

通过上述研究发现，测井的电性特征能够很好地反映储层岩性、物性、含气性[2]；自然伽马测井参数能够对储层岩性进行解释；自然伽马、声波时差、密度参数能够对储层物性进行解释，而自然伽马对物性的解释其实是岩性对物性的控制作用；岩性与储层含气性具有很好的相关性，间接地反映出储层物性和含气性也存在着一定的内在关系。

3 致密砂岩气层识别

由于定北地区盒1段致密砂岩储层以特低孔特低渗为特征，运用常规的气层测井解释已经不能满足此类气层的识别，因此，本文主要采用交汇图版和三孔隙度组合识别的方法，在逐步识别的基础上，对气层进行综合评价。

3.1 交汇图版法

交汇图版法是利用单层试气资料的测井参数进行交汇来识别气层和非气层的经验方法[3]，该方法能够对气层进行定性、半定量的评价。本文选取盒1段试气气层、测井解释气层（含气层）以及测井解释干层作为研究对象，对选取层的测井参数进行交汇，得到相应层的测井参数极限值。

定北地区盒1段目前试气总计32井次，53个层点。本文对相应层点的测井及解释参数绘制了AC—ILD、CNL—ILD、DEN—CNL、DEN—ILD等一系列交汇图（图4），并根据其结果确定了气层的电性下限（表2）。

图3 定北地区盒1段致密砂岩电性与物性交汇图

图4 定北地区盒1段测井参数交汇图

表2 定北地区盒1段气层电性下限标准

3.2 三孔隙度组合识别法

由于天然气的含氢指数与体积密度比油或水的小得多[4-7]，因此，当储层空间聚集或充满天然气时，气层的密度要小于油层或水层，中子测井在气层中表现为低值，声波孔隙度测井出现高幅。

盒1段32井次试气层段的测井资料显示，气层或气水层相对于其它砂岩段储层而言，呈现出相对较低的密度和中子特征，声波时差曲线明显出现高幅段；试气、试采效果越好，中子测井值相对较低。因此，将中子与密度测井曲线以相反的方向进行刻度，密度值向左增大，中子值向左减小，在气层处密度曲线右偏、中子曲线左偏，两条曲线之间有明显的幅度差，在图上形成明显的闭合区域（图5）。盒1段测试气层段大部分都可用此法识别出来。

图5 盒1段测井识别气层成果

4 致密砂岩气层分类评价

致密砂岩储层无论宏观上还是微观上物性均较差，非均质性较强；而在致密砂岩气层中储层的物性又是天然气成藏和富集的主控因素。在试气（试采）过程中发现，即使在同一圈闭中不同位置的气井试气（试采）产气、产液以及压力等各方面都存在很大的差别，因而在对气藏进行大规模开发之前，要对气层进行分类评价，寻找高产“甜点”。

依照上述气层识别的方法，根据气层岩性、物性、电性等参数，结合单井试气（试采）特征，将定北地区盒1段储层划分为三类，并得到三类气层相对应的测井分类标准（表3）。

表3 定北地区盒1段气层评价标准

Ⅰ类气层。这类气藏储层一般压裂改造后，可获得中–中高产气流、达到工业气流，其中直井产气量在1.0×104m3/d以上、水平井产气量在2.0×104m3/d以上，且产液量较低。

Ⅱ类气水层。这类气藏储层一般压裂改造后，可获得一定的气流，但产气量较小、产液量较高，其中产液量直井在4.0 m3/d以上、水平井在10.0 m3/d以上，液气比可达到2 /104。

Ⅲ类致密层。这类砂岩层在目前工程工艺条件下不具有开发价值。

根据上述评价标准，对研究区盒1段试气（试采）的 53个层点进行分类评价，其中Ⅰ类气层16个，Ⅱ类气水层31个，Ⅲ类致密层6个。以上数据显示，研究区盒1段主要分布为Ⅱ类气水层，但其较高的产液量制约着其开发效果，很难作为理想的高效开发阵地，Ⅰ类气层虽然具有较好的工业气流，但分布规模却相对较小。因此，定北地区盒1段气藏具有一定开发潜力，但要加大对基础地质的研究，明确高产气层（Ⅰ类气层）的分布规律。