葛祥, 周贤杰, 张世懋

(1.中石化西南石油工程有限公司测井分公司, 四川 成都 610100;2.中石化国际石油勘探开发有限公司, 北京 100083)

0 引 言

国内外油藏沥青层分布广泛,碎屑岩、碳酸盐岩油气藏中均有沥青层或储层沥青质发育的报道[1-6],中国塔里木、准噶尔、四川、松辽、渤海湾等盆地的油气藏勘探开发中均见有沥青层[7-9]。20世纪末期,沥青层的发育常作为盆地具有油气勘探潜力的重要指示,因此,开展了大量关于沥青层地化特征、地质成因分析、沥青层与油气分布关系等内容的研究[8-13];随着勘探开发的深入,沥青层对储层的破坏作用、对工程安全的影响逐渐受到重视[14-18]。沥青层的测井识别是原位、连续评价沥青层的有效手段,也是研究其分布规律的方法基础。在碳酸盐岩油藏中,由于沥青层与油层的物理化学特征极为相似,影响了沥青层测井识别效果,限制了测井资料在油藏沥青层评价中的应用。本文研究有效解决了沥青层及其不同赋存状态的识别难题,结合沥青分布预测,为Y油田碳酸盐岩油藏的安全高效开发提供了技术保障。

1 沥青层测井地质特征

1.1 地质特征

中东Y油田碳酸盐岩油藏发育S、K、G、F共4套油层(见图1),其中S、F地层为现阶段的主力开发层位,油气产量可观,分别采用不同的开发井网和井身结构。其中有多口井钻至S、K地层时,发现存在沥青层。以钻井、录井显示为基础,根据沥青赋存状态可以将其分为固态、半固态与液态稠油沥青3种。固态、半固态沥青因其不流动或流动性差,对钻井影响较小,而液态稠油沥青发育段,常导致井下复杂情况频繁发生、钻井效率低下等问题,严重制约了油田勘探与开发效率[16-18]。

钻井与录井资料显示,沥青层常见于S地层底部与K地层的上部,其井深多分布在3 350～3 860 m段,平均厚度85.2 m。S地层岩性为白垩质灰岩,油层孔隙度为6%～19.1%,平均渗透率为0.1～16.2 mD*非法定计量单位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,沥青层多为固态沥青,平均孔隙度为8.5%,平均渗透率为0.08 mD;K地层上部岩性以含泥质白垩质灰岩为主,沥青层发育固态、半固态、液态稠油3种沥青,平均孔隙度7.6%,平均渗透率0.12 mD。沥青层储集空间为灰岩溶蚀孔洞,裂缝不发育。根据实验室分析,地层中发育的沥青层以沥青质为主,具有高密度、高黏度、高胶质与高沥青质含量等特点。沥青层地层温度115 ℃,随着温度降低,压力增大,沥青的黏度增大[16]。

图1 中东Y油田主力油藏与沥青层发育位置示意图

1.2 测井响应特征

观察A3井S地层底部的常规测井响应特征[见图2(a)],沥青层上部S7.1水层具有低总自然伽马(<20 API)、低无铀自然伽马(<10 API),较高声波时差、中子值,较低密度值的特点,由于储层含水,其高分辨率阵列感应电阻率较低(<3 Ω·m),且呈负差异,反映该储层泥质含量极低,溶蚀孔较发育,物性较好。S7.2层较上部地层测井响应有显著变化,中部沥青层段总自然伽马较高,无铀自然伽马略高,但两者间有较大差异,即具有高铀特征,声波时差、中子值减小,电阻率值明显增加(深电阻率>30 Ω·m)且感应电阻率呈显著正差异,反映地层孔隙度、渗透率明显降低,不含水。

图2 S地层沥青层与油层常规测井响应特征*非法定计量单位,1 bbl=0.14 t;1 ft=0.304 8 m,下同

对比A3井沥青层与A1井S2、S3层高黏度油层的测井响应特征[见图2(b)],油层具有无铀自然伽马低值和总自然伽马值略高的特征(<40 API),声波时差、中子略高,密度略低,电阻率值中等(深电阻率>10 Ω·m),深浅探测电阻率差异略小,反映油层泥质含量较低,孔隙度、渗透率较沥青层更高,铀异常较沥青层低。通过对比沥青层与油层、水层的常规测井响应特征可以发现,沥青层与水层存在明显差异,与高黏度油层较为相似,但仍可发现沥青层具有铀含量更高,孔隙度、渗透率较低的特征,而物性变差是由于泥质含量增加主导还是固态沥青堵塞孔隙主导仍需进一步研究确定。

2 沥青层的测井识别

2.1 沥青层的测井判识

图3 沥青层与油层、相邻地层的自然伽马放射性特征对比

通过对比沥青层与油层、沥青层与相邻的不含沥青地层的无铀自然伽马(GRKTh)与总自然伽马交会情况(见图3),可见沥青层总自然伽马值较油层、邻层具有高值特征(GR>40 API),油层的GR主要分布在20～40 API之间,邻层的GR主要分布在30～40 API之间,三者的GRKTh无明显区别。油层的GR与GRKTh发育4种线性关系,邻层发育3种线性关系,而沥青层的数据点杂乱分布,鉴于GRKTh可间接反映地层黏土矿物的含量、GR则直接反映地层中放射性物质的含量,说明不含沥青的地层自然放射性主要受黏土矿物含量的控制,而沥青层的放射性元素的多少与黏土矿物含量的相关性不大,说明地层中的铀可能主要被沥青吸附。基于此,可以利用总自然伽马的增大(>40 API)与GRKTh交会的杂乱特征初步判识沥青层的存在。

2.2 常规测井识别液态稠油沥青

依据研究区沥青层的流动状态,可将其分为固态、半固态不流动、液态稠油3类,其中固态与半固态因其流动性差,侵入井筒的量较少,对钻井的危害小;液态稠油则流动性较强,大量侵入井筒后频繁造成钻井复杂情况,增加施工难度,因此识别出液态稠油类沥青是研究的主要目的。

通过对比,常规测井曲线中的中子(CNL)、声波时差(Δt)对稠油层较为敏感,观察3种类型沥青的声波时差—中子交会图可见(见图4),固态沥青中子、声波时差均较低,与另外2种沥青差异明显;相同声波时差背景下,半固态沥青的中子值较大,液态稠油沥青中子则较小;半固态沥青与液态稠油样本点分布存在重叠,重叠区可能代表了固态、液态的过渡,液态沥青占比越多,中子值越小,声波时差越大。为利用测井资料更准确地识别液态稠油沥青,计算了声波孔隙度与中子孔隙度之差Δφ,并与声波时差交会,观察交会图可见(见图4),液态稠油沥青层Δt>64 μs/ft,Δφ>4%,边界值的选取采用重叠区数据点均分的原则。

2.3 岩石力学参数识别液态稠油沥青

研究区钻遇沥青层的部分井中采集了偶极声波测井资料,鉴于3种沥青岩石力学机制可能存在差异,尝试利用基于偶极声波测井计算的岩石力学参数(已用岩心实验结果刻度)识别液态稠油沥青。在排除泥质含量较重层段的基础上对比不同岩石力学参数对液态稠油沥青层的敏感性发现,液态稠油沥青层的泊松比(μ)、波阻抗(βυ)、纵横波速度比(vp/vs)均小于其他2类沥青层(见图5),按照重叠区数据点均分的原则可以确定出液态稠油沥青层的岩石力学参数范围μ<0.255,βυ<11.6×103m·g/(s·m3),vp/vs<1.75。

图5 3类沥青层的测井岩石力学参数特征对比

上述3项岩石力学参数通常反映地层的塑形强弱,可能由于液态稠油沥青的可流动性强,导致3项参数表现出较小值。液态稠油沥青层岩石力学参数值域的确定,不仅可以在采集了偶极数据井中指导液态稠油沥青识别,还可以作为利用地震资料识别液态稠油沥青展布的研究基础。

3 沥青层测井评价

根据以上针对中东Y油田碳酸盐岩油藏沥青层的测井响应分析与识别方法研究,可以确定研究区沥青层测井评价标准(见表1),根据该标准对碳酸盐岩油藏沥青层类型、发育井段、厚度展布分析,可提高沥青层的解释精度,为沥青层成因与展布规律预测提供依据。

图6为研究区A15井S地层底部、K地层上部发育沥青层的测井评价情况。图6中第1道为地层分层结果;第2道为无铀自然伽马、总自然伽马、总自然伽马与无铀自然伽马的比值,主要反映地层的自然放射性;第3道包含中子、声波、声波中子孔隙度之差,主要反映地层的物性条件;第4道包含不同探测深度的高分辨率阵列感应电阻率曲线;第5道为深度道;第6、第7道为基于偶极声波测井计算的岩石力学参数;第8道为常规测井计算孔隙度、渗透率;第9、第10道分别为钻井与测井沥青层评价结论。

表1 中东Y油田碳酸盐岩油藏沥青层测井评价标准

图6 中东Y油田A15井沥青层测井评价结果

根据钻、录井沥青显示结果,可见A15井共钻遇2套沥青层,上部Ⅰ号沥青层为固态、半固态沥青层、下部Ⅱ号沥青层为液态稠油沥青层;根据第2道GR的响应、GR/GRKTh变化幅度可以得出与钻、录井显示相同的结论即发育上下2套沥青层。观察第3、第6、第7道的测井响应特征,结合沥青层测井评价标准,可以得出更多的认识:①钻井显示Ⅰ、Ⅱ号层均不是沥青层连续发育,而是发育不同性质的沥青或沥青不发育,测井解释结果分辨率更高;②Ⅰ号层测井解释结论也是以固态、半固态沥青为主,但多条测井曲线指示I号层底部5号沥青小层为厚约1 m的液态稠油沥青层;③Ⅱ号层测井解释结论也是以液态稠油沥青为主,但8、9号小层,13、14号小层间发育非沥青层,II号层顶、底均以液态稠油沥青为主,而中部则可能发育了多种类型的沥青。液态稠油沥青层主要分布在孔隙度、渗透性较大,物性较好的层段,而物性较差的沥青层多为固态、半固态沥青。

4 沥青层的分布规律探讨

Y油田总体为一套南北向展布的背斜构造,西翼构造较缓,东翼较陡。根据研究建立的沥青层测井评价标准,对研究区钻遇沥青层的井进行了测井解释评价。根据测井评价结果统计了沥青层的厚度与类型,分析沥青层与液态稠油沥青层的连井分布(见图7)、平面展布情况(见图8)。

图7 沥青与液态稠油沥青层过研究区连井分布

(1) 研究区沥青层发育稳定、可对比性强,由北向南沥青层随构造抬升而抬升并向南逐渐减薄,整体上油田北部的液态稠油沥青更为发育。

图8 沥青层与液态稠油沥青平面展布预测

(2) 紧靠构造高点两翼的沥青层厚度相对更大,H2井区沥青层厚度超过200 m,是研究区内沥青层厚度最大的区域。

(3) 沥青层厚度由隆起向凹陷方向逐渐减薄,东部斜坡沥青层减薄幅度更小,分布范围更广。

(4) 液态稠油沥青层主要发育在2个区域,一是紧靠构造高点的西翼A19井区,面积较小;另一个位于构造的东斜坡,分布范围很广。

分析沥青层的分布状况,结合研究区高部位油层厚度大,储层物性更好,S油藏中以重质油为主,沥青层发育在S油藏气水界面之下等特点,认为该区沥青层的成因可能为油气在由东北凹陷向西南背斜高部位运移的过程中发生裂解,在重力分异作用下贮存在水层的下部,而东斜坡作为油气的主要输导路线发育了分布广泛的沥青层与液态稠油沥青,液态稠油沥青的分布受油气运移路线、分布规律,储层物性,构造位置,油藏地球化学特性等多因素的控制。

根据液态稠油沥青层的分布规律,在A7井以北的东部斜坡及紧靠构造高点的东西两翼钻井时,在钻开S、K地层前,应做好相应准备,防范液态稠油沥青发育对工程施工的不利影响;在A7井以南、西斜坡区域钻遇液态稠油沥青层的可能性较小。

5 结 论

(1) 沥青层具有高自然伽马、低无铀自然伽马、GR与GRKTh相关性差的测井响应特征,基于此特征可利用测井资料对沥青层进行初步判识。

(2) 沥青层按其流动状态可以分为固态、半固态、液态稠油沥青3种,利用液态稠油沥青高声波时差与声波—中子孔隙度差,低泊松比、波阻抗、纵横波速度比的特点,可对其进行准确区分。

(3) 基于常规测井与偶极声波测井资料可建立沥青层与液态稠油沥青层测井评价标准,评价结果与钻、录井显示一致,还可利用测井资料精细划分沥青类型,为沥青层展布规律研究提供基础数据。

(4) 通过测井评价研究确定液态稠油沥青层的分布规律,可以对油藏开发部署、钻井井身结构优化和钻井工艺选择提供技术指导。

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