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      油砂儲(chǔ)層特征及測(cè)井評(píng)價(jià)方法研究
      ——以柴達(dá)木盆地干柴溝地區(qū)為例

      2015-09-28 02:39:23馬麗娟徐永發(fā)葉高鵬米小銀李成元
      巖性油氣藏 2015年6期
      關(guān)鍵詞:干柴油砂含油率

      佘 剛,馬麗娟,徐永發(fā),葉高鵬,米小銀,李成元

      (中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司青海事業(yè)部,甘肅敦煌736200)

      油砂儲(chǔ)層特征及測(cè)井評(píng)價(jià)方法研究
      ——以柴達(dá)木盆地干柴溝地區(qū)為例

      佘剛,馬麗娟,徐永發(fā),葉高鵬,米小銀,李成元

      (中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司青海事業(yè)部,甘肅敦煌736200)

      柴達(dá)木盆地油砂資源豐富,但目前尚無(wú)系統(tǒng)的測(cè)井評(píng)價(jià)方法。結(jié)合已有的地質(zhì)和測(cè)井資料,詳細(xì)分析了干柴溝地區(qū)油砂儲(chǔ)層的礦物成分、物性特征和含油性特征,認(rèn)為孔隙度與含油率是油砂含油性的主控因素。利用測(cè)井參數(shù)建立了孔隙度與含油率計(jì)算模型,二者均具有較高精度。通過(guò)構(gòu)建含油綜合指數(shù),結(jié)合孔隙度與含油率確定了油砂的解釋圖版及分類標(biāo)準(zhǔn),實(shí)際應(yīng)用效果較好,可為利用測(cè)井方法評(píng)價(jià)油砂礦等非常規(guī)能源提供一定的參考。

      油砂;含油率;含油綜合指數(shù);測(cè)井評(píng)價(jià);柴達(dá)木盆地

      0 引言

      近年來(lái),隨著加拿大及美國(guó)油砂資源的成功開采,油砂作為一種非常規(guī)資源逐漸引起了人們的關(guān)注[1-2]。油砂又稱“瀝青砂”、“稠油砂”、“重油砂”或“焦油砂”,是一種含有瀝青或焦油的砂或砂巖[3]。它是原油形成后向近地表或淺地表的砂體運(yùn)移,在砂體中輕組分揮發(fā),重組分殘留下來(lái)而形成的液態(tài)礦產(chǎn)資源[4]。油砂由瀝青、砂、富礦黏土和水混合而成,其中瀝青是油砂礦所含的原油,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%~20%,黏度一般大于1×104mPa·s(或相對(duì)密度大于1.0 g/cm3)[5]。

      柴達(dá)木盆地油砂出露廣泛,品質(zhì)較好的油砂大多分布于盆地西部新生界,其含油率一般為4%~8%,資源潛力巨大[6-8]。柴達(dá)木盆地干柴溝地區(qū)油砂礦有淺鉆井8口,鉆井深度均在200 m左右,而該區(qū)潛水面約為290 m,為油砂分布的下限。對(duì)諸井均進(jìn)行了全井段系統(tǒng)取心,并取得了大量測(cè)井、錄井及實(shí)驗(yàn)分析資料。然而,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)油砂礦的研究多注重于開采方面,通過(guò)測(cè)井方法對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)的則較少[9-10]。筆者采用測(cè)井方法對(duì)干柴溝地區(qū)油砂含油性的主控因素及評(píng)價(jià)方法等進(jìn)行研究,進(jìn)而確立該區(qū)油砂的解釋圖版與分類標(biāo)準(zhǔn),以期為測(cè)井評(píng)價(jià)油砂儲(chǔ)層提供依據(jù)。

      1 油砂儲(chǔ)層特征

      1.1巖石礦物特征

      研究區(qū)淺層油砂十分發(fā)育。通過(guò)巖心觀察認(rèn)為,油砂儲(chǔ)層占92.39%,巖性主要為礫巖、含礫粗砂巖、細(xì)砂巖和中砂巖,其次為粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖,礦物成分以長(zhǎng)石為主,其次為石英、云母碎片,巖石顆粒多為次棱角狀,分選中等;非油砂儲(chǔ)層普遍不含油,僅占7.61%,巖性主要為泥巖及粉砂質(zhì)泥巖。

      1.2物性特征

      GCG01,GCG02,GCG04和GCG07等井樣品物性分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明,油砂儲(chǔ)層孔隙度主要為10%~30%,平均為16.81%,滲透率主要為1~1 000 mD,平均為34.05 mD,屬于中高孔、中高滲儲(chǔ)層[11]。儲(chǔ)層埋藏較淺,均分布在埋藏深度小于200 m的地層中,因此油砂固結(jié)較弱,膠結(jié)疏松,且方解石作為主要膠結(jié)物鄰近地表易受溶蝕,這些都是其儲(chǔ)層物性較好的主要原因[12]。對(duì)GCG01和GCG07等2口井共計(jì)26件樣品同時(shí)進(jìn)行了孔隙度與滲透率分析,并對(duì)二者分巖性進(jìn)行孔隙度與滲透率交會(huì)發(fā)現(xiàn),孔隙度隨滲透率增大而增大,且物性受巖性影響明顯,具有巖性變粗物性隨之變好的特征(圖1)。

      1.3含油性特征

      含油率為瀝青質(zhì)量與含瀝青巖石(油砂)質(zhì)量的比值,是油砂含油性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)之一[13-14]。通過(guò)對(duì)上述4口井158件樣品的含油率分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明,該區(qū)油砂含油率為0.1%~6.0%,主要為1%~4%,平均為1.97%,且含油率高的樣品也具有較高的含油級(jí)別。根據(jù)巖心描述資料可知,該區(qū)油砂含油級(jí)別以油斑為主,其次為油浸和油跡,有少量含油及熒光,其中油斑的含油率總體高于油浸和油跡,而熒光含油率偏低;此外,含油率與巖心孔隙度也呈明顯的正相關(guān)關(guān)系,即孔隙度越高油砂含油率越高。

      從不同巖性的物性變化來(lái)看,礫巖和粗砂巖物性最好,其次為細(xì)砂巖和粉砂巖(參見圖1)??傮w上,在該區(qū)巖性越粗,孔隙度越高,而孔隙度越高,油砂含油率也越高,即具有巖性控制物性、物性控制含油性的規(guī)律。

      圖1 干柴溝地區(qū)油砂儲(chǔ)層物性與巖性的關(guān)系Fig.1 Cross plot of physical properties and lithology of oil sand reservoir in Ganchaigou area

      2 測(cè)井解釋模型研究

      2.1孔隙度模型

      試驗(yàn)對(duì)魚道池室內(nèi)水流流態(tài)進(jìn)行觀測(cè),觀測(cè)結(jié)果表明,在不同工作水深條件下,各級(jí)水池內(nèi)均能形成典型的豎縫式水流流動(dòng)結(jié)構(gòu),水流流態(tài)良好。表面水流流向明確,主流順暢,水流在隔板前壅高,自豎縫處形成明顯的跌落流出進(jìn)入下一級(jí)水池后,主流彎曲向左側(cè)偏轉(zhuǎn),形成“S型”流向,水流在水池內(nèi)擴(kuò)散較好,未出現(xiàn)主流臨近兩側(cè)邊墻的不利流態(tài)。在隔板下游主流兩側(cè)形成局部回流,強(qiáng)度不大,為魚類提供了有效的休息場(chǎng)所。魚道池室流態(tài)見圖3。

      采用重慶地質(zhì)儀器廠的JGSB-1型儀器對(duì)柴達(dá)木盆地干柴溝地區(qū)的油砂井均做了自然電位、自然伽馬、電阻率和聲波時(shí)差測(cè)井。由于儀器系列相同,故各井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)穩(wěn)定,無(wú)需再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理或采用自然伽馬相對(duì)值等方法進(jìn)行歸一化處理。通過(guò)各井地層對(duì)比發(fā)現(xiàn),由于該區(qū)埋藏深度小于80 m的地層膠結(jié)疏松,致使各井聲波時(shí)差曲線都具有不同程度的跳躍或跳尖,失真嚴(yán)重,故聲波時(shí)差值不能夠用于孔隙度的準(zhǔn)確建模。然而,該區(qū)巖性對(duì)物性具有明顯的控制作用,可以考慮在缺少密度或中子曲線的情況下,利用反映巖性的自然電位或自然伽馬曲線間接地反映物性,本次研究利用自然伽馬值來(lái)計(jì)算孔隙度。由于淺層特別疏松且部分樣品含有裂縫,分析所得孔隙度值可信度低。對(duì)將其去除后所建立的巖心分析孔隙度與對(duì)應(yīng)的自然伽馬值進(jìn)行交會(huì),顯示二者有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[圖2(a)],說(shuō)明自然伽馬值可以用于疏松地層的孔隙度計(jì)算。計(jì)算結(jié)果平均絕對(duì)誤差為2.14%,平均相對(duì)誤差為13.0%。分析誤差原因,可能是自然伽馬曲線相對(duì)巖樣分辨率較低,部分讀值存在偏差所造成。計(jì)算公式為

      式中:GR為自然伽馬,API;φ為孔隙度,%。

      對(duì)埋藏深度大于80 m的相對(duì)固結(jié)較好的地層而言,聲波時(shí)差曲線基值相對(duì)穩(wěn)定,曲線無(wú)跳尖或突變。由于部分樣品含有裂縫,分析所得孔隙度值可信度低。對(duì)將其去除后所建立的巖心分析孔隙度與對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差值進(jìn)行交會(huì),顯示二者對(duì)應(yīng)關(guān)系較好[圖2(b)],說(shuō)明采用聲波時(shí)差值計(jì)算地層孔隙度精度較高。計(jì)算結(jié)果平均絕對(duì)誤差為2.03%,平均相對(duì)誤差為10.20%。分析誤差原因,可能是聲波時(shí)差曲線受到相對(duì)巖樣中泥質(zhì)的影響,部分讀值存在偏差所造成。計(jì)算公式為

      式中:AC為聲波時(shí)差,μs/m。

      圖2 孔隙度計(jì)算模型Fig.2 Calculation model of porosity

      2.2含油率模型

      對(duì)上述4口井158件樣品含油率的分析結(jié)果與聲波時(shí)差、電阻率、自然電位、自然伽馬及巖心分析孔隙度等多個(gè)參數(shù)之間建立相關(guān)關(guān)系,其中孔隙度、自然伽馬和電阻率等3個(gè)參數(shù)對(duì)含油率比較敏感,因此優(yōu)選這3個(gè)參數(shù)作為自變量,以實(shí)驗(yàn)分析得到的含油率作為因變量,并采用多元線性回歸的方法得到各參數(shù)的權(quán)重[15-16],從而建立了含油率的計(jì)算模型。計(jì)算結(jié)果平均絕對(duì)誤差為0.64%,平均相對(duì)誤差為6.4%。分析誤差原因,當(dāng)3個(gè)參數(shù)與含油率一致性均好時(shí)能夠準(zhǔn)確反映含油率,而當(dāng)某一參數(shù)敏感性較差時(shí)則存在較大偏差。計(jì)算公式為

      式中:S為含油率,%;Rt為電阻率,Ω·m。

      應(yīng)用所建立的模型對(duì)該區(qū)各淺鉆井的含油率進(jìn)行計(jì)算,通過(guò)與具有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的取心井進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),計(jì)算的孔隙度和含油率與巖心分析結(jié)果比較接近。對(duì)于埋藏深度小于80 m且聲波時(shí)差曲線失真的井段采用自然伽馬值計(jì)算孔隙度,以減小計(jì)算誤差。

      3 解釋及分類標(biāo)準(zhǔn)研究

      根據(jù)柴達(dá)木盆地干柴溝地區(qū)GCG02和GCG07等井油砂水洗及干餾分離出的原油量,結(jié)合對(duì)應(yīng)巖樣的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果,認(rèn)為干柴溝油砂礦具有工業(yè)開采價(jià)值的含油率下限為2.5%,孔隙度下限為11%,對(duì)應(yīng)含油級(jí)別下限為油跡。由于含油率與孔隙度均是油砂儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù),通過(guò)將二者交會(huì)后發(fā)現(xiàn)對(duì)油砂具有較好的識(shí)別效果(圖3),能夠?qū)⒋蟛糠钟蜕皩雍透蓪訁^(qū)分開,但淺層(埋藏深度小于80 m的地層)干層電阻率偏高,造成計(jì)算的含油率偏高,因此部分干層點(diǎn)誤入油砂區(qū);同時(shí),相對(duì)壓實(shí)地層段(埋藏深度大于80 m的地層)油砂層的計(jì)算含油率有偏低的情況。這說(shuō)明,油砂含油率不僅與孔隙度等參數(shù)相關(guān),而且與埋藏深度也有一定關(guān)系,并有隨著深度的增加逐漸增大的趨勢(shì)(圖4),因此對(duì)油砂層的解釋必須結(jié)合埋藏深度綜合加以分析。由于孔隙度和含油率均為油砂含油性的主控因素并與含油性正相關(guān),且埋藏深度大于80 m時(shí)含油率才與含油性呈明顯的正相關(guān)。因此,自定義一個(gè)含油綜合指數(shù)I,該指數(shù)可反映在孔隙度與含油率一定時(shí)不同埋藏深度對(duì)油砂含油性的影響。計(jì)算公式為

      式中:φ為計(jì)算孔隙度,%;D為深度,m。

      根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)制作含油綜合指數(shù)頻率累計(jì)圖(圖5),其數(shù)據(jù)點(diǎn)在58和110處分別出現(xiàn)拐點(diǎn),使曲線呈近似直線段、弧形過(guò)渡段和平緩直線段三段式。結(jié)合孔隙度與含油率的關(guān)系,建立干柴溝地區(qū)油砂解釋圖版與分類標(biāo)準(zhǔn)[17-18](圖3、表1)。A類油砂層:I大于110,孔隙度大于16%,含油率大于4%,目前具有一定開采價(jià)值,解釋為油層。B類油砂層:I為58~110,孔隙度為11%~16%,含油率為2.5%~4.0%,待開采或干餾工藝等技術(shù)提高后將具有開采價(jià)值[19-20],解釋為差油層。C類油砂層:I小于58,孔隙度小于11%,含油率小于2.5%,為無(wú)效干砂層,無(wú)經(jīng)濟(jì)效益,解釋為干層。

      圖3 含油率-孔隙度(a)、含油綜合指數(shù)-含油率(b)解釋圖版Fig.3 Interpretation charts of oil content with porosity(a)and synthetic oil-bearing index(b)

      圖4 含油率隨深度變化關(guān)系圖Fig.4 Relationship between oil content and depth

      圖5 含油綜合指數(shù)頻率累計(jì)圖Fig.5 Cumulative frequency diagram of synthetic oil-bearing index

      表1 干柴溝地區(qū)油砂分類標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The classification criterion of oil sands in Ganchaigou area

      4 應(yīng)用效果分析

      應(yīng)用所建立的模型對(duì)柴達(dá)木盆地干柴溝地區(qū)所有井進(jìn)行孔隙度、含油率及含油綜合指數(shù)計(jì)算,并繪制綜合成果圖(圖6)。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果相對(duì)吻合,下部地層計(jì)算所得孔隙度誤差相對(duì)上部地層略大,但計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值總體趨勢(shì)一致。圖6中對(duì)A類油砂層的計(jì)算孔隙度、計(jì)算含油率及含油綜合指數(shù)均用紅色填充,以便能更加快速地對(duì)油砂層進(jìn)行解釋。圖6所示井段原定性解釋為8個(gè)油砂層,均位于埋藏深度小于100 m的地層,而精細(xì)解釋A類具開采價(jià)值的油砂層有9個(gè),均位于埋藏深度大于110 m的地層,目前從22件油砂樣品中已成功抽提出工業(yè)油砂油的樣品為10件,主要分布于埋藏深度大于110 m的地層。經(jīng)精細(xì)解釋,研究區(qū)主要的油砂層均位于埋藏深度大于110 m的井段,特別是埋藏深度大于150 m的井段為優(yōu)質(zhì)油砂層集中發(fā)育的井段。

      圖6 干柴溝地區(qū)GCG07井精細(xì)解釋成果Fig.6 The fine interpretation results of GCG07 well in Ganchaigou area

      5 結(jié)論

      (1)含油率和孔隙度均是進(jìn)行油砂儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的主要參數(shù)。根據(jù)不同地層固結(jié)程度分別采用自然伽馬和聲波時(shí)差計(jì)算孔隙度,均具有較高的精度。尋找敏感性參數(shù)并采用多元線性回歸的方法計(jì)算含油率,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加接近。

      (2)油砂的含油率不僅與孔隙度相關(guān),還與地層埋藏深度有關(guān)。本次研究綜合考慮孔隙度、含油率及埋藏深度的影響構(gòu)建了含油綜合指數(shù),并根據(jù)孔隙度、含油率及含油縮合指數(shù)建立了干柴溝地區(qū)油砂解釋圖版與分類標(biāo)準(zhǔn),將油砂層分為A類(油層)、B類(差油層)和C類(干層),比較符合生產(chǎn)實(shí)際。

      (3)應(yīng)用所建立的模型計(jì)算干柴溝地區(qū)所有井的地層孔隙度、含油率及含油綜合指數(shù),并結(jié)合解釋圖版及分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行精細(xì)解釋與評(píng)價(jià),取得了較好的應(yīng)用效果。

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      (本文編輯:于惠宇)

      Reservoir characteristics of oil sands and logging evaluation methods:A case study from Ganchaigou area,Qaidam Basin

      She Gang,Ma Lijuan,Xu Yongfa,Ye Gaopeng,Mi Xiaoyin,Li Chengyuan
      (Qinghai Division,CNPC Logging Co.Ltd.,Dunhuang 736200,Gansu,China)

      Qaidam Basin is rich in oil sand resources,but at present there is no systemic method for logging evaluation. Based on the existing geological and logging data,the mineral composition,physical properties and oiliness of the oil sand reservoirs in Ganchaigou area were analyzed.It is considered that porosity and oil content are the main factors of the oiliness of oil sands.By logging data,the calculation models of porosity and oil content were established with higher accuracy.By means of constructing the concept of synthetic oil-bearing index,combined with porosity and oil content,the interpretation charts and classification criterion of oil sands were established,and good effect was achieved in the actual production.

      oil sands;oil content;synthetic oil-bearing index;logging evaluation;Qaidam Basin

      TE349

      A

      1673-8926(2015)06-0119-06

      2015-07-28;

      2015-09-02

      中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司重大科技專項(xiàng)“柴達(dá)木盆地高原咸化湖盆油氣藏測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)攻關(guān)”(編號(hào):2011E-0305)資助

      佘剛(1982-),男,碩士,工程師,主要從事測(cè)井資料處理與綜合解釋工作。地址:(736200)甘肅省敦煌市七里鎮(zhèn)中油測(cè)井青海事業(yè)部。E-mail:443724572@qq.com。

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