陳鋼花,張 艷,毛克宇,曾亞麗,牛云峰

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580;2.中國(guó)石油化工集團(tuán)公司勝利石油工程有限公司測(cè)井公司,山東東營(yíng)257096;3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司第十二采油廠(chǎng),甘肅慶陽(yáng)745400)

?

聲-電測(cè)井聯(lián)合流體識(shí)別因子構(gòu)建方法及其應(yīng)用
——以川東北碳酸鹽巖氣藏為例

陳鋼花1,張 艷1,毛克宇2,曾亞麗3,牛云峰1

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580;2.中國(guó)石油化工集團(tuán)公司勝利石油工程有限公司測(cè)井公司,山東東營(yíng)257096;3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司第十二采油廠(chǎng),甘肅慶陽(yáng)745400)

針對(duì)碳酸鹽巖復(fù)雜儲(chǔ)層流體識(shí)別困難的問(wèn)題,提出了構(gòu)建聲-電測(cè)井聯(lián)合流體識(shí)別因子的方法。利用陣列聲波等測(cè)井資料計(jì)算彈性力學(xué)參數(shù),構(gòu)建流體指示系數(shù)以表征各彈性力學(xué)參數(shù)對(duì)流體的敏感性,優(yōu)選敏感彈性參數(shù)構(gòu)建流體識(shí)別因子。基于Gassmann理論和阿爾奇公式,證明在氣、水兩相均質(zhì)介質(zhì)中,傳統(tǒng)流體識(shí)別因子(F)與電阻率參數(shù)(R0/Rt)對(duì)氣、水相對(duì)含量的指示具有一致性,以此為依據(jù)構(gòu)建了新的流體識(shí)別因子。對(duì)比幾種流體識(shí)別因子的流體指示系數(shù),顯示新的流體識(shí)別因子的流體指示系數(shù)最大,流體識(shí)別能力最強(qiáng)。依據(jù)新的流體識(shí)別因子和縱橫波速度比交會(huì)圖版確定了區(qū)域流體識(shí)別標(biāo)準(zhǔn),將其應(yīng)用于川東北地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的流體識(shí)別,解釋結(jié)果與試采結(jié)論吻合較好。該流體識(shí)別因子為碳酸鹽巖儲(chǔ)層流體識(shí)別提供了有益參考。

陣列聲波測(cè)井;Gassmann理論;彈性力學(xué)參數(shù);流體識(shí)別因子;碳酸鹽巖儲(chǔ)層

川東北地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層物性差、非均質(zhì)性強(qiáng),因而其流體識(shí)別難度大[1-3]。而流體識(shí)別作為勘探開(kāi)發(fā)的重要一環(huán),其效果直接影響了開(kāi)發(fā)效率[4]。因此碳酸鹽巖儲(chǔ)層流體識(shí)別研究非常關(guān)鍵。

構(gòu)建流體識(shí)別因子是儲(chǔ)層流體識(shí)別的重要手段,剪切模量、體積模量等彈性力學(xué)參數(shù)較早就用于構(gòu)建流體識(shí)別因子。SMITH等[5]首次提出“流體因子”的概念,通過(guò)不同權(quán)函數(shù)將縱、橫波反射系數(shù)等進(jìn)行疊加,得到用于預(yù)測(cè)流體的流體因子,取得了較好的效果。隨后國(guó)外學(xué)者依托彈性參數(shù)構(gòu)建了不同的流體識(shí)別因子。FATTI等[6]重新組合了Aki-Richards近似方程,利用加權(quán)疊加的方法提取縱、橫波波阻抗反射率,改進(jìn)了Smith流體因子,使流體指示效果更穩(wěn)定;GOODWAY等[7]提出了LMR法,將拉梅參數(shù)、剪切模量與密度的乘積作為流體識(shí)別因子;RUSSELL等[8]指出Gassmann流體項(xiàng)與流體類(lèi)型關(guān)系密切,并將Gassmann流體項(xiàng)與密度的乘積(ρf)作為流體識(shí)別因子。國(guó)內(nèi)也逐漸開(kāi)展了流體識(shí)別因子研究,取得了較好的應(yīng)用效果。寧忠華等[9]基于地震資料提取縱、橫波速度,構(gòu)建了一種高靈敏度流體識(shí)別因子;李景葉等[10]提出了一種不受孔隙度影響的流體識(shí)別因子;賀振華等[11]通過(guò)優(yōu)化組合高靈敏度流體識(shí)別因子和組合型流體識(shí)別因子提出了擴(kuò)展流體識(shí)別因子;許平等[12]根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況構(gòu)建了波阻抗量綱4次、2次和0次方組合的高敏感度流體識(shí)別因子(σFIFP);李楊等[13]將縱橫波速度比與Gassmann流體項(xiàng)的乘積作為流體識(shí)別因子,其流體識(shí)別能力得到了提高。目前流體識(shí)別因子的構(gòu)建多基于地震資料,存在兩個(gè)方面的不足:一方面彈性力學(xué)參數(shù)提取可能不夠精確;另一方面沒(méi)有綜合利用電性參數(shù)對(duì)流體的敏感性。本文基于陣列聲波測(cè)井提高彈性力學(xué)參數(shù)提取精度,以傳統(tǒng)流體識(shí)別因子和電阻率參數(shù)對(duì)氣、水相對(duì)含量的一致性指示為依據(jù),聯(lián)合陣列聲波和電阻率測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)構(gòu)建新的流體識(shí)別因子,并在川東北碳酸鹽巖氣藏流體識(shí)別中取得了較好的應(yīng)用效果。

1 方法原理

1.1 流體敏感參數(shù)提取

由陣列聲波等測(cè)井資料提取縱波時(shí)差、橫波時(shí)差、縱橫波速度比、泊松比、楊氏模量、剪切模量、體積模量、體積壓縮系數(shù)8個(gè)參數(shù)。部分參數(shù)計(jì)算公式如下[14-15]:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中:σ為泊松比;E為楊氏模量;μ為剪切模量;K為體積模量;Cb為體積壓縮系數(shù);Δts和Δtp分別為地層橫波和縱波時(shí)差;ρ為地層密度。

為表征參數(shù)對(duì)流體的敏感性,構(gòu)建如下流體指示系數(shù)[16]:

(6)

流體指示系數(shù)越大表示該彈性參數(shù)對(duì)流體性質(zhì)變化越敏感,即流體識(shí)別能力越強(qiáng)。圖1是研究區(qū)3口關(guān)鍵井(X1,X2,X3)碳酸鹽巖儲(chǔ)層8個(gè)彈性參數(shù)的流體指示系數(shù),顯示縱橫波速度比和體積模量對(duì)流體性質(zhì)變化最敏感,為構(gòu)建流體識(shí)別因子奠定了基礎(chǔ)。

1.2 流體識(shí)別因子構(gòu)建

1.2.1Gassmann流體項(xiàng)流體識(shí)別因子(Kp)

Gassmann方程認(rèn)為巖石由干巖石和流體兩部分組成,流體飽和巖石的體積模量和剪切模量為[17]:

(7)

式中:Ksat為流體飽和巖石體積模量;μsat為流體飽和巖石剪切模量;Kp為孔隙體積模量;Kdry為干巖石體積模量;μdry為干巖石剪切模量。

圖1 各彈性參數(shù)的流體指示系數(shù)

流體飽和巖石的體積模量與剪切模量可由縱、橫波速度計(jì)算得到:

(8)

式中:vP和vS分別為縱波速度和橫波速度。

由(7)式和(8)式可得:

(9)

(10)

巖心分析資料充足時(shí),c值可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)求取,否則可參照求取的巖石固體基質(zhì)彈性模量,反推出干巖石體積模量,從而得到c值。

1.2.2 縱橫波速度比改進(jìn)的流體識(shí)別因子(F)

由圖1可知,研究區(qū)縱橫波速度比對(duì)流體的敏感性最強(qiáng),李楊等[13]認(rèn)為其對(duì)儲(chǔ)層流體異常背景信號(hào)的去噪效果較好,因此構(gòu)建流體識(shí)別因子F:

(11)

根據(jù)Biot-Gassmann理論,孔隙體積模量與孔隙流體體積模量、基質(zhì)礦物體積模量的關(guān)系為[18]:

(12)

式中:β為Biot系數(shù),與巖石致密程度有關(guān);φ為孔隙度;Km為基質(zhì)礦物體積模量;Kf為孔隙流體體積模量。

在氣、水兩相均質(zhì)介質(zhì)中,孔隙度和固體效應(yīng)的綜合影響可忽略[19],則:

Kp∝Kf

(13)

根據(jù)Wood方程[20]可得:

(14)

式中:Kw為水的體積模量;Kg為氣的體積模量;Sw為含水飽和度。

(15)

隨著含水飽和度增大,縱波速度增大,橫波速度緩慢減小,故縱橫波速度比與含水飽和度呈正比關(guān)系[22],即:

(16)

因此:

(17)

即對(duì)于氣、水兩相均質(zhì)介質(zhì),流體識(shí)別因子F可以指示孔隙中的氣、水相對(duì)含量。

1.2.3 聲-電測(cè)井聯(lián)合流體識(shí)別因子(LDRF)

基于陣列聲波和電阻率測(cè)井資料,可聯(lián)合構(gòu)建流體識(shí)別因子LDRF:

(18)

式中:R0為100%含水地層電阻率;Rt為地層真電阻率。

其中,R0由三重孔隙理論[23]得到:

(19)

式中:Rw為地層水電阻率,由水分析資料得到;Rm0為100%含水地層基質(zhì)電阻率,可由縫洞不發(fā)育的水層電阻率值代替;φnc為非連通孔洞孔隙度;φf(shuō)為裂縫孔隙度。

其中,φnc和φf(shuō)可由下式得到[23-24]:

(20)

式中:φb為基質(zhì)孔隙度;φD為密度孔隙度;φN為中子孔隙度;φS為聲波孔隙度;mf為裂縫孔隙度指數(shù);Rmf為地層溫度下泥漿濾液電阻率,由經(jīng)驗(yàn)公式換算得到;Rs為淺側(cè)向電阻率;Rd為深側(cè)向電阻率。

由于電阻率參數(shù)R0/Rt在水層中接近1,而在氣層和氣水同層中小于1,故聲-電測(cè)井聯(lián)合流體識(shí)別因子(LDRF)進(jìn)一步放大了流體識(shí)別因子(F)在氣、水層中的差異。而且參數(shù)R0/Rt無(wú)量綱,不改變流體識(shí)別因子(F)的物理意義。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工區(qū)概況

川東北地區(qū)在三疊系中統(tǒng)雷口坡組沉積時(shí)期主要發(fā)育上揚(yáng)子克拉通穩(wěn)定碳酸鹽臺(tái)地沉積體系,從開(kāi)闊的陸表海環(huán)境逐漸演變?yōu)槭芟薜年懕砗－h(huán)境。目標(biāo)儲(chǔ)層主要發(fā)育局限蒸發(fā)臺(tái)地相白云巖、石膏和膏質(zhì)白云巖,處于海相碳酸鹽巖演化階段的后期。

研究區(qū)雷口坡組儲(chǔ)層微裂縫發(fā)育,孔隙度在0.96%～14.20%,平均為4.42%;滲透率在0.001×10-3～71.030×10-3μm2,平均為3.363×10-3μm2。工區(qū)儲(chǔ)層較致密,部分層位因裂縫發(fā)育而滲透率較高。

2.2 效果分析

選取研究區(qū)的3口關(guān)鍵井(X1,X2,X3)建立流體識(shí)別圖版,實(shí)際處理中參數(shù)取值如表1所示。

表1 部分參數(shù)取值

按照上述方法分別計(jì)算Gassmann流體項(xiàng)流體識(shí)別因子(Kp)、Gassmann流體項(xiàng)與密度的乘積(ρf)、縱橫波速度比改進(jìn)的流體識(shí)別因子(F)、聲-電測(cè)井聯(lián)合流體識(shí)別因子LDRF等4種流體識(shí)別因子。根據(jù)公式(6)計(jì)算4種流體識(shí)別因子的流體指示系數(shù),結(jié)果如圖2所示。由圖2可見(jiàn),Gassmann流體項(xiàng)與密度的乘積(ρf)對(duì)流體的敏感性最差,原因可能是儲(chǔ)層致密和骨架礦物復(fù)雜,使密度對(duì)孔隙流體變化不敏感;由于縱橫波速度比對(duì)流體變化的敏感性較好(圖1),縱橫波速度比改進(jìn)的流體識(shí)別因子(F)對(duì)流體的敏感性大于Gassmann流體項(xiàng)流體識(shí)別因子(Kp);盡管物性較差,但微裂縫發(fā)育溝通了導(dǎo)電路徑,進(jìn)而增強(qiáng)了儲(chǔ)層的導(dǎo)電性,因此聲-電測(cè)井聯(lián)合流體識(shí)別因子(LDRF)對(duì)流體的敏感性最好,可以較好地識(shí)別流體。

圖2 流體識(shí)別因子的流體指示系數(shù)

對(duì)3口井的碳酸鹽巖試采層段進(jìn)行F和縱橫波速度比交會(huì)分析,如圖3a所示;LDRF和縱橫波速度比交會(huì)分析結(jié)果,如圖3b所示。從圖3a可以看出,氣層和水層數(shù)據(jù)點(diǎn)分離情況較好,但氣水同層數(shù)據(jù)點(diǎn)分離情況較差;從圖3b可以看出,氣層、水層、氣水同層數(shù)據(jù)點(diǎn)分離較明顯,說(shuō)明本文構(gòu)建的流體識(shí)別因子識(shí)別效果更好。根據(jù)交會(huì)圖版可確定區(qū)域流體識(shí)別標(biāo)準(zhǔn),如表2所示。

圖3 流體識(shí)別圖版效果對(duì)比a F-vP/vS交會(huì)分析結(jié)果; b LDRF-vP/vS交會(huì)分析結(jié)果

表2 區(qū)域流體識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)

將識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于研究區(qū)兩口非建模井(X4,X5)的資料解釋,解釋成果如圖4和圖5所示。X4井4720～4760m井段為碳酸鹽巖地層,孔隙度一般小于4.0%,滲透率多在0.008×10-3～0.185×10-3μm2。水層段3種流體識(shí)別因子較接近,而氣層和氣水同層段LDRF明顯小于另外兩種流體識(shí)別因子。利用流體識(shí)別因子(LDRF)得到的解釋成果與現(xiàn)場(chǎng)解釋結(jié)論及試采結(jié)論較一致,4720～4758m井段多層合試顯示儲(chǔ)層為氣水同層,產(chǎn)氣量2.786×104m3/d,產(chǎn)水量436.8m3/d。

圖4 研究區(qū)X4井解釋成果(1ft≈30.48cm)

X5井4770～4794m井段為碳酸鹽巖地層,孔隙度一般小于10.0%,滲透率多在0.001×10-3～2.557×10-3μm2。利用流體識(shí)別因子(LDRF)得到的解釋成果與現(xiàn)場(chǎng)解釋結(jié)論及試采結(jié)論較一致,4770～4782m井段多層合試顯示儲(chǔ)層為低產(chǎn)工業(yè)氣層,產(chǎn)氣量2.28×104m3/d。

圖5 研究區(qū)X5井解釋成果(1ft≈30.48cm)

3 結(jié)論

1) 本區(qū)儲(chǔ)層縱橫波速度比和體積模量對(duì)流體的敏感性最好,彈性力學(xué)參數(shù)對(duì)流體的敏感性分析為構(gòu)建流體識(shí)別因子提供了指向。

2) 在氣水兩相均質(zhì)介質(zhì)中,電阻率參數(shù)(R0/Rt)與縱橫波速度比改進(jìn)的流體識(shí)別因子(F)在指示氣水相對(duì)含量上具有一致性,因此可構(gòu)建聲-電測(cè)井聯(lián)合流體識(shí)別因子(LDRF),其流體識(shí)別能力強(qiáng)于其它流體識(shí)別因子(Kp,ρf,F)。

3) 將聲-電測(cè)井聯(lián)合流體識(shí)別因子與縱橫波速度比構(gòu)建的流體識(shí)別交會(huì)圖版較好地應(yīng)用于研究區(qū)儲(chǔ)層流體識(shí)別,解釋結(jié)論與試采結(jié)論較吻合,為碳酸鹽巖儲(chǔ)層流體識(shí)別研究提供了有益參考。

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(編輯：陳 杰)

Establishment of fluid identification factor by joint acoustic andresistivity logging and its application:a case study ofcarbonate gas reservoir in the Northeast Sichuan

CHEN Ganghua1,ZHANG Yan1,MAO Keyu2,ZENG Yali3,NIU Yunfeng1

(1.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China;2.WellLoggingCompany,ShengliPetroleumEngineeringCo.Ltd,SINOPEC,Dongying257096,China;3.No.12OilProductionPlant,ChangqingOilfieldCompany,CNPC,Qingyang745400,China)

Aimed at the difficult problem of fluid identification in complex carbonate reservoirs,a method of establishing the fluid identification factor by joint acoustic and resistivity logging was proposed.After calculating elastic parameters by array acoustic logging data,etc.,fluid indicator coefficient was established to investigate fluid sensitivity of the elastic parameters,then the sensitive parameters were selected to build the new fluid identification factor.Based on Gassmann theory and Archie formula,it is proved that conventional fluid identification factor (F) and resistivity parameter (R0/Rt) had consistency in indicating relative contents of gas and water in the gas-water two phases homogeneous medium.Hereby,a new fluid identification factor from joint use of acoustic logging and resistivity logging was built.Then,fluid indicator coefficients of several fluid identification factors were compared.The result indicated that the new fluid factor had a greater fluid indicator coefficient and stronger ability of fluid identification than the others.According to the cross plot of the new fluid identification factor and the ratio of P-wave velocity and S-wave velocity,the regional fluid identification standard was determined.The application results of the new identification factor to the carbonate reservoir in the Northeast Sichuan show that interpretation results are highly consistent with the conclusions of test data.The new fluid identification factor provides beneficial reference for fluid identification in carbonate reservoirs in the Northeast Sichuan.

array acoustic logging,Gassmann theory,elastic parameters,fluid identification factor,carbonate reservoirs

2016-05-08;改回日期：2016-09-05。

陳鋼花(1963—),女,教授,主要從事測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋方面的教學(xué)與科研工作。

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2011CB202402)資助。

P631

A

1000-1441(2017)02-0295-07

10.3969/j.issn.1000-1441.2017.02.017

This research is financially supported by the National Key Basic R & D Program of China (973 Program) (Grant No. 2011CB202402).