渤中凹陷變質巖凝析氣藏隨鉆和電纜測井曲線對比分析

廖海博,劉紅岐,崔云江,汪瑞宏,趙涵彬,廖啟明

(1.西南石油大學地球科學與技術學院,四川成都610500;2.中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津300452)

0 引 言

渤中凹陷X氣田構造類型好,形態(tài)完整,圈閉面積較大,構造整體埋藏較深,構造區(qū)內次生斷層發(fā)育,且緊鄰渤中主洼和渤中西南洼,為油氣運移的有利指向區(qū)[1]。該區(qū)整體為受基底控制的近南北向發(fā)育的構造脊,發(fā)育于古隆起背景下,被一系列斷層復雜化的斷背斜構造,構造整體南高北低,斷裂發(fā)育[2-3]。X氣田潛山凝析氣藏巖性復雜,曾長期暴露地表遭風化剝蝕,次生儲集空間發(fā)育,其中,X1井(水平井)位于渤中凹陷的構造脊上,在地質構造和巖性上具有典型代表性。X氣田中包括X1井在內的12口井在鉆井過程中應用斯倫貝謝公司的Impulse隨鉆測井系列進行數(shù)據(jù)采集,完井后主要采用5700系列進行了常規(guī)電纜測井,隨鉆測井與電纜測井響應特征存在較大的差異,造成測井解釋的不確定性。近年來,隨鉆測井技術突飛猛進,已經(jīng)成為大斜度井、水平井和小井眼側鉆多分支井油藏評價的重要手段,是完成其鉆井設計、實時數(shù)據(jù)采集和解釋、現(xiàn)場決策以及地質導向的關鍵技術[4-5]。因此,進行隨鉆測井和電纜測井曲線對比分析,對水平井測井響應特征、隨鉆測井解釋均具有重要意義。

目前,劉之的等[6]對砂泥巖地層隨鉆測井與電纜測井的電阻率曲線進行對比分析,認為兩者具有較好的可比性,曲線形態(tài)變化一致,但隨鉆測井電阻率的幅值略高,建立大斜度井地層水飽和度的理想解釋模型,關鍵在于對隨鉆測井資料進行必要的環(huán)境影響校正。吳剛等[7]、馮進等[8]發(fā)現(xiàn)5700系列陣列感應測井電阻率曲線的垂向分辨率要優(yōu)于隨鉆測井的相位電阻率;由于未受鉆井液侵入的影響,隨鉆測井電阻率反映儲層的原始電阻率效果明顯優(yōu)于完井時所測的陣列感應電阻率。Jaiswal等[9]認為由于孔隙或裂縫中充填礦物的不同對聲波速度具有較大影響,可以通過隨鉆測井與電纜測井響應特征的差異來識別儲層和裂縫。Joshi等[10]、Amar等[11]分析了各向異性條件下隨鉆測井與電纜測井曲線的特征及差異,得出以下結論:①測井響應特征不同計算的儲層參數(shù)有所不同;②隨鉆測井獲取的地層數(shù)據(jù)因其可靠性和質量已被證明是在惡劣的井眼條件和復雜的井眼軌跡中能夠替代其電纜測井數(shù)據(jù),可大幅節(jié)約成本。Liu等[12]、Llorente等[13]、Longo等[14]討論了頁巖膨脹在滲透性地層井壁形成的泥餅堆積和井眼垮塌對隨鉆測井與電纜測井聲波、密度曲線響應特征差異的影響,其中隨鉆測井能夠較好地代替電纜測井,達到更高標準。Pedersen[15]等認為隨鉆測井和電纜測井資料的深度有較大的差異,因此,對測井資料的深度校正是關鍵問題所在。

現(xiàn)有研究成果顯示,隨鉆測井技術已廣泛應用于各大油田,但仍存在以下不足:對于巖性復雜、儲層埋藏深、縱向厚度大、非均質性強的儲層,由于測井系列的變化,導致勘探評價階段建立的基于電纜測井的解釋模型及裂縫段劃分標準在開發(fā)階段不適用;開發(fā)井隨鉆測井與電纜測井響應特征存在差異,測井曲線的校正量不明確;鮮見變質巖區(qū)塊隨鉆測井資料和電纜測井資料對比的研究,而隨著測井技術的發(fā)展,隨鉆測井測量方式、原理和條件變化巨大。

鑒于此,本文根據(jù)渤中凹陷X氣田X1井的測井、生產(chǎn)測試和薄片資料對電纜測井與隨鉆測井曲線進行深入的對比分析,旨在分析隨鉆測井與電纜測井響應特征存在差異的原因及確定校正方法,進而建立基于隨鉆測井的解釋模型,探索識別儲層和裂縫發(fā)育區(qū)的方法。

1 測井儀器對比分析

隨鉆測井與電纜測井在測量方式、測量原理上有較大的差異[16](見表1),電纜測井一般為貼井壁和居中測量,隨鉆測井為側向和成像測量,這導致隨鉆測井與電纜測井響應特征存在較大的差異。其次,裂縫、溶蝕孔洞、井眼條件等因素也會導致隨鉆測井與電纜測井響應存在差異。在測量原理方面,隨鉆側向電阻率成像測井儀將電線纏繞在環(huán)形金屬上形成環(huán)形線圈,而后向線圈中通入交流電,在線圈周圍將產(chǎn)生電場傳入地層,并在接收線圈上產(chǎn)生二次交變感應電動勢,進而計算地層電阻率值;而5700系列陣列側向電阻率測井儀是采用動態(tài)聚焦向地層發(fā)射不同頻率的深、淺電流,通過屏蔽電極將電流聚焦垂直傳入地層,進而測量電阻率值。

在測量條件方面,隨鉆測井是在鉆頭破巖后不久、鉆井液侵入較淺、井眼平滑且還沒有出現(xiàn)明顯垮塌的條件下進行測量;而電纜測井是在鉆井完成后再進行地層信息測量。因此,隨鉆測井監(jiān)測地質信息具有實時性,更能反映原狀地層的電性、物性和孔隙含流體性,但隨鉆測井系列的測速比電纜測井的測速小。

在數(shù)據(jù)傳輸方面,隨鉆測井采用時間驅動采樣,采樣間隔不確定,當?shù)貙涌紫秹毫υ龃髸r,儀器受壓增大,測速減慢,采樣間隔增大[17],受圍巖和井眼的影響較小[18-19]。而電纜測井采用電纜傳輸數(shù)據(jù),測速較快,采樣間隔為0.100 m或0.125 m。因此,隨鉆測井的關鍵技術是信號傳輸,由于測速較慢,更適用于大斜度井或水平井的測量[20-21]。

表1 隨鉆測井與電纜測井儀器對比表

2 曲線對比分析

2.1 自然伽馬曲線對比分析

隨鉆測井與電纜測井的響應機理不同,其響應結果不盡相同。研究區(qū)太古界巖性主要為花崗片麻巖,夾少量侵入巖,自然伽馬曲線直接反映巖性的變化,間接體現(xiàn)儲層的滲透性特征。在非滲透性層段,井徑曲線無擴井現(xiàn)象,鉆時曲線也基本穩(wěn)定,鉆井液密度恒定為1.19 g/cm3,隨鉆測井與電纜測井的自然伽馬值基本重合[見圖1(a)、圖1(b)]。在滲透性層段,區(qū)塊鉆井液為PDF-HSD體系(主要配方為海水,含有大量的鉀離子),隨著鉆井液中鉀離子的侵入,電纜測井自然伽馬值增大;而隨鉆測井受鉆井液侵入的影響較小。因此,隨鉆測井與電纜測井在滲透性層段自然伽馬值有較大的差異[見圖1(c)、圖1(d)],且隨鉆測井自然伽馬值小于電纜測井自然伽馬值。

為進一步確定鉆井液侵入對自然伽馬值的影響程度,以圖1中4個深度段的測井曲線為基礎建立隨鉆測井自然伽馬與電纜測井自然伽馬交會圖(見圖2,其N為樣品數(shù))。如圖2所示,兩者相關性高,斜率都接近于1,但隨鉆測井自然伽馬值明顯低于電纜測井自然伽馬值,在Y軸存在不同的截距,其截距越大,表明鉆井液侵入越嚴重,地層滲透性越好。通過式(1)～式(4)對鉆井液侵入層段進行環(huán)境校正,確定未受鉆井液侵入影響的自然伽馬值,以便對巖性進行識別,清楚地認識地下地質構造及儲層、裂縫發(fā)育段。

GRLWD=0.9983GRWL-6.734

(1)

GRLWD=0.9997GRWL-11.675

(2)

GRLWD=0.9993GRWL-45.624

(3)

GRLWD=0.9947GRWL-53.137

(4)

式中,GRLWD為隨鉆測井自然伽馬值,API;GRWL為電纜測井自然伽馬值,API。

2.2 電阻率曲線對比分析

圖1 隨鉆測井與電纜測井自然伽馬曲線對比圖*非法定計量單位,1 in=2.54 cm,下同

圖2 隨鉆測井與電纜測井自然伽馬交會圖

圖3 隨鉆測井與電纜測井曲線對比圖

對隨鉆測井與電纜測井曲線進行對比。如圖3所示,第4道為隨鉆測井電阻率曲線,第5道為電纜電阻率曲線。就曲線形態(tài)而言,隨鉆測井的電阻率曲線與電纜測井的電阻率曲線趨勢大致相同;隨鉆測井的電阻率曲線明顯較電纜測井的電阻率曲線光滑,故隨鉆測井電阻率的分辨率低于電纜測井電阻率的分辨率;在隨鉆測井電阻率曲線與電纜測井電阻率曲線差異較大的地方,曲線上都出現(xiàn)了“犄角”形邊界效應[22],表明地層的各向異性較強;圖3中第6道為隨鉆測井衰減電阻率曲線(A40H)和相位移電阻率曲線(P16H、P28H、P40H),隨鉆測井相位移電阻率曲線的分辨率P16H>P28H>P40H。進一步對電阻率數(shù)值進行對比表明:滲透層的電纜測井電阻率值明顯低于隨鉆測井電阻率值,鉆井液侵入程度越大,隨鉆測井與電纜測井的電阻率值差值越大,利用這些特點可以判斷地層含油氣飽和度的大小;地層各向異性對隨鉆測井電阻率的影響明顯大于電纜測井電阻率,因此,隨鉆測井與電纜測井電阻率的差異間接反映裂縫的發(fā)育程度。在5 245～5 255 m處,A40H值波動較大,而隨鉆測井與電纜測井的電阻率值較低,結合電成像圖像可知,該段高角度張開縫較為發(fā)育。因此,隨鉆衰減電阻率曲線的衰減幅度可用于識別裂縫發(fā)育段和優(yōu)質儲層。

圖3第7道顯示隨鉆測井密度值明顯低于電纜測井密度值,從數(shù)值上看,在4 560～4 750 m井段,巖性為碎屑巖,兩者密度差值為0.044 g/cm3,4 750～5 500 m井段,巖性為花崗片麻巖,密度差值為0.028 g/cm3;圖3第8道為隨鉆測井與電纜測井的中子孔隙度曲線,兩者形態(tài)基本一致,隨鉆測井中子孔隙度值較電纜測井中子孔隙度值平均高約1.5 p.u.,其主要原因是儀器系統(tǒng)誤差及隨鉆測井儀器刻度使用的放射性源與實際測井采用的放射性源不匹配。

將該井的裂縫按傾角劃分為低角度縫(小于30°)、中角度縫(3°～75°)和高角度縫(大于75°),分析不同裂縫類型的地層,隨鉆測井電阻率和電纜測井電阻率比值的變化規(guī)律見表2,其中RES_BD和RES_BX為隨鉆測井電阻率,MLR1C、MLR2C、MLR3C、MLR4C為電纜測井電阻率。對比分析可以得出以下結論:①裂縫類型由低角度縫變?yōu)楦呓嵌瓤p,隨鉆測井與電纜測井的電阻率比值減小,說明裂縫傾角越大,電阻率測量值越小;②同一裂縫類型,隨鉆測井電阻率與電纜測井電阻率的比值減小,表明電纜測井電阻率受到鉆井液侵入的影響,且MLR1C、MLR2C、MLR3C、MLR4C的橫向探測深度依次增大。

表2 不同裂縫類型隨鉆測井和電纜測井電阻率比值變化規(guī)律

裂縫及其填充情況和凝析氣的充注對電阻率響應特征也有較大影響,因此,對隨鉆測井與電纜測井曲線交會圖(見圖4)進行分析。電阻率曲線與密度曲線交會圖顯示,由于電纜測井電阻率曲線分辨率較大,導致在高電阻率(相對于圍巖)的薄層段電纜測井電阻率值大于隨鉆測井電阻率值;電阻率曲線與自然伽馬曲線交會圖顯示,隨鉆測井自然伽馬值整體大于電纜測井自然伽馬值,裂縫發(fā)育段鉆井液侵入導致電纜測井自然伽馬值增大;通過前面的對比分析發(fā)現(xiàn),由于不同的放射性源導致隨鉆測井中子孔隙度值較電纜測井中子孔隙度值平均高1.5 p.u.,但交會圖顯示,中子孔隙度值較大的部分存在差異,分析認為這是凝析氣的存在導致。因此,隨鉆測井與電纜測井數(shù)據(jù)的差異可用于識別裂縫和凝析氣儲層。

圖4 隨鉆測井與電纜測井曲線交會圖

3 結 論

(1)在PDF-HSD鉆井液體系下,非滲透層段的隨鉆測井自然伽馬值與電纜測井自然伽馬值基本重合;在滲透層段,兩者變化趨勢相同,但存在一定的差異;鉆井液侵入越嚴重,其差值越大。因此,可以用此差異識別滲透層段,并對鉆井液侵入段的電纜測井自然伽馬曲線進行校正。

(2)隨鉆測井電阻率值總是大于電纜測井電阻率值,其中在裂縫發(fā)育段兩者差值更明顯;就曲線變化形態(tài)而言,隨鉆測井電阻率曲線更為光滑,分辨率略小于電纜測井電阻率曲線;隨著裂縫傾角增大,電阻率值減小。

(3)隨鉆測井與電纜測井曲線在裂縫和凝析氣儲層存在明顯差異,據(jù)此可識別裂縫和凝析氣儲層。