許賽男 徐錦繡 別旭偉

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院; 2.中海石油(中國)有限公司天津分公司開發(fā)部)

利用斯通利波流體移動(dòng)指數(shù)估算變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層滲透率的新方法

許賽男1徐錦繡2別旭偉1

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院; 2.中海石油(中國)有限公司天津分公司開發(fā)部)

利用從陣列聲波資料中提取的縱波、橫波和斯通利波時(shí)差,結(jié)合井徑、密度和孔隙度等資料計(jì)算出反映地層總滲透性的流體移動(dòng)指數(shù)(即實(shí)測斯通利波時(shí)差與理論斯通利波時(shí)差的差值),然后建立流體移動(dòng)指數(shù)與通過試井分析、生產(chǎn)測井分析、全直徑巖心分析等獲得的地層總的有效滲透率的關(guān)系,進(jìn)而利用這一關(guān)系估算地層滲透率。本文提出的這種利用斯通利波流體移動(dòng)指數(shù)估算潛山儲(chǔ)層滲透率的新方法在渤海JZS油氣田太古界變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中取得了很好的應(yīng)用效果,證實(shí)了本文方法的有效性,從而為該油氣田開發(fā)方案的合理編制提供了可靠的基礎(chǔ)資料。

儲(chǔ)層滲透率 變質(zhì)巖潛山 斯通利波 流體移動(dòng)指數(shù) 估算方法

近幾十年來,變質(zhì)巖潛山油氣藏在國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)多例,其中不乏高產(chǎn)油氣田。研究者通過不斷的探索,在變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法方面取得了一定成果。然而,由于變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層巖性復(fù)雜,孔、洞、縫發(fā)育,非均質(zhì)性強(qiáng),小柱樣巖心常規(guī)物性分析滲透率值低(僅代表基質(zhì)部分的滲透率),常規(guī)測井處理方法難以準(zhǔn)確計(jì)算潛山儲(chǔ)層滲透率;另外,由核磁共振資料估算地層滲透率的方法并不遵循達(dá)西定律,而且核磁共振測井儀探測深度較淺,對(duì)于變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層中比較大的裂縫及孔、洞的連通性反映也不靈敏。因此,變質(zhì)巖潛山油氣藏的勘探開發(fā)仍然面臨著新的難題和挑戰(zhàn),其中變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層滲透率的計(jì)算是測井評(píng)價(jià)的難點(diǎn)。

斯通利波是在井內(nèi)流體與井壁地層之間傳播的一種流體導(dǎo)波,在聲波全波列中具有頻率低、幅度大等特點(diǎn)。斯通利波在低頻時(shí)變成管波模式,在井眼中傳播時(shí)遇有效的孔、洞、縫時(shí)會(huì)發(fā)生能量衰減和時(shí)差延遲[1-2],因此地層滲透率的估算可以通過斯通利波時(shí)差來完成。目前利用斯通利波估算地層滲透率的常規(guī)方法,首先是應(yīng)用陣列聲波測井資料經(jīng)波場分離、合成斯通利波波形,然后對(duì)合成和測量的斯通利波波形進(jìn)行對(duì)比來估算地層滲透率。該方法需要在處理井段內(nèi)選取至少一個(gè)已知滲透率的參考深度點(diǎn)以確定孔隙流體參數(shù),進(jìn)而用于連續(xù)計(jì)算出整個(gè)井段的滲透率,因此在不知道參考滲透率的情況下應(yīng)用斯通利波所計(jì)算的滲透率值誤差較大,而且該方法的處理流程較為繁瑣。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上提出了另一種利用斯通利波流體移動(dòng)指數(shù)估算變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層滲透率的新方法,即建立流體移動(dòng)指數(shù)(指斯通利波在井眼中傳播遇到滲透性地層時(shí),使其傳播時(shí)間延遲而增加的那部分時(shí)差)與測試、生產(chǎn)測井等滲透率之間的關(guān)系,再應(yīng)用該關(guān)系計(jì)算地層滲透率。應(yīng)用結(jié)果表明,本文提出的方法中有關(guān)流體移動(dòng)指數(shù)與滲透率的關(guān)系一旦建立,則在油田其他井中應(yīng)用時(shí)較為便利,且無需知道參考滲透率。

1 方法原理

相對(duì)于致密層彈性介質(zhì)來說,地層滲透性的存在會(huì)導(dǎo)致斯通利波走時(shí)滯后和中心頻率向低頻方向偏移[1-2],因此可以根據(jù)走時(shí)滯后程度和頻移幅度判別滲透性地層(包括孔隙地層和裂縫地層),進(jìn)而定量評(píng)價(jià)其滲透率。

實(shí)測斯通利波(由陣列聲波測井儀測得)的直達(dá)波除受地層滲透性影響外,還受地層彈性、井徑變化、泥餅和各向異性等與滲透率無關(guān)的因素的影響,因此可以將斯通利波時(shí)差分為兩部分[2-3],即理論斯通利波時(shí)差Se與因地層滲透率存在而對(duì)應(yīng)的那部分時(shí)差Sp。為了消除與滲透率無關(guān)的因素的影響,通過輸入地層縱波和橫波速度、地層密度及井徑等曲線,計(jì)算出理論(假設(shè)地層沒有滲透性)斯通利波時(shí)差,然后將實(shí)測斯通利波時(shí)差S與理論斯通利波時(shí)差Se進(jìn)行比較,其差值(稱為流體移動(dòng)指數(shù)QFM[4])能夠指示地層的滲流能力和裂縫的連通性。利用斯通利波流體移動(dòng)指數(shù)估算變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層滲透率的方法原理可概括為如下公式:

當(dāng)斯通利波的頻率處于低頻時(shí),Se?Sp,這時(shí)可得

系數(shù)A是一個(gè)與參數(shù)ω、ρf、κ/η、φ、G、Kma、Kb、S和Kf有關(guān)的復(fù)雜函數(shù),不過由于其變化較小,所以可將其近似看作常數(shù)。在這種情況下,由式(8)可知,QFM與流體流度κ/η具有較好的正相關(guān)關(guān)系。

在上述公式中,G為地層剪切模量;R為井徑, m;φ為地層孔隙度;Kb為固體顆粒模量;Kma為骨架體積模量;Kf為泥漿體積模量;κ為地層滲透率, mD;η為地層孔隙流體粘度,m Pa·s;κ/η為流體流度,mD/(m Pa·s);ρf為泥漿密度,g/cm3;ρ為地層密度,g/cm3;Δts和Δtf分別為地層和泥漿的時(shí)差, μs/ft;S為實(shí)測的斯通利波時(shí)差,μs/ft;Se為理論上的斯通利波時(shí)差,μs/ft;K1、K0均為變型的第二類貝塞爾函數(shù)。

利用斯通利波流體移動(dòng)指數(shù)估算變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層滲透率的流程如圖1所示。首先利用阿特拉斯公司eXp ress軟件從陣列聲波波形數(shù)據(jù)中提取縱波、橫波和斯通利波時(shí)差,再根據(jù)縱波、橫波時(shí)差并結(jié)合密度及井徑曲線計(jì)算理論斯通利波時(shí)差,從而得到流體移動(dòng)指數(shù);然后根據(jù)實(shí)際井資料建立流體移動(dòng)指數(shù)與地層總的有效滲透率(測試滲透率、生產(chǎn)測井滲透率等)之間的關(guān)系,并利用該關(guān)系估算地層滲透率。

圖1 利用斯通利波流體移動(dòng)指數(shù)估算變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層滲透率的流程

2 應(yīng)用效果

渤海JZS油氣田位于遼東灣海域遼西低凸起中段,其主力產(chǎn)層為古近系沙二段砂巖和太古界變質(zhì)巖潛山基巖,其中太古界變質(zhì)巖儲(chǔ)層巖性與孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜(孔、洞、縫并存),非均質(zhì)性強(qiáng)。JZS潛山儲(chǔ)層主要由巖塊系統(tǒng)和裂縫系統(tǒng)組成,其中裂縫系統(tǒng)主要由宏觀裂縫及與其相連的孔、洞組成,巖塊系統(tǒng)主要由粒間溶孔、晶間、晶內(nèi)溶孔、微裂縫組成。

對(duì)于潛山儲(chǔ)層而言,常規(guī)巖心分析的滲透率僅代表基質(zhì)部分的滲流能力,而不包括裂縫系統(tǒng)的滲流能力。圖2為JZS 2井小柱樣巖心分析孔滲關(guān)系圖,可以看出巖心分析滲透率值很低(一般小于1 mD),它只代表基質(zhì)部分的滲流能力。而該井試井分析滲透率一般高達(dá)幾百mD,它代表了地層總滲透率?？梢?常規(guī)巖心分析難以準(zhǔn)確得到潛山儲(chǔ)層滲透率。

圖2 JZS2井小柱樣巖心分析孔滲關(guān)系

分析表明,流體移動(dòng)指數(shù)表征了地層總的滲流能力。圖3是JZS油氣田斯通利波流體移動(dòng)指數(shù)與生產(chǎn)測井分析、全直徑巖心分析、試井分析及裂縫不發(fā)育井段常規(guī)巖心分析的滲透率的關(guān)系圖。由于JZS5井取心收獲率達(dá)100%,表明該井儲(chǔ)層裂縫不發(fā)育,其常規(guī)巖心分析滲透率也代表地層總滲透率。從圖3可以看出,斯通利波流體移動(dòng)指數(shù)與地層總的有效滲透率呈良好的正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)達(dá)0.85以上。這說明,本文提出的利用斯通利波流體移動(dòng)指數(shù)估算變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層滲透率的方法應(yīng)用于該油氣田是可行的。

圖3 JZS太古界變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層斯通利波流體移動(dòng)指數(shù)與滲透率的關(guān)系

圖4、5分別為JZS7井和JZS4D井滲透率處理成果,其中KQFM為由本文方法估算的滲透率, PERM EAB為目前常用斯通利波評(píng)價(jià)方法計(jì)算的滲透率,CPERM為巖心分析滲透率。可以看出,圖4中流體移動(dòng)指數(shù)估算滲透率與巖心分析滲透率吻合較好,而圖4和圖5中流體移動(dòng)指數(shù)估算滲透率與生產(chǎn)測井井下分層產(chǎn)量(QZI)的對(duì)應(yīng)關(guān)系也優(yōu)于目前常用斯通利波評(píng)價(jià)方法計(jì)算的滲透率。這說明,本文提出的利用斯通利波流體移動(dòng)指數(shù)估算變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層滲透率的方法應(yīng)用于該油氣田是有效的。

3 結(jié)束語

潛山儲(chǔ)層巖性與孔隙空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜,非均質(zhì)性強(qiáng),常規(guī)測井處理方法和目前常用斯通利波評(píng)價(jià)方法均難以準(zhǔn)確計(jì)算潛山儲(chǔ)層滲透率。本文提出利用斯通利波流體移動(dòng)指數(shù)估算變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層滲透率的新方法,并在JZS油氣田太古界變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中取得了很好的應(yīng)用效果,證實(shí)了本文提出方法的有效性,從而為該油氣田變質(zhì)巖潛山油氣藏的開發(fā)生產(chǎn)提供了科學(xué)的指導(dǎo)依據(jù)。

[1] BR IEA,ENDO T,et al.Quantitative formation permeability evalu-ation from Stoneley waves[C].SPE Reservoir Eval.&Eng.2000.

[2] ENDO T,BR IEA,et al.Fracture and permeability evaluation in a fault zone from sonic waveform data[C].SPWLA 38 th Annual Logging Symposium,1997.

[3] 唐曉明,鄭傳漢.定量測井聲學(xué)[M].趙曉敏,譯.北京:石油工業(yè)出版社,2004.

[4] 申輝林,高松洋.交叉偶極聲波資料在裂縫評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].國外測井技術(shù),2006,21(5):11-13.

(編輯:周雯雯)

A new method to estimate permeability of metamorphic buried-hill reservoir by fluid mobility index of Stoneley wave

Xu Sainan1Xu Jinxiu2Bie Xuwei1
(1.Bohai Oilfield E.&P.Research Institute,Tianjin B ranch of CNOOC Ltd.,Tianjin,300452; 2.Development Department,Tianjin B ranch of CNOOC Ltd.,Tianjin,300452)

In combination with data such as caliper, formation density and porosity,move outs of compression,shear and Stoneley waves are used to calculate the fluid mobility index rep resenting the total permeability of formation(i.e.the difference between measured Stoneley move out and theoretical Stoneley move out),and a relationship between the fluid mobility index and the total effective permeability of formation obtained from analyses of well testing,production logging and whole core is then developed.Finally,this relationship can be used to estimate permeability for other buried-hill formations.This new method has resulted in quite good efficiency in reservoir evaluation of Archaean metamorphic buried hill,JZS oilfield,Bohai sea, validating its effect and providing reliable basic data for a reasonable design of development plan in the oilfield.

reservoir permeability;metamorphic buried hill;Stoneley wave;fluid mobility index;estimation method

許賽男,女,2008年畢業(yè)于長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院,獲碩士學(xué)位,現(xiàn)主要從事測井資料解釋工作。地址:天津市塘沽區(qū)閘北路3號(hào)609信箱巖石物理室(郵編:300452)。E-mail:xusn@cnooc.com.cn。

2009-06-01 改回日期:2010-02-24