張蕾, 成志剛, 程玉梅, 林偉川, 尤世梅, 任小鋒

(1.中國石油集團測井有限公司, 陜西 西安 710077; 2.中國石油長慶油田分公司勘探部, 陜西 西安 710018)

0 引 言

碳酸鹽巖地層沉積環(huán)境、成巖作用類型復雜,儲集空間類型多樣,晶間孔、晶間溶孔、溶孔、微裂隙并存,孔滲關系、孔喉配置關系復雜,常表現(xiàn)出低孔隙度-高滲透率、高孔隙度-低滲透率等相對特殊的雙向孔滲關系特征,滲透率的準確求取一直是困擾碳酸鹽巖儲層測井評價的一大難題[1]。傳統(tǒng)方法多采用孔隙度-滲透率建模方法進行求取,其巖石物理模型基于基質孔隙類型建立,對于裂縫發(fā)育的碳酸鹽巖儲層雖采用分區(qū)、分層等多種細分手段,仍不能解決滲透率的準確求取問題。

低頻斯通利波(又稱為管波)穿過滲透性地層,孔隙中的流體會導致斯通利波衰減,同時還發(fā)生頻散。這種衰減和頻散與地層的滲透率、基質及天然裂縫有關。因此,可以根據(jù)斯通利波時差進行滲透率估算[2]。利用斯通利波估算地層滲透率的常規(guī)方法是依據(jù)TANG等提出的簡化Biot-Rosenbaum模型,通過波場分離、正演模擬、滲透率反演等步驟實現(xiàn)[2-4],該方法需處理井段內有確定的滲透率參考點,且處理流程較為繁瑣。本文基于測井聲學理論基礎,從油田生產實際需求出發(fā),根據(jù)巖心分析資料建立適用于研究區(qū)的利用流體移動指數(shù)估算碳酸鹽巖儲層滲透率的解釋模型。該建模方法直觀有效,可方便地應用于實際測井資料的處理解釋。

1 斯通利波評價地層滲透性的理論基礎

理論和實踐計算表明[5-7],地層的滲透性與斯通利波的時差、衰減等參數(shù)有密切關系。通過對斯通利波等參數(shù)的提取與處理能夠定量和定性反映地層的滲透性大小,為儲層物性參數(shù)研究提供非常有效的方法。

前人通過對斯通利波與孔隙流體的相互作用進行分解研究斯通利波與滲透性之間的關系,并通過理論推導得到孔隙地層低頻斯通利波的慢度表達式[5-7]

(1)

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式中,S為斯通利波時差,μs/ft*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同;ρf為泥漿密度,g/cm3;Kf為泥漿體積模量,MPa;μ為地層剪切模量,MPa;ω為頻率,Hz;R為井徑,cm;η為流體粘滯度,mPa·s;D為粘滯流體的擴散率,m2/s;K1、K0均為變型的第二類貝塞爾函數(shù);κ0為頻率趨于0時的動態(tài)滲透率,mD*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同;ρ為地層密度,g/cm3;Δts和Δtf分別為地層和泥漿的時差,μs/ft。

可以看出,斯通利波的慢度跟地層的滲透性有著直接的聯(lián)系,同時跟地層的密度、體積模量、剪切模量、流體密度、井徑變化、泥餅和各向異性等也有相應的關系,這些關系共同決定了斯通利波的時差。因此,可以將地層的斯通利波時差看作2部分,一部分是受地層滲透率影響產生的斯通利波時差;另一部分是由于非滲透性參數(shù)影響產生的斯通利波時差,有

(3)

(4)

式中,Se為理論上的斯通利波時差,μs/ft;Sp為滲透性斯通利波時差,μs/ft。

實際測井過程中得到的總斯通利波時差與理論斯通利波時差Se的差值反映了地層是否存在滲透性,這個差值通常稱為流體流動指數(shù)QFM

QFM=S-Se

(5)

流體流動指數(shù)QFM指示了地層的滲流能力和裂縫的連通性,為滲透性和裂縫的評價提供了方便的途徑,是一種半定量的滲透性指示標志,適用于碳酸鹽巖等裂縫性儲層的評價。QFM越大,不一定就有裂縫存在,但是有裂縫存在,QFM一定很大。

2 處理解釋思路流程

利用斯通利波流體移動指數(shù)估算碳酸鹽巖儲層滲透率的流程主要包括時差提取、流體移動指數(shù)計算、滲透率計算3部分。首先利用陣列聲波處理軟件從陣列聲波波形數(shù)據(jù)中提取縱波、橫波和斯通利波時差;其次,結合密度等曲線根據(jù)理論斯通利波時差公式計算出地層不存在滲透性時的斯通利波時差,綜合提取的斯通利波時差通過式(5)計算得到流體移動指數(shù);根據(jù)巖心分析資料、測井資料建立流體移動指數(shù)與地層有效滲透率之間的關系,并利用該關系計算地層滲透率。

3 流體移動指數(shù)評價方法測試及應用

根據(jù)上述理論方法,通過程序編寫實現(xiàn)了流體移動指數(shù)的連續(xù)計算,對現(xiàn)場測井資料進行了處理。處理結果與電成像測井、斯倫貝謝解釋成果的對比驗證了本文方法和處理結果的可靠性。

圖1是S373井馬五5碳酸鹽巖儲層利用斯通利波計算的流體移動指數(shù)解釋成果圖。圖1中4 055～4 059 m、4 062～4 074 m儲層段流體移動指數(shù)呈現(xiàn)數(shù)據(jù)增大的明顯趨勢,說明該深度段儲層具有較好的滲透性。電成像成果圖指示該儲層段孔洞發(fā)育,與解釋成果一致。對4 054～4 058 m、4 062～4 067 m、4 079～4 081 m儲層段進行射孔合試,產氣43 018 m3/d,產水5.4 m3/d。試氣結果與解釋評價結果吻合較好,由此驗證了該方法的有效性。

L17井是斯倫貝謝公司處理解釋的一口井,采用本文自編程序對該井進行了流體移動指數(shù)的重新計算和處理,計算的流體移動指數(shù)與斯倫貝謝提供的流體移動指數(shù)具有一致性的趨勢(見圖2),二者數(shù)值差主要是由于計算過程中參數(shù)的單位不一致造成的,后續(xù)滲透率建模過程中需統(tǒng)一對參數(shù)進行重新計算。

4 滲透率建模

滲透性地層滲透率對斯通利波會產生2個方面的影響,包括能量進一步衰減和傳播速度減慢,測量波列的中心頻率會向低頻移動,傳播時間出現(xiàn)滯后現(xiàn)象[8]。將理論計算的滲透性斯通利波與具有滲透性地層實際測量的斯通利波對比,可得到地層由于受滲透性影響造成的斯通利波差異;利用這些差異進行反演,估算目的層滲透率[9]。

研究以巖心的物性分析數(shù)據(jù)為基礎,利用斯通利波時差計算的流體移動指數(shù)對儲層滲透性的敏感反映,分層位建立流體移動指數(shù)與滲透率的關系模型,為碳酸鹽巖儲層評價提供可靠依據(jù)。表1為滲透率建模所用到的各層位物性資料井數(shù)及樣本點。

圖1 S373井流體移動指數(shù)解釋成果圖

圖2 L17井流體移動指數(shù)評價效果對照

層位井數(shù)樣本點馬五51789馬五6969馬五7229

對研究區(qū)內28口井進行巖心分析數(shù)據(jù)歸位,分層段讀取對應的流體移動指數(shù)值,采用數(shù)學統(tǒng)計方法,建立了馬五5、馬五6、馬五7儲層巖心分析滲透率與流體移動指數(shù)的解釋模型(見圖3、圖4、圖5)。

圖3 馬五5滲透率-流體移動指數(shù)模型

馬五5滲透率—流體移動指數(shù)模型

(6)

馬五6滲透率—流體移動指數(shù)模型

(7)

馬五7滲透率—流體移動指數(shù)模型

(8)

式中,K為巖心分析滲透率,mD。

圖4 馬五6滲透率—流體移動指數(shù)模型

圖5 馬五7滲透率—流體移動指數(shù)模型

利用所建模型對T45井馬五段儲層進行滲透率計算。圖6為T45井利用流體移動指數(shù)進行滲透率定量評價成果圖。圖6中利用流體移動指數(shù)計算的滲透率值與巖心分析值吻合度較高,證實了該模型在碳酸鹽巖儲層評價中存在較高的計算精度和較好的應用效果。

5 應用效果及生產支撐作用

表2 部分井產能指數(shù)與產出情況的對比分析表

圖6 T45井利用流體移動指數(shù)進行滲透率定量評價成果圖

將研究成果應用于實際生產,共處理解釋40口井,其中對下古中組合試氣的井有24口,通過對曲線進行歸一化處理,建立包含流體移動指數(shù)在內的產能指數(shù),對儲層產出情況進行評估。

產能指數(shù)=AC×QFM×Rf

(9)

表2為部分井產能指數(shù)與產出情況的對比分析表。從表2可以看出,隨著產能指數(shù)的增大,采氣強度也呈現(xiàn)增大的趨勢,而產氣量參數(shù)則略有出入。由此可以證明,建立的產能指數(shù)對單位厚度儲層的產氣情況具有一定的指示作用,可對油田生產實際中的產能評估提出建議。

6 結 論

(1) 根據(jù)Biot巖石物理理論模型推導出反映儲層滲流能力和裂縫連通性的敏感參數(shù)——流體移動指數(shù),當儲層滲透性較強或連通裂縫發(fā)育時,流體移動指數(shù)呈現(xiàn)高值,為儲層滲透性及裂縫評價提供了半定量的指示依據(jù)。

(2) 根據(jù)物性分析滲透率資料、流體移動指數(shù),分層系構建巖心分析滲透率與流體移動指數(shù)的解釋模型,形成了基于斯通利波的碳酸鹽巖儲層滲透率定量評價技術,實現(xiàn)了測井解釋精度從半定量到定量的提升。

(3) 對構建的流體移動指數(shù)進行深化應用,代替滲透率在儲層產能評估中的作用,形成基于測井儲層參數(shù)的綜合評估因子,對儲層的產出情況進行綜合判識。

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