魏曉　陳天一　周邵鵬　郝江波

摘 要：隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入，致密砂巖氣等非常規(guī)天然氣逐漸進(jìn)入人們的視野，但目前致密砂巖中的流體識(shí)別技術(shù)還沒有達(dá)到統(tǒng)一，特別是常規(guī)測井中的三孔隙度測井（密度、中子和聲波時(shí)差）資料的處理。該文基于國內(nèi)外測井界運(yùn)用三孔隙度測井資料對致密砂巖氣水識(shí)別進(jìn)行了大量探索和研究，從而總結(jié)致密砂巖儲(chǔ)層在測井上的響應(yīng)特征，以及對常見定性和定量識(shí)別方法進(jìn)行了分析對比，指出各類方法的處理過程及其優(yōu)缺點(diǎn)，并且探討其意義，最后給出利用三孔隙度測井資料時(shí)的合理建議。

關(guān)鍵詞：三孔隙度測井 致密砂巖儲(chǔ)層 測井響應(yīng) 氣水識(shí)別

中圖分類號：P631.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（c）-0080-02

致密砂巖氣層是指儲(chǔ)層孔隙度一般小于10%，含水飽和度大于40%而滲透率小于0.1×10-3μm2能夠產(chǎn)出天然氣的砂巖層[1]。1978年美國國會(huì)天然氣政策法案，最早定義致密砂巖氣藏，規(guī)定致密砂巖儲(chǔ)層為滲透率小于0.1 mD的砂巖儲(chǔ)層[2]。國內(nèi)致密砂巖氣地質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（2011）中將覆壓基質(zhì)滲透率小于或等于0.1 mD砂巖儲(chǔ)層定義為致密砂巖儲(chǔ)層[3]。由油氣資源構(gòu)成三角圖（圖1）可以看出，常規(guī)資源占總資源的20%左右，非常規(guī)資源占80%左右，其中致密儲(chǔ)層中的致密油氣、非常規(guī)天然氣等約占50%左右，而致密砂巖氣在非常規(guī)天然氣中位居第二（天然氣水合物第一），現(xiàn)有技術(shù)上可開采的致密砂巖氣儲(chǔ)量為10.5～24×104億m3，有望成為21世紀(jì)最重要的資源[4-6]。

致密砂巖儲(chǔ)層中流體識(shí)別方法一直是地質(zhì)界和地球物理界的重大難題，含氣致密儲(chǔ)層因其埋藏深度較大，儲(chǔ)層壓實(shí)作用強(qiáng)，孔隙較小，孔吼變窄，流體在孔隙中含量降低，使得對致密氣層的識(shí)別比常規(guī)氣層困難[7-8]。本文通過致密砂巖儲(chǔ)層在測井上的響應(yīng)特征，以及基于三孔隙度測井資料對儲(chǔ)層流體常見的幾種定量、半定量和定性識(shí)別方法的比較，從而分析其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為利用常規(guī)測井資料解決致密砂巖儲(chǔ)層流體識(shí)別這一難題提供有效素材。

1 致密砂巖測井響應(yīng)特征

1.1 致密砂巖儲(chǔ)層響應(yīng)特征

（1）自然伽馬低值且變化平緩；（2）井徑多數(shù)規(guī)則；（3）電阻率低一中值；（4）三孔隙度曲線變化不明顯，呈一條直線接近砂巖骨架值。

1.2 儲(chǔ)層流體響應(yīng)特征

天然氣和油、水相比具有含氫量低、密度低和縱波速度低，對應(yīng)的中子孔隙度小，密度測井值低，聲波側(cè)井值高的特點(diǎn)。通常，氣層的自然電場不活躍，自然電位呈低幅異常，水層一般較大，自然伽馬隨泥質(zhì)的增多而增大。

2 定性識(shí)別方法

定性識(shí)別方法主要是指將兩條或兩條以上的測井曲線重疊起來，是測井專家常用的氣層識(shí)別方法。

2.1 中子-聲波曲線重疊法

中子測井測的是地層的含氫量，當(dāng)致密層含氣時(shí)，由于天然氣含氫量低于水，中子孔隙度就會(huì)降低，而聲波時(shí)差測井測的是聲波在地層中的傳波時(shí)間差，由于聲波在氣層的傳播速度比在水層中低，因此聲波時(shí)差會(huì)增大，甚至?xí)霈F(xiàn)“周波跳躍”，將兩條測井曲線重疊，在含氣層，則會(huì)出現(xiàn)重疊區(qū)域。地層含氣飽和度越大，重疊區(qū)域的面積也會(huì)越大。

2.2 中子-密度曲線重疊法

天然氣的密度遠(yuǎn)小于水，所以當(dāng)?shù)貙涌紫吨写嬖谔烊粴鈺r(shí)，引起視密度孔隙度增大，視補(bǔ)償中子孔隙度減小。因此，當(dāng)把中子測井孔隙度同密度測井重合，在氣層段兩條曲線出現(xiàn)交叉，分開明顯的現(xiàn)象，也稱為“挖掘效應(yīng)”。

3 半定量識(shí)別方法

半定量識(shí)別方法主要以交匯圖的形式，半定量識(shí)別方法方法比較多，本文主要分析以下幾種方法。

3.1 電阻率、聲波時(shí)差氣水指數(shù)法

天然氣為非導(dǎo)體，地層水為導(dǎo)體，氣層電阻率高于水層電阻率，氣層的聲波時(shí)差高于水層，這是該方法的基礎(chǔ)。對純氣層和純水層段的聲波與深感應(yīng)電阻率做交匯圖，分別擬合氣層與水層感應(yīng)電阻率計(jì)算公式。

以各計(jì)算得到的氣、水層電阻率與實(shí)測深感應(yīng)電阻率比值定義氣、水指數(shù)，如下：

氣指數(shù)：

水指數(shù)：

式中：RT為實(shí)測電阻率，RTg、RTw為計(jì)算電阻率。

最后做GM和WM交會(huì)圖，從而得到氣層和水層GM和WM的范圍。

3.2 三孔隙度差值和比值法

該方法主要是基于氣層和水層本身在三孔隙測井值上存在差異性，即在中子與密度和中子與聲波曲線重合時(shí)表現(xiàn)為“挖掘效應(yīng)”和“周波跳躍效”。但在泥質(zhì)砂巖儲(chǔ)層中，由于黏土礦物的存在會(huì)使中子孔隙度增大和密度孔隙度減小，從而是其對氣層響應(yīng)明顯度降低，為此對三孔隙度先做泥質(zhì)矯正。矯正公式如表1。

泥質(zhì)矯正之后，定義三孔隙度差值與比值：

式中：φda密度孔隙度，φsa聲波孔隙度，φna中子孔隙度。

由于φda、φsa、φna都作了巖性和泥質(zhì)校正，因此只反映孔隙流體性質(zhì)，從而用C3、B3做交會(huì)圖加以區(qū)分。

3.3 四孔隙度比值法

在三孔隙度的基礎(chǔ)上，除使用三空隙度以外，又加入了電阻率測井，利用了氣層具有密度、中子低，聲波和電阻率高這一特點(diǎn)，因此重新定義：

令，式中：φD、φS和φN分別為密度、聲波和中子孔隙度，當(dāng)R4>0時(shí)，指示為氣層，否則為非氣層[9-10]。

4 定量識(shí)別方法

4.1 縱波時(shí)差差比法[11]

該方法主要是利用了中子與聲波時(shí)差在氣層段的“挖掘效應(yīng)”，將其定量化為參數(shù)（DT），利用DT來判別氣水層。先利用中子測井合成聲波時(shí)差，計(jì)算聲波時(shí)差Δt與合成聲波時(shí)差之差，再定義參數(shù)DT。

當(dāng)DT>0時(shí)，為氣層且地層含氣飽和度越高，DT越大；當(dāng)DT≤0時(shí)，為非氣層。

4.2 縱波時(shí)差差值法

當(dāng)儲(chǔ)層含天然氣時(shí)，縱波速度降低，但對橫波速度影響比較小。Castagna等在1985年建立了飽和水砂巖的縱橫波速度計(jì)算公式：

式中：VP縱波速度，km/s；VS橫波速度，km/s。

由上式可以得到飽和水砂巖的縱波時(shí)差，實(shí)測縱波時(shí)差與計(jì)算聲波時(shí)差之差PS，當(dāng)PS越大則說明儲(chǔ)層含有天然氣的可能性越高。

4.3 地層含氣指標(biāo)法

該方法也是利用聲波、中子和密度測井進(jìn)行氣層識(shí)別[11]。其計(jì)算公式如下：

式中：FG為地層含氣指標(biāo)；ρma，ρf，ρb分別為地層骨架、流體密度及地層密度測井值，（g/cm3）；△tma，△tf，△tf分別為地層骨架、流體時(shí)差及地層聲波時(shí)差測值，（μs/m）；分別為地層骨架、流體含氫指數(shù)及地層中子測井值，（%）。

當(dāng)儲(chǔ)層孔隙中含有天然氣時(shí)，ρb降低， 降低，而△t升高，從而Fg>0。

5 結(jié)論

（1）三孔隙測井資料的處理主要是基于氣層中子低，密度低、聲波時(shí)差高的特點(diǎn)。四孔隙比值法同時(shí)結(jié)合氣層電阻率高的特點(diǎn)，效果較好。

（2）半定量及定量識(shí)別方法是基于氣層的“周波跳躍”和“挖掘效應(yīng)”，但出現(xiàn)該現(xiàn)象的情況較多，也可能為裂縫地層、井孔擴(kuò)大、泥漿中含氣和破碎帶等，從而造成誤判和漏判氣層，因此使用三孔隙測井資料判別儲(chǔ)層氣水層時(shí)應(yīng)選用多種方法綜合使用。

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