劉笑偉

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利用常規(guī)測(cè)井資料識(shí)別致密砂巖氣層

劉笑偉

（西安理工大學(xué)，陜西 西安 710048）

致密砂巖氣層表現(xiàn)出明顯的低孔隙度、特低滲透率及復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)特征，給測(cè)井儲(chǔ)層評(píng)價(jià)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。選定鄂爾多斯盆地某區(qū)的致密砂巖氣層為研究對(duì)象，根據(jù)儲(chǔ)層的“四性”關(guān)系分析，以常規(guī)測(cè)井資料為基礎(chǔ)，輔以自然伽馬能譜測(cè)井資料進(jìn)行研究。首先，利用自然伽馬能譜測(cè)井準(zhǔn)確求取儲(chǔ)層的泥質(zhì)含量；然后，根據(jù)密度測(cè)井計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度，并結(jié)合孔隙度和泥質(zhì)含量預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的滲透率；最后，基于Archie公式，計(jì)算含氣飽和度，建立研究區(qū)氣層識(shí)別圖版，以此為基礎(chǔ)識(shí)別致密砂巖氣層。

致密砂巖氣；常規(guī)測(cè)井；“四性”關(guān)系研究；氣層識(shí)別

最為現(xiàn)今最現(xiàn)實(shí)的非常規(guī)天然氣資源，致密砂巖氣在現(xiàn)今天然氣勘探和開(kāi)發(fā)中具有重要地位?，F(xiàn)今世界各國(guó)對(duì)于致密砂巖氣的標(biāo)準(zhǔn)并不一致，根據(jù)中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，致密砂巖氣定義為覆壓基質(zhì)滲透率小于或等于0.1×103μm2的砂巖氣層[1]。這類儲(chǔ)層一般無(wú)自然產(chǎn)能，亦或自然產(chǎn)能不能滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在勘探與開(kāi)發(fā)的過(guò)程中均需要進(jìn)行壓裂改造[2,3]。因此，如何能夠在壓裂改造之初，提前準(zhǔn)確獲取地層的各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)致密砂巖氣層進(jìn)行有效地判斷和識(shí)別，具有重要意義。

鄂爾多斯盆地地域遼闊，自上而下發(fā)育多套儲(chǔ)集層，俗稱“滿盆氣，半盆油，南油北氣，上油下氣”。正是由于這種特殊的沉積、成巖以及成藏條件，鄂爾多斯盆地發(fā)育大量致密砂巖氣層。同時(shí)，由于鉆井?dāng)?shù)量巨大，每口井就只能保證測(cè)量常規(guī)測(cè)井曲線。在這樣條件下，如何能夠利用常規(guī)測(cè)井曲線對(duì)致密砂巖氣層進(jìn)行有效識(shí)別，顯得非常有意義。因此，本文選取鄂爾多斯盆地某區(qū)的致密砂巖氣層作為研究對(duì)象，利用常規(guī)測(cè)井曲線，對(duì)其測(cè)井評(píng)價(jià)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，以期對(duì)致密砂巖氣的勘探和開(kāi)發(fā)提供一定借鑒。

1 泥質(zhì)含量計(jì)算

通常情況下，研究人員利用自然伽馬相對(duì)值計(jì)算儲(chǔ)層的泥質(zhì)含量。但是，自然伽馬相對(duì)值在求取的過(guò)程中需要提前獲取泥巖的自然伽馬值，由于致密砂巖儲(chǔ)層經(jīng)歷了復(fù)雜測(cè)成巖作用，非均質(zhì)性強(qiáng)，泥巖處的自然伽馬值有時(shí)很難準(zhǔn)確獲取，導(dǎo)致讀取的結(jié)果受到研究人員主觀因素影響大，從而無(wú)法獲取其準(zhǔn)確值，給泥質(zhì)含量的計(jì)算結(jié)果帶來(lái)一定誤差。

然而，自然伽馬能譜測(cè)井資料卻能較好地解決此問(wèn)題。和自然伽馬測(cè)井的原理相同，自然伽馬能譜測(cè)井也是用于測(cè)量地層中的天然放射性，但其不同之處在于后者能夠測(cè)量各種能級(jí)的伽馬射線強(qiáng)度，而前者只能測(cè)量總的放射性。同時(shí)，后者測(cè)量的鉀（K）含量和釷（Th）含量與泥質(zhì)含量的關(guān)系非常好，并且讀取的數(shù)值不再受到人為主觀因素的影響。因此，可以利用K曲線和Th曲線共同計(jì)算地層的泥質(zhì)含量[4]。

2 孔隙度計(jì)算

孔隙度表示的是單位體積地層中的孔隙體積，表示孔隙在巖石中總體積所占據(jù)的比例大小[5]。在常規(guī)九條測(cè)井曲線中，密度、中子和聲波時(shí)差通常用于計(jì)算儲(chǔ)層的孔隙度。但是，針對(duì)致密砂巖氣層，這三條測(cè)井曲線均表現(xiàn)出各自的缺陷。首先，聲波時(shí)差在含氣地層中會(huì)出現(xiàn)“周波跳躍”現(xiàn)象，即首波幅度明顯減小，而無(wú)法被記錄，使得測(cè)量的聲波時(shí)差比實(shí)際值大，如果這種現(xiàn)象持續(xù)出現(xiàn)，就會(huì)形成“周波跳躍”現(xiàn)象。其次，中子孔隙度在含氣地層中，會(huì)出現(xiàn)“挖掘效應(yīng)”，即地層含有天然氣時(shí)，一部分孔隙空間的水被氣代替，天然氣使孔隙度中含氫指數(shù)減小，甚至比水還小，相當(dāng)于挖掘了一定體積的骨架，生成了一個(gè)負(fù)的含氫指數(shù)附加值，就形成“挖掘效應(yīng)”。這兩種情況下，研究人員無(wú)法使用對(duì)應(yīng)的測(cè)井曲線計(jì)算儲(chǔ)層的孔隙度，否則會(huì)造成巨大的誤差。因此，只有密度測(cè)井曲線可以用于孔隙度計(jì)算，即使密度測(cè)井也受到井徑的影響，但可通過(guò)測(cè)井儀器消除。

如圖1所示，該圖為孔隙度POR和密度DEN交會(huì)圖，圖中數(shù)據(jù)來(lái)自于所選研究區(qū)，從圖中可以明顯看出，POR和DEN之間具有明顯的線性相關(guān)性。通過(guò)對(duì)圖中數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，可以得到研究區(qū)的孔隙度計(jì)算模型，如式（1）所示，兩者的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.85。

式中：POR為孔隙度，%；DEN為密度，g/cm3。

3 滲透率預(yù)測(cè)

滲透率是流體流過(guò)地層難易程度的測(cè)量[5]。對(duì)于致密砂巖氣層，其孔隙結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，滲透率特別低，一般覆壓平均基質(zhì)滲透率小于或等于0.1×103μm2。由于巖石是通過(guò)孔隙和毛細(xì)管等相互連通的，常規(guī)的儲(chǔ)層中，孔隙度和滲透率在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系啊存在一種線性的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，一般而言，滲透率較大則對(duì)應(yīng)于孔隙度較大。然而，在致密砂巖氣層中，這種關(guān)系顯得復(fù)雜一些，為了能夠更好地表征儲(chǔ)層的滲透率，本文利用孔隙度和粒度中值建立雙參數(shù)的滲透率模型[6]，同時(shí)，基于前人的研究成果，采用泥質(zhì)含量計(jì)算粒度中值，如式（2）和式（3）所示。將式（2）代入式（3），可以得到式（4）。通過(guò)式（4），實(shí)現(xiàn)利用孔隙度和泥質(zhì)含量預(yù)測(cè)儲(chǔ)層滲透率。

式中：K為滲透率，mD；φ為孔隙度，%；Md是粒度中值，cm；Vsh為泥質(zhì)含量，%；c、d、e、f、g、A、B、C為模型參數(shù)。

如圖2所示，該圖為滲透率PERM、孔隙度POR所組成的三維圖，圖中數(shù)據(jù)來(lái)自于所選研究區(qū)，反映出PERM與POR和Vsh之間存在較好的相關(guān)性?；诙貧w模型，建立研究區(qū)的滲透率預(yù)測(cè)模型，如式（5）所示，其相關(guān)系數(shù)為0.90。

4 致密砂巖氣層識(shí)別

致密砂巖氣層的識(shí)別以Archie公式為基礎(chǔ)[7]，如式（6）所示，該式為Archie公式的一種常用變形式。式中，對(duì)于同一研究區(qū)域的致密砂巖氣層而言，參數(shù)、和地層水電阻率R都是固定值，由于沒(méi)有親油潤(rùn)濕性的影響，飽和度指數(shù)值也是統(tǒng)一值，雖然孔隙結(jié)構(gòu)存在差異，但是，就同一層位而言，膠結(jié)指數(shù)也無(wú)明顯差別，可以認(rèn)定為定值。剩下的參數(shù)中，儲(chǔ)層電阻率R可以從測(cè)井曲線中讀取，孔隙度可以通過(guò)前面的模型計(jì)算，通過(guò)這些參數(shù)，就可以得到含水飽和度S，進(jìn)而確定儲(chǔ)層中的含氣飽和度S。

式中：R為深電阻率，Ω·m；R為地層水電阻率，Ω·m；、為模型參數(shù)；為膠結(jié)指數(shù)；為飽和度指數(shù)；S為含水飽和度，%。

為了更直觀地識(shí)別致密砂巖氣層，繪制含氣飽和度S和孔隙度POR交會(huì)圖（圖3），圖中數(shù)據(jù)來(lái)源于所選研究區(qū)，通過(guò)趨勢(shì)線劃分，建立研究區(qū)氣層識(shí)別圖版，圖版的符合率為89%。根據(jù)建立的識(shí)別圖版，對(duì)研究區(qū)某井段進(jìn)行處理，能夠較好地識(shí)別致密砂巖氣層，如圖4所示。

圖3 流體識(shí)別圖版

圖4 實(shí)例資料處理結(jié)果

5 結(jié)論

本文以鄂爾多斯盆地某區(qū)的致密砂巖氣層為研究對(duì)象，基于儲(chǔ)層的“四性關(guān)系”研究，實(shí)現(xiàn)了利用自然伽馬能譜測(cè)井計(jì)算儲(chǔ)層的泥質(zhì)含量；建立了根據(jù)密度測(cè)井預(yù)測(cè)孔隙度的模型，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.85；同時(shí)，根據(jù)上述參數(shù)，構(gòu)建了研究區(qū)滲透率預(yù)測(cè)的雙參數(shù)預(yù)測(cè)模型，相關(guān)系數(shù)為0.90；最后，根據(jù)Archie公式，建立了研究區(qū)致密砂巖氣層的識(shí)別圖版，圖版的符合率為89%，實(shí)現(xiàn)了利用常規(guī)測(cè)井資料評(píng)價(jià)致密砂巖儲(chǔ)層的目的。常規(guī)測(cè)井的普遍性決定了其在致密砂巖氣層勘探、開(kāi)發(fā)過(guò)程中具有廣泛的應(yīng)用。

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Identification of Tight Sandstone Gas Reservoirs by Using Conventional Well Logging Data

(Xi'an University of Technology, Shaanxi Xi’an 710048, China)

Tight sandstone gas reservoirs always show the properties of low porosity, extra low permeability and complicated pore structure, which bring a great challenge to the reservoir evaluation. In this paper, taking the tight sandstone gas reservoir in a block of Ordos basin as research object, according to the analysis of four-property relationship in the reservoir, based on the conventional logging data and natural gamma ray spectrometry logging data, the shale content in the reservoir was determined by GR logging, and then the porosity was calculated based on density logging, and the permeability of the reservoir was predicted based obtained shale content and porosity. At last, based on Archie formula, the gas saturation was calculated so as to establish the gas identification chart in the study area, and this chart was applied to distinguish the tight sandstone gas reservoir.

tight sandstone gas; conventional log; four-property relationship; gas reservoir identification

TE 122

A

1004-0935（2017）04-0340-03

2017-03-06

劉笑偉（1989-），男，碩士，陜西西安市人，2015年畢業(yè)于西安石油大學(xué)勘察技術(shù)與工程專業(yè)，研究方向：從事地球物理測(cè)井研究工作。