葛祥, 周賢杰, 張世懋

(1.中石化西南石油工程有限公司測井分公司, 四川 成都 610100;2.中石化國際石油勘探開發(fā)有限公司, 北京 100083)

0 引 言

國內(nèi)外油藏瀝青層分布廣泛,碎屑巖、碳酸鹽巖油氣藏中均有瀝青層或儲(chǔ)層瀝青質(zhì)發(fā)育的報(bào)道[1-6],中國塔里木、準(zhǔn)噶爾、四川、松遼、渤海灣等盆地的油氣藏勘探開發(fā)中均見有瀝青層[7-9]。20世紀(jì)末期,瀝青層的發(fā)育常作為盆地具有油氣勘探潛力的重要指示,因此,開展了大量關(guān)于瀝青層地化特征、地質(zhì)成因分析、瀝青層與油氣分布關(guān)系等內(nèi)容的研究[8-13];隨著勘探開發(fā)的深入,瀝青層對(duì)儲(chǔ)層的破壞作用、對(duì)工程安全的影響逐漸受到重視[14-18]。瀝青層的測井識(shí)別是原位、連續(xù)評(píng)價(jià)瀝青層的有效手段,也是研究其分布規(guī)律的方法基礎(chǔ)。在碳酸鹽巖油藏中,由于瀝青層與油層的物理化學(xué)特征極為相似,影響了瀝青層測井識(shí)別效果,限制了測井資料在油藏瀝青層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。本文研究有效解決了瀝青層及其不同賦存狀態(tài)的識(shí)別難題,結(jié)合瀝青分布預(yù)測,為Y油田碳酸鹽巖油藏的安全高效開發(fā)提供了技術(shù)保障。

1 瀝青層測井地質(zhì)特征

1.1 地質(zhì)特征

中東Y油田碳酸鹽巖油藏發(fā)育S、K、G、F共4套油層(見圖1),其中S、F地層為現(xiàn)階段的主力開發(fā)層位,油氣產(chǎn)量可觀,分別采用不同的開發(fā)井網(wǎng)和井身結(jié)構(gòu)。其中有多口井鉆至S、K地層時(shí),發(fā)現(xiàn)存在瀝青層。以鉆井、錄井顯示為基礎(chǔ),根據(jù)瀝青賦存狀態(tài)可以將其分為固態(tài)、半固態(tài)與液態(tài)稠油瀝青3種。固態(tài)、半固態(tài)瀝青因其不流動(dòng)或流動(dòng)性差,對(duì)鉆井影響較小,而液態(tài)稠油瀝青發(fā)育段,常導(dǎo)致井下復(fù)雜情況頻繁發(fā)生、鉆井效率低下等問題,嚴(yán)重制約了油田勘探與開發(fā)效率[16-18]。

鉆井與錄井資料顯示,瀝青層常見于S地層底部與K地層的上部,其井深多分布在3 350～3 860 m段,平均厚度85.2 m。S地層巖性為白堊質(zhì)灰?guī)r,油層孔隙度為6%～19.1%,平均滲透率為0.1～16.2 mD*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,瀝青層多為固態(tài)瀝青,平均孔隙度為8.5%,平均滲透率為0.08 mD;K地層上部巖性以含泥質(zhì)白堊質(zhì)灰?guī)r為主,瀝青層發(fā)育固態(tài)、半固態(tài)、液態(tài)稠油3種瀝青,平均孔隙度7.6%,平均滲透率0.12 mD。瀝青層儲(chǔ)集空間為灰?guī)r溶蝕孔洞,裂縫不發(fā)育。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室分析,地層中發(fā)育的瀝青層以瀝青質(zhì)為主,具有高密度、高黏度、高膠質(zhì)與高瀝青質(zhì)含量等特點(diǎn)。瀝青層地層溫度115 ℃,隨著溫度降低,壓力增大,瀝青的黏度增大[16]。

圖1 中東Y油田主力油藏與瀝青層發(fā)育位置示意圖

1.2 測井響應(yīng)特征

觀察A3井S地層底部的常規(guī)測井響應(yīng)特征[見圖2(a)],瀝青層上部S7.1水層具有低總自然伽馬(<20 API)、低無鈾自然伽馬(<10 API),較高聲波時(shí)差、中子值,較低密度值的特點(diǎn),由于儲(chǔ)層含水,其高分辨率陣列感應(yīng)電阻率較低(<3 Ω·m),且呈負(fù)差異,反映該儲(chǔ)層泥質(zhì)含量極低,溶蝕孔較發(fā)育,物性較好。S7.2層較上部地層測井響應(yīng)有顯著變化,中部瀝青層段總自然伽馬較高,無鈾自然伽馬略高,但兩者間有較大差異,即具有高鈾特征,聲波時(shí)差、中子值減小,電阻率值明顯增加(深電阻率>30 Ω·m)且感應(yīng)電阻率呈顯著正差異,反映地層孔隙度、滲透率明顯降低,不含水。

圖2 S地層瀝青層與油層常規(guī)測井響應(yīng)特征*非法定計(jì)量單位,1 bbl=0.14 t;1 ft=0.304 8 m,下同

對(duì)比A3井瀝青層與A1井S2、S3層高黏度油層的測井響應(yīng)特征[見圖2(b)],油層具有無鈾自然伽馬低值和總自然伽馬值略高的特征(<40 API),聲波時(shí)差、中子略高,密度略低,電阻率值中等(深電阻率>10 Ω·m),深淺探測電阻率差異略小,反映油層泥質(zhì)含量較低,孔隙度、滲透率較瀝青層更高,鈾異常較瀝青層低。通過對(duì)比瀝青層與油層、水層的常規(guī)測井響應(yīng)特征可以發(fā)現(xiàn),瀝青層與水層存在明顯差異,與高黏度油層較為相似,但仍可發(fā)現(xiàn)瀝青層具有鈾含量更高,孔隙度、滲透率較低的特征,而物性變差是由于泥質(zhì)含量增加主導(dǎo)還是固態(tài)瀝青堵塞孔隙主導(dǎo)仍需進(jìn)一步研究確定。

2 瀝青層的測井識(shí)別

2.1 瀝青層的測井判識(shí)

圖3 瀝青層與油層、相鄰地層的自然伽馬放射性特征對(duì)比

通過對(duì)比瀝青層與油層、瀝青層與相鄰的不含瀝青地層的無鈾自然伽馬(GRKTh)與總自然伽馬交會(huì)情況(見圖3),可見瀝青層總自然伽馬值較油層、鄰層具有高值特征(GR>40 API),油層的GR主要分布在20～40 API之間,鄰層的GR主要分布在30～40 API之間,三者的GRKTh無明顯區(qū)別。油層的GR與GRKTh發(fā)育4種線性關(guān)系,鄰層發(fā)育3種線性關(guān)系,而瀝青層的數(shù)據(jù)點(diǎn)雜亂分布,鑒于GRKTh可間接反映地層黏土礦物的含量、GR則直接反映地層中放射性物質(zhì)的含量,說明不含瀝青的地層自然放射性主要受黏土礦物含量的控制,而瀝青層的放射性元素的多少與黏土礦物含量的相關(guān)性不大,說明地層中的鈾可能主要被瀝青吸附?；诖?可以利用總自然伽馬的增大(>40 API)與GRKTh交會(huì)的雜亂特征初步判識(shí)瀝青層的存在。

2.2 常規(guī)測井識(shí)別液態(tài)稠油瀝青

依據(jù)研究區(qū)瀝青層的流動(dòng)狀態(tài),可將其分為固態(tài)、半固態(tài)不流動(dòng)、液態(tài)稠油3類,其中固態(tài)與半固態(tài)因其流動(dòng)性差,侵入井筒的量較少,對(duì)鉆井的危害小;液態(tài)稠油則流動(dòng)性較強(qiáng),大量侵入井筒后頻繁造成鉆井復(fù)雜情況,增加施工難度,因此識(shí)別出液態(tài)稠油類瀝青是研究的主要目的。

通過對(duì)比,常規(guī)測井曲線中的中子(CNL)、聲波時(shí)差(Δt)對(duì)稠油層較為敏感,觀察3種類型瀝青的聲波時(shí)差—中子交會(huì)圖可見(見圖4),固態(tài)瀝青中子、聲波時(shí)差均較低,與另外2種瀝青差異明顯;相同聲波時(shí)差背景下,半固態(tài)瀝青的中子值較大,液態(tài)稠油瀝青中子則較小;半固態(tài)瀝青與液態(tài)稠油樣本點(diǎn)分布存在重疊,重疊區(qū)可能代表了固態(tài)、液態(tài)的過渡,液態(tài)瀝青占比越多,中子值越小,聲波時(shí)差越大。為利用測井資料更準(zhǔn)確地識(shí)別液態(tài)稠油瀝青,計(jì)算了聲波孔隙度與中子孔隙度之差Δφ,并與聲波時(shí)差交會(huì),觀察交會(huì)圖可見(見圖4),液態(tài)稠油瀝青層Δt>64 μs/ft,Δφ>4%,邊界值的選取采用重疊區(qū)數(shù)據(jù)點(diǎn)均分的原則。

2.3 巖石力學(xué)參數(shù)識(shí)別液態(tài)稠油瀝青

研究區(qū)鉆遇瀝青層的部分井中采集了偶極聲波測井資料,鑒于3種瀝青巖石力學(xué)機(jī)制可能存在差異,嘗試?yán)没谂紭O聲波測井計(jì)算的巖石力學(xué)參數(shù)(已用巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果刻度)識(shí)別液態(tài)稠油瀝青。在排除泥質(zhì)含量較重層段的基礎(chǔ)上對(duì)比不同巖石力學(xué)參數(shù)對(duì)液態(tài)稠油瀝青層的敏感性發(fā)現(xiàn),液態(tài)稠油瀝青層的泊松比(μ)、波阻抗(βυ)、縱橫波速度比(vp/vs)均小于其他2類瀝青層(見圖5),按照重疊區(qū)數(shù)據(jù)點(diǎn)均分的原則可以確定出液態(tài)稠油瀝青層的巖石力學(xué)參數(shù)范圍μ<0.255,βυ<11.6×103m·g/(s·m3),vp/vs<1.75。

圖5 3類瀝青層的測井巖石力學(xué)參數(shù)特征對(duì)比

上述3項(xiàng)巖石力學(xué)參數(shù)通常反映地層的塑形強(qiáng)弱,可能由于液態(tài)稠油瀝青的可流動(dòng)性強(qiáng),導(dǎo)致3項(xiàng)參數(shù)表現(xiàn)出較小值。液態(tài)稠油瀝青層巖石力學(xué)參數(shù)值域的確定,不僅可以在采集了偶極數(shù)據(jù)井中指導(dǎo)液態(tài)稠油瀝青識(shí)別,還可以作為利用地震資料識(shí)別液態(tài)稠油瀝青展布的研究基礎(chǔ)。

3 瀝青層測井評(píng)價(jià)

根據(jù)以上針對(duì)中東Y油田碳酸鹽巖油藏瀝青層的測井響應(yīng)分析與識(shí)別方法研究,可以確定研究區(qū)瀝青層測井評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(見表1),根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳酸鹽巖油藏瀝青層類型、發(fā)育井段、厚度展布分析,可提高瀝青層的解釋精度,為瀝青層成因與展布規(guī)律預(yù)測提供依據(jù)。

圖6為研究區(qū)A15井S地層底部、K地層上部發(fā)育瀝青層的測井評(píng)價(jià)情況。圖6中第1道為地層分層結(jié)果;第2道為無鈾自然伽馬、總自然伽馬、總自然伽馬與無鈾自然伽馬的比值,主要反映地層的自然放射性;第3道包含中子、聲波、聲波中子孔隙度之差,主要反映地層的物性條件;第4道包含不同探測深度的高分辨率陣列感應(yīng)電阻率曲線;第5道為深度道;第6、第7道為基于偶極聲波測井計(jì)算的巖石力學(xué)參數(shù);第8道為常規(guī)測井計(jì)算孔隙度、滲透率;第9、第10道分別為鉆井與測井瀝青層評(píng)價(jià)結(jié)論。

表1 中東Y油田碳酸鹽巖油藏瀝青層測井評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖6 中東Y油田A15井瀝青層測井評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)鉆、錄井瀝青顯示結(jié)果,可見A15井共鉆遇2套瀝青層,上部Ⅰ號(hào)瀝青層為固態(tài)、半固態(tài)瀝青層、下部Ⅱ號(hào)瀝青層為液態(tài)稠油瀝青層;根據(jù)第2道GR的響應(yīng)、GR/GRKTh變化幅度可以得出與鉆、錄井顯示相同的結(jié)論即發(fā)育上下2套瀝青層。觀察第3、第6、第7道的測井響應(yīng)特征,結(jié)合瀝青層測井評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),可以得出更多的認(rèn)識(shí):①鉆井顯示Ⅰ、Ⅱ號(hào)層均不是瀝青層連續(xù)發(fā)育,而是發(fā)育不同性質(zhì)的瀝青或?yàn)r青不發(fā)育,測井解釋結(jié)果分辨率更高;②Ⅰ號(hào)層測井解釋結(jié)論也是以固態(tài)、半固態(tài)瀝青為主,但多條測井曲線指示I號(hào)層底部5號(hào)瀝青小層為厚約1 m的液態(tài)稠油瀝青層;③Ⅱ號(hào)層測井解釋結(jié)論也是以液態(tài)稠油瀝青為主,但8、9號(hào)小層,13、14號(hào)小層間發(fā)育非瀝青層,II號(hào)層頂、底均以液態(tài)稠油瀝青為主,而中部則可能發(fā)育了多種類型的瀝青。液態(tài)稠油瀝青層主要分布在孔隙度、滲透性較大,物性較好的層段,而物性較差的瀝青層多為固態(tài)、半固態(tài)瀝青。

4 瀝青層的分布規(guī)律探討

Y油田總體為一套南北向展布的背斜構(gòu)造,西翼構(gòu)造較緩,東翼較陡。根據(jù)研究建立的瀝青層測井評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)研究區(qū)鉆遇瀝青層的井進(jìn)行了測井解釋評(píng)價(jià)。根據(jù)測井評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)了瀝青層的厚度與類型,分析瀝青層與液態(tài)稠油瀝青層的連井分布(見圖7)、平面展布情況(見圖8)。

圖7 瀝青與液態(tài)稠油瀝青層過研究區(qū)連井分布

(1) 研究區(qū)瀝青層發(fā)育穩(wěn)定、可對(duì)比性強(qiáng),由北向南瀝青層隨構(gòu)造抬升而抬升并向南逐漸減薄,整體上油田北部的液態(tài)稠油瀝青更為發(fā)育。

圖8 瀝青層與液態(tài)稠油瀝青平面展布預(yù)測

(2) 緊靠構(gòu)造高點(diǎn)兩翼的瀝青層厚度相對(duì)更大,H2井區(qū)瀝青層厚度超過200 m,是研究區(qū)內(nèi)瀝青層厚度最大的區(qū)域。

(3) 瀝青層厚度由隆起向凹陷方向逐漸減薄,東部斜坡瀝青層減薄幅度更小,分布范圍更廣。

(4) 液態(tài)稠油瀝青層主要發(fā)育在2個(gè)區(qū)域,一是緊靠構(gòu)造高點(diǎn)的西翼A19井區(qū),面積較小;另一個(gè)位于構(gòu)造的東斜坡,分布范圍很廣。

分析瀝青層的分布狀況,結(jié)合研究區(qū)高部位油層厚度大,儲(chǔ)層物性更好,S油藏中以重質(zhì)油為主,瀝青層發(fā)育在S油藏氣水界面之下等特點(diǎn),認(rèn)為該區(qū)瀝青層的成因可能為油氣在由東北凹陷向西南背斜高部位運(yùn)移的過程中發(fā)生裂解,在重力分異作用下貯存在水層的下部,而東斜坡作為油氣的主要輸導(dǎo)路線發(fā)育了分布廣泛的瀝青層與液態(tài)稠油瀝青,液態(tài)稠油瀝青的分布受油氣運(yùn)移路線、分布規(guī)律,儲(chǔ)層物性,構(gòu)造位置,油藏地球化學(xué)特性等多因素的控制。

根據(jù)液態(tài)稠油瀝青層的分布規(guī)律,在A7井以北的東部斜坡及緊靠構(gòu)造高點(diǎn)的東西兩翼鉆井時(shí),在鉆開S、K地層前,應(yīng)做好相應(yīng)準(zhǔn)備,防范液態(tài)稠油瀝青發(fā)育對(duì)工程施工的不利影響;在A7井以南、西斜坡區(qū)域鉆遇液態(tài)稠油瀝青層的可能性較小。

5 結(jié) 論

(1) 瀝青層具有高自然伽馬、低無鈾自然伽馬、GR與GRKTh相關(guān)性差的測井響應(yīng)特征,基于此特征可利用測井資料對(duì)瀝青層進(jìn)行初步判識(shí)。

(2) 瀝青層按其流動(dòng)狀態(tài)可以分為固態(tài)、半固態(tài)、液態(tài)稠油瀝青3種,利用液態(tài)稠油瀝青高聲波時(shí)差與聲波—中子孔隙度差,低泊松比、波阻抗、縱橫波速度比的特點(diǎn),可對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分。

(3) 基于常規(guī)測井與偶極聲波測井資料可建立瀝青層與液態(tài)稠油瀝青層測井評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),評(píng)價(jià)結(jié)果與鉆、錄井顯示一致,還可利用測井資料精細(xì)劃分瀝青類型,為瀝青層展布規(guī)律研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(4) 通過測井評(píng)價(jià)研究確定液態(tài)稠油瀝青層的分布規(guī)律,可以對(duì)油藏開發(fā)部署、鉆井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化和鉆井工藝選擇提供技術(shù)指導(dǎo)。

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