摘 要:火成巖、變質(zhì)巖氣藏的測井綜合評價面臨的挑戰(zhàn)有巖性的劃分、有效儲層的確定、裂縫孔隙度及溶蝕孔的計算、流體性質(zhì)的識別等。為此,綜合巖心、元素俘獲譜、自然伽馬能譜測井等資料,劃分了柴達木盆地東坪基巖氣藏的巖性:研究區(qū)北部區(qū)塊主要為酸性侵入巖,并夾有薄層的中基性巖脈;南部區(qū)塊則以花崗片麻巖、斜長片麻巖和鈣質(zhì)片麻巖為主,巖性與物性無明確的關系。在巖性識別的基礎上,將核磁測井、高分辨率電成像測井與常規(guī)測井相結合,建立了基巖的孔隙度計算公式,分別求取了總孔隙度、裂縫孔隙度及溶蝕孔隙度。最后,采用雙孔介質(zhì)裂縫儲層飽和度模型計算了含氣飽和度,并在多井分析的基礎上,結合試氣、試采等資料分析了該基巖氣藏的成藏特征。結論認為,研究區(qū)為底水塊狀氣藏,北部區(qū)塊氣柱高度相對低,南部區(qū)塊的氣柱高度超過350m。該認識已被后續(xù)新鉆井的測試所證實,所形成的一整套測井綜合評價方法為類似氣藏的勘探開發(fā)提供了技術支撐。
關鍵詞:柴達木盆地 氣藏 基巖 裂縫 溶蝕孔 侵入巖 變質(zhì)巖 測井 評價
Logging evaluation of parameters for the complex basement gas reservoir in the Qaidam Basin
Abstract:The major challenges facing the logging evaluation of igneous and metamorphic gas reservoirs include lithology identification,effective reservoir determination,fracture and corrosion porosity estimation,and fluid type identification.One integrated solution was put forward with a case study in this paper.The lithology of the Dongping basement reservoir in the Qaidam Basin was identified based on core,elemental capture spectroscopy(ECS),and natural gamma ray spectrum logging data.The acid intrusive rocks with some thin basic rock dyke is predominant in the northern part of the study area,while metamorphic rocks such as granlte metamorphic,amphibolite metam。rphic and calcium metamorphic rocks are dominant in the southern part.There is no obvious relation ship between lithology and poroperm characteristics.A formula for matrix porosity was established through the integration of NMR,resistivity image,and triple-combo data,and was used to calculate the total porosity,fracture porosity,and dissolution Pore porosity respectively.The dual porosity fractured reservoir saturation model was adopted to calculate the gas saturation.The basement reservoir was analyzed based on testing and pilot production well data of multiple wells.It was believed that the gas reservoir in the study area is a massive gas reservoir with bottom water,the gas column height of which was relatively low in the north,and the gas column height is more than 350m in the south.This was validated by the new data of subsequent new drilling wells.These logging evaluation methods can aid exploration and development of similar gas reservoirs.
Kevwords:Qaidam Basin,gas reservoir,basement rock,fracture(rock),dissolution pore,intrusive rock,metamorphic rock,logging,evaluation
東坪氣田位于柴達木盆地阿爾金山前東段,西面為茫崖凹陷與大風山凸起,東面為昆特依地區(qū)、冷湖構造帶,東南面緊鄰一里坪生烴凹陷。整體為一南傾斜坡背景,受近SN向斷層的控制,在東坪、牛東地區(qū)形成大型南傾鼻狀隆起。在中生代—早第三紀的控制斷層形成早期,具有古鼻隆或古斜坡背景。區(qū)內(nèi)自西向東為尖北斜坡、東坪鼻隆、牛中斜坡、牛東鼻隆、冷北斜坡的“兩隆三帶”構造格局,各構造內(nèi)部被一系列小斷層切割形成背斜、斷背斜、斷塊等圈閉形態(tài)。該氣田是以火成巖、變質(zhì)巖儲層為主,儲層具有巖性多變、儲集空間復雜、非均質(zhì)性強等特點[1],氣田的勘探開發(fā)難度很大。目前,利用常規(guī)測井、成像測井和地震屬性等資料評價裂縫型儲集層雖見到一定的效果[2-5],但該氣田在勘探評價階段還采用常規(guī)電纜測井、元素俘獲譜測井、微電阻率掃描、偶極子聲波、核磁共振等成像測井系列,形成了一整套巖性識別、裂縫評價、孔隙度和飽和度計算、流體類型識別及有效厚度確定在內(nèi)的測井綜合評價方法。筆者以此為手段對東坪基巖氣藏進行了評價。
1 巖性識別與劃分
儲層巖性識別是油氣藏評價的前提和基礎工作,與常見的沉積巖不同的是基巖巖性復雜多變,測井識別困難。地面露頭踏勘和鉆井巖心分析表明東坪氣田的基巖包括火成巖和變質(zhì)巖兩大類巖性(圖1),北部3井區(qū)基巖以侵入巖為主,南部1井區(qū)以變質(zhì)巖為主。研究表明侵入巖主要為花崗巖,中間夾有輝綠巖、閃長玢巖的巖脈。變質(zhì)巖可分為3大類,分別為花崗片麻巖、斜長片麻巖和鈣質(zhì)片麻巖。侵入巖和變質(zhì)巖的區(qū)分可利用鉀和自然伽馬的交會圖(圖2)。由于侵入巖以鉀長石含量較高的花崗巖為主,其鉀含量和自然伽馬為相對高值,變質(zhì)巖的鉀和自然伽馬相對低值。因此侵入巖位于交會圖的右上角而變質(zhì)巖位于交會圖的左下方。利用元素俘獲譜資料實現(xiàn)兩大類巖性的細分。二氧化硅與氧化鈉和氧化鉀之和的交會圖(圖3)實現(xiàn)侵入巖的細分,花崗巖的二氧化硅含量高,為66%,輝綠巖為45%~53%,閃長玢巖為53%~66%。據(jù)此實現(xiàn)了北部3井區(qū)基巖儲層巖性的識別與劃分。變質(zhì)巖的種類繁多且其成因復雜,因而變質(zhì)巖的識別與劃分相對侵入巖要復雜得多。通常認為在變質(zhì)巖的形成過程中化學成分穩(wěn)定,這為利用元素俘獲譜測井劃分巖性提供了有利條件,同時由于礦物成分的不同其密度與中子值也有所不同。因此常規(guī)曲線對巖性的劃分也提供了好的資料。
在巖心歸位的基礎上,利用不同巖性的數(shù)據(jù)點繪制中子密度交會圖,花崗片麻巖的樣本點落在砂巖線上或其上方,斜長片麻巖的樣本點在白云巖線上,鈣質(zhì)片麻巖的樣本點在石灰?guī)r線和白云巖線之間。元素俘獲譜測井可以得到地層中主要的元素含量,可用于化學成分不同的變質(zhì)巖的區(qū)分[6]?;◢徠閹r的石英長石含量高,暗色礦物含量低,因此元素俘獲譜上硅元素含量高,而鋁元素含量低;鈣質(zhì)片麻巖含有較多的碳酸鹽礦物,因此元素俘獲譜上鈣元素含量高、硅元素含量低;斜長片麻巖含有較多的角閃石等暗色礦物,因此元素俘獲譜上硅元素含量相對低而鋁元素含量相對高,不同巖性的元素含量如表1所示。
巖心資料、元素俘獲測井和常規(guī)曲線的結合給出了東坪氣田基巖儲層的巖性識別與劃分結果,表明北部的3區(qū)以花崗巖為主,夾有薄層的中基性侵入巖脈,侵入巖脈的厚度多在1~3m之間(圖4),與計算的孔隙度等參數(shù)對比,認為侵入巖脈可作為儲層,且由于侵入主要是沿斷層等進行的,侵入過程誘導裂縫產(chǎn)生。因此巖脈的侵入對于儲層是一個積極的因素。南部的l區(qū)基巖以變質(zhì)巖為主,圖4是北部東坪306井的巖性劃分結果。位于區(qū)塊東北角的該井為鈣質(zhì)片麻巖,區(qū)塊內(nèi)已鉆的其他井多為花崗片麻巖和斜長片麻巖,結合孔隙度、裂縫等參數(shù)分析認為巖性對物性的控制作用不明顯,這3種不同類型的變質(zhì)巖都可以發(fā)育好的儲層。
2 裂縫分析
變質(zhì)巖中幾乎不存在任何原生孔隙,加上本身不易溶蝕,次生孔洞也不發(fā)育。因此變質(zhì)巖裂縫發(fā)育即代表儲層發(fā)育,裂縫發(fā)育是形成變質(zhì)巖油氣藏的重要條件[7]。變質(zhì)巖基質(zhì)物性條件差,變質(zhì)巖油氣藏儲集性能依賴于斷裂作用和風化淋濾溶蝕作用形成的微觀裂縫系統(tǒng),滲流則依靠宏觀裂縫起作用[8-12]。從基巖形成到后期上覆沉積了新近系的碎屑巖地層,期間歷經(jīng)了l0多億年。根據(jù)前人研究成果,阿爾金山東段地區(qū)主要經(jīng)歷了3個大的構造演化階段,分別為:燕山早期斷陷階段——中生代(侏羅系)為伸展斷陷階段;喜馬拉雅早期斷坳階段——路樂河組 下干柴溝組上段為拉分斷陷階段,東坪地區(qū)在斷裂的控制下,具有了古斜坡背景;喜馬拉雅中晚期擠壓反轉階段——上干柴溝組—下油砂山組為坳陷階段。裂縫的形成與上述3期構造運動密切相關。其中靠近大的斷裂相對較近的或者處在斷裂相交的位置裂縫相對發(fā)育。裂縫的評價有多種方法,早期主要是基于常規(guī)曲線進行評價[13],開啟裂縫在常規(guī)曲線上的特征為:側向電阻率相對上下圍巖裂縫不發(fā)育段明顯低。如果裂縫以高角度為主則深淺側向有正差異,低角度裂縫發(fā)育段深淺側向出現(xiàn)負差異,網(wǎng)狀裂縫深淺側向差異不明顯。常規(guī)資料評價裂縫的主要優(yōu)勢是成本低、方法簡單、資料豐富,缺點是應用環(huán)境非常局限、受影響因素比較多、具有多解性、不能量化裂縫產(chǎn)狀、裂縫密度和長度等參數(shù)。隨著成像測井的出現(xiàn),裂縫的評價主要依賴聲電成像來進行。其優(yōu)勢是裂縫解釋定量化、直觀可靠性高、適用于多種環(huán)境,缺點是價格相對較高、采集的井數(shù)相對少。本研究中裂縫的評價主要是以高分辨率的電成像為手段,并結合偶極子聲波測井和深淺側向電阻率來開展的。通過對電成像的精細解釋可以得到高導裂縫的產(chǎn)狀、裂縫的密度、長度、寬度及孔隙度等參數(shù)。解釋結果表明自上而下隨著距離基巖頂面的距離增大,裂縫孔隙度逐漸降低,但在南部的1井區(qū)在基巖頂面400m以下仍然有裂縫發(fā)育,這主要是由于斷層切入基巖的深度較大導致裂縫發(fā)育和溶蝕得以繼續(xù)進行。區(qū)內(nèi)基巖儲層在漫長的地質(zhì)歷史過程中歷經(jīng)多次構造運動。因此裂縫的走向在區(qū)內(nèi)不同的位置走向不同。主要發(fā)育北東—南西向、北西—南東向、近南北向三組裂縫,裂縫的走向與其附近的斷層走向一致,這從另一角度說明裂縫主要是構造縫。電成像測井解釋的誘導縫走向與高導裂縫的走向基本平行或者呈銳夾角。由此說明目前的應力狀態(tài)是有利于裂縫保持開啟的狀態(tài)。
裂縫孔隙度的計算是利用淺側向刻度過的電成像,根據(jù)人機交互精細解釋的裂縫來實現(xiàn)的。裂縫寬度的計算公式如下[14]:
W=cARmbRxo1-b
式中c、b為系數(shù),其值完全取決于FMI成像測井儀器的具體結構,b無量綱,c的單位是mm-1;W為裂縫張開度,(°);A為由裂縫造成的電導異常面積;Rxo為裂縫巖石骨架電阻率,W·m;Rm為裂縫中流體電阻率,W·m。
在裂縫寬度計算結果的基礎上,結合裂縫長度、井徑等就可得到裂縫孔隙度,其計算公式為:
式中Lj為裂縫長度;Wj為裂縫寬度;R為井徑;H為井段;c為微電阻率成像井壁覆蓋面積百分數(shù)。
計算結果表明裂縫孔隙度主要分布在0~0.5%之間,少數(shù)裂縫非常發(fā)育的層段可超過0.5%。
測量原理決定了基于電成像解釋的裂縫為高導裂縫,其是否開啟還需要陣列聲波測井的輔助,通常是根據(jù)斯通利波的衰減及反射系數(shù)。在該區(qū)塊首次采用了快慢橫波頻散分析的方法判斷裂縫是否開啟。交叉偶極子通過四分量旋轉得到的快慢橫波的差異是由多種因素導致的,包括應力與裂縫導致的各向異性等,頻散分析通過快慢橫波的形態(tài)實現(xiàn)了各向異性原因的確定。如圖5所示在電成像觀察到高導裂縫的層段,頻散說明各向異性是裂縫導致的。因此這些高導裂縫是開啟的,其有效性好,巖心的觀察也表明裂縫多為半充填。
3 儲層參數(shù)計算
基巖儲層參數(shù)主要是計算孔隙度和含水飽和度,其中孔隙度包括裂縫孔隙度和溶蝕孔隙度兩部分。裂縫作為主要的滲流通道,同時溶蝕也是由于裂縫的存在而產(chǎn)生的,而溶蝕形成的孔隙是主要的儲集空間。裂縫孔隙度的計算主要基于電成像,前已述及。溶蝕孔隙度的計算是利用聲波進行,其主要的原因在基巖的礦物成分比較復雜,其密度和中子的骨架值難以確定,而不同礦物的聲波時差骨架值差異比較小,故采用聲波計算溶蝕部分的孔隙度?;鶐r儲層的巖心物性分析數(shù)據(jù)缺乏代表性,因此采用了經(jīng)過氣校正的核磁孔隙度與聲波時差建立關系式,孔隙度的計算公式為:
j=0.228DT-37.929
式中j為孔隙度;DT為聲波時差,ms/m。
當孔隙度為0時,聲波時差值為164ms/m,應用聲波時差與電阻率交會圖檢驗,電阻率隨聲波時差的降低而增大的趨勢非常明顯,本區(qū)研究認為當電阻率大于1000W·m時為非儲層,該值對應的聲波時差值可認為基巖的骨架值,從該圖看出其確定出的巖石骨架值與前面確定的基本一致。
裂縫型儲層的含氣飽和度計算方法比較復雜,主要是因為此時裂縫對導電的貢獻比較大,計算含氣飽和度時必須考慮裂縫對電阻率的影響。本次采用的方程為:
式中Rd為深電阻率,W·m;Rw為地層水電阻率,W·m;Rm為鉆井液的電阻率,W·m;Swb為溶蝕孔部分的含水飽和度;mb為溶蝕孔的膠結指數(shù),取1.6;nb為溶蝕孔的飽和度指數(shù),取l.5;mf為裂縫的膠結指數(shù),取1.4。
上述公式計算了溶蝕孔部分的含氣飽和度,還需要計算裂縫部分的含氣飽和度,法國石油實驗室的研究人員提出的計算方法為:
Swf=3B/2W
式中Swf為裂縫含氣飽和度;B為水膜的厚度,mm,取值為0.32;W為裂縫的寬度,mm。
根據(jù)電成像計算的裂縫寬度,其主要分布在5~120mm之間,平均值為40mm。因此根據(jù)裂縫含氣飽和度的計算公式得到的含氣飽和度可達到99%,本次統(tǒng)一取值為95%,然后根據(jù)孔隙度進行加權平均。
采用深、淺側向的差異同深電阻率的比值與聲波的交會圖來確定流體性質(zhì)(圖6)。從圖6中看出氣層點都位于右上方,而水層點位于左下方,從測井的原理上看含氣好的層段深淺側向有較大的正差異特征或者小的負差異,而水層由于淡水鉆井液的侵入會使得電阻率出現(xiàn)負差異,當然裂縫的發(fā)育情況及產(chǎn)狀對電阻率的影響比較大,但從解釋結果看都是以網(wǎng)狀裂縫為主。因此認為電阻率的差異與流體類型存在一定的聯(lián)系。
氣層與干層的確定是以孔隙度大大小進行劃分的。核磁資料表明當孔隙度為2%時,可動流體只有1%,同時參考了國內(nèi)外眾多的古潛山油氣藏,以孔隙度2%作為有效儲層的下限。據(jù)前述方法對區(qū)塊內(nèi)的井進行了綜合評價,如圖7所示為東坪306井的評價成果圖。該井1894.5m以下為花崗巖,電成像表明高導裂縫非常發(fā)育,裂縫孔隙度分布在0.05%~0.5%之間,總孔隙度為6.2%,計算的含氣飽和度為70%,深、淺側向有小的正差異氣測錄井顯示較好(中部因取心氣測低),解釋為氣層;下部巖性、物性與上部相當,但電阻率明顯降低,且深、淺側向基本重合,氣測無顯示,解釋為水層,據(jù)此確定了氣水界面。其數(shù)據(jù)為:井段1894.5~1950.0m,電阻率20~100W·m,核磁可動孔隙度3.2%,溶蝕孔隙度6.2%,裂縫走向NWSE,裂縫孔隙度0.02%~0.50%,含氣飽和度70%,解釋為氣層;井段1950.0~2097.3m,電阻率4~80W·m,核磁可動孔隙度1.5%,溶蝕孔隙度4.0%,裂縫走向NWSE,裂縫孔隙度0.05%~0.80%,含氣飽和度為0,解釋為水層。
4 對氣藏的認識
在流體識別、儲層參數(shù)計算、有效厚度確定的基礎上,通過多井對比,對氣藏有如下認識:基巖氣藏為雙重孔隙結構,氣藏內(nèi)部受裂縫發(fā)育,后期巖脈侵入等影響,縱向及平面上均表現(xiàn)出一定的非均質(zhì)性,北部的3井區(qū)和南部的l井區(qū)基巖段均為底水塊狀氣藏,基巖氣藏上部和側向與斷層下盤對接的地層為E1+2致密泥巖層及膏巖層,對厚層基巖氣藏起到了很好的封堵作用(圖8)。
5 結論
新的測井系列與巖心及常規(guī)測井結合實現(xiàn)了基巖儲層巖性的劃分。北部3井區(qū)以花崗巖為主,夾中基性的侵入巖脈。南部的1井區(qū)基巖主要為花崗片麻巖、斜長片麻巖和鈣質(zhì)片麻巖,巖性對物性的控制作用不明顯。除在1井區(qū)的東北角發(fā)育鈣質(zhì)片麻巖外,其他區(qū)域以花崗片麻巖和斜長片麻巖為主。
基巖裂縫非常發(fā)育,裂縫孔隙度隨離基巖頂面的距離增大而降低,但在距離頂面300m以下仍然有好的裂縫發(fā)育段??炻龣M波的品散分析提供了新的手段識別裂縫的有效性。
建立的孔隙度計算圖版、飽和度計算圖版及流體識別圖版滿足了基巖裂縫孑L隙型儲層評價的需要,并在多井評價的基礎上,深化了基巖氣藏的認識。
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本文作者:張審琴 段生盛 魏國 李亞峰 呂偉
作者單位:中國石油青海油田公司
斯倫貝謝中國公司
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