元坝地区须二段低电阻率气层成因与测井评价方法
张晋言, 李淑荣, 李绍霞, 陈芳, 李继亭     
中石化胜利石油工程有限公司测井公司, 山东东营 257096
摘要: 针对元坝地区须二段储层气层判识难度大、传统测井评价方法解释符合率较低的问题,开展了低电阻率气层成因分析及测井评价方法研究。在深入分析须二下亚段沉积微相、储层特征和测录井、测试及试验分析资料的基础上,认为储层矿物组分、孔隙结构、岩石粒径和胶结类型等是影响气层电阻率高低的主要因素,石英含量与测井电阻率呈正相关关系;建立了储层内岩性细分及识别有效储层的测井模式,综合岩性、电阻率和含水饱和度等参数,形成了不同岩性气层的评价标准和低电阻率气层的测井评价方法。该评价方法在元坝地区多口探井陆相致密砂岩气层评价中进行了应用,提升了致密砂岩气层的测井评价成功率,使元坝地区陆相致密砂岩气藏勘探取得了突破性进展。研究与应用表明,利用建立的低电阻率气层测井评价方法可以解决低电阻率气层的漏层和错判的问题,提高解释的成功率。
关键词: 岩屑砂岩     石英砂岩     低电阻率     岩性识别     混合骨架     测井评价     元坝地区    
The Origin of Tx2 Low Resistivity Gas Reservoirs in the Yuanba Area and Their Logging Evaluation Method
ZHANG Jinyan, LI Shurong, LI Shaoxia, CHEN Fang, LI Jiting     
Well Logging Company, Sinopec Shengli Oilfield Service Corporation, Dongying, Shandong, 257096, China
Abstract: Due to the fact that gas reservoir identification is difficult in the Tx2 formation in the Yuanba Area,and the interpretation coincidence rate is lower by conventional logging evaluation methods,the origin of low-resistivity gas reservoirs and its logging evaluation methods have been studied.On the basis of analysis of sedimentary microfacies,reservoir characteristics,the data of well logging,mud logging,testing and experiment in Tx2x gas reservoirs,a conclusion was drawn that the main factors influencing the resistivity value in gas reservoirs are reservoir mineral composition,pore structure,grain size and cementation type,and quartz content had a positive correlation with logging resistivity. The logging mode for lithology subdivision and identification in reservoir was established,and determined the comprehensive lithology, resistivity and water saturation,etc.,so it was possible to form the evaluation criteria for gas reservoir with different lithology and logging evaluation method for gas reservoir with low resistivity. This method has been applied in multiple exploration wells in Yuanba Area to evaluate continental tight sandstone gas reservoirs,and as a result,the success rate of logging evaluation was improved significantly,and a breakthrough was made in the exploration of continental tight sandstone gas reservoir in the Yuanba Area. Research and application showed that the success rate of logging evaluation on tight sandstone gas reservoirs could be increased by establishing the logging evaluation method for low resistivity gas reservoirs,which thus could solve the problems of overlooking low resistivity gas reservoirs and accompanying errors in judgment.
Key words: lithic sandstone     quartz sandstone     low resistivity     lithologic identification     mixed skeleton     logging evaluation     Yuanba Area    

元坝地区须二下亚段为陆相地层的主要含气层段,储层表现出高电阻率和低电阻率并存的现象,岩屑砂岩和石英砂岩的储层电阻率差异达10~70倍。由于对低电阻率气层和高电阻率石英砂岩认识程度较低,造成勘探初期测井解释符合率较低。刘吉余等人[1]对国内外多位学者的相关研究结果进行了系统总结;唐海发等人[2]指出致密砂岩储层物性的主控因素为沉积微相、岩矿组成及成岩作用;葛祥等人[3]认为须家河组储层中长石和钙屑含量变化剧烈导致非均质性强,裂缝和孔隙发育不均匀,但在与测井资料结合分析工区低电阻率气层成因和储层参数计算、气层有效判识方面未做系统阐述;张晋言等人[4]指出储层岩相变化频繁,岩石骨架对测井信息的影响远远超过流体的影响,层内岩相细分是准确评价储层的基础。但是在致密砂岩气层测井评价过程中,岩性会影响测井电阻率,同时物性好的气层往往发育在电阻率相对低的地层中,因此有必要分地层、分岩性建立气层判识标准和测井评价方法。

笔者以测井资料为基础,通过研究测试结果及试验数据,从储层岩性、孔隙结构差异等方面分析低电阻率气层的形成原因,进行层内岩性细分和有效储层界定,对孔隙度进行准确计算,建立了不同岩性气层的识别模式和标准,形成了判断低电阻率气层的有效方法,并在元坝地区进行了推广应用,提高了解释的成功率,取得了良好的应用效果。

1 地层特征分析

元坝地区须二段地层按照岩性组合可细分为3个亚段。须二下亚段埋深4 180.00~5 120.00 m,厚度35.00~270.00 m,生(须一段)-储(须二下亚段)-盖(须二中亚段泥岩)成藏组合匹配较好,成藏条件优越。

须二下亚段主要为大规模辫状河三角洲前缘水下分流河道沉积,岩性以灰色、灰白色块状中粒岩屑砂岩、长石岩屑砂岩和石英砂岩为主。顶部发育一层厚度几米到几十米的低密度石英砂岩,呈现极低自然伽马、高电阻率、高声波时差和低中子的测井响应特征;下部为厚层岩屑砂岩,呈现中低自然伽马、低电阻率的测井响应特征,气层主要发育在中粒、细—中粒岩屑砂岩中。储集空间多样,以粒间溶孔、粒内溶孔和粒间孔为主,孔隙度1.6%~10.5%,渗透率0.007~26.010 mD,为低孔、低渗且非均质性强的致密砂岩储层。储层段岩心孔隙度与渗透率的关系(见图 1)表明,储层渗透率与孔隙度具有较好的正相关关系,部分岩心样品的渗透率存在异常高值,表明局部裂缝发育,储集空间主要为孔隙型,少量为裂缝-孔隙型[5]

图 1 元坝地区须二下亚段岩心孔隙度与渗透率的关系 Fig.1 Relationship of core porosity and permeability from Tx2x reservoirs in Yuanba Area
2 气层电阻率的影响因素分析 2.1 岩石类型

一般来说,岩石石英含量与电阻率呈明显的正相关关系,岩石矿物组分是形成低电阻率气层的主要因素[6-7]。岩石矿物组分对储层物性的影响主要表现为碎屑颗粒(石英、长石和岩屑)和填隙物对储层物性的影响。

元坝地区4口井须二下亚段岩心薄片鉴定矿物组分统计结果(见表 1)显示,石英砂岩中石英含量为80.4%,燧石、长石和岩屑含量分别为1.4%,1.3%和6.2%,黏土杂基含量仅为0.3%,硅质胶结物含量6.5%。储集空间主要为残余粒间孔,孔隙结构单一,岩石非常致密,孔隙度极低,仅有极少量的毛管束缚水,石英及硅质胶结物的含量高,导致地层含气性较差,电阻率较高。

表 1 元坝地区4口井须二下亚段岩石薄片鉴定矿物组分均值统计结果 Table 1 Statistics of mineral component mean value based on rock slice identification for Tx2x reservoir in 4 wells in Yuanba Area
岩石类型岩样数量石英含量,
燧石含量,
长石含量,
岩屑含量,% 填隙物(杂基)
含量,%
胶结物含量,%
岩浆岩变质岩沉积岩岩屑总和黏土绿泥石方解石白云石硅质
岩屑砂岩2946.13.23.75.711.919.338.31.60.24.80.50.7
石英砂岩 4480.41.41.30.64.50.76.20.30.42.20.16.5

表 1也可以看到,岩屑砂岩中石英、燧石和长石的含量分别为46.1%、3.2%和3.7%,岩屑含量为38.3%;黏土杂基含量高于石英砂岩,为1.6%,碳酸盐岩(方解石和白云石)胶结物含量为5.3%,硅质胶结物含量仅为0.7%。岩屑砂岩孔隙主要为黏土杂基孔和少量晶间孔、长石溶蚀孔等超微孔,孔隙尺寸多小于10 μm级(见图 2)。黏土杂基成分主要为伊利石,含少量绿泥石,伊利石和绿泥石均具有较好的亲水性,束缚水特别是黏土束缚水含量高,优化导电网络使岩屑砂岩气层呈现低电阻率特征。

图 2 元坝地区须二下亚段储集空间类型 Fig.2 Types of reservoir space in Tx2x reservoirs in Yuanba Area

另外,岩石矿物通过控制地层物性来间接影响储层的电阻率,长石和绿泥石含量控制孔隙的发育程度,石英含量控制渗透率的大小。须二下亚段岩屑砂岩的岩屑平均含量为38.3%,组成岩屑的石英及硬质岩屑具有一定支撑岩石骨架和抵抗压实的作用,并且能保存一定数量的原生孔隙,有利于后期次生孔隙的形成;含量较高的长石属于不稳定组分,容易溶蚀形成粒间溶孔和粒内溶孔,岩屑砂岩的结构更易于形成大孔隙,会优化导电网络呈现低电阻率特征。石英砂岩中岩屑平均含量在7%以下,且主要为次生加大变质的石英,长石和黏土杂基含量低,硅质胶结物含量高,储层呈现高电阻率特征。

2.2 高束缚水饱和度

低孔低渗透砂岩一般具有较高的束缚水饱和度。须二下亚段岩心试验结果表明,孔隙度小于6.0%和孔隙度为6.0%~10.0%的岩样分别占65.2%和33.8%;渗透率为0.01~0.10 mD的岩样占86.5%,毛细管压力曲线显示为细孔微喉(见图 3),表现为低孔低渗的特征[8-9]

图 3 元坝地区须二下亚段岩心毛细管压力曲线 Fig.3 Capillary pressure of Tx2x cores in Yuanba Area

须二下亚段地层低孔低渗透的物性特征和细孔微喉的孔隙结构,使其束缚水饱和度更高。岩心试验分析资料(见表 2)表明,储层含水饱和度为26.9%~62.6%,且随孔隙度减小,含水饱和度呈逐渐增大的趋势。压裂测试结果显示,储层不产水,即地层主要含束缚水,可以推断束缚水饱和度高是形成低电阻率气层的另一个重要原因。

表 2 2口井不同粒度岩心孔隙度与含水饱和度的关系 Table 2 Relationship between porosity and water saturation of cores with different grain sizes in two wells
岩性 乙醇法孔隙度,% 含水饱和度,%
YL6井YB6井YL6井YB6井
中粒岩
屑砂岩
9.632.2526.9532.84
8.833.6527.7033.85
8.542.4730.5834.12
6.152.3335.0136.32
6.051.6936.0840.24
细粒岩
屑砂岩
3.432.3843.4442.94
1.672.2743.5144.11
6.081.3444.8344.53
2.661.2545.2648.87
4.821.6845.2859.73
3.101.1946.2560.85
4.522.1453.1562.60
2.3 岩石颗粒粒径

元坝地区YL6井和YB6井须二下亚段岩心含水饱和度试验结果分析表明:孔隙度相对较高的中粒岩屑砂岩的束缚水饱和度在40.0%以下,孔隙度相对较低的粉—细岩屑砂岩的束缚水饱和度在40.0%以上;岩石颗粒粒径越大,孔隙度越大,其含水饱和度(束缚水饱和度)越低(见表 2),气层电阻率也越高。由此可知,岩石颗粒粒径是影响气层电阻率高低的重要因素。

岩石颗粒粒径取决于沉积相带,沉积微相对须二段下亚段储层物性的影响表现为:三角洲前缘水下分流河道的粗—中粒岩屑砂岩储层厚度大,泥质含量较低,岩石粒径相对较粗,物性较好,含气饱和度较高,理论上气层应具有较高的电阻率;而晚期沉积的河口坝砂体储层发育程度低,由于粒度较细,束缚水饱和度高,理论上气层应具有较低的电阻率。但研究表明,粉—细粒岩屑砂岩虽然具有更高的束缚水饱和度,但由于泥质含量高,且孔隙及裂缝发育程度极低,岩石骨架矿物对深侧向电阻率的影响明显,致使地层呈现电阻率相对较高的特征。图 4为元坝地区须二下亚段储层岩石颗粒粒径与电阻率的关系。从图 4中可以看出,含泥砂岩的电阻率高于岩屑砂岩,岩屑砂岩粒径由细到粗变化时,电阻率呈逐步降低的趋势。测井和测试资料统计表明,须二下亚段粗—中粒岩屑砂岩气层的深侧向电阻率为9.7~40.0 Ω·m,差气层的深侧向电阻率为20.0~60.0 Ω·m,粉—细粒岩屑砂岩含气层的深侧向电阻率为40.0~140.0 Ω·m。

图 4 元坝地区须二下亚段储层岩石颗粒粒径与电阻率的关系 Fig.4 Relationship between rock grain size and resistivity of Tx2x reservoirs in Yuanba Area

以上研究表明,须二下亚段气层主要发育在中粒岩屑砂岩中,其物性好,含气饱和度较高,受泥质含量低与孔隙及微裂缝发育的双重作用影响,粗—中粒岩屑砂岩气层的电阻率低于粉—细粒岩屑砂岩含气层;滨湖砂坝微相的石英砂岩储层发育程度及储层质量均远低于水下分流河道微相的岩屑砂岩,石英砂岩气层的电阻率远高于相同物性条件下的岩屑砂岩气层。

3 低电阻率气层判别和测井评价方法

笔者以测井信息为基础,结合岩屑录井和薄片鉴定资料,进行层内岩性识别,建立了不同岩性有效储层的识别模式和低电阻率气层的有效判断方法[10-12]

3.1 测井岩性识别模式 3.1.1 利用常规测井资料识别岩性

图 5为元坝地区须二下亚段不同岩性气层测井响应特征图。石英砂岩储层发育于须二下亚段的顶部,厚度一般为5.0~24.0 m,相比岩屑砂岩,石英砂岩的测井响应特征为电阻率高、自然伽马低、中子及密度低、钾含量及钍含量较低,深侧向电阻率一般为150.0~900.0 Ω·m;裂缝发育时,声波时差曲线呈齿状跳跃,在高电阻率背景下电阻率有一定程度的降低(见图 5(a))。岩屑砂岩广泛存在于须二下亚段地层中,气层的深侧向电阻率多为10.0~40.0 Ω·m,自然伽马为45~65 API,声波时差为173.8~229.6 μs/m,体积密度为2.50~2.70 g/cm3(见图 5(b))。岩屑成分及其含量变化对测井曲线响应的影响显著。

图 5 元坝地区须二下亚段石英砂岩与岩屑砂岩气层测井响应特征 Fig.5 Logging response characteristics of Tx2x quartz sandstone and lithic sandstone gas reservoirs in Yuanba Area

根据石英砂岩和岩屑砂岩的测井响应特征,利用自然伽马-深侧向电阻率、中子-密度、中子-声波时差和中子-深侧向电阻率等交会图可以对二者进行有效区分(见图 6)。

图 6 元坝地区须二下亚段气层自然伽马-深侧向电阻率、中子-密度的关系 Fig.6 Relationship between GR-RT and CN-DEN logging for Txx2 gas reservoirs in Yuanba Area
3.1.2 岩性与含气性的关系

图 7为元坝地区10口井须二下亚段石英砂岩和岩屑砂岩气层声波时差与深侧向电阻率的关系曲线。从图 7可以看出,石英砂岩气层的电阻率远大于岩屑砂岩气层,说明致密砂岩层的岩石骨架对测井信息的影响远远超过流体的影响,岩相不同,流体性质的判识标准也不同。

图 7 元坝地区须二下亚段石英砂岩和岩屑砂岩气层深侧向电阻率-声波时差关系 Fig.7 Relationship of AC-RT logging for Txx2 quartz sandstone and lithic sandstone gas reservoirs in Yuanba Area

不同产能石英砂岩试气层测井评价结果对比表明,在相同物性条件下,当产能由低变高时,深侧向电阻率测井响应具有由低到高、中子测井响应具有由大到小变化的趋势。M101井与YB11井试气层的声波时差为180.0~210.0 μs/m,M101井储层裂缝发育,电阻率更高,具有更高的产能。

在须二下亚段岩屑砂岩骨架值一定的前提下,声波时差越大,孔隙度越大。图 7显示,岩屑砂岩孔隙型气层着随着孔隙度增大,深侧向电阻率具有相对降低的趋势;但在相同物性条件下,深侧向电阻率越高,气层产能越高。例如,YB6井与YB27井试气层的声波时差为230.0~255.0 μs/m,深侧向电阻率高的YB6井其产能高。

3.2 岩石骨架参数的求取

准确求取孔隙度的前提是合理选取矿物骨架值,根据2种或多种矿物的相对体积及其相应的岩石理论骨架值,提出了一种求和及逐点计算岩石混合骨架值的方法,其计算公式为:

(1)
(2)
(3)

式中:TmaTmai分别为声波时差混合骨架值、第i种矿物声波时差骨架值,μs/m;DgmaDgi分别为密度混合骨架值和第i种矿物的密度骨架值,g/cm3CnmaCni分别为中子混合骨架值和第i种矿物的中子骨架值;Vci为第i种矿物的相对体积。

另外,笔者利用须二段岩心试验结果,分析了岩心孔隙度与声波时差、中子和密度测井曲线值的对应关系,确定了各类岩石的混合骨架值(见表 3)。

表 3 须二段地层各类混合矿物骨架值 Table 3 Skeleton values of various mixed minerals in Tx2 Formation
岩性补偿中子,
密度/
(g·cm-3)
声波时差/
(μs ·m-1)
长石岩屑砂岩-22.69174.5
中粒石英砂岩-22.65187.0
粗粒岩屑砂岩 02.70173.6
中粒岩屑砂岩-22.68175.2
粉—细岩屑砂岩-22.69187.3
3.3 气层判识标准

须二下亚段27个测试层中,只有YL18井的测试层气水同产,日产气2.26×104 m3,日产水29.3 m3,其深侧向电阻率8.0~20.0 Ω·m,定性为岩性圈闭的封存水,不具普遍规律性;其余26个测试层压裂后均未产水,说明气层主要以黏土束缚水为主,毛管束缚水饱和度较低。对储层流体性质判别的重点在于区分气层和干层[13-15]。笔者根据生产实践中大量界限层的测试资料,归纳得出须二段孔隙型岩屑砂岩储层类别划分标准(见表 4)。

表 4 须二段孔隙型岩屑砂岩储层级别评价标准 Table 4 Evaluation standard of Tx2 porous lithic sandstone reservoirs
储层类别孔隙度,%泥质含量,%含气饱和度,%深侧向电阻率/(Ω·m) 声波时差/(μs·m-1)
Ⅰ类储层(气层)≥8.0≤15.045.0~80.09.7~40.0≥213.0
Ⅱ类储层(差气层)4.0≤<8.0≤20.040.0~70.020.0~60.0197.0~230.0
Ⅲ类储层(含气层)2.0≤<4.0≤20.035.0~55.040.0~140.0187.0~207.0
致密层(干层)<2.0>20.0<20.0≥60.0<187.0

元坝地区YL27井岩屑砂岩气层试气获低产工业气流,其深侧向电阻率9.7 Ω·m,为须二下亚段测试气层的最低电阻率,所以将岩屑砂岩气层(Ⅰ类储层)和差气层(Ⅱ类储层)电阻率的下限标准分别定为9.7和20.0 Ω·m,孔隙度下限标准分别定为8.0%和4.0%。石英砂岩的电阻率小于同等物性条件下的岩屑砂岩,在孔隙度达到4.0%的下限标准时,气层深侧向电阻率不低于160.0 Ω·m。

储层级别评价的主控参数为视总孔隙度和视电阻率。因为储层孔隙结构等存在差异,所以评价储层级别时,除主控参数之外,气层、差气层和含气层的含气饱和度、泥质含量等参数均有一定程度的重叠。但是,从气层到差气层再到含气层,具有含气饱和度逐渐降低、电阻率逐渐增大的变化趋势。

4 现场应用效果

元坝地区YB2井是一口探井,其须二下亚段原测井解释为含气层1层厚度6.8 m、干层3层厚度48.60 m(见图 8)。笔者利用不同岩性气层的识别模式和标准,以及低电阻率气层的判断方法,对该井陆相致密气层进行了精细评价。解释结论为:石英砂岩层(1号层)为干层,结论未变;低电阻率岩屑砂岩段解释为4层气层厚28.60 m(2—5号层)。该井4 600.00~4 640.00 m井段加砂压裂后测试,获日产2.07×104 m3的工业气流,元坝地区须二段气藏获得产能发现。可见,笔者提出的判断低电阻率气层的方法,可以解决低电阻率气层的漏层和错判的问题,提高解释的成功率,应用效果显著。

图 8 YB2井须二下亚段测井综合评价成果 Fig.8 Comprehensive logging evaluation Results of Tx2x reservoirs in Well YB2

随后,该评价技术相继在元坝地区YB6井、YB27井和YL11井等多口探井陆相致密气层评价中进行了应用,并在低电阻率岩屑砂岩储层中分别获得日产5.29×104,3.60×104和10.42×104 m3的低产、中产工业气流,实现了元坝地区陆相致密砂岩气藏勘探的突破性进展。

5 结论及建议

1) 在致密气层测井评价过程中,致密岩石骨架对测井结果的影响远远超过流体的影响,物性好的气层往往发育在电阻率相对低的地层中。储层岩性不同,物性及电性迥异,必须分地层分岩性建立流体性质判识标准。准确判断储层岩性,并选取相应的储层参数计算模型及评价标准,是准确评价低电阻 率气层的关键。

2) 采用层内岩相和流体模式细分模式,针对不同岩性分类选取不同岩性的混合骨架值计算储层参数,建立了储层级别评价标准和低电阻率气层的判断方法,实现了元坝地区陆相致密气层的精细评价。

3) 元坝地区陆相致密气勘探中,须二下亚段除局部出现岩性圈闭的封存水外,其余试气结果不是气层就是干层;以往研究多针对产气层与非产气层进行,随着邻区须二段测试水层的增加,需对相关问题进行深入研究。

4) 建议对须二段钙屑砂岩、长石岩屑砂岩和岩屑砂岩与石英砂岩过渡岩性储层的测井评价技术进行拓展性研究。

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文章信息

张晋言, 李淑荣, 李绍霞, 陈芳, 李继亭
ZHANG Jinyan, LI Shurong, LI Shaoxia, CHEN Fang, LI Jiting
元坝地区须二段低电阻率气层成因与测井评价方法
The Origin of Tx2 Low Resistivity Gas Reservoirs in the Yuanba Area and Their Logging Evaluation Method
石油钻探技术, 2017, 45(1): 112-119.
Petroleum Drilling Techniques, 2017, 45(1): 112-119.
http://dx.doi.org/10.11911/syztjs.201701019

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收稿日期: 2016-09-05
改回日期: 2016-12-27

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