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储盖组合测井解释方法研究

主题词:封闭性油气藏 未封闭性油藏 总孔隙度 渗透率 盖层 测井解释

生储盖组合

引 言

多年来,测井界为了提高测井解释精度,一直非常注重储层物性、流体性质、岩电关系等方面的研究,储层参数计算精度不断提高。即使如此,在一些地区个别层位的油气水性质的判别上仍经常出现失误。原因是油气聚集成藏后,如果地质运动使盖层封盖性能变差,油气藏就会被破坏,轻质组分大量散失,地层水潜入,重组分滞留在孔喉之中,形成残余油气藏。这种油气藏,钻井显示有时相当好,岩屑录井或钻井取心常可描述为含油、油浸、油斑等高级别的油气显示,但是实际含油饱和度一般低于50%。这类储集层试油结果常为水层或含油水层,与油气显示不相称,与测井计算的含油饱和度指标也不符合。为此,测井解释不能只偏重油气藏的储层研究,盖层封闭性能好坏,直接影响着油气的聚集和保存。测井解释不但要考虑储层条件,也应从油气成藏的保存条件出发,分析油气藏是封闭的还是开启的,在此基础上充分利用测井资料,进行全井段、全剖面储盖组合综合解释。

泥页岩盖层测井评价
用测井方法研究泥页岩盖层,主要包括总孔隙度φt、有效孔隙度φe、渗透率K、含砂量Vsd、厚度H、突破压力Pa等参数。

1.厚度

厚度是盖层评价必不可少的参数之一。尽管国内外学者普遍认为,只要有几米厚泥岩就能封闭油气,但厚度的增加,必须能提高盖层的质量。

世界上大型油气田无不具较厚盖层条件为前提,如西西伯利亚、欧洲西北部盆地、北美西部盆地等。我国陕甘宁盆地中部奥陶系风化壳大气田,直接盖层是石炭系本溪组的铝土岩,厚度变化范围为6~18m不等,平均厚度13m;辅助盖层是石炭系太原组的泥质岩、致密灰岩及煤层,厚度为7~56m,平均厚度40.5m。

2.含砂量

苏联学者K.A.阿不杜拉曼诺夫对盖层研究表明,当深度大于1000m时,盖层中粉砂质的多少对封闭性能的影响十分明显。随着粉砂组分的增长,大直径的孔隙优势增大,渗透率增大,突破压力减小,封闭能力降低。当埋藏深度超过3000m后,随着泥岩中粉砂颗粒含量的增加,孔道直径虽也增大,但由于压实作用强烈,泥质粉砂岩的孔隙度、渗透率降低,含砂量对封闭性能影响减弱。

3.总孔隙度

泥岩盖层总孔隙度反映了泥岩的压实程度,总孔隙度越小,压实程度越高,孔隙喉道半径越小,泥岩孔隙毛细管力越大,渗透率越低,封闭性能越好。因此,泥页岩盖层总孔隙度是反映盖层封闭质量的重要参数。图1是实验室分析突破压力与总孔隙度及有效孔隙度关系图。从图1中可以看到,泥页岩总孔隙度与突破压力呈非线性函数变化。据理论计算,对连续油气柱不太大的油气藏来说,只要有1MPa以上突破压力的泥岩即可封闭油气藏。这个量值所对应的泥岩总孔隙度约30%,从成岩角度考虑,只要泥岩埋深达1000m左右,泥岩总孔隙度即可由70%降低到30%,具备封闭油气藏的能力。如青海东部涩北气藏、台吉乃尔气藏为第四系砂岩储气,封闭层泥岩孔隙度为28%~30%。因此,30%这个孔隙度量值可以作为泥岩盖层封闭油气的下限临界值。

泥页岩盖层总孔隙度的计算,其关键参数是干粘土的中子、密度测量值。测井计算处理可依据单井资料的中子-密度频率交会图,取得该井干粘土的中子、密度测井值,然后利用图2计算泥页岩盖层的总孔隙度。取得泥岩总孔隙度后,再计算泥岩的突破压力。

4.有效孔隙度

讨论泥岩总孔隙度同突破压力的关系,是把盖层看成均一化的理想盖层为前提。实际上,在大范围内泥岩的岩性、结构和孔隙并不是单一的,在各种成岩作用和构造作用下,还常产生次生孔隙和微裂缝,它在某一局部范围内或某一深度段可能存在各种形式的微渗漏空间。

对比图1中有效孔隙度、总孔隙度与突破压力关系曲线,两者有相似的变化规律,但曲率、两个端点的渐变稳定值有所差别。有效孔隙度与突破压力关系曲线变化曲率比总孔隙度与突破压力关系曲线变化曲率大的多,说明有效孔隙度比总孔隙度对突破压力的制约作用强,换言之,即有效孔隙度比总孔隙度对盖层封盖性能的影响大。两图中的端点渐变稳定值:总孔隙为30%时突破压力趋于极小稳定值,而有效孔隙度为22%左右时突破压力即趋于极小稳定值;总孔隙度为5%左右时,突破压力趋于极大稳定值,而有效孔隙度为0.5%左右时,突破压力才趋于极大稳定值。有效孔隙度在0~6%之间变化时,对突破压力的影响最为显著,是影响盖层质量的敏感区间;而总孔隙度在这个区间变化时,对盖层质量影响不大。有效孔隙度在大于6%的范围内,孔隙度的变化对突破压力的影响最为显著,是影响盖层质量发生变化的关键区间段。

5.渗透率

渗透率对泥页岩盖层封盖性能的影响很大,值得注意的是,当泥页岩存在裂缝时,渗透率将会失去均质地层孔渗关系,使渗透率急剧增大,使盖层失去封闭油气的能力,即使是少量连通裂缝,也常造成油气田的巨大破坏。特别是,垂直渗透率比水平渗透率对泥页岩盖层封闭质量的影响更大。研究渗透率对泥岩封盖性能影响时,特别要注重对高角度裂缝的研究。

有效盖层的识别及盖层等级划分
有效盖层是指能够封闭油气的直接盖层。它可以是泥岩,也可以是岩性致密的泥质砂岩或砂岩,关键是盖层突破压力的大小。

当泥岩存在裂缝时,会大大降低其对油气的封闭作用,但也并非只要存在裂缝,就一定完全丧失其封闭能力,它有一个从量变到质变的过程。当泥岩裂缝比较稀少,裂缝宽度微小,裂缝连通性比较差的情况下,地层仍可具有一定的突破压力。如果岩层突破压力大于足使油气通过它发生渗漏的压力时,该岩层就能对油气起封隔作用成为盖层,这样的泥岩盖层称为“有效盖层”。当裂缝比较发育,且连通性比较高的情况下,岩层的突破压力大大降低,油气就可进入此岩层,并在其中渗滤,散失在大地中。这样的泥岩不能封闭油气藏,称之为“假盖层”。

大量实际资料证明,当盖层的φe≤6%和K≤0.08×10-3μm2时,盖层为有效盖层,可以起到封闭油气的作用。另外,建议采用Pa≥0.5MPa,且H≥2m做为有效盖层的下限值。

由于各种参数对盖层封堵性的贡献不同,在有效盖层的下限值确定之后,按着不同参数对盖层质量影响程度,对这些测井参数赋予不同的权值,见表1。根据这些测井参数权值大小,可拟定泥页岩盖层质量等级,见表2。

表1 判别参数权值表





储盖组合测井解释方法研究
李国平 石 强 王树寅

李国平 1962—1966年在北京石油学院学习;1966—1982年在青海石油局工作;1982—1986年在华北石油局工作;1986—现今在石油勘探开发研究院廊坊分院工作。

摘 要

根据油气藏成藏理论,油气藏形成之后,上覆盖层质量的变化会严重影响油气的聚集。大量事实证明,一些钻孔显示很好的层段曾经有过油气聚集,但由于后来盖层封闭性能变差,油气大量散失,形成了现今的残余油气藏。因此,测井解释不能仅对储层进行研究,还要对盖层封闭性能进行评价才能准确解释其含油气性。在此基础上提出了储盖组合测井解释观点,并建立了封闭、开启型油气藏测井解释模式。

主题词:封闭性油气藏 未封闭性油藏 总孔隙度 渗透率 盖层 测井解释

生储盖组合

引 言

多年来,测井界为了提高测井解释精度,一直非常注重储层物性、流体性质、岩电关系等方面的研究,储层参数计算精度不断提高。即使如此,在一些地区个别层位的油气水性质的判别上仍经常出现失误。原因是油气聚集成藏后,如果地质运动使盖层封盖性能变差,油气藏就会被破坏,轻质组分大量散失,地层水潜入,重组分滞留在孔喉之中,形成残余油气藏。这种油气藏,钻井显示有时相当好,岩屑录井或钻井取心常可描述为含油、油浸、油斑等高级别的油气显示,但是实际含油饱和度一般低于50%。这类储集层试油结果常为水层或含油水层,与油气显示不相称,与测井计算的含油饱和度指标也不符合。为此,测井解释不能只偏重油气藏的储层研究,盖层封闭性能好坏,直接影响着油气的聚集和保存。测井解释不但要考虑储层条件,也应从油气成藏的保存条件出发,分析油气藏是封闭的还是开启的,在此基础上充分利用测井资料,进行全井段、全剖面储盖组合综合解释。

泥页岩盖层测井评价
用测井方法研究泥页岩盖层,主要包括总孔隙度φt、有效孔隙度φe、渗透率K、含砂量Vsd、厚度H、突破压力Pa等参数。

1.厚度

厚度是盖层评价必不可少的参数之一。尽管国内外学者普遍认为,只要有几米厚泥岩就能封闭油气,但厚度的增加,必须能提高盖层的质量。

世界上大型油气田无不具较厚盖层条件为前提,如西西伯利亚、欧洲西北部盆地、北美西部盆地等。我国陕甘宁盆地中部奥陶系风化壳大气田,直接盖层是石炭系本溪组的铝土岩,厚度变化范围为6~18m不等,平均厚度13m;辅助盖层是石炭系太原组的泥质岩、致密灰岩及煤层,厚度为7~56m,平均厚度40.5m。

2.含砂量

苏联学者K.A.阿不杜拉曼诺夫对盖层研究表明,当深度大于1000m时,盖层中粉砂质的多少对封闭性能的影响十分明显。随着粉砂组分的增长,大直径的孔隙优势增大,渗透率增大,突破压力减小,封闭能力降低。当埋藏深度超过3000m后,随着泥岩中粉砂颗粒含量的增加,孔道直径虽也增大,但由于压实作用强烈,泥质粉砂岩的孔隙度、渗透率降低,含砂量对封闭性能影响减弱。

3.总孔隙度

泥岩盖层总孔隙度反映了泥岩的压实程度,总孔隙度越小,压实程度越高,孔隙喉道半径越小,泥岩孔隙毛细管力越大,渗透率越低,封闭性能越好。因此,泥页岩盖层总孔隙度是反映盖层封闭质量的重要参数。图1是实验室分析突破压力与总孔隙度及有效孔隙度关系图。从图1中可以看到,泥页岩总孔隙度与突破压力呈非线性函数变化。据理论计算,对连续油气柱不太大的油气藏来说,只要有1MPa以上突破压力的泥岩即可封闭油气藏。这个量值所对应的泥岩总孔隙度约30%,从成岩角度考虑,只要泥岩埋深达1000m左右,泥岩总孔隙度即可由70%降低到30%,具备封闭油气藏的能力。如青海东部涩北气藏、台吉乃尔气藏为第四系砂岩储气,封闭层泥岩孔隙度为28%~30%。因此,30%这个孔隙度量值可以作为泥岩盖层封闭油气的下限临界值。

泥页岩盖层总孔隙度的计算,其关键参数是干粘土的中子、密度测量值。测井计算处理可依据单井资料的中子-密度频率交会图,取得该井干粘土的中子、密度测井值,然后利用图2计算泥页岩盖层的总孔隙度。取得泥岩总孔隙度后,再计算泥岩的突破压力。

4.有效孔隙度

讨论泥岩总孔隙度同突破压力的关系,是把盖层看成均一化的理想盖层为前提。实际上,在大范围内泥岩的岩性、结构和孔隙并不是单一的,在各种成岩作用和构造作用下,还常产生次生孔隙和微裂缝,它在某一局部范围内或某一深度段可能存在各种形式的微渗漏空间。

对比图1中有效孔隙度、总孔隙度与突破压力关系曲线,两者有相似的变化规律,但曲率、两个端点的渐变稳定值有所差别。有效孔隙度与突破压力关系曲线变化曲率比总孔隙度与突破压力关系曲线变化曲率大的多,说明有效孔隙度比总孔隙度对突破压力的制约作用强,换言之,即有效孔隙度比总孔隙度对盖层封盖性能的影响大。两图中的端点渐变稳定值:总孔隙为30%时突破压力趋于极小稳定值,而有效孔隙度为22%左右时突破压力即趋于极小稳定值;总孔隙度为5%左右时,突破压力趋于极大稳定值,而有效孔隙度为0.5%左右时,突破压力才趋于极大稳定值。有效孔隙度在0~6%之间变化时,对突破压力的影响最为显著,是影响盖层质量的敏感区间;而总孔隙度在这个区间变化时,对盖层质量影响不大。有效孔隙度在大于6%的范围内,孔隙度的变化对突破压力的影响最为显著,是影响盖层质量发生变化的关键区间段。

5.渗透率

渗透率对泥页岩盖层封盖性能的影响很大,值得注意的是,当泥页岩存在裂缝时,渗透率将会失去均质地层孔渗关系,使渗透率急剧增大,使盖层失去封闭油气的能力,即使是少量连通裂缝,也常造成油气田的巨大破坏。特别是,垂直渗透率比水平渗透率对泥页岩盖层封闭质量的影响更大。研究渗透率对泥岩封盖性能影响时,特别要注重对高角度裂缝的研究。

有效盖层的识别及盖层等级划分
有效盖层是指能够封闭油气的直接盖层。它可以是泥岩,也可以是岩性致密的泥质砂岩或砂岩,关键是盖层突破压力的大小。

当泥岩存在裂缝时,会大大降低其对油气的封闭作用,但也并非只要存在裂缝,就一定完全丧失其封闭能力,它有一个从量变到质变的过程。当泥岩裂缝比较稀少,裂缝宽度微小,裂缝连通性比较差的情况下,地层仍可具有一定的突破压力。如果岩层突破压力大于足使油气通过它发生渗漏的压力时,该岩层就能对油气起封隔作用成为盖层,这样的泥岩盖层称为“有效盖层”。当裂缝比较发育,且连通性比较高的情况下,岩层的突破压力大大降低,油气就可进入此岩层,并在其中渗滤,散失在大地中。这样的泥岩不能封闭油气藏,称之为“假盖层”。

大量实际资料证明,当盖层的φe≤6%和K≤0.08×10-3μm2时,盖层为有效盖层,可以起到封闭油气的作用。另外,建议采用Pa≥0.5MPa,且H≥2m做为有效盖层的下限值。

由于各种参数对盖层封堵性的贡献不同,在有效盖层的下限值确定之后,按着不同参数对盖层质量影响程度,对这些测井参数赋予不同的权值,见表1。根据这些测井参数权值大小,可拟定泥页岩盖层质量等级,见表2。

表1 判别参数权值表

含砂量(Vsd)
盖层厚度(H)
总孔隙度(φt)
有效孔隙度(φe)

%
权值
%
权值
%
权值
%
权值

0~20

20~40

>40


1

0

-1


>10

5~10

<5


2

1

0


<20

20~30

>30


2

1

0


0~2

2~3

3~4

4~6
3

2

1

0


如:某盖层φt=19%,φe=1%,Vsd=10%,H=8。盖层权级数=2+3+1+1=7,盖层等级为优质。对于每层泥页岩,根据以上参数,都可以得到一个盖层权级数,根据权级大小便可划分盖层待级,分析盖层的质量。

储盖组合测井解释

对每层泥页岩作出盖层质量评价后,便可进行储盖组合测井分析。其中包括:储层、盖层的搭配关系;有利储集层段分析;油气层和残余油气层解释。前两项主要用于地质评价,本文仅就第三项技术的应用分析如下:

1.当储层上覆直接盖层为优质盖层时,储层的孔、渗、饱和含气指示参数比较真实地反映了储层物性情况和含油气情况,可以按照正常解释标准划分油、气、水层。

如图3是大港油田板桥凹陷板深25井综合解释成果图,从图3中可以看出3752m以下有5组砂岩体孔、渗、饱参数均较高:φe=13%~17%,K=3×10-3~50×10-3μm2,Sog=50%~80%,储层物性较好,储层含油气丰富,Sog平均约60%,含气指示明显,平均φg约16%,有效孔隙度平均约16%左右,渗透率平均约30×10-3μm2,气层厚度约70m,是板桥凹陷的主力产油气层段。在这套储集层之上,有一套厚约60m的泥岩盖层。盖层含砂量低,质地纯,粘土矿物主要为伊利石和蒙脱石,这套盖层测井计算的有效孔隙度为0,说明没有次生孔隙和次生裂缝存在,测井计算的突破压力为5~7MPa,据理论计算,可封闭750m气柱。本区气层段最大单层厚度为30m,这套区域盖层对板桥气藏的封闭不成问题。本井3791.8~3870.4m三层段合试,日产油28.6t,气79536m3,无水,气油比2780.98,为高产油气层。

2.当储层上覆直接盖层为差劣盖层时,此时的油气藏属开启性的油气藏,储层中的含油气饱和度为运移散失后的残余油气饱和度。此时,虽有较好的录井油气显示和近于油气层的孔、渗、饱参数,但是,一般得不到工业产能,常为残余油气层。图4是山西沁水盆地一口科学探索井,本井二叠系石盒子组(404.5~947.5m)盖层质量很差,泥岩盖层总孔隙度平均25%,有效孔隙度平匀15%,渗透率1×10-3~10×10-3,其孔隙度和渗透率已达储集层范畴。测井计算的突破压力很低,平均只有0.005MPa,这样低的突破压力不能封闭油气,泥岩盖层为差劣盖层。本井702~733m井段,钻井过程中有油气显示,曾给予地质工作者很大期望。本井完井后,多家测井并行解释,其结果多将3个砂层解释为气层。我们根据储盖组合解释思路,认为3个砂层为残气层,不会取得工业产能气。试气结果:日产水20m3,无油气。

3.当储层上覆盖直接盖层质量界于优良和差劣盖层之间时,油仍可有不同程度的富集,但天然气很难聚集。图5是大港油田歧口凹陷港深55井差油盖层(良好级别下)储盖组合解释成果图。从图5中可以看出,储层面3364~3391m以上为直接盖层,含砂量高,且不均匀,压实程度中等,总孔隙度15%;有效孔隙度0~10%,说明次生孔隙在盖层中存在,但是连通性差,盖层质量呈现为层状变化,泥质较纯段盖层质量相对较好,含砂量高的段盖层质量相对变差,整体评价本段盖层,质量为良好级别以下。这样的盖层质量只能封闭一定量的重质油,气和轻质油均不能封闭,故其下储层一般产能都不会高。图5中3364~3391m三层砂岩,有效孔隙度为12~15%,渗透率5×10-3~50×10-3μm2,含油饱和度50%~60%,含气指示微,厚度为1.65m,射孔后排液提捞,日产油0.709t,无气无水,试油结果同储盖组合分析吻合。

参考文献

1 李国平,等.测井地质及油气评价新技术.北京:石油工业出版社,1995

2 李国平,等.油页岩测井分析在源岩和盖层评价中的应用.见:第二届全国油气运移会议

论文集,1991

3 李国平,许化政.利用测井资料识别泥岩“假盖层”.地球物理测井,1991,(4)

4 张万选,张厚福.石油地质学.北京:石油工业出版社,1981






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