渤中凹陷变质岩凝析气藏随钻和电缆测井曲线对比分析

廖海博,刘红岐,崔云江,汪瑞宏,赵涵彬,廖启明

(1.西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都610500;2.中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300452)

0 引 言

渤中凹陷X气田构造类型好,形态完整,圈闭面积较大,构造整体埋藏较深,构造区内次生断层发育,且紧邻渤中主洼和渤中西南洼,为油气运移的有利指向区[1]。该区整体为受基底控制的近南北向发育的构造脊,发育于古隆起背景下,被一系列断层复杂化的断背斜构造,构造整体南高北低,断裂发育[2-3]。X气田潜山凝析气藏岩性复杂,曾长期暴露地表遭风化剥蚀,次生储集空间发育,其中,X1井(水平井)位于渤中凹陷的构造脊上,在地质构造和岩性上具有典型代表性。X气田中包括X1井在内的12口井在钻井过程中应用斯伦贝谢公司的Impulse随钻测井系列进行数据采集,完井后主要采用5700系列进行了常规电缆测井,随钻测井与电缆测井响应特征存在较大的差异,造成测井解释的不确定性。近年来,随钻测井技术突飞猛进,已经成为大斜度井、水平井和小井眼侧钻多分支井油藏评价的重要手段,是完成其钻井设计、实时数据采集和解释、现场决策以及地质导向的关键技术[4-5]。因此,进行随钻测井和电缆测井曲线对比分析,对水平井测井响应特征、随钻测井解释均具有重要意义。

目前,刘之的等[6]对砂泥岩地层随钻测井与电缆测井的电阻率曲线进行对比分析,认为两者具有较好的可比性,曲线形态变化一致,但随钻测井电阻率的幅值略高,建立大斜度井地层水饱和度的理想解释模型,关键在于对随钻测井资料进行必要的环境影响校正。吴刚等[7]、冯进等[8]发现5700系列阵列感应测井电阻率曲线的垂向分辨率要优于随钻测井的相位电阻率;由于未受钻井液侵入的影响,随钻测井电阻率反映储层的原始电阻率效果明显优于完井时所测的阵列感应电阻率。Jaiswal等[9]认为由于孔隙或裂缝中充填矿物的不同对声波速度具有较大影响,可以通过随钻测井与电缆测井响应特征的差异来识别储层和裂缝。Joshi等[10]、Amar等[11]分析了各向异性条件下随钻测井与电缆测井曲线的特征及差异,得出以下结论:①测井响应特征不同计算的储层参数有所不同;②随钻测井获取的地层数据因其可靠性和质量已被证明是在恶劣的井眼条件和复杂的井眼轨迹中能够替代其电缆测井数据,可大幅节约成本。Liu等[12]、Llorente等[13]、Longo等[14]讨论了页岩膨胀在渗透性地层井壁形成的泥饼堆积和井眼垮塌对随钻测井与电缆测井声波、密度曲线响应特征差异的影响,其中随钻测井能够较好地代替电缆测井,达到更高标准。Pedersen[15]等认为随钻测井和电缆测井资料的深度有较大的差异,因此,对测井资料的深度校正是关键问题所在。

现有研究成果显示,随钻测井技术已广泛应用于各大油田,但仍存在以下不足:对于岩性复杂、储层埋藏深、纵向厚度大、非均质性强的储层,由于测井系列的变化,导致勘探评价阶段建立的基于电缆测井的解释模型及裂缝段划分标准在开发阶段不适用;开发井随钻测井与电缆测井响应特征存在差异,测井曲线的校正量不明确;鲜见变质岩区块随钻测井资料和电缆测井资料对比的研究,而随着测井技术的发展,随钻测井测量方式、原理和条件变化巨大。

鉴于此,本文根据渤中凹陷X气田X1井的测井、生产测试和薄片资料对电缆测井与随钻测井曲线进行深入的对比分析,旨在分析随钻测井与电缆测井响应特征存在差异的原因及确定校正方法,进而建立基于随钻测井的解释模型,探索识别储层和裂缝发育区的方法。

1 测井仪器对比分析

随钻测井与电缆测井在测量方式、测量原理上有较大的差异[16](见表1),电缆测井一般为贴井壁和居中测量,随钻测井为侧向和成像测量,这导致随钻测井与电缆测井响应特征存在较大的差异。其次,裂缝、溶蚀孔洞、井眼条件等因素也会导致随钻测井与电缆测井响应存在差异。在测量原理方面,随钻侧向电阻率成像测井仪将电线缠绕在环形金属上形成环形线圈,而后向线圈中通入交流电,在线圈周围将产生电场传入地层,并在接收线圈上产生二次交变感应电动势,进而计算地层电阻率值;而5700系列阵列侧向电阻率测井仪是采用动态聚焦向地层发射不同频率的深、浅电流,通过屏蔽电极将电流聚焦垂直传入地层,进而测量电阻率值。

在测量条件方面,随钻测井是在钻头破岩后不久、钻井液侵入较浅、井眼平滑且还没有出现明显垮塌的条件下进行测量;而电缆测井是在钻井完成后再进行地层信息测量。因此,随钻测井监测地质信息具有实时性,更能反映原状地层的电性、物性和孔隙含流体性,但随钻测井系列的测速比电缆测井的测速小。

在数据传输方面,随钻测井采用时间驱动采样,采样间隔不确定,当地层孔隙压力增大时,仪器受压增大,测速减慢,采样间隔增大[17],受围岩和井眼的影响较小[18-19]。而电缆测井采用电缆传输数据,测速较快,采样间隔为0.100 m或0.125 m。因此,随钻测井的关键技术是信号传输,由于测速较慢,更适用于大斜度井或水平井的测量[20-21]。

表1 随钻测井与电缆测井仪器对比表

2 曲线对比分析

2.1 自然伽马曲线对比分析

随钻测井与电缆测井的响应机理不同,其响应结果不尽相同。研究区太古界岩性主要为花岗片麻岩,夹少量侵入岩,自然伽马曲线直接反映岩性的变化,间接体现储层的渗透性特征。在非渗透性层段,井径曲线无扩井现象,钻时曲线也基本稳定,钻井液密度恒定为1.19 g/cm3,随钻测井与电缆测井的自然伽马值基本重合[见图1(a)、图1(b)]。在渗透性层段,区块钻井液为PDF-HSD体系(主要配方为海水,含有大量的钾离子),随着钻井液中钾离子的侵入,电缆测井自然伽马值增大;而随钻测井受钻井液侵入的影响较小。因此,随钻测井与电缆测井在渗透性层段自然伽马值有较大的差异[见图1(c)、图1(d)],且随钻测井自然伽马值小于电缆测井自然伽马值。

为进一步确定钻井液侵入对自然伽马值的影响程度,以图1中4个深度段的测井曲线为基础建立随钻测井自然伽马与电缆测井自然伽马交会图(见图2,其N为样品数)。如图2所示,两者相关性高,斜率都接近于1,但随钻测井自然伽马值明显低于电缆测井自然伽马值,在Y轴存在不同的截距,其截距越大,表明钻井液侵入越严重,地层渗透性越好。通过式(1)～式(4)对钻井液侵入层段进行环境校正,确定未受钻井液侵入影响的自然伽马值,以便对岩性进行识别,清楚地认识地下地质构造及储层、裂缝发育段。

GRLWD=0.9983GRWL-6.734

(1)

GRLWD=0.9997GRWL-11.675

(2)

GRLWD=0.9993GRWL-45.624

(3)

GRLWD=0.9947GRWL-53.137

(4)

式中,GRLWD为随钻测井自然伽马值,API;GRWL为电缆测井自然伽马值,API。

2.2 电阻率曲线对比分析

图1 随钻测井与电缆测井自然伽马曲线对比图*非法定计量单位,1 in=2.54 cm,下同

图2 随钻测井与电缆测井自然伽马交会图

图3 随钻测井与电缆测井曲线对比图

对随钻测井与电缆测井曲线进行对比。如图3所示,第4道为随钻测井电阻率曲线,第5道为电缆电阻率曲线。就曲线形态而言,随钻测井的电阻率曲线与电缆测井的电阻率曲线趋势大致相同;随钻测井的电阻率曲线明显较电缆测井的电阻率曲线光滑,故随钻测井电阻率的分辨率低于电缆测井电阻率的分辨率;在随钻测井电阻率曲线与电缆测井电阻率曲线差异较大的地方,曲线上都出现了“犄角”形边界效应[22],表明地层的各向异性较强;图3中第6道为随钻测井衰减电阻率曲线(A40H)和相位移电阻率曲线(P16H、P28H、P40H),随钻测井相位移电阻率曲线的分辨率P16H>P28H>P40H。进一步对电阻率数值进行对比表明:渗透层的电缆测井电阻率值明显低于随钻测井电阻率值,钻井液侵入程度越大,随钻测井与电缆测井的电阻率值差值越大,利用这些特点可以判断地层含油气饱和度的大小;地层各向异性对随钻测井电阻率的影响明显大于电缆测井电阻率,因此,随钻测井与电缆测井电阻率的差异间接反映裂缝的发育程度。在5 245～5 255 m处,A40H值波动较大,而随钻测井与电缆测井的电阻率值较低,结合电成像图像可知,该段高角度张开缝较为发育。因此,随钻衰减电阻率曲线的衰减幅度可用于识别裂缝发育段和优质储层。

图3第7道显示随钻测井密度值明显低于电缆测井密度值,从数值上看,在4 560～4 750 m井段,岩性为碎屑岩,两者密度差值为0.044 g/cm3,4 750～5 500 m井段,岩性为花岗片麻岩,密度差值为0.028 g/cm3;图3第8道为随钻测井与电缆测井的中子孔隙度曲线,两者形态基本一致,随钻测井中子孔隙度值较电缆测井中子孔隙度值平均高约1.5 p.u.,其主要原因是仪器系统误差及随钻测井仪器刻度使用的放射性源与实际测井采用的放射性源不匹配。

将该井的裂缝按倾角划分为低角度缝(小于30°)、中角度缝(3°～75°)和高角度缝(大于75°),分析不同裂缝类型的地层,随钻测井电阻率和电缆测井电阻率比值的变化规律见表2,其中RES_BD和RES_BX为随钻测井电阻率,MLR1C、MLR2C、MLR3C、MLR4C为电缆测井电阻率。对比分析可以得出以下结论:①裂缝类型由低角度缝变为高角度缝,随钻测井与电缆测井的电阻率比值减小,说明裂缝倾角越大,电阻率测量值越小;②同一裂缝类型,随钻测井电阻率与电缆测井电阻率的比值减小,表明电缆测井电阻率受到钻井液侵入的影响,且MLR1C、MLR2C、MLR3C、MLR4C的横向探测深度依次增大。

表2 不同裂缝类型随钻测井和电缆测井电阻率比值变化规律

裂缝及其填充情况和凝析气的充注对电阻率响应特征也有较大影响,因此,对随钻测井与电缆测井曲线交会图(见图4)进行分析。电阻率曲线与密度曲线交会图显示,由于电缆测井电阻率曲线分辨率较大,导致在高电阻率(相对于围岩)的薄层段电缆测井电阻率值大于随钻测井电阻率值;电阻率曲线与自然伽马曲线交会图显示,随钻测井自然伽马值整体大于电缆测井自然伽马值,裂缝发育段钻井液侵入导致电缆测井自然伽马值增大;通过前面的对比分析发现,由于不同的放射性源导致随钻测井中子孔隙度值较电缆测井中子孔隙度值平均高1.5 p.u.,但交会图显示,中子孔隙度值较大的部分存在差异,分析认为这是凝析气的存在导致。因此,随钻测井与电缆测井数据的差异可用于识别裂缝和凝析气储层。

图4 随钻测井与电缆测井曲线交会图

3 结 论

(1)在PDF-HSD钻井液体系下,非渗透层段的随钻测井自然伽马值与电缆测井自然伽马值基本重合;在渗透层段,两者变化趋势相同,但存在一定的差异;钻井液侵入越严重,其差值越大。因此,可以用此差异识别渗透层段,并对钻井液侵入段的电缆测井自然伽马曲线进行校正。

(2)随钻测井电阻率值总是大于电缆测井电阻率值,其中在裂缝发育段两者差值更明显;就曲线变化形态而言,随钻测井电阻率曲线更为光滑,分辨率略小于电缆测井电阻率曲线;随着裂缝倾角增大,电阻率值减小。

(3)随钻测井与电缆测井曲线在裂缝和凝析气储层存在明显差异,据此可识别裂缝和凝析气储层。