柴達(dá)木盆地復(fù)雜基巖氣藏儲(chǔ)層參數(shù)測(cè)井評(píng)價(jià)

摘要

摘　要：火成巖、變質(zhì)巖氣藏的測(cè)井綜合評(píng)價(jià)面臨的挑戰(zhàn)有巖性的劃分、有效儲(chǔ)層的確定、裂縫孔隙度及溶蝕孔的計(jì)算、流體性質(zhì)的識(shí)別等。為此，綜合巖心、元素俘獲譜、自然伽馬能譜

摘　要：火成巖、變質(zhì)巖氣藏的測(cè)井綜合評(píng)價(jià)面臨的挑戰(zhàn)有巖性的劃分、有效儲(chǔ)層的確定、裂縫孔隙度及溶蝕孔的計(jì)算、流體性質(zhì)的識(shí)別等。為此，綜合巖心、元素俘獲譜、自然伽馬能譜測(cè)井等資料，劃分了柴達(dá)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(zhǎng)片麻巖和鈣質(zhì)片麻巖為主，巖性與物性無(wú)明確的關(guān)系。在巖性識(shí)別的基礎(chǔ)上，將核磁測(cè)井、高分辨率電成像測(cè)井與常規(guī)測(cè)井相結(jié)合，建立了基巖的孔隙度計(jì)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(chǔ)層飽和度模型計(jì)算了含氣飽和度，并在多井分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合試氣、試采等資料分析了該基巖氣藏的成藏特征。結(jié)論認(rèn)為，研究區(qū)為底水塊狀氣藏，北部區(qū)塊氣柱高度相對(duì)低，南部區(qū)塊的氣柱高度超過(guò)350m。該認(rèn)識(shí)已被后續(xù)新鉆井的測(cè)試所證實(shí)，所形成的一整套測(cè)井綜合評(píng)價(jià)方法為類似氣藏的勘探開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：柴達(dá)木盆地氣藏基巖裂縫溶蝕孔侵入巖變質(zhì)巖測(cè)井評(píng)價(jià)

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(dá)木盆地阿爾金山前東段，西面為茫崖凹陷與大風(fēng)山凸起，東面為昆特依地區(qū)、冷湖構(gòu)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(jì)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(gòu)造格局，各構(gòu)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(chǔ)層為主，儲(chǔ)層具有巖性多變、儲(chǔ)集空間復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)^[1]，氣田的勘探開發(fā)難度很大。目前，利用常規(guī)測(cè)井、成像測(cè)井和地震屬性等資料評(píng)價(jià)裂縫型儲(chǔ)集層雖見到一定的效果^[2-5]，但該氣田在勘探評(píng)價(jià)階段還采用常規(guī)電纜測(cè)井、元素俘獲譜測(cè)井、微電阻率掃描、偶極子聲波、核磁共振等成像測(cè)井系列，形成了一整套巖性識(shí)別、裂縫評(píng)價(jià)、孔隙度和飽和度計(jì)算、流體類型識(shí)別及有效厚度確定在內(nèi)的測(cè)井綜合評(píng)價(jià)方法。筆者以此為手段對(duì)東坪基巖氣藏進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1　巖性識(shí)別與劃分

儲(chǔ)層巖性識(shí)別是油氣藏評(píng)價(jià)的前提和基礎(chǔ)工作，與常見的沉積巖不同的是基巖巖性復(fù)雜多變，測(cè)井識(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)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(huì)圖(圖2)。由于侵入巖以鉀長(zhǎng)石含量較高的花崗巖為主，其鉀含量和自然伽馬為相對(duì)高值，變質(zhì)巖的鉀和自然伽馬相對(duì)低值。因此侵入巖位于交會(huì)圖的右上角而變質(zhì)巖位于交會(huì)圖的左下方。利用元素俘獲譜資料實(shí)現(xiàn)兩大類巖性的細(xì)分。二氧化硅與氧化鈉和氧化鉀之和的交會(huì)圖(圖3)實(shí)現(xiàn)侵入巖的細(xì)分，花崗巖的二氧化硅含量高，為66％，輝綠巖為45％～53％，閃長(zhǎng)玢巖為53％～66％。據(jù)此實(shí)現(xiàn)了北部3井區(qū)基巖儲(chǔ)層巖性的識(shí)別與劃分。變質(zhì)巖的種類繁多且其成因復(fù)雜，因而變質(zhì)巖的識(shí)別與劃分相對(duì)侵入巖要復(fù)雜得多。通常認(rèn)為在變質(zhì)巖的形成過(guò)程中化學(xué)成分穩(wěn)定，這為利用元素俘獲譜測(cè)井劃分巖性提供了有利條件，同時(shí)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(duì)巖性的劃分也提供了好的資料。

在巖心歸位的基礎(chǔ)上，利用不同巖性的數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制中子密度交會(huì)圖，花崗片麻巖的樣本點(diǎn)落在砂巖線上或其上方，斜長(zhǎng)片麻巖的樣本點(diǎn)在白云巖線上，鈣質(zhì)片麻巖的樣本點(diǎn)在石灰?guī)r線和白云巖線之間。元素俘獲譜測(cè)井可以得到地層中主要的元素含量，可用于化學(xué)成分不同的變質(zhì)巖的區(qū)分^[6]?；◢徠閹r的石英長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)低而鋁元素含量相對(duì)高，不同巖性的元素含量如表1所示。

巖心資料、元素俘獲測(cè)井和常規(guī)曲線的結(jié)合給出了東坪氣田基巖儲(chǔ)層的巖性識(shí)別與劃分結(jié)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(jì)算的孔隙度等參數(shù)對(duì)比，認(rèn)為侵入巖脈可作為儲(chǔ)層，且由于侵入主要是沿?cái)鄬拥冗M(jìn)行的，侵入過(guò)程誘導(dǎo)裂縫產(chǎn)生。因此巖脈的侵入對(duì)于儲(chǔ)層是一個(gè)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(jié)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(zhǎng)片麻巖，結(jié)合孔隙度、裂縫等參數(shù)分析認(rèn)為巖性對(duì)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)集性能依賴于斷裂作用和風(fēng)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(gè)大的構(gòu)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?jǐn)嘞蓦A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(zhuǎn)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(gòu)造運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。其中靠近大的斷裂相對(duì)較近的或者處在斷裂相交的位置裂縫相對(duì)發(fā)育。裂縫的評(píng)價(jià)有多種方法，早期主要是基于常規(guī)曲線進(jìn)行評(píng)價(jià)^[13]，開啟裂縫在常規(guī)曲線上的特征為：側(cè)向電阻率相對(duì)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(cè)向有正差異，低角度裂縫發(fā)育段深淺側(cè)向出現(xiàn)負(fù)差異，網(wǎng)狀裂縫深淺側(cè)向差異不明顯。常規(guī)資料評(píng)價(jià)裂縫的主要優(yōu)勢(shì)是成本低、方法簡(jiǎn)單、資料豐富，缺點(diǎn)是應(yīng)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(zhǎng)度等參數(shù)。隨著成像測(cè)井的出現(xiàn)，裂縫的評(píng)價(jià)主要依賴聲電成像來(lái)進(jìn)行。其優(yōu)勢(shì)是裂縫解釋定量化、直觀可靠性高、適用于多種環(huán)境，缺點(diǎn)是價(jià)格相對(duì)較高、采集的井?dāng)?shù)相對(duì)少。本研究中裂縫的評(píng)價(jià)主要是以高分辨率的電成像為手段，并結(jié)合偶極子聲波測(cè)井和深淺側(cè)向電阻率來(lái)開展的。通過(guò)對(duì)電成像的精細(xì)解釋可以得到高導(dǎo)裂縫的產(chǎn)狀、裂縫的密度、長(zhǎng)度、寬度及孔隙度等參數(shù)。解釋結(jié)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(dǎo)致裂縫發(fā)育和溶蝕得以繼續(xù)進(jìn)行。區(qū)內(nèi)基巖儲(chǔ)層在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史過(guò)程中歷經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。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(shuō)明裂縫主要是構(gòu)造縫。電成像測(cè)井解釋的誘導(dǎo)縫走向與高導(dǎo)裂縫的走向基本平行或者呈銳夾角。由此說(shuō)明目前的應(yīng)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(jì)算是利用淺側(cè)向刻度過(guò)的電成像，根據(jù)人機(jī)交互精細(xì)解釋的裂縫來(lái)實(shí)現(xiàn)的。裂縫寬度的計(jì)算公式如下^[14]：

W＝cARm^bRxo^1-b

式中c、b為系數(shù)，其值完全取決于FMI成像測(cè)井儀器的具體結(jié)構(gòu)，b無(wú)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(dǎo)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(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合裂縫長(zhǎng)度、井徑等就可得到裂縫孔隙度，其計(jì)算公式為：

式中Lj為裂縫長(zhǎng)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?jǐn)?shù)。

計(jì)算結(jié)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(guò)0.5％。

測(cè)量原理決定了基于電成像解釋的裂縫為高導(dǎo)裂縫，其是否開啟還需要陣列聲波測(cè)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(guò)四分量旋轉(zhuǎn)得到的快慢橫波的差異是由多種因素導(dǎo)致的，包括應(yīng)力與裂縫導(dǎo)致的各向異性等，頻散分析通過(guò)快慢橫波的形態(tài)實(shí)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(dǎo)裂縫的層段，頻散說(shuō)明各向異性是裂縫導(dǎo)致的。因此這些高導(dǎo)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(chǔ)層參數(shù)計(jì)算

基巖儲(chǔ)層參數(shù)主要是計(jì)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(shí)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(chǔ)集空間。裂縫孔隙度的計(jì)算主要基于電成像，前已述及。溶蝕孔隙度的計(jì)算是利用聲波進(jìn)行，其主要的原因在基巖的礦物成分比較復(fù)雜，其密度和中子的骨架值難以確定，而不同礦物的聲波時(shí)差骨架值差異比較小，故采用聲波計(jì)算溶蝕部分的孔隙度。基巖儲(chǔ)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(guò)氣校正的核磁孔隙度與聲波時(shí)差建立關(guān)系式，孔隙度的計(jì)算公式為：

j＝0.228DT-37.929

式中j為孔隙度；DT為聲波時(shí)差，ms／m。

當(dāng)孔隙度為0時(shí)，聲波時(shí)差值為164ms／m，應(yīng)用聲波時(shí)差與電阻率交會(huì)圖檢驗(yàn)，電阻率隨聲波時(shí)差的降低而增大的趨勢(shì)非常明顯，本區(qū)研究認(rèn)為當(dāng)電阻率大于1000W·m時(shí)為非儲(chǔ)層，該值對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差值可認(rèn)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(chǔ)層的含氣飽和度計(jì)算方法比較復(fù)雜，主要是因?yàn)榇藭r(shí)裂縫對(duì)導(dǎo)電的貢獻(xiàn)比較大，計(jì)算含氣飽和度時(shí)必須考慮裂縫對(duì)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(jié)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(jié)指數(shù)，取1.4。

上述公式計(jì)算了溶蝕孔部分的含氣飽和度，還需要計(jì)算裂縫部分的含氣飽和度，法國(guó)石油實(shí)驗(yàn)室的研究人員提出的計(jì)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(jì)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(jì)算公式得到的含氣飽和度可達(dá)到99％，本次統(tǒng)一取值為95％，然后根據(jù)孔隙度進(jìn)行加權(quán)平均。

采用深、淺側(cè)向的差異同深電阻率的比值與聲波的交會(huì)圖來(lái)確定流體性質(zhì)(圖6)。從圖6中看出氣層點(diǎn)都位于右上方，而水層點(diǎn)位于左下方，從測(cè)井的原理上看含氣好的層段深淺側(cè)向有較大的正差異特征或者小的負(fù)差異，而水層由于淡水鉆井液的侵入會(huì)使得電阻率出現(xiàn)負(fù)差異，當(dāng)然裂縫的發(fā)育情況及產(chǎn)狀對(duì)電阻率的影響比較大，但從解釋結(jié)果看都是以網(wǎng)狀裂縫為主。因此認(rèn)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(jìn)行劃分的。核磁資料表明當(dāng)孔隙度為2％時(shí)，可動(dòng)流體只有1％，同時(shí)參考了國(guó)內(nèi)外眾多的古潛山油氣藏，以孔隙度2％作為有效儲(chǔ)層的下限。據(jù)前述方法對(duì)區(qū)塊內(nèi)的井進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，如圖7所示為東坪306井的評(píng)價(jià)成果圖。該井1894.5m以下為花崗巖，電成像表明高導(dǎo)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(jì)算的含氣飽和度為70％，深、淺側(cè)向有小的正差異氣測(cè)錄井顯示較好(中部因取心氣測(cè)低)，解釋為氣層；下部巖性、物性與上部相當(dāng)，但電阻率明顯降低，且深、淺側(cè)向基本重合，氣測(cè)無(wú)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(dòng)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(dòng)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(duì)氣藏的認(rèn)識(shí)

在流體識(shí)別、儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算、有效厚度確定的基礎(chǔ)上，通過(guò)多井對(duì)比，對(duì)氣藏有如下認(rèn)識(shí)：基巖氣藏為雙重孔隙結(jié)構(gòu)，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(cè)向與斷層下盤對(duì)接的地層為E1+2致密泥巖層及膏巖層，對(duì)厚層基巖氣藏起到了很好的封堵作用(圖8)。

5　結(jié)論

新的測(cè)井系列與巖心及常規(guī)測(cè)井結(jié)合實(shí)現(xiàn)了基巖儲(chǔ)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(zhǎng)片麻巖和鈣質(zhì)片麻巖，巖性對(duì)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(zhǎng)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。快慢橫波的品散分析提供了新的手段識(shí)別裂縫的有效性。

建立的孔隙度計(jì)算圖版、飽和度計(jì)算圖版及流體識(shí)別圖版滿足了基巖裂縫孑L隙型儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的需要，并在多井評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，深化了基巖氣藏的認(rèn)識(shí)。

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