致密砂岩气层测井解释

致密砂岩气层测井解释方法综述

章雄,潘和平,骆淼,李清松,赵卫平(中国地质大学地球物理与空间信息学院,武汉430074) 2005

致密砂岩气层是指地下含有天然气的,其孔隙度低(一般小于10 %) , 含水饱和度高(大于40 %) 而渗透率(小于0. 1 ×10 - 3 μm2 ) 勉强能使天然气渗流的砂岩层。由于这类砂岩层往往处于深处或盆地的深部,所以又常称为深层致密砂岩气层。美国能源部根据渗透率进一步把致密砂岩气藏划分为:一般性气藏(渗透率大于1 ×10 - 3μm2 )；近致密气藏(渗透率在0.1～1×10-3μm2)；标准致密气藏(渗透率大于0. 05～0. 1 ×10 - 3μm2 ) ;极致密气藏(渗透率大于0. 001～0. 05×10 - 3μm2 ) ;超致密气藏(渗透率大于0.0001～0.001×10- 3μm2)。加拿大的阿尔伯达盆地(又叫西加盆地),美国落基山地区,中国的鄂尔多斯盆地等地区都蕴藏着丰富的天然气资源,同时又都是典型的致密砂岩气田。虽然致密含气砂岩层在世界上很多含油气盆地都有分布,但目前对这种资源进行卓有成效的加以开发利用的,主要局限于美国、加拿为数不多的几个国家。

气层的直接识别是测井地质专家们常用的气层识别方法,由于该方法快速、直观、简单易行而受到广泛应用。常用的直接识别方法包括:曲线重叠法和交会图法等。

211 曲线重叠法

三孔隙度曲线重叠法(即:中子孔隙度—密度孔隙度法、中子孔隙度—声波孔隙度法) 是气层直接识别方法中最为常用的方法。中子孔隙度—密度孔隙度法(即:核测井孔隙度差异法) 最早是谭廷栋教授提出的一种适合于深层致密砂岩天然气勘探的有效方法。深层天然气由于埋藏深,储层孔隙度小,核测井(中子和密度测井) 读数的分辨率较低。采用传统的核测井读数差异难以发现深层天然气。核测井孔隙度差异法是将核测井读数转换成核测井孔隙度,在气层由于天然气的存在使得中子孔隙度减小,密度测井孔隙度增大,两者重叠出现负异常。地层含气饱和度越大,重叠区域的差异面积也会越大。

李云省等(2003) 采用中子孔隙度—声波孔隙度法识别气层效果较好。当地层孔隙中含有天然气时,由于天然气含氢量低于水和油,所以气层中子的孔隙度会降低。而由于声波在气层中的传播速度比在油和水中的低,所以气层的声波时差会增大,甚至会出现“周波跳跃”。所以在测井曲线图上含气层的中子和声波

时差曲线就会出现重叠区域。地层含气饱和度越大,重叠区域的差异面积也会越大。

212 中子密度交会图法

交会图法也是一种直观识别方法。它主要是利用气层与非气层在测井曲线上值的大小不同进行交会,找出气层的测井响应范围,进而达到识别气层的目的。实践表明,中子和密度测井是对天然气响应最明显的两种测井方法。将储层处的中子和密度测井值进行交会,会发现气层交会点和非气层交会点有一较明显的界线,。所以可以直接利用中子和密度测井值识别气层。

3 定量识别方法

定量的方法能更加客观、准确的识别气层。现在,国内外的许多油气田都根据各自的实际情况,摸索出一系列有效的致密砂岩气层识别方法。所以应用于致密砂岩气层识别的方法种类比较繁多,经过分析对比可以把前人提出的各种方法归为以下几大类。

311 孔隙度方法

31111 三孔隙度差值法和比值法

天然气的密度大大低于油和水的密度,因此天然气层的密度测井值低于地层完全含水时的地层密度;天然气的含烃指数远低于1 ,因此天然气层中子测井值比它完全含水时偏低;地层含气后岩石纵波时差可能高于其完全含水时的纵波时差。这就是用三孔隙度差值法和比值法识别天然气的物理基础。定义: P1 =ΦD +ΦS - ΦN

P2 = (ΦD +ΦS ) / 2ΦN

式中:ΦD 、ΦS 、ΦN 分别为密度、声波、中子孔隙度。

令P3 = P2 - 1 , 当P1 > 0 或P3 > 0 时,指示为气层;反之则指示为非气层。31112 四孔隙度比值法

定义r4 = (φD +φS ) / (φN +φR )

φR = (1 - V sh )

RW R wsh / Rt

V sh R w + (1 - V sh ) Rwsh

令R4 = r4 - 1 , 当R4 > 0 时, 指示为气层; 否则为非气层。式中:ΦD 、

ΦS 、ΦN 分别为密度、声波、中子孔隙度。

2) 视孔隙度比值法

①含气指数法:天然气的存在使得声波孔隙度和密度孔隙度增大,而中子孔隙度减小,定义比值Qc (QC =φsφn /φ2n ) 可作为气层的指示指标。当Qc 大于1 时, 指示为气层;当Qc 小于1 时,指示为非气层。

②含气当量法: 含气当量Qg 定义为Qg =2φs / (φN +φD ) , 式中φs 、φN 、φD 、分别为声波、中子、密度孔隙度。当Qg 大于1 时, 指示为气层;当Qg 小于1 时, 指示为非气层。该方法既能消除泥质的影响, 又能突出天然气的影响, 而且Qg越大含气饱和度越高。

31312 视流体识别指标法和地层含气指标法

视流体识别指标法是利用气层在密度测井和声波测井曲线上的不同响应特征来识别气层的,其基本原理如下:

1) 根据密度测井和声波时差测井求取视流体密度(ρf a ) 和视流体时差(Δtf a )ρf a =ρma - (ρma - ρb) /

t

式子中ρma为地层骨架密度;Δtma 为地层骨架声波

时差; <

t 为地层总孔隙度。

2) 计算地层视流体识别指标( P F)

PF =

Δt f a

Δt f

-

ρf a

D f

/

ρf a

D f