致密油测井定量评价方法.docx

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致密油测井定量评价方法

致密油测井定量评价方法

摘要：

我国致密油资源丰富，但目前致密油的勘探开发还处于起步和探索阶段。

测井技术是致密油勘探开发的关键技术之一，准确识别和评价致密油储层是致密油开发的前提。

致密油与常规油藏存在多方面的差异，决定了致密油与常规油藏测井评价方法和侧重点不同。

本文以鄂尔多斯盆地延长组致密油为例，通过对致密油测井地质特征和生产需求的分析与研究，认为针对致密油藏重点需要解决好储层品质、烃源岩品质及完井品质测井定量评价问题，在岩石物理测试与测井新技术试验评价的基础上，通过重构测井评价参数体系，形成了一套鄂尔多斯盆地致密油测井评价配套技术，很好地满足了致密油勘探开发需求。

关键词：

鄂尔多斯盆地；致密油；储层品质评价；源岩品质评价；完井品质评价

ResearchonMethodsof

LoggingQuantitativeEvaluationofTightoil

Abstract:

Ourcountryisrichintightoilresources,butthetightoilexplorationanddevelopmentisstillinitsinfancyandexplorationstage.Thewellloggingisoneofthekeytechniquesfortightoilexplorationanddevelopment,toidentifyandevaluatethetightoilreservoiristhepremiseoftightoildevelopment.Therearemanydifferencesbetweenthetightoilandconventionalreservoir,sotheloggingevaluationmethodsandemphasisaredifferentbetweenthetightoilandconventionalreservoir.ThispapertakethetightoilofErdosBasinasanexample,throughtheanalysisandstudyonthetightoilwelllogginggeologycharacteristicsandproductionrequirements.thinkthatintightreservoirmainlyneedstosolvetheproblemofreservoirquality,sourcerockqualityandcompletionqualityloggingquantitativeevaluation,basedontherockphysicaltestandnewloggingtechnologyevaluation,rebuilttheloggingevaluationparametersystem,formedasetofwellloggingevaluationtechnologyofErdosBasintightoil,satisfiedthetightoilexplorationanddevelopmentneeds.

Keywords:

OrdosBasin；tightoil；reservoirqualityevaluation；sourcerockqualityevaluation；wellcompletionqualityevaluation

0引言

致密油是继页岩气之后全球非常规油气勘探开发的又一新热点，这种非常规油气资源已成为全球能源结构中的重要角色，在美国、加拿大、澳大利亚等国家都得到了商业性的开发，虽然中国非常规油气资源丰富，但总体上看，勘探开发还处于起步和探索阶段，如何有效地勘探开发致密油对于国家能源安全具有非常重要的意义[1]。

鄂尔多斯盆地中生界延长组致密油资源丰富，主要分布在紧邻生烃中心的三角洲前缘和湖盆中部的浊积砂体中，具有很大的勘探开发潜力。

致密油藏与盆地已开发的特低渗透、超低渗透油藏相比，在测井地质特征方面既有共性也有差异性。

共性主要表现在物性差、孔喉结构复杂、非均质性强、岩电性质复杂、油层识别评价难度大等特点；而差异性主要表现在沉积环境不同、成藏模式不同、致密油层物性更差、岩石组分更复杂、孔隙类型不同、开采方式不同等特点。

致密油藏与低渗透油藏存在多方面的差异性，决定了致密油与低渗透油藏测井评价方法和侧重点不同。

针对致密油藏重点需要解决好“三品质”测井定量评价问题：

一是储层品质，如何准确识别和评价致密油储层；二是烃源岩品质，如何通过源储配置研究，寻找出致密油甜点分布区；三是完井品质，如何通过地应力与岩石力学测井评价研究，为钻完井和压裂设计优化提供支持。

目前长庆油田按照致密油“三品质”测井评价需求，提出了针对性的测井采集系列，重构了测井评价参数体系，包括储层品质、烃源岩品质及完井品质评价在内的多项参数，很好地满足了油田勘探开发中的地质与工程需求。

1致密油储层品质测井定量评价

在致密油储层品质评价中，测井解释面临的难点主要体现在以下两个方面：

①致密油储层地质-岩石物理特征复杂，常规测井系列分辨能力低、信息量不足，需开展测井新技术、新方法试验及系列优选；②目前致密油测井评价基本沿用了低渗透储层的思路，其适应性明显不足，需提出针对性的测井评价内容、方法与标准。

1.1全剖面岩石组分定量评价技术

盆地致密砂岩储层岩性复杂，主要为长石砂岩、岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩，细砂岩、粉砂岩占绝对优势，且富含有机质，造成了岩石组分定量评价难度大。

弄清致密储层的矿物构成及确定储层岩石骨架，不仅可以为孔隙度等储层参数计算提供依据，而且对于致密油的有效开发有着重要的意义，因为致密油的有效开发都需经过大规模的储层改造，储层中脆性矿物成分含量的高低决定了储层改造的效果。

1.1.1基于全岩分析资料标定ECS测井确定岩石组分

ECS测井是地层元素俘获谱测井的简称，ECS可测量地层中的硅、钙、铁、硫、钛、钆等元素，通过氧闭合可计算砂岩、泥岩、碳酸盐岩、黄铁矿等的矿物含量[2]。

图2为A1井长7段致密油层ECS评价与XRD实验结果对比图，图中第6至9道的实线分别为泥质、砂岩、碳酸盐岩、黄铁矿的ECS计算结果，而红点是XRD实验结果，二者吻合较好。

图1X1井长7段ECS与XRD实验结果对比图

1.1.2基于多矿物模型综合反演确定岩石组分

本文主要利用Golog软件中的Multimin模块来进行多矿物模型综合反演确定岩石组分。

该模块主要应用概率统计和最优化方法模拟测井和岩石数据，利用储层中岩石矿物在不同曲线上的反映来求解地层组分。

在Multimin模块处理过程中最重要的是必须建立合适的岩石体积物理模型、流体类型以及合适的骨架参数。

在长7段高伽马层段综合反演过程中，需要将干酪根作为岩石体积模型的一部分，通过不同的测井曲线交会来确定岩石矿物组分的骨架测井响应特征值，分析得到干酪根的骨架值，自然伽马值为200API，声波时差为270μm/m，密度为2.4g/cm3（图2）。

同时，在该模块中可根据测井曲线质量或地层组分对测井值的贡献调整方程权重，能同时采用多个解释模型进行优化计算，自动合成最终解释结果，避免了单一利用自然伽马曲线计算泥质含量的缺点，能有效识别高自然伽马储层。

图5为A2井全岩剖面综合解释成果图，可以看出利用常规资料综合反演计算的岩石组分与X衍射分析值吻合较好，证明该方法是正确可行的。

图2X2井长7段全岩剖面综合解释成果图

1.2孔隙结构定量评价技术

对于致密储层，由于储层岩性细、物性差、非均质性强，使传统测井方法在孔隙度定量计算这一解决得最好的问题上遇到了挑战，渗透率定量解释的难度就更大了，由于核磁测井解释孔隙度与岩性无关，在复杂岩性地层中计算孔隙度比传统依赖骨架参数评价孔隙度更为准确。

同时，核磁共振测井得到的T2谱与岩石孔径分布密切相关，可以反应岩石的孔隙结构信息。

肖忠祥和肖亮等人[3,4]为了解决线性转换刻度方法在构造核磁毛管压力曲线以评价储层孔隙结构的过程中存在的诸多问题，提出了基于Swanson参数模型的核磁毛管压力曲线构造方法，并建立了相应的核磁毛管压力曲线构造模型。

利用该模型对长7致密油层岩心样品构造的毛管压力曲线与压汞毛管压力曲线进行对比（图3），吻合较好。

图3核磁构造的毛管压力曲线与压汞毛管压力曲线对比图

同时针对鄂尔多斯盆地中生界长7致密油层，通过对比分析压汞孔隙结构与核磁T2几何平均值（T2g）的关系，建立了利用核磁测井资料计算排驱压力，分选系数，中值喉道半径的模型，相关系数均达到0.9以上，能定量评价致密油层孔隙结构。

排驱压力：

Lg（Pd）=3.64Lg（T2g）2-5.69Lg（T2g）+1.35R=0.93

（1）

分选系数：

Lg（Sp）=-1.04Lg（T2g）2+1.65Lg（T2g）-0.13R=0.91

（2）

中值喉道半径：

Lg（R50）=-2.92Lg（T2g）2+4.68Lg（T2g）-1.76R=0.90（3）

图4为鄂尔多斯盆地X3井长7段综合解释成果图，常规测井显示致密，岩心分析渗透率小于0.1mD，解释为差油层。

根据核磁共振测井构造毛管压力曲线显示储层孔隙结构较好，油层段中值喉道半径平均为0.41μm，计算储层可动流体饱和度为48.26％，解释为油层，压裂试油获得20.83t/d的工业油流。

图4X3井长7段核磁测井孔隙结构解释成果图

2致密油烃源岩品质测井定量评价

盆地延长组长7油层组沉积期为最大湖泛期，湖盆强烈拗陷，湖水分布范围广（超过10×104km2），沉积了一套富有机质的油页岩、暗色泥岩，厚20～60m。

烃源岩有机质类型好，以低等水生生物为主，富含铁、硫、磷等生命元素，TOC值平均为13.75%，以Ⅰ、Ⅱ1型干酪根为主，烃源岩条件优越，是致密油成藏的重要资源基础[5]。

致密油藏是源储共生，未经长距离运移形成的油藏，烃源岩品质测井评价是致密油评价不可或缺的关键因素之一。

以往烃源岩评价往往都是通过对钻井取心样品的实验分析获得，但是受钻井取心的限制，单口探井往往很难获得连续的烃源岩地化参数。

因此利用测井资料连续丰富特点，开展烃源岩品质的测井评价意义重大。

通过识别优质烃源岩，并研究其源储配置关系，为最终寻找致密油藏甜点分布区奠定良好的基础。

2.1烃源岩分类标准

根据岩性特征、有机地球化学指标并结合测井参数特征，将盆地长7泥页岩划分为油页岩（优质烃源岩）、黑色泥岩和一般泥岩三种类型，其中一般泥岩为非烃源岩。

图5是盆地烃源岩残余有机碳含量与源岩的自然伽马、密度、铀含量之间的关系图，可以看出相关性较好。

通过岩性以及TOC含量将烃源岩划分为三类，并与测井参数相结合，最终确定了烃源岩测井分类标准（见表1）。

图5长7烃源岩TOC含量与伽马、密度、U交汇图

表1长7泥岩测井分类标准

2.2总有机碳含量测井定量评价

烃源岩中有机碳含量是反映烃源岩丰度高低的一项重要指标，目前测井计算TOC方法有两种[6]。

一种是Exxon石油公司的ΔLgR法。

该方法是利用重叠法，把刻度合适的孔隙度曲线（声波时差或密度曲线）叠加在电阻率曲线上，在贫有机质层段，这两条曲线相互重合或平行；富含有机质层段中两条曲线分离，主要由于低密度、低速率干酪根在声波时差曲线的反应和地层流体在电阻率曲线的反应[4]。

但是这种方法对测井曲线的质量要求较高，也受限于一定的计算公式及模型，故计算的精确度及适用性有限。

另外一种方法是多元回归分析法，通过分析盆地长7大量的总有机碳含量岩心实验数据与测井响应特征的关系表明，随着总有机碳含量增加，自然伽马、声波时差增大，密度降低，电阻率升高（图6a、b）。

本文通过试验分析数据与测井响应做相关分析，优选声波时差、密度、自然伽马多元回归建立了不同区块的TOC计算模型。

拟合的公式如下：

区块1：

TOC=-12.90+0.025×AC+2.96×DEN+0.032×GR（4）

区块2：

TOC=56.44-0.049×AC-17.05×DEN+0.037×GR（5）

a：

分析TOC与自然伽马b：

分析TOC与密度c:

分析TOC与计算TOC

图6岩心分析TOC与伽马、密度、计算TOC关系图

通过上述方法在研究区开展10口井的总有机碳含量计算，计算结果与分析TOC一致性较好（图6c）。

图7为X4长7段井TOC计算成果图，第6至7道分别为ΔLgR法和多元回归统计法计算结果，从图上可以看出多元回归统计法计算结果与实测TOC吻合更好。

图7X4井长7段TOC计算成果图

2.3烃源岩品质参数构建

TOC代表着烃源岩中含有有机物质的丰富程度，可以判断生油气效率。

参考储能系数Ф×So×H（反映了储层中的含油富集程度）的构建思路，构建了烃源岩品质参数TOC×H（反映了烃源岩中的有机质富集程度）。

图8是XX井区烃源岩品质分布图，图中粉色圈起来均为试油较差区域，但是这些区域在烃源岩厚度图上基本与其他试油较好区域烃源岩厚度一致。

因此与以往烃源岩厚度图相比，TOC×H能更好的反映烃源岩品质，为下一步源储配置测井评价奠定良好的基础。

图8西XX井区烃源岩品质（TOC×H）分布图

3致密油完井品质测井定量评价

鄂尔多斯盆地长7致密油储层岩性致密、物性差，前期按照常规压裂思路开展了大量的研究与试验，累计压裂改造600余口井，其中仅有337口井获工业油流，平均单井试油产量小于6t/d。

但是随着体积压裂技术在国外致密油气中的成功运用，为长庆致密油勘探开发提供了新的思路。

“体积压裂”技术是压裂理念的一次革命，同时也对完井品质测井评价提出了新的挑战。

首先必须研究哪段储层是最有利的“体积压裂”改造井段，其次测井应该为压裂改造提供必要的参数支持，并依据获得的参数对压裂缝高度进行预测，达到优化压裂方案的目的。

因此以测井新技术资料为基础，通过综合分析致密油储层完井品质参数，可以为致密油优质高效钻完井及压裂增产等提供工程地质依据与技术支持。

3.1岩石脆性参数定量计算

岩石的脆性是致密油“体积压裂”改造需要考虑的重要岩石力学特征之一。

当粘土矿物含量较高时，岩石表现为塑性特征，不利于产生复杂缝网体积。

而当储层中石英、长石、碳酸岩等脆性矿物含量较高时，岩石的脆性特征强，有利于形成裂缝网络体积，适合于“体积压裂”改造。

目前，有两种常用的评价页岩脆性指数的计算方法。

一是岩石力学参数法，二是岩石矿物分析法[7]。

3.1.1岩石力学参数法

岩石脆性与纵横向应变与法向应变有关，可用杨氏模量和泊松比这两个独立的岩石力学参数来计算岩石脆性系数，公式为：

（1）

式中：

E—实测弹性模量，10000MPa；PR—实测泊松比，无量纲；E—归一化后的弹性模量，无量纲；PR—归一化后的泊松比，无量纲；BI1—脆性系数，%。

3.1.2岩石矿物分析法

通过测定岩石矿物含量，根据脆性矿物成分含量高低可大致判断脆性强弱。

通常用石英、长石等占总矿物的百分含量来表示其脆性系数。

如延长组地层为砂泥岩剖面，其脆性系数计算公式为

综上，当该区块有横波测井资料时，有限考虑用岩石力学参数法进行计算，如果没有测井新技术资料则考虑用岩石矿物分析法，如图9是X5井长7段脆性指数计算成果图，可以看出岩石力学参数法和矿物分析法计算结果基本一致。

图9X5井长7段脆性指数计算成果图

3.2压裂缝高度预测技术

“体积压裂”是以设计缝网为目标，通过形成复杂的缝网系统，扩大裂缝网络与油藏的接触体积，从而达到提高单井产量的目的。

在致密油的开采过程中，如果压裂缝高度控制不好，打开上下的遮挡层，将会导致压裂失败，无工业油流产出。

因此准确预测和控制裂缝的几何形态，对提高压裂作业成功率及效果有十分重要的指导意义。

本文主要利用岩石脆性系数和改进的Iverson模型预测压裂缝高度[7]。

压裂缝一般产生在最大水平地应力方位，而最小水平地应力则近似等于压裂缝的闭合压力，基于此，可使用破裂点施工压力（最小水平应力Sh与增压值p之和）与预测点最小水平应力相比较的方法来估算压裂缝高度Hf。

通过理论推导，建立最小水平主应力Sh与脆性系数B的关系式，利用测井资料计算岩石脆性系数和地应力等参数来定量预测压裂缝高度。

通过理论公式变换，推导出了脆性系数与最小水平主应力的关系。

将杨氏模量E和泊松比PR与剪切模量G的关系式E=2G（1+PR）代入脆性系数的计算公式，经过整理变换得出岩石泊松比PR与脆性系数BI（%）和剪切模量（104MPa）的关系为：

（2）

将式（5-1-2）代入计算地应力的黄氏模型，得到最小水平主应力Sh与BI的关系式为：

（3）

计算出最小水平地应力之后，使用Iverson模型预测压裂缝高度。

从式（3）可以看出，岩石脆性系数越大，水平地应力越小（破裂压力也越小），地层更易被压开。

这样，就可以可以根据测井计算的脆性系数、地应力和破裂压力三参数的纵向变化特征，定性和定量地预测压裂缝的上下延伸方向及高度。

图10左边是X6井长7段压裂缝高度预测成果图，该井射孔层段为2649.0～2652.0m、2655.0～2658.0m、2662.0～2665.0m，加陶粒砂22.0m3，排量5.0m3/min，日产油20.49t。

通过计算可知该井射孔段上部脆性系数为28.0%，下部脆性系数为37.9%，裂缝向下延伸可能性较大，以0.4MPa为加压步长，加压8次，裂缝上延至2639.125m，下延至2681.375m，预测缝高42.25m。

右边是偶极横波成像压裂裂缝检测成果图，综合能量差、时差各向异性、平均各向异性及各向异性成像图，可知压裂裂缝上延至2637.0m，下延至2681.0m，检测缝高为44.0m，与预测结果基本一致。

综合X6的比对结果，可以看出利用上述方法进行压裂缝高度预测是有效可行的，能够为下一步的压裂施工提供技术支持。

图10X6井长7段压裂缝高度预测及压裂效果检测

在鄂尔多斯盆地致密油勘探开发目标区，应用致密油"三品质"测井定量评价技术，取得了良好的效果。

通过源储配置研究，目前已累计优选14个致密油甜点分布区；通过岩石脆性与压裂缝高度预测技术研究，在安xx和西xx致密油水平井开发区累计完成20余口井的压裂设计优化，增产效果明显。

4结论与认识

（1）通过基于X衍射全岩分析标定的全剖面岩石组分计算和基于高精度核磁测井中值喉道半径和可动流体饱和度的定量评价，可以有效提高致密油储层的识别精度。

（2）通过理论研究和实验分析，建立了长7泥岩测井分类标准，形成了∆lgR法和测井参数多元回归两种TOC定量评价方法，并构建了烃源岩品质参数，为源储配置测井评价奠定了良好的基础。

（3）通过开展三轴岩石力学实验，确定了岩石脆性指数计算方法，形成了基于岩石脆性指数的压裂缝高度预测技术，可以为致密油优质高效钻完井及压裂增产等提供了工程地质依据与技术支持。

（4）通过致密油三品质测井定量评价，重构测井评价参数体系，可以很好地满足油田致密油勘探开发中的地质与工程需求。

参考文献：

[1]杨华，李士祥，刘显阳．鄂尔多斯盆地致密油、页岩油特征及资源潜力．石油学报，2013，34

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1～11.

[2]袁祖贵，成晓宁．地层元素测井（ECS）—一种全面评价储层的测井新技术．原子能科学技术，2004，38（增刊）：

208～213.

[3]肖忠祥,肖亮.基于核磁共振测井和毛管压力资料的储层渗透率计算方法.原子能科学技术,2008,42（10）:

868~871.

[4]XiaoL,MaoZQ，XiaoZXetal.AnewmethodtoevaluatereservoirporestructureconsecutivelyusingNMRandcapillarypressuredata.SPWLA49thAnnualLoggingSymposium,2008,paperAA.

[5]张文正，杨华．鄂尔多斯盆地长优质烃源岩的岩石学、元素地球化学特征及发育环境．地球化学，2008，37

（1）：

59～64.

[6]张志伟，张龙海．测井评价烃源岩的方法及其应用效果．石油勘探与开发，2000，27（3）：

84～87.

[7]夏宏泉，弓浩浩，王成龙，等．姬塬地区岩石脆性测井研究[R]．成都：

西南石油大学，2012.