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儲蓋組合測井解釋方法研究
主題詞：封閉性油氣藏 未封閉性油藏 總孔隙度 滲透率 蓋層 測井解釋
生儲蓋組合
引 言
多年來，測井界為了提高測井解釋精度，一直非常注重儲層物性、流體性質、巖電關系等方面的研究，儲層參數計算精度不斷提高。即使如此，在一些地區個別層位的油氣水性質的判別上仍經常出現失誤。原因是油氣聚集成藏后，如果地質運動使蓋層封蓋性能變差，油氣藏就會被破壞，輕質組分大量散失，地層水潛入，重組分滯留在孔喉之中，形成殘余油氣藏。這種油氣藏，鉆井顯示有時相當好，巖屑錄井或鉆井取心常可描述為含油、油浸、油斑等高級別的油氣顯示，但是實際含油飽和度一般低于50%。這類儲集層試油結果常為水層或含油水層，與油氣顯示不相稱，與測井計算的含油飽和度指標也不符合。為此，測井解釋不能只偏重油氣藏的儲層研究，蓋層封閉性能好壞，直接影響著油氣的聚集和保存。測井解釋不但要考慮儲層條件，也應從油氣成藏的保存條件出發，分析油氣藏是封閉的還是開啟的，在此基礎上充分利用測井資料，進行全井段、全剖面儲蓋組合綜合解釋。
泥頁巖蓋層測井評價
用測井方法研究泥頁巖蓋層，主要包括總孔隙度φt、有效孔隙度φe、滲透率K、含砂量Vsd、厚度H、突破壓力Pa等參數。
1.厚度
厚度是蓋層評價必不可少的參數之一。盡管國內外學者普遍認為，只要有幾米厚泥巖就能封閉油氣，但厚度的增加，必須能提高蓋層的質量。
世界上大型油氣田無不具較厚蓋層條件為前提，如西西伯利亞、歐洲西北部盆地、北美西部盆地等。我國陜甘寧盆地中部奧陶系風化殼大氣田，直接蓋層是石炭系本溪組的鋁土巖，厚度變化范圍為6～18m不等，平均厚度13m；輔助蓋層是石炭系太原組的泥質巖、致密灰巖及煤層，厚度為7～56m，平均厚度40.5m。
2.含砂量
蘇聯學者K.A.阿不杜拉曼諾夫對蓋層研究表明，當深度大于1000m時，蓋層中粉砂質的多少對封閉性能的影響十分明顯。隨著粉砂組分的增長，大直徑的孔隙優勢增大，滲透率增大，突破壓力減小，封閉能力降低。當埋藏深度超過3000m后，隨著泥巖中粉砂顆粒含量的增加，孔道直徑雖也增大，但由于壓實作用強烈，泥質粉砂巖的孔隙度、滲透率降低，含砂量對封閉性能影響減弱。
3.總孔隙度
泥巖蓋層總孔隙度反映了泥巖的壓實程度，總孔隙度越小，壓實程度越高，孔隙喉道半徑越小，泥巖孔隙毛細管力越大，滲透率越低，封閉性能越好。因此，泥頁巖蓋層總孔隙度是反映蓋層封閉質量的重要參數。圖1是實驗室分析突破壓力與總孔隙度及有效孔隙度關系圖。從圖1中可以看到，泥頁巖總孔隙度與突破壓力呈非線性函數變化。據理論計算，對連續油氣柱不太大的油氣藏來說，只要有1MPa以上突破壓力的泥巖即可封閉油氣藏。這個量值所對應的泥巖總孔隙度約30%，從成巖角度考慮，只要泥巖埋深達1000m左右，泥巖總孔隙度即可由70%降低到30%，具備封閉油氣藏的能力。如青海東部澀北氣藏、臺吉乃爾氣藏為第四系砂巖儲氣，封閉層泥巖孔隙度為28%～30%。因此，30%這個孔隙度量值可以作為泥巖蓋層封閉油氣的下限臨界值。
泥頁巖蓋層總孔隙度的計算，其關鍵參數是干粘土的中子、密度測量值。測井計算處理可依據單井資料的中子-密度頻率交會圖，取得該井干粘土的中子、密度測井值，然后利用圖2計算泥頁巖蓋層的總孔隙度。取得泥巖總孔隙度后，再計算泥巖的突破壓力。
4.有效孔隙度
討論泥巖總孔隙度同突破壓力的關系，是把蓋層看成均一化的理想蓋層為前提。實際上，在大范圍內泥巖的巖性、結構和孔隙并不是單一的，在各種成巖作用和構造作用下，還常產生次生孔隙和微裂縫，它在某一局部范圍內或某一深度段可能存在各種形式的微滲漏空間。
對比圖1中有效孔隙度、總孔隙度與突破壓力關系曲線，兩者有相似的變化規律，但曲率、兩個端點的漸變穩定值有所差別。有效孔隙度與突破壓力關系曲線變化曲率比總孔隙度與突破壓力關系曲線變化曲率大的多，說明有效孔隙度比總孔隙度對突破壓力的制約作用強，換言之，即有效孔隙度比總孔隙度對蓋層封蓋性能的影響大。兩圖中的端點漸變穩定值：總孔隙為30%時突破壓力趨于極小穩定值，而有效孔隙度為22%左右時突破壓力即趨于極小穩定值；總孔隙度為5%左右時，突破壓力趨于極大穩定值，而有效孔隙度為0.5%左右時，突破壓力才趨于極大穩定值。有效孔隙度在0～6%之間變化時，對突破壓力的影響最為顯著，是影響蓋層質量的敏感區間；而總孔隙度在這個區間變化時，對蓋層質量影響不大。有效孔隙度在大于6%的范圍內，孔隙度的變化對突破壓力的影響最為顯著，是影響蓋層質量發生變化的關鍵區間段。
5.滲透率
滲透率對泥頁巖蓋層封蓋性能的影響很大，值得注意的是，當泥頁巖存在裂縫時，滲透率將會失去均質地層孔滲關系，使滲透率急劇增大，使蓋層失去封閉油氣的能力，即使是少量連通裂縫，也常造成油氣田的巨大破壞。特別是，垂直滲透率比水平滲透率對泥頁巖蓋層封閉質量的影響更大。研究滲透率對泥巖封蓋性能影響時，特別要注重對高角度裂縫的研究。
有效蓋層的識別及蓋層等級劃分
有效蓋層是指能夠封閉油氣的直接蓋層。它可以是泥巖，也可以是巖性致密的泥質砂巖或砂巖，關鍵是蓋層突破壓力的大小。
當泥巖存在裂縫時
，會大大降低其對油氣的封閉作用，但也并非只要存在裂縫，就一定完全喪失其封閉能力，它有一個從量變到質變的過程。當泥巖裂縫比較稀少，裂縫寬度微小，裂縫連通性比較差的情況下，地層仍可具有一定的突破壓力。如果巖層突破壓力大于足使油氣通過它發生滲漏的壓力時，該巖層就能對油氣起封隔作用成為蓋層，這樣的泥巖蓋層稱為“有效蓋層”。當裂縫比較發育，且連通性比較高的情況下，巖層的突破壓力大大降低，油氣就可進入此巖層，并在其中滲濾，散失在大地中。這樣的泥巖不能封閉油氣藏，稱之為“假蓋層”。
大量實際資料證明，當蓋層的φe≤6%和K≤0.08×10-3μm2時，蓋層為有效蓋層，可以起到封閉油氣的作用。另外，建議采用Pa≥0.5MPa，且H≥2m做為有效蓋層的下限值。
由于各種參數對蓋層封堵性的貢獻不同，在有效蓋層的下限值確定之后，按著不同參數對蓋層質量影響程度，對這些測井參數賦予不同的權值，見表1。根據這些測井參數權值大小，可擬定泥頁巖蓋層質量等級，見表2。
表1 判別參數權值表
儲蓋組合測井解釋方法研究
李國平 石 強 王樹寅
李國平 1962—1966年在北京石油學院學習；1966—1982年在青海石油局工作；1982—1986年在華北石油局工作；1986—現今在石油勘探開發研究院廊坊分院工作。
摘 要
根據油氣藏成藏理論，油氣藏形成之后，上覆蓋層質量的變化會嚴重影響油氣的聚集。大量事實證明，一些鉆孔顯示很好的層段曾經有過油氣聚集，但由于后來蓋層封閉性能變差，油氣大量散失，形成了現今的殘余油氣藏。因此，測井解釋不能僅對儲層進行研究，還要對蓋層封閉性能進行評價才能準確解釋其含油氣性。在此基礎上提出了儲蓋組合測井解釋觀點，并建立了封閉、開啟型油氣藏測井解釋模式。
主題詞：封閉性油氣藏 未封閉性油藏 總孔隙度 滲透率 蓋層 測井解釋
生儲蓋組合
引 言
多年來，測井界為了提高測井解釋精度，一直非常注重儲層物性、流體性質、巖電關系等方面的研究，儲層參數計算精度不斷提高。即使如此，在一些地區個別層位的油氣水性質的判別上仍經常出現失誤。原因是油氣聚集成藏后，如果地質運動使蓋層封蓋性能變差，油氣藏就會被破壞，輕質組分大量散失，地層水潛入，重組分滯留在孔喉之中，形成殘余油氣藏。這種油氣藏，鉆井顯示有時相當好，巖屑錄井或鉆井取心常可描述為含油、油浸、油斑等高級別的油氣顯示，但是實際含油飽和度一般低于50%。這類儲集層試油結果常為水層或含油水層，與油氣顯示不相稱，與測井計算的含油飽和度指標也不符合。為此，測井解釋不能只偏重油氣藏的儲層研究，蓋層封閉性能好壞，直接影響著油氣的聚集和保存。測井解釋不但要考慮儲層條件，也應從油氣成藏的保存條件出發，分析油氣藏是封閉的還是開啟的，在此基礎上充分利用測井資料，進行全井段、全剖面儲蓋組合綜合解釋。
泥頁巖蓋層測井評價
用測井方法研究泥頁巖蓋層，主要包括總孔隙度φt、有效孔隙度φe、滲透率K、含砂量Vsd、厚度H、突破壓力Pa等參數。
1.厚度
厚度是蓋層評價必不可少的參數之一。盡管國內外學者普遍認為，只要有幾米厚泥巖就能封閉油氣，但厚度的增加，必須能提高蓋層的質量。
世界上大型油氣田無不具較厚蓋層條件為前提，如西西伯利亞、歐洲西北部盆地、北美西部盆地等。我國陜甘寧盆地中部奧陶系風化殼大氣田，直接蓋層是石炭系本溪組的鋁土巖，厚度變化范圍為6～18m不等，平均厚度13m；輔助蓋層是石炭系太原組的泥質巖、致密灰巖及煤層，厚度為7～56m，平均厚度40.5m。
2.含砂量
蘇聯學者K.A.阿不杜拉曼諾夫對蓋層研究表明，當深度大于1000m時，蓋層中粉砂質的多少對封閉性能的影響十分明顯。隨著粉砂組分的增長，大直徑的孔隙優勢增大，滲透率增大，突破壓力減小，封閉能力降低。當埋藏深度超過3000m后，隨著泥巖中粉砂顆粒含量的增加，孔道直徑雖也增大，但由于壓實作用強烈，泥質粉砂巖的孔隙度、滲透率降低，含砂量對封閉性能影響減弱。
3.總孔隙度
泥巖蓋層總孔隙度反映了泥巖的壓實程度，總孔隙度越小，壓實程度越高，孔隙喉道半徑越小，泥巖孔隙毛細管力越大，滲透率越低，封閉性能越好。因此，泥頁巖蓋層總孔隙度是反映蓋層封閉質量的重要參數。圖1是實驗室分析突破壓力與總孔隙度及有效孔隙度關系圖。從圖1中可以看到，泥頁巖總孔隙度與突破壓力呈非線性函數變化。據理論計算，對連續油氣柱不太大的油氣藏來說，只要有1MPa以上突破壓力的泥巖即可封閉油氣藏。這個量值所對應的泥巖總孔隙度約30%，從成巖角度考慮，只要泥巖埋深達1000m左右，泥巖總孔隙度即可由70%降低到30%，具備封閉油氣藏的能力。如青海東部澀北氣藏、臺吉乃爾氣藏為第四系砂巖儲氣，封閉層泥巖孔隙度為28%～30%。因此，30%這個孔隙度量值可以作為泥巖蓋層封閉油氣的下限臨界值。
泥頁巖蓋層總孔隙度的計算，其關鍵參數是干粘土的中子、密度測量值。測井計算處理可依據單井資料的中子-密度頻
率交會圖，取得該井干粘土的中子、密度測井值，然后利用圖2計算泥頁巖蓋層的總孔隙度。取得泥巖總孔隙度后，再計算泥巖的突破壓力。
4.有效孔隙度
討論泥巖總孔隙度同突破壓力的關系，是把蓋層看成均一化的理想蓋層為前提。實際上，在大范圍內泥巖的巖性、結構和孔隙并不是單一的，在各種成巖作用和構造作用下，還常產生次生孔隙和微裂縫，它在某一局部范圍內或某一深度段可能存在各種形式的微滲漏空間。
對比圖1中有效孔隙度、總孔隙度與突破壓力關系曲線，兩者有相似的變化規律，但曲率、兩個端點的漸變穩定值有所差別。有效孔隙度與突破壓力關系曲線變化曲率比總孔隙度與突破壓力關系曲線變化曲率大的多，說明有效孔隙度比總孔隙度對突破壓力的制約作用強，換言之，即有效孔隙度比總孔隙度對蓋層封蓋性能的影響大。兩圖中的端點漸變穩定值：總孔隙為30%時突破壓力趨于極小穩定值，而有效孔隙度為22%左右時突破壓力即趨于極小穩定值；總孔隙度為5%左右時，突破壓力趨于極大穩定值，而有效孔隙度為0.5%左右時，突破壓力才趨于極大穩定值。有效孔隙度在0～6%之間變化時，對突破壓力的影響最為顯著，是影響蓋層質量的敏感區間；而總孔隙度在這個區間變化時，對蓋層質量影響不大。有效孔隙度在大于6%的范圍內，孔隙度的變化對突破壓力的影響最為顯著，是影響蓋層質量發生變化的關鍵區間段。
5.滲透率
滲透率對泥頁巖蓋層封蓋性能的影響很大，值得注意的是，當泥頁巖存在裂縫時，滲透率將會失去均質地層孔滲關系，使滲透率急劇增大，使蓋層失去封閉油氣的能力，即使是少量連通裂縫，也常造成油氣田的巨大破壞。特別是，垂直滲透率比水平滲透率對泥頁巖蓋層封閉質量的影響更大。研究滲透率對泥巖封蓋性能影響時，特別要注重對高角度裂縫的研究。
有效蓋層的識別及蓋層等級劃分
有效蓋層是指能夠封閉油氣的直接蓋層。它可以是泥巖，也可以是巖性致密的泥質砂巖或砂巖，關鍵是蓋層突破壓力的大小。
當泥巖存在裂縫時，會大大降低其對油氣的封閉作用，但也并非只要存在裂縫，就一定完全喪失其封閉能力，它有一個從量變到質變的過程。當泥巖裂縫比較稀少，裂縫寬度微小，裂縫連通性比較差的情況下，地層仍可具有一定的突破壓力。如果巖層突破壓力大于足使油氣通過它發生滲漏的壓力時，該巖層就能對油氣起封隔作用成為蓋層，這樣的泥巖蓋層稱為“有效蓋層”。當裂縫比較發育，且連通性比較高的情況下，巖層的突破壓力大大降低，油氣就可進入此巖層，并在其中滲濾，散失在大地中。這樣的泥巖不能封閉油氣藏，稱之為“假蓋層”。
大量實際資料證明，當蓋層的φe≤6%和K≤0.08×10-3μm2時，蓋層為有效蓋層，可以起到封閉油氣的作用。另外，建議采用Pa≥0.5MPa，且H≥2m做為有效蓋層的下限值。
由于各種參數對蓋層封堵性的貢獻不同，在有效蓋層的下限值確定之后，按著不同參數對蓋層質量影響程度，對這些測井參數賦予不同的權值，見表1。根據這些測井參數權值大小，可擬定泥頁巖蓋層質量等級，見表2。
表1 判別參數權值表
含砂量(Vsd)
蓋層厚度(H)
總孔隙度(φt)
有效孔隙度(φe)
%
權值
%
權值
%
權值
%
權值
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：某蓋層φt=19%，φe=1%，Vsd=10%，H=8。蓋層權級數=2+3+1+1=7，蓋層等級為優質。對于每層泥頁巖，根據以上參數，都可以得到一個蓋層權級數，根據權級大小便可劃分蓋層待級，分析蓋層的質量。
儲蓋組合測井解釋
對每層泥頁巖作出蓋層質量評價后，便可進行儲蓋組合測井分析。其中包括：儲層、蓋層的搭配關系；有利儲集層段分析；油氣層和殘余油氣層解釋。前兩項主要用于地質評價，本文僅就第三項技術的應用分析如下：
1.當儲層上覆直接蓋層為優質蓋層時，儲層的孔、滲、飽和含氣指示參數比較真實地反映了儲層物性情況和含油氣情況，可以按照正常解釋標準劃分油、氣、水層。
如圖3是大港油田板橋凹陷板深25井綜合解釋成果圖，從圖3中可以看出3752m以下有5組砂巖體孔、滲、飽參數均較高：φe=13%～17%
，K=3×10-3～50×10-3μm2，Sog=50%～80%，儲層物性較好，儲層含油氣豐富，Sog平均約60%，含氣指示明顯，平均φg約16%，有效孔隙度平均約16%左右，滲透率平均約30×10-3μm2，氣層厚度約70m，是板橋凹陷的主力產油氣層段。在這套儲集層之上，有一套厚約60m的泥巖蓋層。蓋層含砂量低，質地純，粘土礦物主要為伊利石和蒙脫石，這套蓋層測井計算的有效孔隙度為0，說明沒有次生孔隙和次生裂縫存在，測井計算的突破壓力為5～7MPa，據理論計算，可封閉750m氣柱。本區氣層段最大單層厚度為30m，這套區域蓋層對板橋氣藏的封閉不成問題。本井3791.8～3870.4m三層段合試，日產油28.6t，氣79536m3，無水,氣油比2780.98，為高產油氣層。
2.當儲層上覆直接蓋層為差劣蓋層時，此時的油氣藏屬開啟性的油氣藏，儲層中的含油氣飽和度為運移散失后的殘余油氣飽和度。此時，雖有較好的錄井油氣顯示和近于油氣層的孔、滲、飽參數，但是，一般得不到工業產能，常為殘余油氣層。圖4是山西沁水盆地一口科學探索井，本井二疊系石盒子組（404.5～947.5m）蓋層質量很差，泥巖蓋層總孔隙度平均25%，有效孔隙度平勻15%，滲透率1×10-3～10×10-3，其孔隙度和滲透率已達儲集層范疇。測井計算的突破壓力很低，平均只有0.005MPa，這樣低的突破壓力不能封閉油氣，泥巖蓋層為差劣蓋層。本井702～733m井段，鉆井過程中有油氣顯示，曾給予地質工作者很大期望。本井完井后，多家測井并行解釋，其結果多將3個砂層解釋為氣層。我們根據儲蓋組合解釋思路，認為3個砂層為殘氣層，不會取得工業產能氣。試氣結果：日產水20m3，無油氣。
3.當儲層上覆蓋直接蓋層質量界于優良和差劣蓋層之間時，油仍可有不同程度的富集，但天然氣很難聚集。圖5是大港油田歧口凹陷港深55井差油蓋層（良好級別下）儲蓋組合解釋成果圖。從圖5中可以看出，儲層面3364～3391m以上為直接蓋層，含砂量高，且不均勻，壓實程度中等，總孔隙度15%；有效孔隙度0～10%，說明次生孔隙在蓋層中存在，但是連通性差，蓋層質量呈現為層狀變化，泥質較純段蓋層質量相對較好，含砂量高的段蓋層質量相對變差，整體評價本段蓋層，質量為良好級別以下。這樣的蓋層質量只能封閉一定量的重質油，氣和輕質油均不能封閉，故其下儲層一般產能都不會高。圖5中3364～3391m三層砂巖，有效孔隙度為12～15%，滲透率5×10-3～50×10-3μm2，含油飽和度50%～60%，含氣指示微，厚度為1.65m，射孔后排液提撈，日產油0.709t，無氣無水，試油結果同儲蓋組合分析吻合。
參考文獻
1 李國平，等.測井地質及油氣評價新技術.北京：石油工業出版社，1995
2 李國平，等.油頁巖測井分析在源巖和蓋層評價中的應用.見：第二屆全國油氣運移會議
論文集，1991
3 李國平，許化政.利用測井資料識別泥巖“假蓋層”.地球物理測井，1991，(4)
4 張萬選，張厚福.石油地質學.北京：石油工業出版社，1981
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