天然气储层的测井评价技术

2011年第20期内蒙古石油化工101天然气储层的测井评价技术吕晓东,王韩双,朱涛,李亚,秦迎春(河南石油勘探局地球物理测井公司,河南南阳473132)摘要:天然气將是21世纪举足轻重的优质能源。随着天然气勘探、开发、储运和利用技术的进步以及对环境问题的日渐关注,世界各国竟相发展天然气工业已成为当代进步的一个潮流。天然气在我国新世纪能源战咯中占重要地位,但目前其总体勘探程度较低.测井是一种非常重要而有效的天然气勘探手段,本文旨在对如何利用测井方法识别和评价天然气进行亲统总结。关键词:天然气;储层持性;测井评价方法中图分类号:P631.81文献标识码:A文章编号:1006-7981(2011)20—0101-031我国天然气工业科技发展的重点。这是由于我国低渗气藏储量占总储量的1.1我国天然气工业的新形势31%左右,且低渗气田开发的问题最多。我国天然气资源量巨大,但探明程度低。近期在其次,对储层的横向预测和气层识别技术也应勘探技术和成果上都取得重大突破,表现在对复杂引起足够的重视。在开发非均质气田时,如果对气田地质沉积认识不断深化,直接促进了克拉2气田等地质情况认识出现偏差,则会造成钻井落空,带来巨大气田的发现新探明储量多属于难采储量,埋深大大的经济损失。于3500m的占总资源量的57%以上,中低渗占总储第三,复杂气藏的渗流理论也应该是研究重点,量的51%左右。深层气藏、变形介质和流固耦合以及低渗透的非线1.2天然气工业科技概况性渗流都是比较重要的课题我国天然气工业科技起步晚,直到20世纪80年1.4.2天然气科技发展的自主趋势代,才开始重视天然气的开发和利用,天然气科技发天然气科技发展有自主的趋势,表现在对各种展缓慢,水平较低,难以进入国际竟争舞台领域的关注程度不同,国内对低渗透气藏的渗流理1.3天然气科技发展战咯的目的论研究最多,其次是储层评价、压裂技术和测试技术我国己由石油“纯出口国”变为“纯进口国”,供等。也就是说,我国目前对气藏的认识科技比较关需矛盾极端突出,国内原油开采成本逐年上升。这就注,对改造技术相对关注较少需要天然气工业优先发展前沿技术,突出科技创新1.5天然气上游科技发展战咯和制度创新,找到更多的大中型气田,同时推动我国我国天然气上游的科技发展战略应该注意以下低滲透气田的产业化开发。目前我国对清洁能源的几个方面。①优先发展综合勘探技术,精确寻找勘探需求越来越大,这必将对天然气科技发展提供巨大靶区,实现高效勘探目标。②加强地震勘探技术,要动力。其次,国外天然气勘探开发技术取得了长足的求能够解决复杂地质地理条件下的地震资料采集进步,己经初步形成了一套适于天然气勘探开发的处理与解释问题,提高地震信息的分辨率,识别隐蔽技术系列,我国己经引进、消化、吸收了部分技术,具复杂圈闭和深层储层。③加强储层改造综合技术的有了一定的基础。第三,西气东输工程的启动,促使研究,对低渗气田改造的综合技术应有足够的重视国内石油公司加大了对天然气科技的投入。2我国天然气地质与勘探1.4科技发展战咯设计方法21世纪是天然气的时代,天然气地质学在现今天然气科技作为一个系统,制定其发展战略规研究基础上,如何发展、怎样发展,是有关决策部门划必须从两个方面进行考虑。一是天然气工业的需和广大天然气工作者关注的焦点。天然气工业迅速要,二是科技系统自己的发展趋势。发展,使天然气地质研究取得了丰硕的成果,初步形1.4.1天然气工业的需要成了一套包括天然气生成、运移、聚集、保存在内的我国气藏所需的科技种类比较多。目前,我国在天然气地质理论。在我国天然气地质理论有力地指排水采气方面己取得了一定的成绩,凝析气藏的循导了天然气勘探,先后在四川盆地、塔里木盆地、准环注气开发也有了一定的基础。噶尔盆地和柴达木盆地发现了一批大、中型气田,使首先,低渗气田应该作为天然气科技发展战略我国天然气探明储量持续快速增长,仅“八五”期间收稿日期:2011-08-19作者简介:吕晓东(1983—)男,河南省南阳市宛城区河南油田测井公司完井分公司工程师,主要从事一线测井橾作。102内蒙古石油化工2011年第20期探明約天然气储量即是过去40年探明储量的总和,层的都小基本满足了当前天然气开发利用的需要然而随着321.3补偿中子测井。由于天然气的含氢指数与21世纪天然气时代的到来,国内天然气需求量将急体积密度比水小得多,另外挖掘效应的影响也增强剧增加,大量天然气资源有待探明、开发和利用,这了这种效果,使得中子孔隙度曲线在气层上呈现低就对天然气勘探开发理论提出了更高的要求因此,值必须不断完善、发展现今天然气地质理论,重视老气3.2.2成像测井系列相应特征与评价技术区的挖潜,又重视新区、新领域及复杂地质条件的天3.2.2.1阵列感应测井阵列感应成像测井仪能更然气勘探研究。加精确地确定冲洗代电阻率和原状地层电阻率,清3天然气的测井勘探及评价技术楚的显示出侵入性质及其特征。可根据储层侵入特3.1天然气的测井响应特征及其岩石物理基础{]征识别气水层。在用淡水钻井液钻井的情况下,气层含油气地层与水层在测井响应上有很大不同,一般显示为高侵,水层显示为低侵。而天然气和油相比,其测井响应又有明显差别。常规32.2.2核磁共振成像测井对核磁共振成像测井测井中可用于天然气识别和评价的主要是电阻率和得到的T2谐进行差谐和移谱分析,可识别气层。同岩性—孔隙度系列的测井方法。时,核磁共振孔隙度与总孔隙度比较明显变小①高电阻率:目前主要采用三电阻率组合测井3.2.2.3偶极横波成像测井。偶极横波成像仪器能来划分储层、判定油气。油气电阻率都呈现为高值获得各种地层(包括慢速地层)的纵波、横波、斯通利(低阻油层除外),测井响应区别不明显,只是油气侵波资料,因此可利用纵横波速度比和泊松比等参数入特性有所区别。②高时差:天然气层的声波能量衰识别气层气层纵横波速度比值减小,气饱和岩石的减严重,在相同岩性和孔隙度情况下所测声波时差泊松比小于水饱和岩石的泊松比。明显大于油层和水层,甚至出现曲线幅度忽大忽小3.2.3生产测井及非常规测井方法相应特征及评急剧变化的“周波跳跃”现象这也是天然气储层最价技术明显的测井响应特征之一。③低密度2:密度测井利32.3.1碳氧比测井。当地层中含天然气时,所测用了人工伽马源发射的伽马射线与地层元素的原子碳氧比为低值,计算得含水饱和度特别高,而用电阻核外电子发生的康普顿效应,此效应导致的伽马射率计算的含水饱和度却较低因此,当用碳氧比求得线减弱程度与介质密度成正比。密度测井可以给出的含水饱和度大于用电阻率求得的含水饱和度时,密度值和石灰岩刻度的孔隙度值。在相同岩性和孔可判断为气层。隙度条件下,地层含天然气时所测的密度值要比含3.232温度测井。在温度测井中,对相同的岩性,油和水时降低视石灰岩孔隙度值升高。④低中子孔气层的热导率小,温度梯度大隙度2:中子孔隙度测井测量的是快中子经减速后32.3.3 MDT, RFT电缆地层测试。通过地层压的超热中子和热中子计数。在地层常见元素中,对快力梯度求得流体(水、油、气)密度,根据油气水的密中子减速能力最强的是存在于孔隙流体的氢,中子度差异,在压力梯度剖面上斜率变化的交点,就可以测井就是通过测量地层的含氢指数来反应孔隙度的准确的识别单井气层及气水、气油界面。大小。含氢指数可直接刻度为石灰岩孔隙度值。因3.2.3.4气测录井。气测资料具有快速、直观、灵敏气层的含氢指数远低于油层和水层,其对快中子的的特点,尤其适用于现场判断气层通常当钻遇气层减速能力甚至低于岩石骨架,常导致测量的“挖掘效时,气测全烃含量增高,全烃最大值可高出基值几倍应”,使气层所测中子孔隙度值明显低于相同岩性和到几十倍,甚至上百倍,且全烃中的甲烷含量非常孔隙度下的油层和水层。⑤高中子伽马2:快中子在高。地层中减速为热中子后,可被地层中的一些核素俘由于储层的复杂性,往往单项方法不能有效进获而放出伽马射线(常称中子伽马射线)。因此测量行天然气评价,因此在实际应用中往往利用多种测此射线的中子伽马测井值既反映地层的含氢量,也井信息综合判断。评价天然气储层的测井处理方法受含氯量影响。测井中采用正源距时,含氢指数(孔可分为单方法交会图方法、差值法、比值法等,主要隙度)越小,中子伽马射线计数率就越高。氢密度很方法有:①利用补偿声波测井和全波测井横波资料低的气层往往显示很高的计数率。探测天然气、煤型气和凝析气藏;②利用测井眼隙度3.2天然气的测井响应特征及评价技术背景值探测浅气层;③利用流体声阻抗Z和声波差3.2.1常规测井系列的天然气层响应特征及评价值法寻找气藏;④双密度重叠法识别天然气;⑤根据技术纵横波速度比确定天然气藏;⑥利用纵波首波幅度3.2.1.1声波时差测井。气层在声波时差测井曲线识别砂岩气藏;⑦热中子寿命测井识别气层;⑧利用上呈现出周波跳跃或纵波时差增大的现象。核磁共振测井资料,采用差谱法和移谱法进行储层3.2.1.2密度测井。气层的密度测井值比油层和水流体识别;⑨核磁孔隙度一密度孔隙度重叠识别气2011年第20期吕晓东等天然气储层的测井评价技术103层;⑩利用全波测井资料,尤其是横波资料探测天然含气饱和度。天然气对三孔隙度测井都有影响,因气、煤型气和凝析气藏;①利用等效模量差比法识别此,有人综合实验、计算和试油结果,得出了一种利裂缝性气藏;①AIT-IPL测井组合用于探测和评用这三种孔隙度测井资料确定含气饱和度Sg的方价泥质砂岩气层。法,在孔隙度大于9%时使用中子声波组合确定Sg评价方法核心是利用电阻率、中子、密度和声波效果较好,小于9%时利用中子密度组合更好。该方资料进行数学变换,在含气层或水层进行比较降低法主要是根据所计算的含气饱和度、有效孔隙度和骨架的作用,突出地层孔隙中流体一气的影响,最束缚水饱和度三种参数来综合判断气层终达到识别含气储层的目的。但其评价效果好坏是33.2.2利用三孔隙度测井信息采用三角形交会建立在电阻率、三孔隙度测井对含气储层响应的大法求解骨架、流体体积和饱和度参数解释模型将储小之上。但是低孔低渗地层,低电阻储层、泥质和侵层分为岩石骨架、液相体积和气相体积然后利用这入影响等因素都会造成常规测井资料对含气层没有三种成份的测井值建立交会三角形,利用经过泥质明显的影响因此,利用常规测井资料评价疑难天然校正的三孔隙度资料,通过中子密度、中子声波或密气层存在很多困难。成像测井提供了大量反映地层度声波交会求取骨架体积、液相体积、气相体积,从信息的测井资料,如何有效而充分利用这些资料开而求得气层孔隙度、饱和度参数。这是一种非电法测展疑难天然气层评价是天然气测井解释面临的一个井资料求含气饱和度的方法,效果较好。问题332.3采用油气校正法计算饱和度和渗透率。首3.3天然气的测井定量评价技术先通过泥质和油气校正地层孔隙度,然后按常规计天然气层测井定量评价主要涉及孔隙度、渗透算油层的方法计算含气饱和度和渗透率。油气校正率和含气饱和度等参数的计算,通常主要是借助油方法主要可分为两种:一种是迭代法,比较典型的如层定量计算程序进行适当校正得到。SAND2程序中的计算方法;另一种是考虑中子、密33.1孔隙度计算度孔隙度对天然气的相反响应,用多种形式的简单3.1.1非线性声波孔隙度计算公式方程计算孔隙度,然后求取其它地质参数由于常用的声波威利时间平均公式的局限,许3.3.2.4采用以 Timur公式为代表的系列公式计多学者提出了一些非线性算法,比较通用有效的如算渗透率这是一种常用且相对比较有效的方法,但声波地层因数方程用在深部致密储层时的计算误差较大,需要结合地△t质及储层特点,在岩芯分析基础上,参考这些公式的△tm(1一Φ)△tmΦ)x算法,通过电阻率、孔隙度、泥质含量等多种资料进该公式的特点是可以在0~50%孔隙度范围求行优化计算或建立统计计算模型。解,而且无需压实校正,也不需要流体速度,与岩芯3.3.2.5库可尔( Kukal)技术。主要利用密度和中资料的拟合也较好子测井的响应方程,结合泥质指示曲线(如GR),建aymer在大量岩样分析的基础上提出了用声立一个迭代数学模型,解决未被冲洗的可变含气饱波、密度资料计算孔隙度的经验公式,将孔隙度划分和度问题,从而获取精度较高的S。(实际上是密度为几个范围,分别拟合了不同的计算方法,可以实现和中子测井仪探测范围内的平均含水饱和度),然后在0~100%孔隙度范围内较准确地求解,只需知道利用这个S计算出比较可靠的孔隙度,并进一步利流体的速度和密度,而且无需作专门的压实校正等用独特的泥质含量、地层水电阻率等参数的确定技工作,不仅可以计算含水岩石孔隙度还可计算含油术,得到饱和度、渗透率等解释结果。该技术己通过气岩石的孔隙度。测井计算结果和岩心资料的对比得到证实,如大庆3.31.2基于密度中子孔隙度的抵偿法泥质含量油田曾用此法解释深部地层含气饱和度。的增大引起中子孔隙度增大和密度孔隙度减小,而[参考文献]轻烃(气)的饱和度增大引起中子孔隙度减小和密度[1]姚如杰,刘治中我国西南地区车用替代能源孔隙度增大。另外,中子测井比密度测井径向探测深发展战略思考[J].能源技术,2001;22(2):18度大2~3倍,前者比后者受侵入带轻烃饱和度的影响程度更大常用有效孔隙度方程来消除泥质含量[2]黄隆基.放射性测井原理[M]北京:石油工业与含气饱和度的影响(式中φ为气层有效孔隙度,出版社,1985ΦN为中子孔隙度,φb为密度孔隙度)。[3]张福明,查明,邵才瑞,印兴耀.天然气的测井+⊥./+勘探与评价技术[门].地球物理学进展,2007;22(1):179~1853.2饱和度和渗透率计算[4]王敬农,鞠晓东编.石油地球物理测井技术进332.1利用中子、声波和密度测井资料定量确定展[M].北京:石油工业出版社