1、Advances in Geosciences 地球科学前沿地球科学前沿,2023,13(7),722-732 Published Online July 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/ag https:/doi.org/10.12677/ag.2023.137069 文章引用文章引用:程梦园,石磊,余彦杉,胡博宇,周怡杉,张泽鑫,潘锡霖,吴丰.珠江口盆地白云凹陷北部深水低渗气层测井识别与分类J.地球科学前沿,2023,13(7):722-732.DOI:10.12677/ag.2023.137069 珠江口盆地白云凹陷北部深水低渗气层
2、珠江口盆地白云凹陷北部深水低渗气层 测井识别与分类测井识别与分类 程梦园程梦园1,石,石 磊磊2,余彦杉,余彦杉1,胡博宇,胡博宇1,周怡杉,周怡杉1,张泽鑫,张泽鑫1,潘锡霖,潘锡霖1,吴,吴 丰丰1 1西南石油大学,地球科学与技术学院,四川 成都 2中海石油深圳分公司,南海东部石油研究院,广东 深圳 收稿日期:2023年6月12日;录用日期:2023年7月14日;发布日期:2023年7月24日 摘摘 要要 珠江口盆地白云凹陷北部区域珠江组珠江口盆地白云凹陷北部区域珠江组恩平组水深与埋藏深度较大,气层具有低渗特征,导致气层测井恩平组水深与埋藏深度较大,气层具有低渗特征,导致气层测井识别与分类
3、困难,给气层勘探开发带来很大困扰。本文在储层孔隙结构与测井响应特征分析的基础上,识别与分类困难,给气层勘探开发带来很大困扰。本文在储层孔隙结构与测井响应特征分析的基础上,采用声波时差采用声波时差电阻率交会图法、补偿中子电阻率交会图法、补偿中子电阻率交会图法、补偿密度电阻率交会图法、补偿密度电阻率交会图法、泊松比与电阻率交会图法、泊松比与体积压缩系数体积压缩系数电阻率交会图法和纵横波速度比法共五种方法开展气层识别研究;以渗透率为主要界限,电阻率交会图法和纵横波速度比法共五种方法开展气层识别研究;以渗透率为主要界限,结合铸体薄片、核磁共振、高压压汞等实验结果,开展了低渗气层分类研究。结果表明,泊松
4、比与体积结合铸体薄片、核磁共振、高压压汞等实验结果,开展了低渗气层分类研究。结果表明,泊松比与体积压缩系数压缩系数电阻率交会图法和声波时差电阻率交会图法和声波时差电阻率交会图电阻率交会图法效果最好;低渗气层可分为三类,法效果最好;低渗气层可分为三类,I类类气层孔隙气层孔隙度度 10.0%、渗透率、渗透率 10.0 mD;II类气层孔隙度为类气层孔隙度为7.0%13.0%、渗透率为、渗透率为1.0 mD10.0 mD;III类类气层孔隙度为气层孔隙度为6.6%10.0%、渗透率为、渗透率为0.451.0 mD。研究提出的气层识别方法和分类方法均。研究提出的气层识别方法和分类方法均在珠江口在珠江口
5、盆地白云凹陷盆地白云凹陷应用效果较好,可为其他深水低渗气层测井评价提供参考。应用效果较好,可为其他深水低渗气层测井评价提供参考。关键词关键词 低渗气层低渗气层,测井测井,孔隙度孔隙度,渗透率渗透率,珠江口盆地珠江口盆地 Log Identification and Classification of Deep-Water Low Permeability Gas Layer in the Northern Part of Baiyun Sag of Pearl River Estuary Basin Mengyuan Cheng1,Lei Shi2,Yanshan Yu1,Boyu Hu1,Y
6、ishan Zhou1,Zexin Zhang1,Xilin Pan1,Feng Wu1 1School of Geoscience and Technology,Southwest Petroleum University,Chengdu Sichuan 2Petroleum Research Institute of East South China Sea,Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Shenzhen Guangdong 程梦园 等 DOI:10.12677/ag.2023.137069 723 地球科学前沿 Received:Jun.12th,2023;
7、accepted:Jul.14th,2023;published:Jul.24th,2023 Abstract The water depth and the burial depth of Pearl River Formation and Enping Formation in the northern area of Baiyun sag of Pearl River Estuary Basin are large,and the gas layer has low per-meability characteristics,which leads to the difficulty o
8、f identification and classification of gas logging,which brings great trouble to the exploration and development of gas layer.Based on the analysis of reservoir pore structure and logging response characteristics,we used five methods,the acoustic transit-resistivity cross-section method,the compensa
9、tion neutron-resistivity cross-section method,the compensation density-resistivity cross-section method,the Poissons ratio and vo-lume compressibility coefficient-resistivity cross-section method and the vertical and horizontal wave velocity ratio method,to conduct the research of layers identificat
10、ion.With permeability as the main limit,combined with the experimental results of body sheet,nuclear magnetic resonance and mercury pressure,we conducted the research of layers classification.The results showed that the Poissons ratio and volume compressibility coefficient-resistivity cross-section
11、method and the acoustic transit-resistivity cross-section method had the best effect;the low permeability gas layer can be divided into three categories,class I gas layer porosity greater than or equal to 10.0%and permeability greater than or equal to 10.00mD,class II gas layer porosity is 7.0%13.0%
12、and permeability 1.0010.0 mD,class III gas layer porosity is 6.6%10.0%and permeability is 0.451.0 mD.The gas layer identification method and classification method are well applied in Baiyun Sag of Pearl River Estuary Basin,which can provide reference for logging evaluation of other deep-water low pe
13、rmeability gas layers.Keywords Low-Permeability Gas Layer,Logging,Porosity,Permeability,Pearl River Estuary Basin Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0
14、/1.引言引言 随着国内油气勘探开发技术的发展,中国南海油气勘探开发逐渐由浅水区转至深水区。我国南海油气勘探开发现状表明,深水气藏的勘探越来越受到重视,其比例越来越高。如今南海新增储量大部分为深水油气藏,其中珠江口盆地白云凹陷属于典型的深水区域,目前备受关注1。珠江口盆地深水勘探具有储层距离烃源岩近、水深压力大、岩层比较致密和岩层非均质性较强等特点,勘探潜力大,但开发有一定的难度2。珠江口盆地白云凹陷北部区域珠江组至恩平组水深与埋藏深度较大,储层泥质含量重和胶结物含量较常规储层高,孔隙度较常规储层更小,孔隙结构复杂,气层具有低渗特征3。该类型气层和流体的性质与常规气层的性质有一定程度的不同4。
15、如果按照常规气层的识别和分类方法,不会得到真实的地下信息,可能影响后续工作的勘探。目前为止也有许多学者对特殊气层进行过研究。最近几年,为满足对天然气勘探发现的需求,对深层大中型天然气田的勘探是重点。但由于研究方法有限,目前的方法对深水低渗气层识别难度大,给气层勘探开发、储量计算等工作带来了诸多困扰5。Open AccessOpen Access程梦园 等 DOI:10.12677/ag.2023.137069 724 地球科学前沿 具体表现在以下几个方面:1)对含气性认识有待进一步提高;2)岩石低孔低渗,孔隙结构复杂导致的气层参数计算精度偏低;3)对于深水低渗对储层物性、电性和流体性质的影响,
16、流体性质识别方法等诸多方面仍存在较多问题6。因此有必要对深水低渗气层的识别方法及其分类进行研究。气层识别的主要方法是根据地层的测井响应特征,通过建立气层敏感响应参数的交会图来达到识别气层的效果,通过文献调研发现,国内外现有气层识别方法主要为以下三类:1)基于常规测井资料利用测井曲线重叠法来识别气层;2)基于阵列声波测井资料利用纵横波时差、泊松比和纵横波速比等参数来识别气层;3)基于核磁共振测井资料利用核磁孔隙度差和地层流体的纵向弛豫时间差来识别气层。低渗砂岩储层岩性和孔隙结构复杂,储层内油气水分布不均等特点导致国内外对深水低渗气层解释评价的精度不高7-13。本文以珠江口盆地白云凹陷北部珠江组至
17、恩平组的低渗气层进行研究,通过气层的孔隙结构、声波、力学参数特征,采用了声波时差电阻率交会图法、补偿中子电阻率交会图法、补偿密度电阻率交会图法、泊松比与体积压缩系数电阻率交会图法、纵横波速度比法共五种方法来对气层进行识别,均有较高的准确率,其中泊松比与体积压缩系数电阻率交会图法和声波时差电阻率交会图法应用效果最好。以渗透率作为主要分类界限,结合铸体薄片、核磁共振、高压压汞等实验,将所研究的气层划分成了 I、II、III 个类别,统计应用效果较好,可以为其他深水低渗气层的测井评价提供一些可靠的参考。2.研究区地质概况研究区地质概况 2.1.构造特征构造特征 珠江口盆地位于中国南海北部,面积约为
18、26.68 万 km2。白云凹陷位于珠江口盆地珠二坳陷中部深水地带,水深为 2002000 m。白云凹陷被北面番禺低隆起、西南面云开低凸起、东南面云荔低隆起所包围。白云凹陷整体呈现南北方向窄,东西方向宽的形态,面积约为 2 104 km2,具有面积大、沉积地层厚度大的特点(图 1)14。白云凹陷鼻状隆起带与陆架坡折耦合是形成有构造背景的岩性圈闭的最有利区带,研究区就位于这个鼻状构造带上15 16 17。Figure 1.Structural and stratigraphic characteristics of the study area 图图 1.研究区构造特征与地层特征 程梦园 等 D
19、OI:10.12677/ag.2023.137069 725 地球科学前沿 2.2.沉积相特征沉积相特征 研究区分为珠江组、珠海组和恩平组共三个组。珠江组发育陆架边缘三角洲深水扇,研究区主要发育斜坡扇沉积。珠海组整体呈海退进积型层序组合,早期主要发育三角洲平原三角洲前缘沉积,沉积物粒度相对较粗;晚期主要发育三角洲前缘沉积,沉积物粒度相对偏细,同时泥质含量较高。研究区基本处于三角洲外前缘浅海,河口坝、远砂坝沉积,沉积物粒度较细。恩平组沉积时期湖盆宽且浅,整体位于大型三角洲平原亚相,含砂率较高,分流河道比较发育。其东南侧进入下平原亚相,分流河道及心滩连片分布18 19 20。3.储层特征与测井响应
20、储层特征与测井响应 3.1.储层岩性特征储层岩性特征 珠江组上部主要岩性为泥岩,下部主要为中细砂岩;珠海组上部主要为粉细砂岩,砂泥互层,下部主要为粗砂岩;恩平组颗粒粒度偏大,主要为含砾粗砂岩和粗砂岩,夹薄层泥岩。X 衍射分析表明,储层矿物主要为石英,含少量长石与粘土矿物(图 2)。Figure 2.Lithologic characteristics of the study area 图图 2.研究区岩性特征 3.2.储层物性特征储层物性特征 研究区孔隙度主要分布于 6%15%之间,渗透率随颗粒粒度变细而降低,整体物性较差。珠江组、珠海组和恩平组物性范围较为相似,但珠江组物性略优于珠海组和恩
21、平组。珠江组岩心孔隙度主要分布于 6%18%之间,渗透率大于 1 mD,孔渗相对偏高。岩心孔隙度主要分布于 6%9%之间,渗透率小于0.1 mD,孔渗相对偏低。程梦园 等 DOI:10.12677/ag.2023.137069 726 地球科学前沿 3.3.储层测井响应储层测井响应 研究区不同层位砂岩的测井响应特征有明显差异,随地层埋深增加其变化规律如下:1)由珠江组至珠海组,砂岩自然伽马/GR 逐渐增加;由珠海组至恩平组,砂岩自然伽马又逐渐降低;2)由珠海组至恩平组,深探测电阻率/RT 逐渐增加(图 3);3)由珠海组至恩平组,声波时差/AC 逐渐增加;4)由珠江组至珠海组,砂岩补偿中子/C
22、NL 逐渐减小;由珠海组至恩平组,砂岩补偿中子又逐渐增大;5)由珠海组至恩平组,砂岩密度/DEN 逐渐减小(图 4)。Figure 3.GR and RT log response characteristics in the study area 图图 3.研究区 GR 和 RT 测井响应特征 Figure 4.AC,CNL and DEN log response characteristics in the study area 图图 4.研究区 AC、CNL 和 DEN 测井响应特征 4.气层识别方法气层识别方法 4.1.声波时差声波时差电阻率交会图法电阻率交会图法 声波时差曲线能较好
23、反映储层物性,同时能在一定程度上反映含气性,对气层具有一定的敏感性。电阻率曲线能较好反映储层流体性质,不同的流体具有不同的响应特征21 22。相比水层,储层含气导致声波增大,电阻率升高。随地层埋深增加,一方面储层物性变差,另一方面地层孔隙压力增加导致含气饱和度有一定程度增加,因此电阻率随层位更深,深度和地层压力增加,可以划分出低渗气层区域。以珠江组和珠海组为例,珠江组和珠海组 AC-RT 交会图(图 5(a)可以明显区分水层、干层、气层,其中珠海组干层与水层分界线以及干层与气层分界线均比珠江组要小。图版珠江组共计 32 个测试层,其中程梦园 等 DOI:10.12677/ag.2023.137
24、069 727 地球科学前沿 30 个符合,2 个不符合,符合率 93.75%;珠海组共计 37 个测试层,其中 34 个符合,3 个不符合,符合率 91.89%。Figure 5.Cross-sections of the Pearl River Group and Zhuhai Group 图图 5.珠江组和珠海组交会图 4.2.补偿中子补偿中子电阻率交会图法电阻率交会图法 补偿中子测井主要反映孔隙流体中含氢量的变化,当地层含气时,由于气体的挖掘效应,中子测井值减小。埋深增加,地层压力增大,导致气体密度增大,气体挖掘效应增强,中子测井值减小23 24 25。相比水层,地层含气导致电阻率增高
25、,可以用来判别储层流体性质。因此气层电阻率较高,中子测井值较低,水层与之相反26 27。以珠江组和珠海组为例,珠江组和珠海组 CNL-RT 交会图(图 5(b)可以明显区分水层、干层、气层,其中珠海组干层与水层分界线以及干层与气层分界线均比珠江组要小。图版珠江组共计 32 个测试层,其中 28 个符合,4 个不符合,符合率 87.50%;珠海组共计 37 个测试层,其中34 个符合,3 个不符合,符合率 91.89%。4.3.补偿密度补偿密度电阻率交会图法电阻率交会图法 在纯水地层中,当密度测井响应值增加(减小)时,电阻率值呈减小(增加)趋势,即电阻率与密度测井程梦园 等 DOI:10.126
26、77/ag.2023.137069 728 地球科学前沿 响应值呈一定的负相关;在纯气地层中,当密度测井值增加时,孔隙度呈减小趋势,电阻率也相对降低,即电阻率与密度测井响应值也呈现一定的负相关28。随深度增加,地层压力变大,地层更致密导致密度变大,电阻率则变小。以珠江组和珠海组为例,珠江组和珠海组 DEN-RT 交会图(图 5(c)可以明显区分水层、干层、气层,珠海组干层与气层分界线密度值变大,而干层与水层分界线电阻率值减小。图版珠江组共计 32 个测试层,其中 30 个符合,2 个不符合,符和率 93.75%;珠海组共计 37 个测试层,其中 34个符合,3 个不符合,符和率 91.89%。
27、4.4.泊松比与体积压缩系数泊松比与体积压缩系数电阻率交会图法电阻率交会图法 泊松比主要反映了岩石的压缩能力和变形能力。不同岩性和流体地层的泊松比存在一个经验值,它反映泊松比对岩性和含油气情况的敏感程度,一般来说,泥岩泊松比在 0.150.40 之间,含气砂岩泊松比在 0.100.15 之间,骨架砂岩泊松比为 0.150.32,含水砂岩泊松比为 0.320.40。当地层含天然气时,泊松比降低,体积压缩系数增大,电阻率增大29 30。以珠江组和珠海组为例,珠江组和珠海组泊松比与体积压缩系数镜像值-RT 交会图(图 5(d)可以明显区分水层、干层和气层,随深度增加,分界线没有变化。图版珠江组共计
28、22 个测试层,20 个符合,1 个基本符合,1 个不符合,符合率 95.5%;珠海组共计 4 个测试层,4 个符合,0 个不符合,符合率 100%。4.5.纵横波速度比法纵横波速度比法 气体的密度和弹性都比较低,会明显抑制纵波的传播,因此纵波速度对气异常敏感,少量的气就会使纵波速度明显降低;而横波速度对气不敏感,地层含气仅使横波速度略微降低。纯水层中,波速度没有受到气体的影响,纵横波速度比相对较大,因此含气地层的纵横波速度比要远远小于饱和水层的31 32,这一特性可用来判别储层流体性质。通过分析纵横波在水层、气层的响应特征,可以找出一条理论的纵横波速度比曲线(一般指水层),将该曲线与实测纵横
29、波速度比曲线相比较,交线以下为气层(图 6),此方法可用来辅助识别气层。Figure 6.Longitudinal and transverse wave velocity ratio gas layer identification dividing line 图图 6.纵横波速度比气层识别划分线 5.气层分类方法气层分类方法 以渗透率/PERM 为主要界限,结合铸体薄片、核磁共振、高压压汞等实验33 34 35,将深水低渗气层划分为 I、II、III 类(图 7)。程梦园 等 DOI:10.12677/ag.2023.137069 729 地球科学前沿 I 类储层:PERM 10.00 m
30、D;孔隙类型主要为粒间孔,孔径主要分布于 0.200.58 mm 之间;核磁T2谱峰值约 460.0 ms;孔隙度/POR 10.0%;SW分布于 21.0%35.0%之间;高压压汞进汞饱和度分布于90.0%99.0%之间;喉道半径分布于 15.030.0 m 之间。II 类储层:PERM 分布于 1.0010.00 mD 之间;孔隙类型主要为粒内溶孔和粒间孔,孔径主要分布于0.10.2 mm 之间;核磁 T2谱峰值约 70.0 ms;POR 分布于 7.0%13.0%之间,SW分布于 30%45%之间;高压压汞进汞饱和度分布于 85.0%90.0%之间;喉道半径分布于 4.015.0 m 之
31、间。III 类储层:PERM 分布于 0.451.00 mD 之间;孔隙类型主要为次生粒间孔,孔径主要分布于 0.10.15 mm 之间;核磁 T2谱偏左,主峰值约 20 ms;POR 分布于 6.6%10%之间;SW分布于 42%60%之间;高压压汞进汞饱和度分布于 80%85%之间;喉道半径分布于 0.50.6 m 之间。Figure 7.Evaluation criteria for gas layer classification 图图 7.气层分类评价标准 6.应用实例应用实例 以研究区 A 井和 B 井为例(图 8),根据气层分类标准,可以划分出 I、II、III 类储层以及其测井
32、曲线变化特征。I 类储层(如图 8 中珠江组 33503388m1 号层段所示)的常规测井曲线表现为 GR 低值;AC 大幅度增大,分布于 75.080.0 s/ft 之间;CNL 略微增大,分布于 7.69.4 p.u.之间;DEN 大幅度降低,分布于2.332.40 g/cm3之间。研究区珠江组主要发育此类储层。II 类储层(如图 8 中珠江组 33883400m2、3 号层段和珠江组 39483968m5 号层段所示)的常规测井曲线表现为 GR 中低值;AC 大幅度增大,分布于 73.077.5 s/ft 之间;CNL 略微增大,分布于 9.811.0 p.u.之间;DEN 小幅度降低,
33、分布于 2.372.40 g/cm3之间。研究区珠江组主要发育此类储层。程梦园 等 DOI:10.12677/ag.2023.137069 730 地球科学前沿 III 类储层(如图 8 中恩平组 51385159m7 号层段所示)的常规测井曲线表现为 GR 中值;AC 略微增大,分布于 6770 s/ft 之间;CNL 不变,分布于 66.4 p.u.之间;DEN 小幅度降低,分布于 2.52.54 g/cm3之间。研究区恩平组主要发育此类储层。Figure 8.Characteristics of conventional logging curves for class I,II and
34、 III reservoirs 图图 8.I、II、III 类储层常规测井曲线特征 7.结论结论 1)白云凹陷北部深水砂岩整体孔隙度与渗透率较低,珠江组物性略优于珠海组和恩平组。由珠江组至恩平组,测井响应特征受物性与含气性的共同影响。随地层埋深增加,砂岩自然伽马先增加再降低,深探测电阻率逐渐增加,声波时差逐渐增加,补偿中子先减小再增加,密度逐渐减小。程梦园 等 DOI:10.12677/ag.2023.137069 731 地球科学前沿 2)论文提出了 5 种深水低渗气层识别方法,进一步提高了研究区深水低渗气层识别准确率。其中泊松比与体积压缩系数电阻率交会图法效果最好(准确率为 96.43%1
35、00.00%),其次是声波时差电阻率交会图法(准确率为 91.89%93.75%)和补偿密度电阻率交会图法(准确率为 90.60%91.89%)。3)论文以渗透率为主要界限,将深水低渗气层划分为 I、II、III 类,明确并细化了深水低渗气层的分类标准:I 类气层孔隙度 10.0%、渗透率 10.0 mD;II 类气层孔隙度为 7.0%13.0%、渗透率为 1.0 mD10.0 mD;III 类气层孔隙度为 6.6%10.0%、渗透率为 0.451.0 mD。基金项目基金项目 2022 年四川省大学生创新训练计划项目“南海东部油田低渗储层岩石物理实验与压裂后储层有效厚度下限研究”(编号 S20
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