渤海海域变质岩潜山储层有效性录井综合评价技术.pdf

收稿日期：；改回日期：基金项目：中海石油（中国）有限公司重大科技专项“渤海油田上产 万吨新领域勘探关键技术”（）；中海石油（中国）有限公司综合科研项目“储层有效性录测一体化定量评价技术研究”（）作者简介：谭忠健（），男，教授级高级工程师，年毕业于山东海洋学院海洋地质系专业，年毕业于西南石油大学地质工程专业，获硕士学位，现主要从事勘探作业的管理及研究工作。：渤海海域变质岩潜山储层有效性录井综合评价技术谭忠健，邓津辉，张国强，李辉，李鸿儒，张志虎，刘志伟（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 ；中海油能源发展股份有限公司，天津 ）摘要：变质岩潜山岩性复杂多样，储层非均质性强，常规录井方法仅能依据油气显示定性判断潜山储层的发育位置，难以对潜山储层物性进行准确识别。针对该问题，从综合地质实验和微钻模拟实验入手，应用 元素录井、全岩衍射录井及工程录井数据，建立了变质岩潜山浅色矿物录井表征技术、变质岩潜山基岩力学录井表征技术及变质岩潜山可钻性评价技术，明确了储层裂缝发育与岩石矿物组分、力学特性及可钻性的内在表征关系，形成以岩石矿物学、岩石力学及岩石破碎学多个角度为基础的变质岩潜山储层有效性录井综合评价技术及定量评价标准。研究成果在渤海海域渤中坳陷变质岩潜山 余口井得到应用，与测井解释结论对比，储层有效性录井解释的平均符合率高达 。该技术在渤海海域渤中坳陷变质岩潜山储量的发现和评价中发挥了重要作用，为中途测试、完钻等重大勘探决策提供了可靠依据，具有良好的应用前景。关键词：变质岩潜山；储层有效性；浅色矿物指数；基岩力学；机械比能；录井综合评价；渤中坳陷中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（），；，）：，特 种 油 气 藏第 卷 ：；引言近年来，渤海海域潜山油气勘探力度不断加大 ，并获得了重大突破，尤其在渤中坳陷发现了渤中 、渤中 等大型变质岩潜山区块 ，标志着变质岩潜山油气藏逐渐成为了中国海油在国内最具潜力的储量及产量接替区。储层有效性是潜山勘探评价的关键，储层有效性录井评价，对中途测试、完钻等重大勘探决策具有重要意义 。常规录井方法多用于潜山流体评价 ，依据油气显示可以定性判断潜山储层发育位置，但用于潜山储层有效性进行精细评价研究相对较少。变质岩潜山储层岩性复杂多样，而岩性是控制潜山储层发育程度的主导内因 。长石、石英等浅色矿物脆性较高，浅色矿物含量较高的变质岩在相同的构造应力作用下更易发育成为优质储层 。基于 元素录井初步形成了渤海油田复杂岩性井场识别技术 ，但精细化程度相比实验室岩矿分析明显偏低。工程录井参数实时监测地下岩石钻进的难易程度，可以反映潜山储层发育程度 ，但受提速工具、钻头磨损程度等工程因素影响，工程录井参数不能有效响应储层有效性，需要消除工程因素对储层有效性评价的影响。全岩衍射录井主要应用于岩石矿物成分分析 ，针对变质岩潜山储层有效性评价方面的研究较少。以渤海海域渤中坳陷典型变质岩潜山为研究对象，在综合地质实验和微钻模拟实验分析的基础上，应用 元素录井、全岩衍射录井及工程录井数据，建立了变质岩潜山浅色矿物录井表征技术、变质岩潜山基岩力学录井表征技术及变质岩潜山可钻性评价技术，并在此基础上建立变质岩潜山储层有效性录井综合评价技术及评价标准，在渤中 、渤中 、渤中 等多个区块变质岩潜山井场勘探评价中应用效果好，为渤海海域太古界变质岩潜山勘探决策提供技术支持。地质概况渤中坳陷位于辽东湾坳陷、黄骅坳陷和济阳坳陷等向海域方向延伸的汇合处，可细分为渤南低凸起、庙西南凸起、庙西北凸起、渤东低凸起、渤中凹陷、庙西凹陷和渤东凹陷等多个二级构造单元 （图 ），断裂十分发育，具有良好的生储盖条件和有利的断陷成藏条件，是渤海湾盆地油气勘探潜力最大的坳陷之一。渤中坳陷以太古界为基底，上覆古近系和新近系巨厚沉积，自下而上依次为古近系孔店组、沙河街组、东营组、新近系馆陶组、明化镇组，以沙河街组三段、东营组和沙河街组一段为主要烃源岩 。渤中坳陷太古界潜山储层的形成过程复杂，受到构造运动、风化淋滤、古地貌等多种地质因素的共同作用，在垂向上具有分带的特征。根据断裂系统和风化作用的影响程度，将太古界潜山储层自上而下分为强风化破碎带、次裂缝带、主裂缝带、致密带和内幕裂缝带 。目前，渤中坳陷在渤中 和渤中 太古界变质岩潜山中获得了重大的油气发现，揭示了太古界变质岩潜山领域巨大的勘探潜力。图 渤海海域渤中坳陷构造单元 渤中坳陷变质岩潜山储层有效性录井综合评价技术 变质岩潜山浅色矿物录井表征技术岩石矿物是影响岩石脆性的重要因素，为明确岩石矿物与储层微裂缝发育的表征关系，对渤中 构造变质岩潜山 口探井的 组薄片数据及矿物含量数据进行分析（图 ）。结果表明：储层微裂缝发育程度与石英、斜长石、钾长石等浅色矿物含量有明显的正相关性，即岩石的浅色矿物越发第 期谭忠健等：渤海海域变质岩潜山储层有效性录井综合评价技术 育，微裂缝越发育。图 岩石浅色矿物与微裂缝发育关系 渤中 构造浅色矿物以石英、斜长石、钾长石为主，、元素含量较高，暗色矿物以黑云母、辉石、角闪石为主，、元素含量较高。根据浅色矿物、暗色矿物在元素上的富集规律 ，利用元素录井数据，构建了反映浅色矿物与暗色矿物含量变化规律的浅色矿物发育指数 ，定义为 、元素累计含量与 、元素累计含量的比值。岩石的脆性是储层形成裂缝的重要条件，在相同外力条件下，地层脆性越大越易发育裂缝 。目前普遍认为岩石的脆性主要与脆性矿物的含量有关，因此，可以对比分析已钻井浅色矿物发育指数及测井计算的脆性指数，明确浅色矿物发育指数在解释裂缝发育程度时的下限。分析表明：当浅色矿物发育指数大于 时，地层脆性明显增大；当浅色矿物指数小于 时，则地层整体表现为塑性，不易发育裂缝（图 ）。图 浅色矿物发育指数与脆性指数的变化关系 变质岩潜山基岩力学录井表征技术岩石的矿物成分是影响岩石力学性质的重要因素。从潜山储层造岩矿物含量出发，假定组成岩石的各种矿物沿着受力方向平行排列，将每种矿物组分假想为一种弹簧微元，弹簧长度为组分含量，弹簧的本构方程和矿物的一致。运用组合弹簧模型，考虑成岩过程中串联等应力和并联等应变 种情况，构建一套基于 全岩衍射录井的基岩力学参数计算方法。借鉴岩石力学中流变模型理论，串联模型中，总应力和各弹簧微元的应力相等，总应变等于各微元的应变之和；并联模型中，总应力等于各弹簧微元的应力之和，总应变和各弹簧微元的应变相等。基于该原则推导了 种排列方式下的杨氏模量计算模型。串联模型杨氏模量为：（）并联模型杨氏模量为：（）式中：为总矿物含量，；为各类矿物含量，；为各类矿物自身杨氏模量，；代表矿物种类；、分别为串联和并联模型的杨氏模量，。实际岩石的矿物分布是随机的，而并联和串联 种理想情况计算的杨氏模量为上、下限值，故取二者的算术平均值。利用不同孔隙度的岩石力学实验对比了岩石杨氏模量和 全岩衍射录井计算的杨氏模量（图 ）。全岩衍射录井计算的基岩杨氏模量与岩石实验杨氏模量有较好的负相关性，与储层孔隙度有较好的正相关性，即基于 全岩衍射录井计算的杨氏模量呈现高值时，基岩脆度更高，在多期次构造运动过程中更易发育裂缝，导致岩石力学实验结果呈现低值特征。以渤中 井为例，全岩衍射录井计算的基岩杨氏模量高值的井段，基岩脆度更高，受多期次构造运动影响，裂缝发育程度明显好于基岩杨氏模量低值的井段。表明变质岩潜山储层矿物含量能够反映基岩力学特性，从而实现利用 全岩衍射录井数据表征变质岩潜山的裂缝发育程度（图）。特 种 油 气 藏第 卷图 录井计算杨氏模量参数与实验分析数据对比 图 渤中 井基岩力学参数应用效果 变质岩潜山可钻性评价技术 机械比能约束参数标准化处理技术 提出岩石钻进中机械比能的概念，即钻头在钻压和扭矩作用下破碎单位体积岩石所消耗的机械能，其表达式为：（）式中：为机械比能，；为钻速，；为钻压，；为转速，；为扭矩，；为钻头直径，。机械比能标准化是考虑不同区域、不同地层的钻压、转盘转速、钻头磨损程度、钻井液的差异性，利用数理方法将其折算到统一的标准尺度下。根据微钻实验得到的机械比能响应规律，建立了机械比能标准化模型，其表达式为：（）式中：为标准化机械比能，；为区域标准钻压，；为钻压系数；为区域标准转速，；为转速系数；为钻头磨损系数，是钻头使用时间与钻头寿命的比值，新钻头系数为 ；为标准钻井液密度，一般取目的层段钻井液密度均值，；为钻井液密度，。基于渤中 井花岗闪长片麻岩岩心及渤中 井二长花岗片麻岩岩心，开展微钻头钻进实验，设置 个钻压水平及 个转速水平，监测扭矩、钻时等参数，测定机械比能值（图 ）。对机械比能和钻压、转速的关系进行拟合，获得 种岩性的钻压系数和转速系数，确定平均钻压系数 为 、平均转速系数 为 。基于改进机械比能潜山储层物性定量评价技术机械比能基线定义为钻井过程中所能达到破岩效率最高值的对照线，是描述机械比能随深度、钻时变化的基准线 。由于钻头破岩做功受到钻具组合和地层扩径影响，为了提高录井物性评价参数的横纵向的可对比性，需要利用标准化机械比能与机械比能基线的比值（即改进机械比能）来进性物性判断，其表达式为：第 期谭忠健等：渤海海域变质岩潜山储层有效性录井综合评价技术 （）式中：为改进机械比能；为机械比能基线值，。以渤中 井为例，改进机械比能对储层物性有较好的指示性，孔缝不发育地层的 约为；孔缝较发育的地层 小于 。越低，孔缝发育程度越好（图 ）。图 机械比能与钻压、转速的关系曲线 图 渤中 井改进机械比能应用效果 变质岩潜山储层有效性录井多参数评价及应用变质岩潜山的岩石矿物性质、基岩力学特性以及地层可钻性均对潜山储层裂缝发育特性有一定指示性。为确定各类指标参数在储层有效性评价时的解释标准，选取渤中 区块 个地层的录井数据，综合考虑岩石矿物学参数（浅色矿物发育指数）、岩石力学参数（基岩杨氏模量）以及岩石破碎性参数（改进机械比能）个指标建立交会图（图）。通过测井解释结论（个类层、个类层、特 种 油 气 藏第 卷 个类层、个致密层）的标定刻度，建立变质岩潜山储层有效性录井多参数解释标准（表 ）。图 变质岩潜山储层有效性录井多参数评价 表 变质岩潜山储层有效性录井多参数评价标准 储层类型改进机械比能浅色矿物发育指数基岩杨氏模量 类储层 类储层 类储层 致密层 该技术在渤海海域渤中坳陷渤中 、渤中 、渤中 等多个区块变质岩潜山探井作业中得到应用，截至 年 月，累计应用 余口井，储层有效性录井评价结果与测井解释相比平均符合率为 ，为中途测试、完钻等重大勘探决策提供了可靠依据，在渤海变质岩潜山储量的发现和评价中发挥了重要作用。结论（）基于 元素录井及 全岩衍射录井等岩性录井信息，构建浅色矿物发育指数和杨氏模量参数计算模型。浅色矿物发育指数大于 ，基质杨氏模量更高的岩石，更易发育裂缝。（）建立标准化机械比能模型，并利用微钻实验测定了区域变质岩储层钻压系数和转速系数分别为 和 ，在此基础上构建了改进型机械比能模型，实现了变质岩潜山储层物性评价精细化。（）利用改进机械比能与浅色矿物发育指数、基岩杨氏模量的交会图，通过测井解释结论的标定刻度确定录井多参数评价标准，最终实现从岩石矿物学、岩石力学及岩石破碎学多个角度对变质岩潜山储层有效性的录井综合评价，储层有效性评价平均符合率为 。参考文献：谢玉洪，高阳东 中国海油近期国内勘探进展与勘探方向 中国石油勘探，（）：，（）：施和生，王清斌，王军，等 渤中凹陷深层渤中 构造大型凝析气田的发现及勘探意义 中国石油勘探，（）：，（）：薛永安，李慧勇，许鹏，等 渤海海域中生界覆盖型潜山成藏认识与渤中 大油田发现 中国海上油气，（）：，（）：周东红 渤海油田深埋潜山储层预测关键技术研究 以渤中 潜山为例 中国海上油气，（）：，（）：王双龙，吕坐彬，韩雪芳，等 气测资料在变质岩潜山裂缝有效性评价及水淹层识别中的应用 特种油气藏，（）：，第 期谭忠健等：渤海海域变质岩潜山储层有效性录井综合评价技术 ，（）：谭忠健，胡云，张国强，等 渤中 构造复杂储层流体评价及产能预测 石油钻采工艺，（）：，（）：李鸿儒，谭忠健，胡云，等 渤中凹陷西南环 构造太古界潜山油气藏流体类型随钻识别方法 油气地质与采收率，（）：，（）：杜晓峰，刘晓健，张海涛，等 渤海海域太古界变质岩储层特征与形成控制因素 中国海上油气，（）：，（）：叶涛，牛成民，王清斌，等 渤海湾盆地大型基岩潜山储层特征及其控制因素 地质学报，（）：，（）：尚锁贵，谭忠健，阚留杰，等 元素录井岩性识别技术及其在渤海油田的应用 中国海上油气，（）：，（）：耿长喜，胡宗敏，钱文博，等 随钻录井物性评价技术应用研究 录井工程，（）：，（）：谭伟雄，王俊瑞，邓强，等 花岗岩储层储集性能定量评价方法及应用 中国海上油气，（）：，（）：刘坤，马英文，张志虎，等 潜山裂缝性储层评价方法 石油钻采工艺，（增刊）：，（）：张志虎，王俊瑞，邓强，等 功指数模型在地质和工程录井中的应用 录井工程，（）：，（）：倪朋勃，陈伟 射线衍射全岩录井技术在渤海油田的应用 海洋地质前沿，（）：，（）：周心怀，余一欣，汤良杰，等 渤海海域新生代盆地结构与构造单元划分 中国海上油气，（）：，（）：薛永安，李慧勇 渤海海域深层太古界变质岩潜山大型凝析气田的发现及其地质意义 中国海上油气，（）：，：，（）：卢欢，牛成民，李慧勇，等 变质岩潜山油气藏储层特征及评价 断块油气田，（）：，（）：叶涛，牛成民，王清斌，等 用“成分 结构”分类法识别古潜山变质岩岩性 以渤海海域太古界为例 岩性油气藏，（）：，：，（）：文韬 岩石矿物对岩石脆性指数的影响 大庆：东北石油大学，：，（）：崔猛，李佳军，纪国栋，等 基于机械比能理论的复合钻井参数优选方法 石油钻探技术，（）：，（）：编辑朱雅楠