CN110107287A - 致密气藏充注动力的计算方法 - Google Patents

Abstract

致密气藏充注动力的计算方法，包括以下步骤：1)在测井曲线上读取单井泥岩压实程度数据；2)拟合非生烃‑正常压实段的深度‑AC关系，得到正常压实段趋势线的表达式；3)生烃‑欠压实段数据筛选，先将测井曲线中的深度与对应泥质含量绘制成深度‑岩性纵向剖面图；再在剖面图中选取欠压实段的计算数据；4)计算流体过剩压力即充注动力，并在剖面图的数据筛选段上标注计算结果；5)对烃源岩提供的充注动力与储层获得的充注动力表征。本发明通过加入泥岩段筛选，并对泥岩段筛选进行标准化，可进行井点之间的数据对比，然后通过压实趋势的拟合、充注动力计算，最终得到充注动力的大小，计算过程更简洁、精度更高、更具可比性。

Description

致密气藏充注动力的计算方法

技术领域

本发明属于油气藏勘探技术领域，具体涉及一种致密气藏充注动力的计算方法。

背景技术

油气之所以能够运移并充注，主要是由于烃源岩与储层之间存在一定的差异性，比如流体势差、密度差、浓度差等，含油气地层在地质历史时期的演化中，需要减小与调和这些差异性，导致生成的油气在不同的动力机制下聚集并成藏。从机理来讲，流体势差可形成定向流使得油气运移聚集成藏，而密度差表现为流体因密度不同纵向分异使油气聚集成藏，浓度差则表现为扩散运移，对成藏的贡献程度有限。

致密储层毛细管力阻碍气水分布，大部分地区气水分异界面不发育，储层中气饱和度的高低与区带内气源是否充足、充注动力是否强劲具有直接关系。因而气藏形成过程中的充注动力研究将对致密气藏(如鄂尔多斯盆地上古生界)的勘探与开发具有直接指导意义。

目前，充注动力的计算方式主要有：

(1)有效包裹体法

成藏时期形成的流体包裹体可以用来研究充注动力，该时期流体包裹体在形成之后，当与外界基本无流体交换且并保留至今时，可测定其流体组分、均一温度与压力，对上述数据进行地层归层，可获得不同层段的地层压力，通过地史恢复工作再确定当时的埋藏深度，再以埋藏深度为依据校正各层段成藏时期的过剩压力，最后根据前述的成藏模式研究得出充注动力。

有效包裹体方法首先要大量采样、筛选包裹体、室内测量读数，最后处理数据、分析结果，在该过程中采样、筛选、测量都需要大量的时间，经济成本也较高。

(2)未成熟烃源岩生烃模拟法

在地表出露的烃源岩矿区，通过筛选选取低成熟度烃源岩，在地史演化的约束下(Ur-Pb测年、K-Ar测年、磷灰石裂变径迹等方法)，在实验室中运用热史模拟的方法测量不同温压下的生烃速率、相应温压与渗透率下的排烃速率，最后将、排烃速率加载至建立的地层模型，得出不同层段获得的充注动力。

未成熟烃源岩生烃模拟的方法首先要采样、室验室生烃模拟、地质建模、最后计算相应的充注动力。由于所处盆地构造部位不同，盆地边缘与盆地内部烃源岩组份的相似度未知的、采样周期长、实验成本大、实验室内以较短的时期模拟上千万年甚至上亿年的生排烃史的误差未知、地层建模与地层符合度的误差也具有不可控性，该方法在理论研究方面具有重要的代表性，但在研究盆地内部某一区块的充注动力则受到极大制约。

(3)经典泥岩压实法

早白垩世鄂尔多斯盆地处于快速沉降阶段，气藏发育层段的泥岩尚未充分压实，受生烃有机质热解、水热增压以及本身相对排液不畅等因素影响，泥岩进一步压实受到抑制，地层内部生烃造成流体压力的异常特征(过剩压力)被泥岩压实程度所记录。在早白垩世之后，盆地抬升，未再出现大规模沉降，所以泥岩未受到更深程度的压实，其压实特征保存至今，因此该期流体过剩压力特征被泥岩记录，并可用其来表征成藏期的充注动力。

泥岩压实信息可通过测井曲线读出，再对数据处理最终得出井点、井区、以及区域在纵向、平面、三维空间的充注动力。泥岩压实法的原始数据易于获得，分析处理周期较短，且能够归位到井点，剖面、平面与三维空间。

综上所述，目前研究气藏充注动力的方法中，有效包裹体法和未成熟烃源岩生烃模拟法均存在上述问题，而现有的泥岩压实法虽然具有理论较为完善、测样数据易于获得、方法简单易行，但是精度不高，最小误差也在±2MPa。《苏里格气田上古生界充注动力计算方法》(陈占军等，2016)中，虽然采用新措施提高了计算精度，但一些步骤带有主观化，如选取泥质含量高的层，泥质含量有多高？泥质含量高的层内选多厚？正常压实段趋势线如何拟定？有无统一表达公式？储层中的充注动力可用上覆与下伏泥岩的中间值来表征，中间值该怎么取？正常压实段与欠压实段如何区分等问题均未有具体可操作性内容，所以将相应的计算方法转化为可执行、可量化、具有统一标准的计算技术，实现规模性的应用，就需摒弃计算少数井时的主观性随意性与发挥性。

发明内容

本发明的目的是提供一种致密气藏的充注动力计算方法，根据目的层中筛选保留下来的地质历史信息，成藏之后泥岩未发生进一步压实时，保留的泥岩压实特征属于有效信息，泥岩压实信息可通过测井曲线读出，再对数据处理最终得出井点在目的层段的充注动力。

本发明采取的技术方案是：

致密气藏充注动力的计算方法，包括以下步骤：

步骤一：读取单井泥岩压实程度数据

针对不同的目的层深度，以对应的起始深度和采样步长，在测井曲线上读取不同深度处的声波时差值(以下简称AC)，其中目的层是指需要计算充注动力的层位；

步骤二：拟合非生烃-正常压实段的深度-AC关系

1)建立深度-AC交会关系图，并画出趋势线；

2)正常压实段的判定与选取：选取拟计算目的层段或拟计算深度上部相邻的近似直线的部分；从近似直线部分的下部开始，向上直至AC值偏离该近似直线部分的趋势线(即趋势线为非直线时)时结束，将从起始点到结束点之间的地层视为正常压实地层；其中，在正常压实段选取过程中，若中间有单段小于100m的薄层，可跳跃略过继续向上选取；若与前述趋势线不一致的地层厚度大于100m时，结束正常压实段选取；

3)在趋势线上取两点，选取两点之间深度差不小于1000m，该两点的深度与对应的AC值分别为(Z_1y，AC_1x)、(Z_2y，AC_2x)，根据一次函数关系，得到正常压实段趋势线的表达式为：

Z—深度，m；AC—声波时差，μs/m；

步骤三：生烃-欠压实段数据筛选

1)将测井曲线中的深度与对应泥质含量(简称SH)绘制成深度-岩性纵向剖面图；

2)在剖面图中选取欠压实段的计算数据

根据泥岩含量选取若干个数据筛选，每个筛选段的深度跨度为0.5～2.0m，由于测井曲线本身步长为0.125m，因此每个筛选段有5～17个数据，将深度与AC的算术平均值记作(Z₁，AC₁)、(Z₂，AC₂)、(Z₃，AC₃)......(Z_n，AC_n)，并将筛选段的位置在剖面图上进行标记；

步骤四：数据筛选段充注动力计算

由于成藏时期欠压实地层因生烃与成藏作用，流体产生的流体过剩压力分担了地层骨架本应承受的应力，因而压实程度与上部某一深度泥岩相同，测井曲线上表现为AC值相同。多承受的这一部分骨架应力等于(抵消了)欠压实段地层与上部正常压实段内同等压实程度地层之间深度差所增加的骨架应力。受欠压实状态影响，生烃欠压实段地层流体过剩压力总是有从高势区向低势区运移、排出、充注的趋势，当流体从高势区向低势区运移时，即形成了充注作用，此时流体过剩压力就代表着充注动力，欠压实段充注动力的计算公式为：

P_n—Z_n深度处充注动力，MPa；g—重力加速度常数，9.8kg/N；

ρ_w—地层水密度，10³kg/m³；ρ_b—地层密度，10³kg/m³；

c—平均值校正系数，无量纲；

注：由于成藏时期气藏充注时充注动力具有前期小、中期大，后期再减小的特征，所以充注动力不应取最大峰值，而是取成藏期充注动力的平均值，所以添加平均值校正系数c，该值依据不同盆地生烃演化取经验系数，同一个盆地内相同演化区域取值相同。

将泥岩筛选段的数据(Z₁，AC₁)、(Z₂，AC₂)、(Z₃，AC₃)......(Z_n，AC_n)代入式(2)，得出每个数据筛选段的充注动力，并在剖面图的数据筛选段上标注计算结果；

步骤五：对烃源岩提供的充注动力与储层获得的充注动力表征

起主要生烃贡献的煤层内微裂隙较发育，内部消耗极小，提供的充注动力与紧邻泥岩接近，可用接触泥岩计算段的结果表征；砂岩储层获得的充注动力介于下伏泥岩与上覆泥岩之间，运用上下限定的思路得出。

进一步的，在步骤一中，针对不同目的层深度，选取起始、终止深度和采样步长的方法为：

1)当目的层深度在500～1000m时，起始深度为200m，采样步长为5米，终止深度为井底深度或目的层的最大深度；

2)当目的层深度在1001～2000m时，起始深度为300m，采样步长为6米，终止深度为井底深度或目的层的最大深度；

3)当目的层深度在2001～3000m时，起始深度为400m，采样步长为8米，终止深度为井底深度或目的层的最大深度；

4)当目的层深度在3001～5000m时，起始深度为500m，采样步长为10米，终止深度为井底深度；

5)当目的层深度≤500m或≥5000m时，不适用本方法。

进一步的，步骤三中，获得每个筛选段的代表深度与代表AC值的方法为：

1)当泥质含量SH≥85％时，连续取值0.5～2.0m，取深度中值与AC算术平均值；

2)当60％≤SH<85％时，连续取0.5～1.0m，取深度中值与AC算术平均值；

3)当SH<60％时，不取值。

进一步的，步骤五中充注动力计算结果表征处理方法为：

1)烃源岩(提供的充注动力)：对于煤层，其充注动力采用相邻上部泥岩段的计算结果进行表征；对于碳质泥岩，其充注动力采用碳质泥岩段内的计算结果进行表征；

2)砂岩储层(获得的充注动力)：针对于SH≤30％且连续厚度大于4m的砂岩，其充注动力采用砂岩储层上、下的泥岩段计算结果共同确定，计算公式为：

P—储层获得的充注动力，MPa；

P_上—储层上部计算段的充注动力，MPa；

P_下—储层上部计算段的充注动力，MPa；

h_上—储层上部计算段至储层顶部SH≥60％泥岩地层累计厚度，m；

h_下—储层下部计算段至储层底部SH≥60％泥岩地层累计厚度，m。

本发明的有益效果：

(1)通过加入泥岩段筛选步骤，并对泥岩段筛选程序标准化，以及对数据采集、正常压实趋势线的拟合过程进行规范化，使得在进行大批量井点研究时，可进行井点之间的数据对比。

(2)所有的分析过程及计算仅涉及三个层次：压实趋势的拟合、充注动力计算、目的层提供或得到的充注动力。由于采用标准化过程分析，得到的结果被标准量化，比前人的计算过程更简洁、精度更高、更具可比性。

(3)通过增加充注动力表征步骤，使得计算的靶点可定位到具体源岩或具体砂层。与前人研究最多精确到小层相比，使得精确度更进一步。前人研究充注动力的精度不超过±2MPa，一般难以将定位靶点到具体储层，由于精度不高，所以往往很难在层间或井间对比。

(4)实现了大批量数据对比功能。在可定靶点与较高精度的文献中，实际操作只能针对个别井，由于没有前述的步长、泥质含量区分、充注动力计算后如何具体表征的步骤，且未对具体储层获得的充注动力仅估出一个范围值；本发明既可定位至具体深度、具体储层，在提升精度为±0.3MPa的前提下，实现了可操作化、步骤简单、可批量化处理，对具体储层获得的充注动力的各步骤操体也细化。基于前述的标准化步骤，原始理论未能实现的井间与层间大批量对比功能得到实现。

误差来源

(1)正常压实趋势线拟合不准，或在线上读数有少许偏差(因为这点是要人工完成的，具有主观性。例如在文献中趋势线拟合后选点是(1990，221),而这一次是(1990，219)，拟合差异将对结果有少量影响。

(2)深度段取值数据不一样，比如某一次可能取3190.50m～3191.50m中9个数据，而下一次筛选可能是3190.00～3191.00m，造成虽然在同层泥岩中，但读数不完全一致，最后平均值稍有不同。

这些都是误差的来源。根据多口井的反复实证，误差基本在0.3MPa以内。

附图说明

图1为实施例井的深度-AC拟合关系图；

图2为欠压实段数据筛选示意图；

图3为充注动力计算结果示意图；

图4为实施例井盒8段、山1段物性-实测含气饱和度相关图。

具体实施方式

实施例：实例井为苏里格东区召25井(以下简称Z-EW井)。

一种致密气藏的充注动力计算方法，包括以下步骤：

1、读取单井泥岩压实程度数据

从起始深度开始，以相应深度步长为间隔，在测井曲线上读取不同深度处的声波时差(简称AC)值。

根据技术要求，Z-EW井深度为3260m，因此AC取值步长为10m。从起始深度500m起至井底，一共可读取277个AC数据。

2、拟合非生烃-正常压实段的深度-AC关系

(1)建立深度-AC交会关系图；

将上述277个AC值及对应深度建立深度-AC交会关系图，如图1。

(2)拟合深度与AC的线性关系，并画出趋势线，如图1中趋势线；

根据技术要求中正常压实段的判定与选取规则，选取拟计算目的层段(或拟计算深度)上部具近似直线的部分。

研究区目的层为盒8段以下的地层，深度在2970m以下，盒8段上部紧邻的盒7段直上部石千峰组地层(2450～2970m)仍然处于非正常压实状态，近似直线的部分从2430m向上2020m的这一段。从2020m向上AC值有整体向左错动迹象，偏离了目的层段上部正常压实趋势，因此Z-EW井目的层段上部正常压实段为2020m～2430m这一段。

对该段添加压实趋势拟合线(见图1)，并将其延长。根据两点垂向距离不低于1000m的技术要求，在趋势线上取两点，深度与对应的AC值分别为(1990，219)、(2990，173)，将这两组数据代入式(1)，得到正常压实段趋势线的表达式为：

Z—深度，m；AC—声波时差，μs/m；

3、生烃-欠压实段数据筛选

(1)运用石文软件(Explore)将测井曲线中深度与泥质含量(简称SH)绘制深度-岩性纵向剖面图(图2)。

(2)在剖面图中选取欠压实段

根据泥岩数据筛选标准(表2)，选取若干个数据筛选段，在图2上标记数据筛选段(图2)。图中一共标记了9个筛选段，其深度及对应的AC平均值如表1所示：

表1泥岩数据筛选深度与AC取值

4、数据筛选段充注动力计算

根据技术要求，将(Z_1y，AC_1x)、(Z_2y，AC_2x)的测值(1990，219)、(2990，173)代入式(2)，得到：

原式中：

ρ_b—地层密度，取2.65×10³kg/m³；

ρ_w—地层水密度，1.0×10³kg/m³；

g—重力加速度常数，9.8kg/N；

c—平均值校正常数取0.62(该值为经验对比值，取0.62)；

将泥岩筛选段的表1中的数据代入式(5)中，得出每个数据筛选段的充注动力(表2)，并在图2数据筛选段上标注计算结果(如图3)。

5、对源岩提供的充注动力与储层获得的充注动力表征

根据表征要求，对目的层段中几个深度段表征如下：

(1)3080～3100m碳质泥岩与煤层段：为烃源岩段，生烃提供的最大动力为21.7MPa。

(2)3072～3078m砂岩段：为储层段。根据式(3)计算该段储层获得的充注动力为18.4MPa

(4)3017～3034m砂岩段：为储层段。同样根据式(3)计算该段储层获得的充注动力为14.0MPa。

(5)2975～2986m砂岩段：为储层段。同样根据式(3)计算该段储层获得的充注动力为12.4MPa。

表2泥岩数据筛选深度与AC取值

应用举例

通过充注动力计算，可运用充注动力计算结果判断有利成藏层位。例井Z-EW井山₁段(3072～3078m)充注动力18.4MPa大于盒₈段(3017～3034m)的14.0MPa，在同级别物性(0.01～1.0×10^-3μm²)范围内，山₁段储层的实测含气饱和度确实整体上大于盒₈段(图4)，说明充注动力对含气性有重要控制作用，在其它成藏条件相同的情况下，充注动力越大含气性越好。

正是基于致密气藏充注动力与含气饱和度呈正相关这个前提，本技术可为复杂地质条件下分析致密气藏饱和度差异性研究提供新的依据，对复杂致密气藏有利区带与有利层位的勘探具有重要参考价值。

Claims (4)

1.致密气藏充注动力的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：读取单井泥岩压实程度数据

针对不同的目的层深度，以对应的起始深度和采样步长，在测井曲线上读取不同深度处的声波时差值，其中目的层是指需要计算充注动力的层位；

步骤二：拟合非生烃-正常压实段的深度-AC关系

1)建立深度-AC交会关系图，并画出趋势线；

2)正常压实段的判定与选取：选取拟计算目的层段或拟计算深度上部相邻的近似直线的部分；从近似直线部分的下部开始，向上直至AC值偏离该近似直线趋势线时结束，将从起始点到结束点之间的地层视为正常压实地层；其中，在正常压实段选取过程中，若中间有单段小于100m的薄层，可跳跃略过继续向上选取；若与前述趋势线不一致的地层厚度大于100m时，结束正常压实段选取；

3)在趋势线上取两点，选取两点之间深度差不小于1000m，该两点的深度与对应的AC值分别为(Z_1y，AC_1x)、(Z_2y，AC_2x)，根据一次函数关系，得到正常压实段趋势线的表达式为：

Z—深度，m；AC—声波时差，μs/m；

步骤三：生烃-欠压实段数据筛选

1)将测井曲线中的深度与对应泥质含量绘制成深度-岩性纵向剖面图；

2)在剖面图中选取欠压实段的计算数据

根据泥岩含量选取若干个数据筛选，每个筛选段的深度跨度为0.5～2.0m，由于测井曲线本身步长为0.125m，因此每个筛选段有5～17个数据，将深度与AC的算术平均值记作(Z₁，AC₁)、(Z₂，AC₂)、(Z₃，AC₃)......(Z_n，AC_n)，并将筛选段的位置在剖面图上进行标记；

步骤四：数据筛选段充注动力计算

欠压实段与上部正常压实段某一深度处的泥岩压实程度相同，因而相应的AC值也相同；流体过剩压力总是有从高势区向低势区运移的趋势，当流体从高势区向低势区运移时，即形成了充注作用，此时流体过剩压力就是充注动力，欠压实段充注动力的计算公式为：

P_n—Z_n深度处充注动力，MPa；g—重力加速度常数，9.8kg/N；

ρ_w—地层水密度，10³kg/m³；ρ_b—地层密度，10³kg/m³；

c—平均值校正系数，无量纲；

将泥岩筛选段的数据(Z₁，AC₁)、(Z₂，AC₂)、(Z₃，AC₃)......(Z_n，AC_n)代入式(2)，得出每个数据筛选段的充注动力，并在剖面图的数据筛选段上标注计算结果；

步骤五：对烃源岩提供的充注动力与储层获得的充注动力表征

起主要生烃贡献的煤层内微裂隙较发育，内部消耗极小，提供的充注动力与紧邻泥岩接近，可用接触泥岩计算段的结果表征；砂岩储层获得的充注动力介于下伏泥岩与上覆泥岩之间，运用上下限定的思路得出。

2.如权利要求1所述的致密气藏充注动力的计算方法，其特征在于，在步骤一中，针对不同目的层深度，选取起始、终止深度和采样步长的方法为：

1)当目的层深度在500～1000m时，起始深度为200m，采样步长为5米，终止深度为井底深度或目的层的最大深度；

2)当目的层深度在1001～2000m时，起始深度为300m，采样步长为6米，终止深度为井底深度或目的层的最大深度；

3)当目的层深度在2001～3000m时，起始深度为400m，采样步长为8米，终止深度为井底深度或目的层的最大深度；

4)当目的层深度在3001～5000m时，起始深度为500m，采样步长为10米，终止深度为井底深度；

5)当目的层深度≤500m或≥5000m时，不适用本方法。

3.如权利要求1所述的致密气藏充注动力的计算方法，其特征在于，步骤三中，获得每个筛选段的代表深度与代表AC值的方法为：

1)当泥质含量SH≥85％时，连续取值0.5～2.0m，取深度中值与AC算术平均值；

2)当60％≤SH<85％时，连续取0.5～1.0m，取深度中值与AC算术平均值；

3)当SH<60％时，不取值。

4.如权利要求1所述的致密气藏充注动力的计算方法，其特征在于，步骤五中充注动力计算结果表征处理方法为：

1)烃源岩：对于煤层，其充注动力采用相邻上部泥岩段的计算结果进行表征；对于碳质泥岩，其充注动力采用碳质泥岩段内的计算结果进行表征；

2)砂岩储层：针对于SH≤30％且连续厚度大于4m的砂岩，其充注动力采用砂岩储层上、下的泥岩段计算结果共同确定，计算公式为：

P—储层获得的充注动力，MPa；

P_上—储层上部计算段的充注动力，MPa；

P_下—储层上部计算段的充注动力，MPa；

h_上—储层上部计算段至储层顶部SH≥60％泥岩地层累计厚度，m；

h_下—储层下部计算段至储层底部SH≥60％泥岩地层累计厚度，m。