王建東，王 昌，曹海防，李 靜，馬 驥，鄭金凱

（1.中國(guó)石化 勝利油田分公司 a.油氣勘探中心；b.勘探開發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257017；2.中國(guó)石油大學(xué) 地質(zhì)力學(xué)與工程研究所，山東 青島 266580）

有效儲(chǔ)集層是指能夠儲(chǔ)集和滲流流體（烴類或地層水），在現(xiàn)有工藝技術(shù)條件下具有工業(yè)價(jià)值產(chǎn)液量的儲(chǔ)集層[1]。物性下限的確定是識(shí)別有效儲(chǔ)集層的關(guān)鍵，用能夠儲(chǔ)集和滲濾流體的最小孔隙度和最小滲透率來度量[2]。影響有效儲(chǔ)集層物性下限的因素可以分為外在因素（主要包括試油工藝和測(cè)井技術(shù)）和內(nèi)部因素（主要包括儲(chǔ)集層巖性、孔隙結(jié)構(gòu)和地層壓力）[3]。

有效儲(chǔ)集層物性下限的分析方法眾多，文獻(xiàn)［2］根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)國(guó)內(nèi)外部分油田的物性下限進(jìn)行了類比研究；文獻(xiàn)［4］通過對(duì)氣藏研究，提出了用相關(guān)公式法確定有效孔隙度下限；文獻(xiàn)［5］從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度，提出了用分布函數(shù)曲線法確定有效儲(chǔ)集層與非有效儲(chǔ)集層物性界限；文獻(xiàn)［6］—文獻(xiàn)［9］綜合多種方法，對(duì)不同埋深儲(chǔ)集層的物性下限及其控制因素進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)［10］—文獻(xiàn)［12］提出了試油法、束縛水飽和度法和能譜儀測(cè)定法等分析儲(chǔ)集層物性下限的方法。

有效儲(chǔ)集層物性下限的確定是儲(chǔ)集層劃分、有效厚度統(tǒng)計(jì)和油藏儲(chǔ)量計(jì)算的基礎(chǔ)[13]。準(zhǔn)噶爾盆地中部4區(qū)塊中侏羅統(tǒng)頭屯河組致密砂巖儲(chǔ)集層埋藏深，孔隙度和滲透率低，有效儲(chǔ)集層物性下限缺少系統(tǒng)性研究。本文針對(duì)研究區(qū)致密砂巖儲(chǔ)集層特點(diǎn)，綜合運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、分布函數(shù)曲線法、試油法、孔滲關(guān)系法、正逆累計(jì)法和泥質(zhì)含量法，確定了研究區(qū)有效儲(chǔ)集層物性下限，以期為研究區(qū)儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

中部4區(qū)塊位于準(zhǔn)噶爾盆地阜康凹陷東部北斜坡，阜康凹陷北鄰白家海子凸起，南鄰阜康斷裂帶，東接北三臺(tái)凸起，西北連莫索灣凸起（圖1）。研究區(qū)面積2 891.7 km2，自下而上發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系和白堊系，地層發(fā)育齊全，總體較為平緩，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，整體為向南西傾的單斜，斷層主要為侏羅系層間斷層，以逆斷層為主[14-15]。研究區(qū)處于油源中心，是油氣運(yùn)聚的有利指向區(qū)，油氣豐度高。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

目的層中侏羅統(tǒng)頭屯河組發(fā)育了以河流相和三角洲相為主的碎屑巖，埋深3 700～5 200 m，儲(chǔ)集層較發(fā)育，巖性以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖和細(xì)砂巖為主。碎屑顆粒主要為石英、長(zhǎng)石和火成巖巖屑，少量變質(zhì)巖和沉積巖巖屑。填隙物雜基主要為黏土礦物，膠結(jié)物為方解石、石英、硅質(zhì)、硬石膏和沸石。顆粒組成以粉細(xì)粒、粉粒結(jié)構(gòu)為主，部分為中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，分選中等，支撐類型為顆粒支撐，以線接觸和點(diǎn)接觸為主，部分為凹凸接觸，膠結(jié)類型以孔隙式為主。

2 有效儲(chǔ)集層物性下限的確定

2.1 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法

經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法是以巖心測(cè)試孔隙度和滲透率為基礎(chǔ)，分別繪制孔隙度和滲透率分布頻率直方圖，計(jì)算儲(chǔ)集層儲(chǔ)能和產(chǎn)能[2，13]。該方法綜合考慮了儲(chǔ)集層儲(chǔ)能和產(chǎn)能2個(gè)方面，但儲(chǔ)集層累計(jì)儲(chǔ)能（產(chǎn)能）丟失界限和樣品累計(jì)丟失界限的確定具有主觀性。根據(jù)研究區(qū)頭屯河組實(shí)際情況，以儲(chǔ)集層累計(jì)儲(chǔ)能（產(chǎn)能）丟失頻率5.0%或樣品累計(jì)丟失頻率15.0%作為有效儲(chǔ)集層的劃分界限[11，13]，統(tǒng)計(jì)分析了研究區(qū)150塊巖心樣品的孔隙度和滲透率，繪制了物性分布頻率直方圖及儲(chǔ)集層累計(jì)儲(chǔ)能（產(chǎn)能）丟失頻率曲線（圖2）。儲(chǔ)集層累計(jì)儲(chǔ)能丟失頻率和累計(jì)產(chǎn)能丟失頻率的計(jì)算公式分別為

式中 hi——第i個(gè)巖心樣品長(zhǎng)度，m；

Ki——第i個(gè)巖心樣品滲透率，mD；

m——丟失界限對(duì)應(yīng)的巖心樣品數(shù)，個(gè)；

n——巖心樣品總數(shù)，個(gè)；

qK——儲(chǔ)集層累計(jì)產(chǎn)能丟失頻率，%；

q?——儲(chǔ)集層累計(jì)儲(chǔ)能丟失頻率，%；

?i——第i個(gè)巖心樣品孔隙度，%.

圖2 研究區(qū)頭屯河組儲(chǔ)集層物性分布頻率直方圖及儲(chǔ)集層累計(jì)儲(chǔ)能（產(chǎn)能）曲線

當(dāng)儲(chǔ)集層累計(jì)儲(chǔ)能丟失頻率達(dá)5.0%時(shí)，孔隙度下限為3.9%，此時(shí)孔隙度樣品累計(jì)丟失頻率為15.2%，在可接受范圍，故取3.9%作為研究區(qū)孔隙度下限。當(dāng)儲(chǔ)集層累計(jì)產(chǎn)能丟失頻率達(dá)5.0%時(shí)，滲透率下限為0.88 mD，此時(shí)滲透率樣品累計(jì)丟失頻率為41.9%，樣品丟失過多，因此將滲透率樣品累計(jì)丟失頻率15.0%作為界限，確定滲透率下限為0.09 mD.

綜上所述，通過經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法確定了研究區(qū)頭屯河組有效儲(chǔ)集層孔隙度下限為3.9%，滲透率下限為0.09mD.

2.2 分布函數(shù)曲線法

分布函數(shù)曲線法是在同一坐標(biāo)系內(nèi)分別繪制有效儲(chǔ)集層（包括油層、油水層和水層）與非有效儲(chǔ)集層（干層）的孔隙度和滲透率的分布頻率曲線，將兩條曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值作為有效儲(chǔ)集層的物性下限[5，16]。該方法能夠直觀地看出有效儲(chǔ)集層和非有效儲(chǔ)集層的物性分布規(guī)律，在兩類儲(chǔ)集層物性存在交叉且樣品較多時(shí)準(zhǔn)確度高。利用測(cè)井解釋中的物性資料，對(duì)研究區(qū)7口油井707.9 m儲(chǔ)集層進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到孔隙度和滲透率的分布頻率曲線（圖3）。通過分布函數(shù)曲線法確定了研究區(qū)頭屯河組有效儲(chǔ)集層孔隙度下限為4.9%，滲透率下限為0.15 mD.

圖3 研究區(qū)頭屯河組儲(chǔ)集層物性分布頻率曲線

2.3 試油法

試油結(jié)果可以綜合反映流體與儲(chǔ)集層物性特征，是研究?jī)?chǔ)集層流體性質(zhì)的直接資料[17]。對(duì)試油層段所對(duì)應(yīng)的孔隙度和滲透率按照油層、含油水層、水層和干層進(jìn)行分類，在同一坐標(biāo)系下繪制滲透率—孔隙度交會(huì)圖，有效儲(chǔ)集層與非有效儲(chǔ)集層的分界處所對(duì)應(yīng)的數(shù)值即為有效儲(chǔ)集層物性下限[18-19]。該方法直觀、簡(jiǎn)單，但要求研究區(qū)單層試油資料豐富。根據(jù)研究區(qū)試油層段資料，結(jié)合測(cè)井解釋，繪制滲透率—孔隙度交會(huì)圖（圖4），分析確定了研究區(qū)頭屯河組有效儲(chǔ)集層孔隙度下限為4.5%，滲透率下限為0.14 mD.

2.4 孔滲關(guān)系法

根據(jù)研究區(qū)巖心實(shí)測(cè)的物性資料，確定研究區(qū)儲(chǔ)集層孔隙度與滲透率關(guān)系（圖5），通過擬合得出孔隙度與滲透率呈冪函數(shù)：

圖4 研究區(qū)頭屯河組試油層段滲透率—孔隙度交會(huì)圖

圖5 研究區(qū)頭屯河組儲(chǔ)集層孔隙度與滲透率的關(guān)系

從圖5可以看出，孔滲曲線可以分為三段：第一段孔隙度迅速增加，滲透率增加幅度較小，該段主要為無滲透能力的孔隙；第二段孔隙度和滲透率都明顯增加，該段為具有一定滲透能力的有效孔隙；第三段孔隙度增加幅度較小，滲透率急劇增加，該段的滲流能力非常強(qiáng)，且達(dá)到了相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)[2，20-21]。通常取第一段和第二段轉(zhuǎn)折點(diǎn)為有效儲(chǔ)集層的物性下限值。該方法操作簡(jiǎn)單，但曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)不易確定。通過孔滲關(guān)系法確定了研究區(qū)頭屯河組有效儲(chǔ)集層孔隙度下限為4.0%，將其代入（3）式，得出滲透率下限為0.12 mD.

2.5 正逆累計(jì)法

將有效儲(chǔ)集層和非有效儲(chǔ)集層巖心樣品的物性參數(shù)按照相反的方向做累計(jì)曲線，有效儲(chǔ)集層正向累計(jì)，非有效儲(chǔ)集層反向累計(jì)，正逆累計(jì)曲線的交點(diǎn)即為有效儲(chǔ)集層與非有效儲(chǔ)集層的界限。該方法與分布函數(shù)曲線法類似，需要有效儲(chǔ)集層和非有效儲(chǔ)集層物性存在交叉。根據(jù)研究區(qū)頭屯河組測(cè)井和錄井資料，共統(tǒng)計(jì)有效儲(chǔ)集層511.3m，非有效儲(chǔ)集層196.6m，繪制正逆累計(jì)曲線（圖6）。由正逆累計(jì)法確定研究區(qū)頭屯河組有效儲(chǔ)集層孔隙度下限為4.8%，滲透率下限為0.16mD.

2.6 泥質(zhì)含量法

通過測(cè)井解釋及部分巖心樣品的X射線衍射得到研究區(qū)砂巖的泥質(zhì)含量，一般認(rèn)為，當(dāng)泥質(zhì)含量大于40%時(shí)，儲(chǔ)集層多為非有效儲(chǔ)集層[2]。隨著砂巖泥質(zhì)含量升高，孔隙度和滲透率呈減小的趨勢(shì)。該方法的難點(diǎn)在于泥質(zhì)含量界限的確定。根據(jù)研究區(qū)資料，繪制泥質(zhì)含量—物性交會(huì)圖（圖7）。以泥質(zhì)含量40%為界，分析得到研究區(qū)頭屯河組有效儲(chǔ)集層孔隙度下限為4.4%，滲透率下限為0.15 mD.

圖6 研究區(qū)頭屯河組儲(chǔ)集層物性正逆累計(jì)曲線

圖7 研究區(qū)頭屯河組儲(chǔ)集層泥質(zhì)含量—物性交會(huì)圖

2.7 綜合確定物性下限

根據(jù)上述6種方法的分析結(jié)果，確定研究區(qū)頭屯河組孔隙度下限為3.9%～4.9%，滲透率下限為0.09～0.16 mD.

綜合考慮研究區(qū)現(xiàn)有資料及各方法可靠性，對(duì)于能夠直接反映物性特征的試油法分析結(jié)果賦予權(quán)重0.3，對(duì)于受主觀因素影響較小且數(shù)據(jù)豐富的分布函數(shù)曲線法和正逆累計(jì)法分析結(jié)果賦予權(quán)重0.2，對(duì)需要確定丟失比、轉(zhuǎn)折點(diǎn)和泥質(zhì)含量界限的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、孔滲關(guān)系法和泥質(zhì)含量法分析結(jié)果賦予權(quán)重0.1.對(duì)6種方法所得結(jié)果加權(quán)平均，最終確定研究區(qū)頭屯河組致密砂巖有效儲(chǔ)集層孔隙度下限為4.52%，滲透率下限為0.14 mD.

3 物性下限與深度的關(guān)系

通過分析研究區(qū)3 000～6 000 m共338個(gè)試油及測(cè)井層段資料，繪制了孔隙度和滲透率隨深度的變化圖，以有效儲(chǔ)集層和非有效儲(chǔ)集層為界限，得到孔隙度下限曲線和滲透率下限曲線（圖8）。

圖8 研究區(qū)3 000～6 000 m儲(chǔ)集層物性隨深度的變化

可以看出，隨著深度的增加，孔隙度和滲透率的下限呈減小的趨勢(shì)。其主要原因是，隨著油層埋藏深度增加，地層作用于孔隙流體的壓力也不斷增加，流體能進(jìn)出的孔喉半徑越來越小，因而儲(chǔ)集層物性下限變小[2]。

4 結(jié)語

（1）綜合6種方法確定了準(zhǔn)噶爾盆地中部4區(qū)塊中侏羅統(tǒng)頭屯河組有效儲(chǔ)集層物性下限，其中孔隙度下限為4.52%，滲透率下限為0.14 mD.研究區(qū)頭屯河組有效儲(chǔ)集層物性下限隨深度的增加呈降低的趨勢(shì)。

（2）針對(duì)研究區(qū)現(xiàn)有資料及各方法可靠性，對(duì)各方法分析結(jié)果賦予不同權(quán)重，有效地避免了單一方法的隨機(jī)性和不確定性，為油氣藏勘探開發(fā)、儲(chǔ)量計(jì)算和儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)等提供可靠的參考依據(jù)。