李映艷， 錢根葆， 高 陽， 覃建華， 黃文彪， 盧雙舫， 朱 鍵，王英偉， 張代燕

( 1. 中國石油新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000； 2. 中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000； 3. 中國石油大學(華東) 非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東 青島 266580 )

0 引言

繼頁巖氣之后，致密油成為全球非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的重要領域。我國9個重點陸相盆地的致密油地質(zhì)資源約為146.60億t，技術可采資源約為14.54億t，主要發(fā)育于碳酸鹽、砂巖、混積巖和沉凝灰?guī)r4類儲層[1]。準噶爾盆地瑪湖地區(qū)發(fā)現(xiàn)約為10.00億t礫巖油田[2]，礫巖致密油藏的勘探開發(fā)成為研究熱點。

準噶爾盆地瑪湖凹陷百口泉組(T1b)致密油資源豐富、油藏大面積連續(xù)分布，為典型的扇三角洲近物源沉積，以混雜堆積為主，巖性粗，分選差，泥質(zhì)含量高，導致儲層成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低、非均質(zhì)性強、含油飽和度差異大、油氣分布復雜、產(chǎn)能差異性大[3-9]。開展油藏地質(zhì)“甜點”識別，對提高致密油藏勘探開發(fā)精度、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。目前，有關致密油“甜點”的研究主要基于儲層的微觀結(jié)構(gòu)，包括有效致密儲層上下限的厘定及分級標準的建立[10-14]。致密油層的地質(zhì)“甜點”不僅包含儲層的物性“甜點”，還要考慮儲層的含油性及產(chǎn)能特征。因此，需要建立一套綜合體現(xiàn)儲層物性、含油性及產(chǎn)能信息的致密油藏“甜點”分級標準，為“甜點”測井識別和地震預測提供依據(jù)。

以瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密儲層樣品的的孔隙度和含油性實驗數(shù)據(jù)為基礎，筆者構(gòu)建地質(zhì)“甜點”評價參數(shù)——含油孔隙度，結(jié)合單井產(chǎn)能信息，實現(xiàn)礫巖致密油藏地質(zhì)“甜點”的識別，預測瑪18井區(qū)和瑪131井區(qū)“甜點”的分布。

1 地質(zhì)概況

瑪湖凹陷位于準噶爾盆地西北緣，呈東北—西南向展布，西北靠克百—烏夏斷裂帶，西南接中拐凸起，東南鄰達巴松—夏鹽凸起，東至英西凹陷(見圖1)，面積約為5 000 km2，是準噶爾盆地 “三大新基地”之一。準噶爾盆地西北緣三疊系表現(xiàn)為前陸盆地性質(zhì)，伴隨區(qū)域構(gòu)造運動，形成逆掩推覆體和逆沖斷裂，為瑪湖凹陷提供豐富的物源[15-16]。三疊系百口泉組是研究區(qū)主要目的層，地層厚度為40～150 m，與下伏二疊系烏爾禾組為區(qū)域不整合接觸，與上覆克拉瑪依組為區(qū)域整合接觸[17]。

圖1 瑪湖凹陷構(gòu)造區(qū)域及沉積相分布

觀察巖心并研究沉積體系，目的層百口泉組為近源粗粒扇三角洲沉積(見圖1)。碎屑水道和辮狀水道構(gòu)成扇三角洲平原亞相，表現(xiàn)為粗礫混雜堆積、分選較差、儲層致密，形成油氣藏上傾方向的有效遮擋。扇三角洲前緣水下分流河道為油氣的主要儲集相帶，巖性主要為細礫巖和中礫巖，分選、磨圓較好，近岸水下分流河道儲層物性最好，覆壓孔隙度為7%～15%，覆壓滲透率為(0.03～5.00)×10-3μm2，油層厚度為10～50 m，儲集空間類型主要為剩余粒間孔和粒間/粒內(nèi)溶孔，為油氣高產(chǎn)提供儲集條件[18-20]。

2 原始含油飽和度恢復

含油性評價和儲量評估使用的含油飽和度為儲層的原始含油飽和度。由于保壓密閉取心費用昂貴，大量含油飽和度實驗檢測的巖心未實施保壓密閉，受溫度、壓力及原油揮發(fā)作用的影響，實驗測定巖心的含油飽和度普遍小于原始含油飽和度，油水飽和度之和小于100%。因此，儲層含油性評價時，應先恢復被檢測樣品的含油飽和度[21]。

假設油、水的剩余率分別為αo和αw，則

(1)

由于So+Sw=1，可得

(2)

圖2 研究區(qū)不同流體飽和度區(qū)間實測含油、含水飽和度關系

令流體總損失率為α1=(1-αo)+(1-αw) ，則油、水的損失量占總流體損失量的比例分別為

(3)

根據(jù)式(2)計算各流體飽和度區(qū)間油、水參數(shù)，對原始飽和度參數(shù)進行恢復。原始含油、含水飽和度分別為

),

(4)

(5)

由原始含油飽和度恢復結(jié)果可以看出，瑪湖凹陷百口泉組巖心含油飽和度損失量低于10.0%，主要集中在5.0%左右(見圖3(a))；原始含油飽和度與實測含油飽和度關系良好，呈典型線性關系(見圖3(b))，基于兩者關系進行其他樣品的原始含油飽和度恢復。

圖3 研究區(qū)原始含油飽和度恢復結(jié)果Fig.3 Recovery results of original oil saturation in study area

3 地質(zhì)“甜點”分級標準

致密油“甜點”是指在現(xiàn)有經(jīng)濟技術條件下、具有實際開發(fā)效益的致密油地質(zhì)單元，包括地質(zhì)“甜點”和工程“甜點”。與頁巖油氣藏不同，致密油藏儲層中脆性礦物含量高、可壓性強，在致密油“甜點”預測中，地質(zhì)“甜點”的識別和評價尤為重要。致密油藏地質(zhì)“甜點”是儲層物性“甜點”和含油性“甜點”的綜合體現(xiàn)，定義含油孔隙度φo(孔隙度φ與原始含油飽和度So乘積)作為判定油層成為“甜點”的核心參數(shù)。由于So包含儲層成藏時的滲流信息，滲透率越大，So越大。因此，φo綜合反映儲層孔隙度、滲透率和含油性。

建立φo與采油強度關系，隨φo增大，采油強度呈階梯式增長(見圖4(a))。根據(jù)階梯式變化，將礫巖油層劃分為4種類型：Ⅰ類油層、Ⅱ類油層、Ⅲ類油層和Ⅳ類油層。由φo與So、φ關系，判定不同類型油層地質(zhì)參數(shù)界限(見圖4(b-c))，建立準噶爾盆地瑪湖凹陷礫巖致密油藏地質(zhì)“甜點”分級標準(見表1)。根據(jù)不同類別油層的油氣顯示特征，油層類型從Ⅰ類至Ⅳ類，儲層的油氣顯示級別逐漸降低(見圖4(b))。Ⅰ類油層主要為油層和油氣同層，Ⅱ類油層為差油層、油水同層和含油層，Ⅲ類油層主要為含油層和含油水層，Ⅳ類油層測井解釋為干層。

考慮礫巖致密儲層的物性、含油性和產(chǎn)能信息，該分級標準體現(xiàn)原油的富集程度和采出程度。因此，該分級標準中，定義Ⅰ類油層為礫巖致密油藏的Ⅰ類地質(zhì)“甜點”，定義Ⅱ類油層為Ⅱ類地質(zhì)“甜點”，定義Ⅲ類油層為低效油層，定義Ⅳ類油層為非油層。Ⅰ、Ⅱ類“甜點”具有高孔隙度、高含油飽和度和高采油強度，在勘探開發(fā)過程中作為首選目標。

圖4 瑪湖凹陷百口泉組油層分類及地質(zhì)參數(shù)判定

Table1Gradingcriterionforconglomeratetightreservoirgeological"sweetspots"ofBaikouquanformationinMahusag

地質(zhì)參數(shù)Ⅰ類“甜點”Ⅱ類“甜點”低效油層非油層?o/%≥5.03.0～5.02.0～3.0<2.0So/%≥55.040.0～55.025.0～40.0<25.0?/%≥9.07.0～9.05.5～7.0<5.5

4 地質(zhì)“甜點”測井評價及標準應用

由于巖心樣品數(shù)量有限，實測物性和含油飽和度數(shù)據(jù)無法精細描述礫巖致密油藏地質(zhì)“甜點”垂向非均質(zhì)性。以實驗分析數(shù)據(jù)為基礎，建立瑪湖凹陷百口泉組孔隙度和含油飽和度測井模型，實現(xiàn)含油孔隙度的測井解釋和“甜點”層段的優(yōu)選。

4.1 孔隙度測井模型

整理瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密儲層巖心樣品孔隙度測試資料，建立實測孔隙度與測井參數(shù)的測井曲線響應關系(見圖5)。由圖5可以看出，研究區(qū)實測孔隙度與補償中子CNL曲線相關關系較差，與聲波時差AC曲線和地層密度DEN曲線相關關系較好，與偽測井曲線AC/DEN曲線相關關系更好。

為了提高測井孔隙度評價模型的精度，建立與實測孔隙度相關關系較好的3種測井曲線孔隙度模型：

φAC=0.126 1e0.059 0AC,

(6)

φDEN=83.785 0DEN2-448.700 0DEN+606.910 0,

(7)

φAC/DEN=0.279 4e0.120 9AC/DEN。

(8)

通過實測孔隙度與3種測井曲線孔隙度的多元線性回歸，建立研究區(qū)孔隙度測井模型為

φ=0.48φAC+0.53φDEN+0.20φAC/DEN-1.79。

(9)

圖5 研究區(qū)實測孔隙度與測井參數(shù)的測井曲線響應關系Fig.5 Relationship between measured porosity and logging parameter response in study area

根據(jù)式(9)預測回歸孔隙度與實測孔隙度相關關系，多元回歸結(jié)果的精度高于單一測井曲線孔隙度模型的(見圖6)。

圖6 研究區(qū)實測孔隙度與回歸孔隙度關系

4.2 含油飽和度測井模型

計算儲層含水飽和度的模型采用Archie公式：

(10)

式中：F為地層因素；I為電阻增大率；Sw為地層水飽和度；Rw為地層水電阻率；Rt為地層電阻率；a、b、m、n為巖電參數(shù)。

對非均質(zhì)性較強的非常規(guī)儲層，Archie公式不適用于含油飽和度測井評價[22-23]。由于Archie公式具有簡潔性、實用性及科學性，被廣泛應用于碳酸鹽、變質(zhì)巖、火成巖、泥頁巖等非純砂巖儲層評價[24]。荊萬學解析Archie公式的物理模型，表明Archie公式不是經(jīng)驗公式而是理論模型，重新定義巖電參數(shù)是隨儲層特性變化的變量，證明公式的合理性[25]。

瑪湖凹陷百口泉組礫巖巖電實驗參數(shù)見表2。由表2可以看出，瑪18井區(qū)和瑪131井區(qū)反映飽和度性質(zhì)的參數(shù)b、n相當，表明潤濕性對飽和度微觀分布非均質(zhì)性影響的差異性不大；反映巖性和膠結(jié)指數(shù)的參數(shù)a、m差異明顯，表明兩個井區(qū)礫巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)和曲折度差異性較大?，?31井區(qū)3個斷塊的巖電參數(shù)差異不顯著，表明3個斷塊的儲層性質(zhì)相似。

Archie公式中，除4項巖電參數(shù)外，Rw也是確定地層含水(油氣)飽和度的重要參數(shù)。不同區(qū)域/層序地層水水型和礦化度存在差異，不同層位的Rw不同，不可以用同一Rw評價某一區(qū)域或整個層段的含水飽和度。

表2瑪湖凹陷百口泉組礫巖巖電參數(shù)

Table2ElectricalexperimentalparametersofconglomeraterocksfromBaikouquanformationinMahusag

井區(qū)abmn瑪18井區(qū)1.741.101.6321.89瑪131井區(qū)瑪131斷塊4.431.261.2511.89瑪133斷塊4.291.151.1661.80夏72斷塊3.741.081.2571.84

4.3 標準應用

基于地質(zhì)“甜點”分級標準，結(jié)合單井孔隙度和含油飽和度測井評價，描繪目的層段含油孔隙度和不同類型地質(zhì)“甜點”垂向分布特征(見圖8)。

瑪18井區(qū)(以瑪602井為例)的Ⅰ類“甜點”集中發(fā)育于T1b1層段。該層段是瑪18井區(qū)的主力油層，單井日產(chǎn)量為6.02～43.17 t，11口井日產(chǎn)量平均為21.67 t；T1b2層段是瑪18井區(qū)的重要含油層段，主要發(fā)育Ⅱ類“甜點”，單井日產(chǎn)量為0.38～13.19 t，5口井日產(chǎn)量平均為6.66 t。

瑪131井區(qū)(以夏723井為例)“甜點”層段主要發(fā)育于T1b3和T1b21層段。T1b3層段主要發(fā)育Ⅱ類“甜點”，夾薄層發(fā)育Ⅰ類“甜點”；T1b21層段發(fā)育Ⅱ類“甜點”和低效油層互層；T1b22+3和T1b1層段基本為非油層。單井產(chǎn)能與“甜點”層段發(fā)育程度密切相關，T1b3層段單井日產(chǎn)量為0.13～10.56 t，10口井日產(chǎn)量平均為5.39 t；T1b2層段單井日產(chǎn)量為0～9.05 t，10口井日產(chǎn)量平均為3.49 t，低于T1b3層段的。

圖7 瑪湖凹陷百口泉組地層水電阻率與地層電阻率關系Fig.7 Relationship between formation water resistivity and real formation resistivity of Baikouquan formation in Mahu sag

圖8 瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密油地質(zhì)“甜點”垂向分布

整體上，瑪18井區(qū)“甜點”的發(fā)育程度優(yōu)于瑪131井區(qū)的，瑪18井區(qū)的產(chǎn)能高于瑪131井區(qū)的。根據(jù)“甜點”垂向發(fā)育特征，瑪18井區(qū)開發(fā)目標首選T1b1層段，其次為T1b2層段；瑪131井區(qū)開發(fā)目標首選T1b3層段，其次為T1b2層段。

以瑪18井區(qū)T1b1層段為例，基于研究區(qū)18口評價井的地質(zhì)“甜點”測井識別，Ⅰ類和Ⅱ類“甜點”厚度的平面分布見圖9。由圖9可以看出，Ⅰ、Ⅱ類“甜點”厚度相當，Ⅰ類“甜點”厚度為0～16.0 m，平均為

圖9 瑪18井區(qū)T1b1層段礫巖致密油地質(zhì)“甜點”厚度的平面分布Fig.9 Horizontal distribution of conglomerate tight oil geological "sweet spots" of T1b1 member in Ma18 well area

8.5 m，厚度較高區(qū)位于研究區(qū)的中央部位，向南和東北方向逐漸變?。虎蝾悺疤瘘c”厚度為4.0～18.0 m，平均為9.6 m，厚度沿南北方向逐漸增加，沿東西方向逐漸變薄。

地質(zhì)“甜點”厚度影響單井產(chǎn)能，隨總甜點厚度的增加，單井日產(chǎn)量逐漸增加(見圖10(a))。Ⅰ類“甜點”的發(fā)育程度對單井產(chǎn)能的影響顯著(見圖10(b))，Ⅱ類“甜點”厚度對單井產(chǎn)能影響不明顯，但當Ⅱ類“甜點”厚度超過6.0 m時，單井日產(chǎn)量超過15.0 t(見圖10(c))，表明Ⅱ類“甜點”的厚度在一定程度上彌補含油性的不足。

圖10 瑪18井區(qū)T1b1層段地質(zhì)“甜點”厚度與單井產(chǎn)能關系

5 結(jié)論

(1)受溫度、壓力的改變及流體的揮發(fā)性影響，巖心樣品實測含油飽和度損失量為0.7%～10.0%，主要集中在5.0%左右。基于恢復后的原始含油飽和度與實測含油飽和度良好的線性關系，可恢復后續(xù)樣品飽和度。

(2)在地層原始含油飽和度恢復基礎上，綜合考慮儲層物性、含油性及產(chǎn)能信息，根據(jù)采油強度隨含油孔隙度階梯式的變化關系，建立礫巖致密儲層“甜點”分級標準；瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密油藏可劃分為4類，其中前兩類油藏為Ⅰ類和Ⅱ類“甜點”，是礫巖致密油層勘探開發(fā)的首選。

(3)建立孔隙度和含油飽和度測井模型，刻畫瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密儲層含油孔隙度垂向分布，識別礫巖致密油層地質(zhì)“甜點”發(fā)育層段?，敽枷莶煌畢^(qū)“甜點”發(fā)育層系有較大的差異，瑪18井區(qū)“甜點”層段主要發(fā)育于T1b1層段，單井產(chǎn)能最高，其次為T1b2層段；瑪131井區(qū)“甜點”層系主要發(fā)育于T1b2層段，其次為T1b3層段。