張慶輝，張磊，吳克柳，屈信忠，陳曉冬，高發(fā)潤(rùn)，譚武林

(1.中國(guó)石油青海油田分公司勘探開發(fā)研究院，甘肅敦煌，736200；2.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安，710065；3.油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)石油大學(xué)(北京))，北京，102249；4.中國(guó)石油青海油田分公司，甘肅敦煌，736200)

作為中國(guó)七大內(nèi)陸含油氣盆地之一，柴達(dá)木盆地與其他含油氣盆地相比，受青藏高原隆升及其所產(chǎn)生的晚期強(qiáng)烈構(gòu)造變動(dòng)的影響[1]，具有明顯的高原環(huán)境、強(qiáng)烈改造和湖盆咸化3大特征，致使盆地自然環(huán)境極為惡劣，地質(zhì)構(gòu)造異常復(fù)雜，油氣賦存條件十分特殊[2?3]。通過(guò)對(duì)柴達(dá)木盆地歷經(jīng)60 余年的勘探，目前已探明常規(guī)石油地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)10.9×108t，石油探明率為17.3%，其中致密油探明程度更低，估算致密油資源量為(8.86～10.86)×108t，資源潛力巨大，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)湖相致密儲(chǔ)層對(duì)此類油藏的勘探開發(fā)至關(guān)重要[3?4]。核磁共振技術(shù)(NMR)已被廣泛用于致密儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征的評(píng)價(jià)。ROHILLA[5]利用核磁共振技術(shù)對(duì)致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層不同半徑的儲(chǔ)集空間接觸特征進(jìn)行了評(píng)價(jià)，MAO等[6?10]利用核磁共振實(shí)驗(yàn)對(duì)致密儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型及滲流特征進(jìn)行了評(píng)價(jià)。目前的研究多為宏觀評(píng)價(jià)，通過(guò)核磁共振實(shí)驗(yàn)定量表征致密儲(chǔ)層不同半徑儲(chǔ)集空間的研究未見(jiàn)報(bào)道[11?13]。本文作者從柴達(dá)木盆地英西地區(qū)湖相致密儲(chǔ)層不同巖心核磁共振實(shí)驗(yàn)出發(fā)，對(duì)湖相致密儲(chǔ)層不同儲(chǔ)集空間進(jìn)行分類，分析不同儲(chǔ)集空間分布特征，研究不同儲(chǔ)層滲流能力和開發(fā)潛力，這為定量評(píng)價(jià)柴達(dá)木盆地不同儲(chǔ)集空間半徑分布提供了方法，為核磁共振技術(shù)成功預(yù)測(cè)湖相致密儲(chǔ)層開發(fā)效果提供了參考。

1 英西概況

英西位于柴達(dá)木盆地西部坳陷英雄嶺構(gòu)造帶西北段，為晚喜山新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的隆起區(qū)[14]，地面以風(fēng)蝕山地為主，溝壑縱橫，海拔3 000～3 900 m，自然條件惡劣。英西E32地層為典型的咸化湖相碳酸鹽?蒸發(fā)鹽沉積[15?16]，油藏整體為致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層，縱向上分為鹽間和鹽下2套儲(chǔ)層，整體上鹽間地層的儲(chǔ)層物性優(yōu)于鹽下，主要原因有以下3方面：1) 沉積環(huán)境不同，鹽間儲(chǔ)層為濱淺湖沉積，在干旱氣候背景下的強(qiáng)蒸發(fā)環(huán)境導(dǎo)致湖盆震蕩萎縮，陸源碎屑物質(zhì)多，同時(shí)，古地貌構(gòu)造隆起區(qū)受大氣淡水淋濾作用，溶蝕孔較為發(fā)育；鹽下儲(chǔ)層為淺湖—半深湖沉積，溶蝕主要為生烴期有機(jī)酸溶蝕以及深埋期硫酸鹽熱還原反應(yīng)(TSR)擴(kuò)溶作用，溶蝕程度和規(guī)模有限；2)地層埋深不同，鹽間埋深2 500～4 000 m，鹽下埋深4 000～5 500 m，故鹽下的儲(chǔ)層更致密；3)縱向地層的巖石組合不同，鹽間為鹽層與灰云巖層互層分布，鹽下整體為灰云巖混積地層，在構(gòu)造擠壓環(huán)境下，鹽間的“軟硬巖石互層”地層由于脆性差異形成的裂縫網(wǎng)絡(luò)更復(fù)雜，且更發(fā)育。

英西多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與多變化的沉積環(huán)境共同造成多樣化的儲(chǔ)集空間配置[17?18]。巖心實(shí)驗(yàn)技術(shù)證實(shí)儲(chǔ)層發(fā)育多種不同半徑的儲(chǔ)集空間類型，主要包括晶間孔、溶蝕孔和裂縫，如圖1所示。數(shù)字巖心測(cè)試結(jié)果表明：晶間孔半徑為納米級(jí)，半徑多小于100 nm；溶蝕孔從納米級(jí)到毫米級(jí)均有發(fā)育，主要表現(xiàn)為微米級(jí)；裂縫從微米級(jí)到厘米級(jí)均有發(fā)育，主要表現(xiàn)為毫米級(jí)。不同類型的儲(chǔ)集空間復(fù)合配置組成類型多樣的儲(chǔ)層，不同類型儲(chǔ)層儲(chǔ)集能力與滲流能力差異巨大。實(shí)踐表明，英西儲(chǔ)層具有整體含油但局部富集的特征，鉆遇溶蝕孔與裂縫發(fā)育區(qū)的油井多為自噴生產(chǎn)，鉆遇晶間孔為主的油井需壓裂改造才能獲得一定產(chǎn)量。經(jīng)過(guò)近3年的勘探開發(fā)工作，英西地區(qū)已形成億噸級(jí)的探明儲(chǔ)量規(guī)模，已具有年產(chǎn)20萬(wàn)t原油生產(chǎn)能力，目前是柴達(dá)木盆地原油增儲(chǔ)上產(chǎn)最重要的目標(biāo)區(qū)之一。

英西地區(qū)單井產(chǎn)能差異極大，對(duì)于相同的儲(chǔ)層深度、完井及射孔方式的油井，有的自然投產(chǎn)日產(chǎn)油超1 000 t，而有的自然投產(chǎn)無(wú)產(chǎn)能；對(duì)于壓裂投產(chǎn)的油井同樣的儲(chǔ)層厚度、壓裂規(guī)模、生產(chǎn)方式，有的壓后日產(chǎn)油達(dá)50 t，而有的壓后日產(chǎn)油不足10 t。如何精細(xì)定量表征湖相致密儲(chǔ)層不同儲(chǔ)集空間，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)不同儲(chǔ)層油井產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)英西科學(xué)高效有序開發(fā)，是一項(xiàng)世界性難題。

圖1 柴達(dá)木盆地英西地區(qū)儲(chǔ)集空間類型Fig.1 Reservoir space type in Yingxi area of Qaidam Basin

2 核磁共振實(shí)驗(yàn)

本文實(shí)驗(yàn)在中國(guó)石油青海油田分公司勘探開發(fā)研究院實(shí)驗(yàn)室完成，主要實(shí)驗(yàn)儀器包括核磁共振測(cè)量?jī)xRECCORE-3010 和離心機(jī)PC-12B01，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)按照SY/T 6490—2014“巖樣核磁共振參數(shù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量規(guī)范”[19]進(jìn)行；實(shí)驗(yàn)配制的模擬地層水礦化度為260 000 mg/L。分別對(duì)英西地區(qū)湖相致密儲(chǔ)層鹽間和鹽下4口典型井取心，在全尺寸巖心上鉆取小巖心進(jìn)行核磁共振實(shí)驗(yàn)，25 塊巖心基本參數(shù)如表1所示。

實(shí)驗(yàn)方法和步驟按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[19]，對(duì)巖心進(jìn)行洗油和洗鹽處理，100%飽和模擬地層水后進(jìn)行核磁共振T2譜測(cè)試[20]，得到核磁共振弛豫時(shí)間T2隨信號(hào)強(qiáng)度分布圖，并將其轉(zhuǎn)換為信號(hào)強(qiáng)度占比分布圖，如圖2所示。

由圖2可以看出：25塊巖心在飽和狀態(tài)下的弛豫時(shí)間T2譜均不發(fā)育單峰，其中S24-1，S24-2，S32-3，"S41-2"-1和S43-2這5塊巖心發(fā)育3峰，其余20 塊巖心均表現(xiàn)出雙峰。表2所示為核磁共振曲線不同峰T2譜值分布范圍統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由表2可知：第1峰分布范圍相對(duì)集中，第2峰分布范圍跨度較大，而發(fā)育第3峰的巖心均未呈現(xiàn)出第3峰峰值(峰值對(duì)應(yīng)的T2)，僅表現(xiàn)出T2最大值10 000 ms。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能原因是受核磁測(cè)定儀和巖心尺寸的限制，弛豫時(shí)間大于10 000 ms 對(duì)應(yīng)的孔隙半徑未能在實(shí)驗(yàn)中完整呈現(xiàn)。

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)巖心的核磁共振譜的分析發(fā)現(xiàn)，不同峰之間連續(xù)性差異較大，只發(fā)育雙峰的巖心，第1 峰和第2 峰之間連續(xù)性通常很差；部分發(fā)育3峰的巖心，第1峰和第2峰之間連續(xù)性很好，且峰值之間差距很小，但第2峰和第3峰之間連續(xù)性通常很差。

表1 核磁共振實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù)Table 1 Parameters of core for NMR experiments

圖2 核磁共振T2譜占比分布Fig.2 T2 spectrum distribution for NMR experiments

表2 核磁共振曲線不同峰T2譜值分布范圍統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics on distribution range of T2 values of different peaks in NMR curve

圖2中巖心飽和狀態(tài)弛豫時(shí)間T2譜展現(xiàn)出來(lái)的特征表明英西地區(qū)儲(chǔ)集空間分布特征復(fù)雜，然而，準(zhǔn)確識(shí)別并定量表征不同儲(chǔ)集空間對(duì)英西地區(qū)勘探開發(fā)意義重大。

3 核磁弛豫時(shí)間T2譜向半徑譜轉(zhuǎn)化

依據(jù)核磁共振原理，通常認(rèn)為單峰態(tài)T2譜代表巖石孔隙連續(xù)分布，雙峰態(tài)T2譜代表巖石可能發(fā)育微裂縫，三峰態(tài)T2譜代表巖石可能發(fā)育更大尺寸的裂縫[19]。大量研究表明[20?21]，忽略體弛豫和擴(kuò)散弛豫后的T2弛豫時(shí)間可表達(dá)為

式中：r為孔隙半徑，nm；ρ為表面弛豫率，nm/ms，通過(guò)最大特征值法[22]，計(jì)算得到英西地區(qū)湖相碳酸鹽巖的表面弛豫率均值為2 mm/s；FS為形狀因子，對(duì)于晶間孔取FS=3，對(duì)于溶蝕孔和裂縫取FS=2；T2為橫向弛豫時(shí)間，ms。

利用式(1)，通過(guò)迭代計(jì)算，可將T2弛豫時(shí)間占比分布圖轉(zhuǎn)換為半徑占比分布圖。

根據(jù)英西地區(qū)儲(chǔ)集空間研究成果，晶間孔半徑主要為納米級(jí)，溶蝕孔半徑主要為微米級(jí)，裂縫半徑比溶蝕孔的半徑大。結(jié)合核磁共振能夠表征完整儲(chǔ)集空間這一基本原理，并考慮到晶間孔、溶蝕孔和裂縫相互之間的半徑和連續(xù)性差異[13]，在計(jì)算得到的核磁共振半徑分布占比圖上，能劃分英西地區(qū)湖相致密儲(chǔ)層的晶間孔、溶蝕孔和裂縫，如圖3所示。峰值為納米級(jí)的第1峰對(duì)應(yīng)的巖心儲(chǔ)集空間劃分為晶間孔；與第1峰連續(xù)性較差且峰值大于0.5 μm的第2峰，其對(duì)應(yīng)的巖心儲(chǔ)集空間劃分為溶蝕孔；與溶蝕孔連續(xù)性較差的第3峰，其對(duì)應(yīng)的巖心儲(chǔ)集空間劃分為裂縫。

當(dāng)巖心核磁半徑分布曲線存在n(n>3)峰時(shí)，對(duì)于第2 峰到第n峰，只要連續(xù)性較差和峰值大于0.5 μm這2個(gè)條件不同時(shí)具備，均將峰值對(duì)應(yīng)的巖心儲(chǔ)集空間劃分為晶間孔；對(duì)于第3 峰到第n峰，當(dāng)不滿足與溶蝕孔連續(xù)性較差的條件時(shí)，均將峰值對(duì)應(yīng)的巖心儲(chǔ)集空間劃分為溶蝕孔。

圖3 晶間孔、溶蝕孔和裂縫的劃分Fig.3 Division of intercrystalline pore,dissolution pore and fracture

根據(jù)本劃分方式，對(duì)于存在第2峰或者第n峰滿足連續(xù)性較差和峰值大于0.5 μm這2個(gè)條件，但第2峰或者第n峰跨度很大，達(dá)到了幾十微米甚至更大的情況，將峰值對(duì)應(yīng)的巖心儲(chǔ)集空間劃分為溶蝕孔；從地質(zhì)成因、半徑和儲(chǔ)集空間形態(tài)的角度，這類峰對(duì)應(yīng)的巖心儲(chǔ)集空間包含溶蝕孔和裂縫，由于核磁共振手段的局限性，無(wú)法對(duì)這類情況的溶蝕孔和裂縫進(jìn)一步區(qū)分，因此，將這類情況統(tǒng)一劃分為溶蝕孔。

4 儲(chǔ)集空間分布特征

根據(jù)前面的公式和定義，確定巖心半徑分布特征，并識(shí)別巖心儲(chǔ)集空間分布，見(jiàn)圖4和表3。由圖4和表3可知：S24 井和S43 井部分巖心發(fā)育“晶間孔+溶蝕孔+裂縫”，其余油井巖心儲(chǔ)集空間均為“晶間孔+溶蝕孔”。巖心薄片觀察結(jié)果顯示，僅有S43-2，S24-1 和S24-2 這3 個(gè)樣品發(fā)育少量微裂縫，表明分析計(jì)算結(jié)果與宏觀認(rèn)識(shí)結(jié)果一致。

表4所示為英西致密儲(chǔ)層不同儲(chǔ)集空間孔隙半徑分布特征。由表4可知：晶間孔半徑峰值分布相對(duì)集中，表明英西碳酸鹽原生孔隙結(jié)構(gòu)差異不大；溶蝕孔普遍發(fā)育，但半徑峰值分布范圍很廣，表明溶蝕孔的發(fā)育差異大、非均質(zhì)性強(qiáng)；受巖心尺寸的限制，核磁半徑分布曲線上缺失半徑大于40 μm 的儲(chǔ)集空間；S32-1，S32-3 和"S41-2"-1 這3塊巖心發(fā)育的儲(chǔ)集空間類型均為“晶間孔+溶蝕孔”，其代表溶蝕孔的峰值未呈現(xiàn)，但可推測(cè)這3塊巖心的半徑最大峰值大于40 μm；S24-1，S24-2和S43-2這3塊巖心發(fā)育的儲(chǔ)集空間類型均為“晶間孔+溶蝕孔+裂縫”，其代表裂縫的峰值未呈現(xiàn)，但可推測(cè)這3塊巖心的半徑最大峰值同樣大于40 μm。

圖4 核磁半徑分布Fig.4 Distributions of radius derived by NMR experiments

5 儲(chǔ)層開發(fā)潛力探討

對(duì)同一油井不同巖心的核磁分析半徑結(jié)果取平均值，同時(shí)統(tǒng)計(jì)油井的含油飽和度和產(chǎn)量數(shù)據(jù)，見(jiàn)表5。由表5可知：鹽間儲(chǔ)層發(fā)育部分裂縫，“溶蝕孔+裂縫”占比8.62%～45.11%，平均值為20.81%；鹽下儲(chǔ)層不發(fā)育裂縫，“溶蝕孔+裂縫”占比2.93%～11.22%，平均值為7.56%。研究表明鹽間儲(chǔ)層“溶蝕孔+裂縫”的發(fā)育程度比鹽下的好，儲(chǔ)層滲流能力與“溶蝕孔+裂縫”的發(fā)育程度成正比，證明鹽間滲流能力比鹽下的強(qiáng)。

表3 根據(jù)核磁T2譜轉(zhuǎn)換半徑譜公式計(jì)算得到不同巖心儲(chǔ)集空間分布特征Table 3 Distribution characteristics of radius distribution for different types of reservoir space based on NMR T2 values conversion formula of radius

表4 英西致密儲(chǔ)層不同儲(chǔ)集空間孔隙半徑分布特征Table 4 Distribution characteristics of pore radius in different reservoir spaces in Yingxi tight reservoir

表5 核磁分析結(jié)果、含油性和產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)Table 5 Analyzing results for NMR,oil saturation and oil production

根據(jù)青海油田的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，將產(chǎn)量高于50 t/d的油井稱為Ⅰ類井，將產(chǎn)量在10～50 t/d 之間的油井稱為Ⅱ類井，將產(chǎn)量低于10 t/d的油井稱為Ⅲ類井。分析“溶蝕孔+裂縫”占比、含油飽和度和試油產(chǎn)量之間的關(guān)系，S32 斜井的“溶蝕孔+裂縫”占比2.93%，含油飽和度為59%，產(chǎn)量為0.89 t/d，為Ⅲ類井；S24 井“溶蝕孔+裂縫”占比13.94%，含油飽和度為60%，產(chǎn)量為169.74 t/d，為Ⅰ類井；S32 斜井和S24井均采用自然投產(chǎn)，工作制度都為自噴生產(chǎn)，經(jīng)對(duì)比說(shuō)明在含油飽和度相近的情況下，“溶蝕孔+裂縫”占比決定了油井的初期產(chǎn)能；結(jié)合鹽間滲流能力比鹽下的強(qiáng)這一研究結(jié)果，揭示在含油飽和度相近的情況下，鹽間開發(fā)效果比鹽下的開發(fā)效果好。

S40 井的“溶蝕孔+裂縫”占比45.11%，含油飽和度為53%，鉆完井至今一直被關(guān)未試油，S40井的含油飽和度與S25 井的相近，但“溶蝕孔+裂縫”占比更高，在含油飽和度相近時(shí)，鹽間開發(fā)效果比鹽下的好，推測(cè)S40 井為Ⅱ類井，建議對(duì)S40 井鹽間儲(chǔ)層進(jìn)行試油。從巖心核磁共振實(shí)驗(yàn)出發(fā)，基于研究得到的“溶蝕孔+裂縫”占比，結(jié)合測(cè)井、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)等手段確定的含油飽和度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)湖相致密儲(chǔ)層開發(fā)效果的評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)未試油井進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測(cè)。

6 結(jié)論

1)證實(shí)了英西地區(qū)湖相致密儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜。英西地區(qū)湖相致密儲(chǔ)層巖心T2譜表現(xiàn)出雙峰或者3峰，不存在單峰態(tài)的T2譜，第1峰峰值對(duì)應(yīng)的T2譜分布范圍為1.55～16.68 ms，平均值為8.65 ms；第2峰峰值對(duì)應(yīng)的T2譜分布范圍為20.03～5 779.69 ms，平均值為657.29 ms；不同峰之間連續(xù)性差異較大。

2)定義了英西地區(qū)湖相致密儲(chǔ)層晶間孔、溶蝕孔和裂縫，并建立了核磁共振識(shí)別湖相致密儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型的方法。利用核磁共振原理，將弛豫時(shí)間T2占比分布圖轉(zhuǎn)換成半徑占比分布圖，結(jié)合勘探開發(fā)認(rèn)知，并應(yīng)用建立的儲(chǔ)集空間類型識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)集空間半徑的定量化描述。

3)揭示了英西地區(qū)湖相致密儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間具有多半徑特征。巖心核磁半徑分布特征顯示英西地區(qū)儲(chǔ)層晶間孔半徑峰值rpeak分布范圍為0.01～0.10 μm，平均值為0.05 μm，半徑峰值集中；溶蝕孔半徑峰值rpeak分布范圍為0.50～40.00 μm，平均值為7.52 μm，半徑峰值分布范圍很廣；裂縫半徑峰值未知，實(shí)驗(yàn)巖心裂縫半徑最大值rmax為40.00 μm，推測(cè)裂縫半徑峰值大于40 μm。

4)提出了基于核磁共振儲(chǔ)層識(shí)別技術(shù)對(duì)湖相致密儲(chǔ)層開發(fā)效果評(píng)價(jià)和油井產(chǎn)能預(yù)測(cè)的方法。核磁研究結(jié)果表明鹽間儲(chǔ)層“溶蝕孔+裂縫”的發(fā)育程度比鹽下的好，儲(chǔ)層滲流能力與“溶蝕孔+裂縫”的發(fā)育程度成正比，證明鹽間滲流能力比鹽下的強(qiáng)；當(dāng)含油飽和度相近時(shí)，鹽間開發(fā)效果比鹽下的好；通過(guò)“溶蝕孔+裂縫”占比結(jié)合含油飽和度的方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層開發(fā)效果的評(píng)價(jià)和油井產(chǎn)能的預(yù)測(cè)。