周能武，盧雙舫，王民，黃文彪，肖佃師，焦晨雪，王璟明，田偉超，周磊，陳方文，劉薇，汪志璇

（中國石油大學(xué)（華東）深層油氣重點實驗室，山東青島 266580）

0 引言

中國致密油有著巨大的勘探開發(fā)潛力，截至2018年底地質(zhì)資源量為 178.2×108t，技術(shù)可采資源量為12.34×108t[1]。雖然不同機構(gòu)和學(xué)者對致密油的定義存在一定差異[2-3]，但整體來說致密油具有以下特征：①近源或“源儲一體”成藏；②儲集巖物性較差，油大都賦存在微—納米級孔隙中；③無自然產(chǎn)能，需經(jīng)技術(shù)改造方能獲得工業(yè)油流。與常規(guī)油依賴于浮力成藏不同，致密油主要依賴于源儲壓差運聚成藏，因此致密油成藏不僅取決于源巖條件，還受控于儲集條件，以及兩者在時空上的匹配和分布[4]。盧雙舫等[4]在對松遼盆地南部致密油研究時已建立了源巖分級評價標(biāo)準(zhǔn)。作為致密油評價的另一重要組成部分，儲集層的評價結(jié)果直接影響致密油“甜點”目標(biāo)的甄選，建立致密儲集層成儲界限及分級評價標(biāo)準(zhǔn)對致密油勘探和開發(fā)有著重要的意義。

致密儲集層成儲上限可以通過力學(xué)平衡法確定[5]。致密儲集層成儲下限確定方法可以分為 3類：①依賴于經(jīng)驗規(guī)律的統(tǒng)計方法[6-11]，包括經(jīng)驗統(tǒng)計法、分布函數(shù)法、孔-滲交會圖法等，該類方法受限于工區(qū)資料豐富程度，且界限受控于統(tǒng)計規(guī)律，缺少嚴(yán)格的科學(xué)依據(jù)；②依賴于油水與儲集層物性關(guān)系的界限厘定，包括含油產(chǎn)狀法、試油法等[8-13]；③依賴于流體流動規(guī)律確定物性下限，包括最小流動孔喉半徑法、充注孔喉下限法、束縛水膜厚度法等[14-17]。不同方法的原理、適用性、厘定界限的含義均有所不同，把不同方法厘定的界限綜合出一個固定的界限，而忽視了不同方法厘定界限在地質(zhì)意義上的差異性是不科學(xué)的。

儲集層分級方法也可分為 3類：①通過構(gòu)造相、沉積相、成巖相等疊加劃分巖石物理相[18-21]，該方法從成因的角度對儲集層質(zhì)量進(jìn)行定性評價，難以給出量化的標(biāo)準(zhǔn)；②選取主要參數(shù)構(gòu)建對儲集層品質(zhì)影響較大的系數(shù)來建立分級評價標(biāo)準(zhǔn)[22]，該方法可很好地評價靶區(qū)儲集層差異，但對不同靶區(qū)所選取的主控參數(shù)存在較大差異，難以進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋虎墼谖⒂^孔隙結(jié)構(gòu)表征基礎(chǔ)上建立儲集層分級評價標(biāo)準(zhǔn)[23-24]。

中國致密油儲集層巖性復(fù)雜、源儲成藏類型多樣，需要選取統(tǒng)一的參數(shù)進(jìn)行分級評價，以便對不同致密油區(qū)塊進(jìn)行對比研究。同時，需要明確成儲界限與分級界限的關(guān)系，以了解不同級別致密油儲集層的地質(zhì)意義。鑒于此，本文依據(jù)致密儲集層物性、孔喉結(jié)構(gòu)、油氣顯示、產(chǎn)能等資料，采用水膜厚度法厘定理論下限、含油產(chǎn)狀法厘定成藏下限、試油產(chǎn)能法厘定有效滲流下限，依據(jù)力學(xué)平衡法厘定致密儲集層上限，結(jié)合儲集層孔喉結(jié)構(gòu)差異確定致密儲集層分級界限，建立致密油儲集層成儲界限和分級評價標(biāo)準(zhǔn)的研究方法及分級評價標(biāo)準(zhǔn)。

1 典型盆地致密油源儲成藏組合類型

中國致密油廣泛分布于鄂爾多斯、松遼、準(zhǔn)噶爾、四川、渤海灣、柴達(dá)木、江漢、蘇北等盆地[25]，主要產(chǎn)于鄂爾多斯盆地三疊系延長組、松遼盆地下白堊統(tǒng)泉頭組和上白堊統(tǒng)青山口組、準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組和瑪湖地區(qū)下三疊統(tǒng)百口泉組。致密油儲集層巖性復(fù)雜，源儲成藏組合類型多樣。依據(jù)源巖和儲集層空間匹配關(guān)系，致密油成藏組合類型可以分為“源儲一體型”、“近源緊鄰型”及“遠(yuǎn)源型”?！霸磧σ惑w型”以準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組混積巖的致密油為典型代表[26]?！敖淳o鄰型”廣泛分布在鄂爾多斯盆地延長組、松遼盆地泉頭組和青山口組、渤海灣盆地晉縣凹陷古近系孔店組—沙河街組、蘇北盆地古近系阜寧組等，其中以鄂爾多斯盆地延長組[27]、松遼盆地泉頭組[28-29]和青山口組[29-30]為典型代表?！斑h(yuǎn)源型”以準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖地區(qū)百口泉組為代表[31]。

2 致密巖石成儲界限

致密巖石成儲界限包括上限和下限，成儲上限是指常規(guī)油儲集層和致密油儲集層的界限，成儲下限是指巖石能否作為油的有效儲集層的界限。成儲下限可進(jìn)一步劃分為理論下限、成藏下限和有效滲流下限。理論下限指油分子理論上（充注動力無限大時）能進(jìn)入到巖石孔喉中所對應(yīng)的下限；成藏下限是指在源儲壓差作用下油充注到致密巖石中對應(yīng)的儲集層下限；有效滲流下限是指在現(xiàn)有工業(yè)技術(shù)條件下，油能夠滲流出巖石孔隙形成有效油氣流對應(yīng)的下限，也有學(xué)者稱之為有效儲集層下限或者工業(yè)下限[32]。

2.1 水膜厚度法求取理論下限

由于原始地層含水，不論致密油成藏時充注壓力有多大，巖石表面都會覆蓋一層水膜，當(dāng)水膜厚度和油分子半徑之和等于孔喉半徑時所對應(yīng)的理論臨界孔喉半徑即為理論成儲下限[17]。以松遼盆地青山口組致密儲集層為例，利用水膜厚度計算圖版（見圖 1a）求取20 MPa地層壓力下水膜厚度為18 nm（見圖1b），結(jié)合油分子半徑（1.3 nm）求得臨界孔喉半徑為19 nm，進(jìn)而確定理論滲透率下限為 0.012×10－3μm2（見圖 1c）和理論孔隙度下限為3%（見圖1d）。采用水膜厚度法得到中國典型陸相盆地致密油儲集層孔隙度理論下限為 1%～4%、滲透率理論下限為 1.2×10－7μm2～0.2×10－4μm2（見表1）。其中鄂爾多斯盆地延長組地層壓力低，水膜厚度大，對應(yīng)的理論下限高；而準(zhǔn)噶爾盆地蘆草溝組的地層壓力高，水膜厚度小，對應(yīng)的理論下限小。

表1 中國典型陸相盆地致密油儲集層物性理論下限

2.2 含油產(chǎn)狀法求取成藏下限

巖心的含油性可為儲集層是否含油提供直接證據(jù)。巖心含油產(chǎn)狀包括飽含油、富含油、油浸、油斑、油跡、熒光等，可以通過不同含油產(chǎn)狀的巖心物性下限來厘定成藏下限。

利用含油產(chǎn)狀法厘定中國典型陸相盆地致密儲集層成藏下限（見圖 2），除準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組混積巖的成藏孔隙度下限為1.0%、滲透率下限為1.2×10－7μm2外，其余地區(qū)致密油儲集層的成藏孔隙度下限在5.0%左右、滲透率下限在0.03×10－3μm2左右。蘆草溝組儲集層為“源儲一體”的混積巖，生成的油不需運移或近距離運移就可儲集，壓力衰減慢，充注動力強，因此成藏下限很低，與理論下限接近。而“近源緊鄰型”和“遠(yuǎn)源型”致密油都需要經(jīng)過一段距離運移充注到儲集層中，成藏充注動力小于源巖內(nèi)部排烴動力，因此成藏下限要高于“源儲一體型”致密油的成藏下限。

圖2 含油產(chǎn)狀法求取中國典型陸相盆地致密油儲集層成藏物性下限圖版

2.3 試油產(chǎn)能法求取有效滲流下限

成藏下限解決了油充注到致密儲集層下限的問題，但無法解決采出下限的問題。試油產(chǎn)能法依據(jù)產(chǎn)量與儲集層物性的關(guān)系以及油水層與干層物性差異厘定有效滲流界限。結(jié)果顯示，松遼盆地青山口組和泉頭組、蘇北盆地阜寧組致密油儲集層的有效滲流孔隙度下限分別為 8%、9%、8%（見圖 3a—圖 3c），有效滲流滲透率下限均為 0.1×10－3μm2左右（見圖 3d—圖 3f）。

圖3 試油產(chǎn)能法求取中國典型陸相盆地致密油儲集層有效滲流物性下限圖版

有效滲流下限取決于油在巖石基質(zhì)中的滲流能力。一般而言，相比于“遠(yuǎn)源型”或者“近源緊鄰型”致密油儲集層，“源儲一體型”的致密/頁巖油儲集層孔隙結(jié)構(gòu)（孔徑大小、連通性）較差，油較難流動，因此有效滲流下限值相對較高，但由于該類儲集層更容易形成超壓而增加油的可動性，從而降低了有效滲流下限。相應(yīng)的增產(chǎn)措施也會降低有效滲流下限。與有效滲流下限相比，工業(yè)下限強調(diào)現(xiàn)有工藝技術(shù)條件下產(chǎn)出具有商業(yè)價值油流對應(yīng)的儲集層物性下限[35]，需要考慮投入成本、市場行情等經(jīng)濟價值因素，因此，該值一般要高于有效滲流下限。

2.4 力學(xué)平衡法求取致密巖石成儲上限

成藏動力差異使得致密油與常規(guī)油在勘探方式上存在較大區(qū)別。常規(guī)油藏具有統(tǒng)一的油水界面，勘探方式是尋找圈閉高點；而致密油往往不具有統(tǒng)一的油水界面，勘探方式是篩選甜點。因此，厘定致密巖石成儲上限是區(qū)分油藏類型、確定勘探方式的前提。

油在儲集層中運移、成藏的過程中，存在地層水與油密度差形成的浮力以及喉道形成的毛細(xì)管阻力，當(dāng)二者相等時，所對應(yīng)的孔喉半徑即為形成致密儲集層的臨界孔喉半徑上限[36]。依據(jù)力學(xué)平衡法求得松遼盆地泉頭組儲集層臨界孔喉半徑上限值為0.8 μm（見圖 4a），再利用該值求得滲透率上限為 1×10－3μm2（見圖4b）、孔隙度上限值為12%（見圖4c）。同樣利用該方法求取中國典型陸相盆地的致密油儲集層孔隙度上限為 11%～12%、滲透率上限為（1.0～1.3）×10－3μm2（見表2）。

圖4 力學(xué)平衡法求取松遼盆地下白堊統(tǒng)泉頭組致密油儲集層成儲理論上限

表2 中國典型陸相盆地致密油儲集層成儲物性上限匯總表

3 致密儲集層分級標(biāo)準(zhǔn)及評價

油的富集程度和致密巖石基質(zhì)內(nèi)流體的滲流能力是影響致密油有效開發(fā)的關(guān)鍵因素[4]。油的富集程度取決于成藏時的充注動力和巖石的孔喉結(jié)構(gòu)，兩者在微觀上決定了致密油成藏的臨界孔喉半徑，即成藏下限，在宏觀上表現(xiàn)為巖石的含油量。致密巖石基質(zhì)內(nèi)油的滲流能力取決于巖石的孔隙結(jié)構(gòu)和地層超壓，在微觀上表現(xiàn)為致密巖石中油有效滲流的孔喉半徑，即有效滲流下限，在宏觀上表現(xiàn)為巖石滲透率。上述兩項因素都與致密巖石自身的孔隙結(jié)構(gòu)相關(guān)，因此，可依據(jù)致密巖石孔隙結(jié)構(gòu)的差異建立一套致密儲集層分級評價標(biāo)準(zhǔn)。

依據(jù)高壓壓汞曲線的拐點及其分形特征，參照盧雙舫等的頁巖油儲集層分類方法[24]，將致密油儲集層微觀孔喉分為微孔喉、小孔喉、中孔喉、大孔喉，并依據(jù)致密油儲集層所含不同類型孔喉的數(shù)量把中國典型陸相盆地致密儲集層劃分為4類（見圖5）：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ類致密油儲集層，各地區(qū)、類型之間的微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征差異明顯。準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖地區(qū)百口泉組砂礫巖儲集層孔喉半徑主峰最大，Ⅰ—Ⅳ類為0.4～7.0 μm；其次為松遼盆地南部泉頭組和北部青山口組的致密砂巖儲集層，Ⅰ—Ⅲ類分別為0.1～1.0 μm和0.03～1.00 μm，Ⅳ類分別小于0.1 μm和0.01 μm；吉木薩爾凹陷蘆草溝組混積巖儲集層孔喉半徑主峰最小，Ⅰ—Ⅲ類為0.015～0.800 μm，Ⅳ類均小于0.01 μm。然而，依據(jù)微觀孔隙結(jié)構(gòu)（孔喉半徑）差異進(jìn)行的儲集層分級評價方法難以推廣到實際應(yīng)用中，需要借助宏觀可預(yù)測的物性參數(shù)（如孔隙度、滲透率）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化。不同孔喉分類的致密油儲集層的孔隙度、滲透率有著較大的差異，依據(jù)各種孔喉結(jié)構(gòu)致密油儲集層類型的孔隙度、滲透率差異，進(jìn)一步建立致密油儲集層的物性分級評價標(biāo)準(zhǔn)圖版（見圖6），并開展中國典型陸相盆地致密儲集層物性分級評價（見表 3）。以松遼盆地北部青山口組儲集層物性分級評價標(biāo)準(zhǔn)的建立為例，孔喉結(jié)構(gòu)分類為Ⅲ類致密儲集層，孔隙度普遍小于5%，滲透率低于 0.03×10－3μm2，而Ⅳ類致密儲集層孔隙度為 5%～8%，滲透率為（0.03～0.20）×10－3μm2，據(jù)此，將Ⅲ類與Ⅳ類致密油儲集層的孔隙度和滲透率分級界限定為 5%和 0.03×10－3μm2。

圖5 中國典型陸相盆地致密儲集層類型及孔喉結(jié)構(gòu)差異特征

圖6 中國典型陸相盆地致密油儲集層類型及物性分級圖版

中國典型陸相盆地致密儲集層物性分級評價結(jié)果顯示（見表3），松遼盆地南部泉頭組和北部青山口組、渤海灣盆地晉縣凹陷孔店組一段—沙河街組四段、蘇北盆地阜寧組的砂巖分級界限相近，與準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖地區(qū)百口泉組致密砂礫巖和吉木薩爾凹陷蘆草溝組混積巖的分級評價結(jié)果明顯不同。瑪湖地區(qū)百口泉組砂礫巖滲透率分級界限高于其他地區(qū)，是由于砂礫巖儲集層取出后由于應(yīng)力的釋放會形成大量粒源縫，導(dǎo)致其測試滲透率偏高；而吉木薩爾凹陷蘆草溝組混積巖滲透率分級界限低于其他地區(qū)是由于混積巖沉積顆粒較小，因而滲透率較砂巖儲集層要低。除此之外，分級評價的結(jié)果與成儲界限能夠很好地匹配。致密儲集層與常規(guī)儲集層的分級界限對應(yīng)物性上限，Ⅱ類和Ⅲ類致密儲集層的分級界限對應(yīng)有效滲流下限，Ⅲ類和Ⅳ類致密儲集層的界限對應(yīng)成藏下限，理論下限對應(yīng)致密儲集層和非儲集層的界限。

表3 中國典型陸相盆地致密油儲集層分級評價表

前述致密儲集層物性分級評價標(biāo)準(zhǔn)需要結(jié)合測井資料才能更好地應(yīng)用于實際。一方面可以通過測井資料進(jìn)行儲集層物性的預(yù)測；另一方面可以通過測井?dāng)?shù)據(jù)與所建立的分級評價標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系建立測井?dāng)?shù)據(jù)分級評價標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，松遼盆地北部青山口組高臺子油層的聲波與聲波/密度的交匯圖可以較好地對致密儲集層進(jìn)行分類，據(jù)此厘定不同級別儲集層的測井響應(yīng)參數(shù)界限值，實現(xiàn)不同級別致密儲集層的識別與分類（見圖7）。

圖7 松遼盆地青山口組高臺子油層測井儲集層分類標(biāo)準(zhǔn)

以致密油重點勘探井塔 234井為例，采用測井分級標(biāo)準(zhǔn)對儲集層進(jìn)行分級，結(jié)果顯示綜合解釋結(jié)論為差油層的1 760.0～1 769.6 m層段粉砂巖儲集層為Ⅱ類致密儲集層；而綜合解釋結(jié)論為油層的 1 770.6～1 774.0 m層段粉砂巖儲集層為Ⅰ類致密儲集層。對這2個層段進(jìn)行聯(lián)合壓裂后獲得7 t/d的產(chǎn)油量（見圖8a）。

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖地區(qū)風(fēng)南 4井區(qū)下三疊統(tǒng)百口泉組致密砂礫巖儲集層采用單一測井響應(yīng)建立的孔隙度評價模型效果不理想，因此，采取多測井響應(yīng)回歸建立評價模型以提高孔隙度測井評價精度[37]。以風(fēng)南401井為例進(jìn)行單井儲集層類型劃分，結(jié)果顯示百口泉組礫巖儲集層主體為Ⅱ類，夾薄層Ⅰ類、Ⅲ類、Ⅳ類。百三段上部2 516～2 520 m、中部2 528～2 532 m、下部2 537.0～2 545.5 m等層段均為Ⅱ類致密儲集層，聯(lián)合壓裂后獲得4 t/d的產(chǎn)能，試油結(jié)論為油層；百二段上部2 561～2 563 m以Ⅰ類致密儲集層為主，夾薄層Ⅲ類致密儲集層，下部2 566～2 671 m為Ⅱ類致密儲集層，聯(lián)合壓裂后獲得9.95 t/d的產(chǎn)能，試油結(jié)論為油層；百一段2 611～2 620 m以Ⅱ類致密儲集層為主，夾薄層Ⅲ類致密儲集層，壓裂后獲得1.77 t/d的產(chǎn)能，試油結(jié)論為含油水層。不同層段試油產(chǎn)能對比結(jié)果顯示，分級為優(yōu)質(zhì)儲集層的試油產(chǎn)能較高（見圖8b）。

圖8 不同類型致密儲集層分類評價與試油產(chǎn)能的關(guān)系

準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組混積巖儲集層巖性復(fù)雜，單一的測井曲線與孔隙度關(guān)系不明顯，但不同巖性儲集層的密度測井曲線與孔隙度有著較好的對應(yīng)關(guān)系；因此，儲集層分級評價首先要進(jìn)行不同巖性的區(qū)分，進(jìn)而預(yù)測不同巖性儲集層物性。儲集層分級評價識別結(jié)果顯示J302井上部2 840～2 845 m層段（厚度5 m）以Ⅰ類致密儲集層為主，其次為Ⅱ類和Ⅲ類，而下部2 853～2 870 m層段（厚度17 m）以Ⅲ類、Ⅳ類儲集層為主。二者儲集層厚度相差較大，但上部壓裂產(chǎn)能（3.25 t/d）與下部壓裂產(chǎn)能（3.34 t/d）相當(dāng)，且試油結(jié)論均為油層，表明儲集層分級越好，單位厚度的產(chǎn)能越高（見圖8c）。

不同巖性致密油儲集層的分級評價結(jié)果與試油產(chǎn)能的關(guān)系顯示儲集層分級評價能夠很好地指導(dǎo)致密油的勘探。但需要說明的是，分級評價為優(yōu)質(zhì)的儲集層層段并不總對應(yīng)著致密油高產(chǎn)層段。致密油產(chǎn)量還受控于儲集層的含油飽和度以及工程條件，但在致密油儲集層開發(fā)的過程中，厘定成儲界限、確定儲集層分級標(biāo)準(zhǔn)、篩選優(yōu)質(zhì)儲集層是致密油成功開發(fā)的前提基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

中國典型陸相盆地致密油儲集層理論孔隙度下限范圍為 1%～4%、滲透率下限范圍為 1.2×10－7～0.2×10－4μm2；成藏孔隙度下限范圍為1%～5%，滲透率下限范圍為 1.2×10－7～0.3×10－4μm2；有效滲流孔隙度下限為 8%～9%，滲透率下限在 0.1×10－3μm2左右。致密巖石孔隙度上限為 11%～12%、滲透率上限為（1.0～1.3）×10－3μm2。“源儲一體型”致密油理論下限與成藏下限相近，“近源緊鄰型”與“遠(yuǎn)源型”致密油儲集層理論下限均小于其成藏下限。

依據(jù)儲集層孔隙結(jié)構(gòu)差異，對中國典型陸相盆地致密油儲集層進(jìn)行分級評價，并厘清成儲界限內(nèi)涵及其與分級評價標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系。致密儲集層與常規(guī)儲集層的分級界限對應(yīng)物性上限，Ⅱ類與Ⅲ類致密儲集層的分級界限對應(yīng)有效滲流下限，Ⅲ類與Ⅳ類致密儲集層的界限對應(yīng)成藏下限，而理論下限對應(yīng)致密儲集層和非儲集層的界限。

松遼盆地青山口組致密粉砂巖儲集層、準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖地區(qū)百口泉組致密砂礫巖及吉木薩爾凹陷蘆草溝組混積巖的實際應(yīng)用結(jié)果顯示，Ⅰ類、Ⅱ類致密儲集層是致密油高產(chǎn)的有利層段。

致謝：感謝中國石油勘探開發(fā)研究院胡素云、陶士振、白斌，大慶油田張威、潘堅，吉林油田邵明禮，新疆油田高陽等專家給予的幫助。