張帆， 高明， 陳國軍， 張嘯， 張進， 范小秦

(中石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所，烏魯木齊 830000)

沙灣凹陷二疊系佳木河組儲層厚度大，油氣顯示活躍，多口井獲得高產(chǎn)，勘探潛力大。但是受復(fù)雜構(gòu)造運動、沉積及成巖作用的影響，其巖石礦物成分多樣，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、儲層有效性識別難度大。微觀孔隙結(jié)構(gòu)控制著儲層的儲集與滲流能力，直接影響儲集層的產(chǎn)能評價和有效性識別，是儲層研究的基礎(chǔ)[1-2]，核磁共振測井可以對儲層孔隙結(jié)構(gòu)進行連續(xù)評價[3]，利用SDR模型和Coates模型還能計算得到滲透率，但是，在中基性砂礫巖儲層中，受順磁礦物的影響，其計算的結(jié)果誤差較大，應(yīng)用受到限制[4]。電成像測井不受特殊礦物及流體性質(zhì)的影響，是評價儲層的有效方法[5-6]。近年來，電成像測井在地層結(jié)構(gòu)評價及儲層產(chǎn)能預(yù)測等方面有了較大程度的進展，吳興能等[7]通過將電成像測井資料變換為孔隙度頻率譜進行孔隙度評價；周彥球等[8]通過將孔隙度頻率譜和巖心孔隙分析資料的對比研究，證實了成像測井用于微觀解釋的可靠性。文獻[6,9]明確了不同類型孔隙的譜形態(tài)特征差異，進而評價儲層非均質(zhì)性特征[10-11]及預(yù)測儲層質(zhì)量[12-13]。前人的研究主要集中在利用孔隙度譜的形態(tài)特征評價儲層的孔隙類型，而對于利用孔隙度譜定量評價儲層有效性方面研究較少。

基于此，現(xiàn)以紅車斷裂帶佳木河組砂礫巖儲層為研究對象，利用壓汞、薄片等資料對孔隙結(jié)構(gòu)進行分類，提取孔隙度譜的幾何平均值、方差、變異系數(shù)及局部最大、最小孔隙度等能與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)，并計算滲透率及儲層綜合評價指數(shù)，進而對儲層分類和評價，結(jié)合試油資料明確不同儲層的產(chǎn)液能力，進而確定有利儲層。以期提高儲層的有效性識別，為該區(qū)砂礫巖儲層的有效性評價提供參考。

1 砂礫巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征及分類

紅車斷裂帶位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，作為準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起的二級構(gòu)造單元，其北與克一百斷裂南部為北天山山前沖斷帶四棵樹凹陷，東鄰中拐凸起與沙灣凹陷，西與車排子凸起相鄰[14]。紅車斷裂帶自下而上依次發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系和白堊系，其中二疊系佳木河組(P1j)是近年來準(zhǔn)噶爾盆地西北緣油氣勘探主力層系之一，自下而上可分為佳一段(P1j1)、佳二段(P1j2)和佳三段(P1j3)。

P1j時期沉積的砂礫巖儲層是紅車斷裂帶的重要油氣儲集層之一。根據(jù)CP18、CP19等取心井薄片鑒定和巖心觀察統(tǒng)計分析，砂礫巖儲層礫石成分以變質(zhì)巖、火山質(zhì)礫石為主，主要為凝灰?guī)r及安山巖，含少量流紋巖、霏細(xì)巖等；砂質(zhì)成分主要為巖屑，石英及長石含量較少，膠結(jié)物多見方沸石、濁沸石、片沸石和菱鐵礦。砂礫巖結(jié)構(gòu)成熟度表現(xiàn)為：膠結(jié)類型為壓嵌型及孔隙-壓嵌型，膠結(jié)多致密，礫石多為次棱角-次圓狀，分選差，支撐類型為顆粒支撐。上述分析表明P1j整體成分成熟度較低，結(jié)構(gòu)成熟度中等偏低，巖石的抗壓能力較弱，造成巖石較致密，儲層物性非均質(zhì)性強的特點。

物性方面，P1j巖石樣品的孔隙度介于0.7%～24%，滲透率在0.01～37.8 mD，物性差異大，為中低孔-特低孔、特低滲-超低滲儲層(圖1)。電鏡資料顯示儲層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)育粒間孔、溶蝕孔等孔隙類型，其中粒間孔和溶蝕孔為儲層流體的主要儲集空間。

在明確儲層特征的基礎(chǔ)上，對儲層的孔隙結(jié)構(gòu)進行分類評價。研究區(qū)佳木河組砂礫巖毛管壓力曲線顯示(圖2)，各個曲線形態(tài)差異較大，整體為較細(xì)歪度特征，進汞段傾斜，排驅(qū)壓力和最大進汞飽和度較分散，最大孔喉半徑介于0.22～15 μm，孔隙度Por、滲透率Perm、孔喉半徑均值rm等孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的分布范圍較寬，表明了砂礫巖孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。為便于對儲層的精細(xì)描述，參考前人對于致密砂巖孔隙結(jié)構(gòu)的分類方法[15]，將研究區(qū)砂礫巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)分為三類(表1)。

Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)排驅(qū)壓力Pd較低，一般小于0.3 MPa，最大進汞飽和度SHg,max和平均孔喉半徑高，物性級別屬于中低孔低滲型，具有該類孔隙結(jié)構(gòu)的儲層物性較好，儲集空間以基質(zhì)孔和溶蝕孔為主。

Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)排驅(qū)壓力變大，介于0.3～0.7 MPa，平均孔喉半徑分布在0.2～0.5 μm，物性級別屬于特低孔超低滲型。

Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)排驅(qū)壓力高，往往大于0.7 MPa，最大進汞飽和度小于35%，平均孔喉半徑值也較小，屬于超低孔超低滲儲層，具有該類孔隙結(jié)構(gòu)的儲層多為差儲層、非儲層。

圖1 P1j孔滲交會圖Fig.1 The crossplot of porosity and permeability in P1j

93塊樣品圖2 P1j毛管壓力曲線圖Fig.2 The capillary pressure curve of the P1j

表1 P1 j孔隙結(jié)構(gòu)分類評價參數(shù)表 Table 1 Classification on reservoir parameters of P1 j

由于研究區(qū)巖石骨架含有菱鐵礦等順磁性礦物，利用常規(guī)的核磁共振測井方法難以準(zhǔn)確測得T2譜，且計算的孔隙度、滲透率、飽和度等儲層參數(shù)的誤差較大[4]，而成像測井具有分辨率高、不受順磁礦物影響的特點，且孔隙度譜特征一定程度上反映儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征，是評價復(fù)雜儲層的有效方法[6,16]，因此，考慮利用電成像資料對井壁地層的孔隙結(jié)構(gòu)進行連續(xù)評價。

2 電成像孔隙度譜及孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.1 孔隙度譜構(gòu)建

成像測井可以測得井周探測范圍內(nèi)地層的電導(dǎo)率，通過對電導(dǎo)率的處理，采用灰度回放的方式，即可獲得反映儲層電導(dǎo)率變化的成像圖，成像圖中亮色部分指示電阻率較高，反之則低。以Schlumberger公司的地層微電阻率掃描成像(FMI)資料為例，其獲取的就是8個極板上的192條電導(dǎo)率信息，根據(jù)電導(dǎo)率資料，采用Archie公式的變形[式(1)]，即可將其轉(zhuǎn)化為視孔隙度，經(jīng)歸一化處理后，便可得到相應(yīng)深度的孔隙度頻率分布譜?？紫抖阮l率譜橫軸為不同大小的孔隙度，縱軸為不同大小孔隙度分布的頻率，因此，利用孔隙度譜(圖3)可以一定程度上對地層的孔隙分布情況進行評價[8]。

(1)

式中：φi為計算的電成像像素的孔隙度i=1,2,…；φ為巖石孔隙度；m為膠結(jié)指數(shù)；n為飽和度指數(shù)；a和b為與巖性有關(guān)的常數(shù)；Rmf為泥漿濾液電阻率；Rxo為沖洗帶電阻率，在微電阻率掃描成像測井資料中即為測量的電阻率結(jié)果；Sxo為沖洗帶含水飽和度；Ci為電成像電極電導(dǎo)率。

圖3 孔隙度譜原理圖Fig.3 The priciple of porisity frequency spectrum

2.2 孔隙度頻率譜參數(shù)

為描述儲層孔隙度分布的均質(zhì)性，利用孔隙度譜均值、孔隙度譜標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)及局部最大孔隙度、局部最小孔隙度進行定量表征。

孔隙度譜幾何平均值(Pgm)：幾何均值用于計算數(shù)據(jù)的平均增長率，將孔隙度分量φi的對應(yīng)頻率fi次方的結(jié)果再相乘求得，主要用于計算數(shù)據(jù)的平均增長率[17]。

(2)

孔隙度譜均值(φa)表示某一深度附近成像計算的孔隙度的均值，均值越大，儲集性能越好，孔隙度譜均值一般和孔隙度較接近。

(3)

式(3)中：φi為計算的電成像像素的孔隙度；Pi為相應(yīng)視孔隙度的頻數(shù)。

(4)

孔隙度變異系數(shù)(VKφ)為孔隙度譜方差與均值的比值，指示孔隙度的徑向非均質(zhì)性。

(5)

局部最大、最小孔隙度(φmax、φmin)分別是孔隙度譜的右邊界和左邊界對應(yīng)的孔隙度值，反映儲層孔隙的分布區(qū)間。

2.3 不同孔隙結(jié)構(gòu)的孔隙度譜特征

成像孔隙度譜以譜的分布形式反映儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征，不同孔隙結(jié)構(gòu)的成像孔隙度譜特征各不相同，選取研究區(qū)砂礫巖不同儲層孔隙度譜分析(表2)，從形態(tài)特征上看，Ⅰ類儲層為多峰寬譜型，孔隙度譜多峰特征明顯，且譜帶較寬，孔隙度數(shù)據(jù)總體較為離散，表明儲層內(nèi)不同大小孔隙的分布范圍較廣，峰體右側(cè)拖曳較大，且位置更靠后，反映儲層大尺寸孔隙更為發(fā)育的特征；Ⅱ類儲層主要為變峰中譜型，孔隙度譜多為雙峰，部分為單峰，該類儲層譜帶較Ⅰ類儲層窄，主峰位于相對靠前的位置，反映儲層以中孔為主，孔隙度譜在主峰右側(cè)稍有延伸，即存在一定數(shù)量大孔，但不如Ⅰ類儲層發(fā)育；Ⅲ類儲層為單峰窄譜型，為單個譜峰，譜峰較窄且前移，主要以小孔隙為主。

表2 不同儲層孔隙度譜特征Table 2 The characteristics of pore spectrum in different reservoirs

三種孔隙結(jié)構(gòu)的孔隙度譜參數(shù)如表3所示，對于 Ⅰ類儲層，孔隙度譜幾何平均值較大，為34.6，局部最大孔隙分量為43%，表明儲層的孔隙分布范圍寬，滲透性較好[18]，Ⅱ類儲層的孔隙度譜幾何平均值為22.5，較Ⅰ類儲層小，方差為8.3，反映巖石中孔隙分布范圍較窄；Ⅲ類儲層與前兩類相比，各個參數(shù)都較小，表明儲層內(nèi)部小孔集中度高，儲層的儲集性能較差的特征。

表3 不同儲層孔隙度譜參數(shù)表Table 3 The table of pore spectrum parameters in different reservoirs

3 儲層評價及應(yīng)用

3.1 電成像孔隙度譜與孔隙結(jié)構(gòu)關(guān)系

為驗證孔隙度譜參數(shù)表征儲層孔隙結(jié)構(gòu)的可靠性，選取紅車斷裂帶二疊系佳木河組儲層砂礫巖巖樣的壓汞實驗資料與對應(yīng)的孔隙度譜數(shù)據(jù)進行分析，利用孔隙度譜參數(shù)與毛管壓力等微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)建立關(guān)系。如圖4所示，孔隙度譜幾何平均值與排驅(qū)壓力為負(fù)指數(shù)關(guān)系，而與滲孔比、分選系數(shù)有較好的正相關(guān)關(guān)系，孔隙度譜方差與孔喉半徑均值、均質(zhì)系數(shù)有較好的正相關(guān)關(guān)系，最大孔隙度分量與最大孔喉半徑為正相關(guān)關(guān)系，壓汞孔喉半徑均值與孔隙度譜均值具有較好的正相關(guān)關(guān)系。由此，利用孔隙度譜參數(shù)通過定量計算得到以上各個孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。

3.2 儲層評價參數(shù)

3.2.1 滲透率計算

各個孔隙度譜參數(shù)中，幾何平均值與壓汞孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性較高，考慮利用幾何平均值反映儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。參照SDR滲透率計算模型，建立基于孔隙度譜幾何平均值、孔隙度的滲透率K計算公式[式(6)][19]。圖5為利用電成像計算的滲透率與實驗分析滲透率的交會圖，從計算結(jié)果上看，該模型的計算效果較好。

圖5 巖心滲透率與電成像計算滲透率交會圖Fig.5 The plot of core permeability and calculate permeability by electrical imaging

(6)

式(6)中：C為地區(qū)經(jīng)驗系數(shù)，取值為50；φ為地層孔隙度；Pgm為孔隙度譜幾何平均值。

3.2.2 綜合評價指數(shù)

孔隙結(jié)構(gòu)對發(fā)揮油氣層的產(chǎn)能和提高采收率有重要作用，是儲層評價的關(guān)鍵參數(shù)。通過微觀孔隙結(jié)構(gòu)分析認(rèn)為，孔隙度、滲透率、分選系數(shù)、最大進汞飽和度和孔隙喉道均值和儲層類型有正比關(guān)系，而排驅(qū)壓力和儲層類型為反比關(guān)系，利用這6個儲層分類孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)構(gòu)建了儲層分類綜合評價指數(shù)Zz[20]。

(7)

式(7)中：φ為孔隙度；K為滲透率；Sp為分選系數(shù)；DM為孔隙喉道均值；Smax為最大進汞飽和度；Pd為排驅(qū)壓力。

利用孔隙度譜參數(shù)擬合公式計算獲得綜合評價指數(shù)，再結(jié)合比產(chǎn)液指數(shù)[式(8)]建立關(guān)系將儲層分類(圖6)，從圖6中可以看出，綜合評價指數(shù)和比產(chǎn)液指數(shù)為正相關(guān)關(guān)系，綜合評價指數(shù)大，比產(chǎn)液指數(shù)高，儲層質(zhì)量越好。Ⅰ類儲層綜合評價指數(shù)大于1.1，比產(chǎn)液指數(shù)大于0.5；Ⅱ類儲層綜合評價指數(shù)介于0.4～1.1，比產(chǎn)液指數(shù)介于0.2～0.5；綜合評價指數(shù)小于0.4、比產(chǎn)液指數(shù)小于0.2的為Ⅲ類儲層。因此可以利用成像孔隙度譜參數(shù)構(gòu)建儲層分類綜合指數(shù)連續(xù)識別儲層類型，進而對儲層的產(chǎn)液能力進行評價。

(8)

式(8)中：J為比產(chǎn)液指數(shù)；Q為產(chǎn)液量；T為時間；ΔP為生產(chǎn)壓差；H為射孔厚度。

圖6 儲層綜合評價指數(shù)與比產(chǎn)液指數(shù)交會圖Fig.6 The plot of Zz and J

3.3 應(yīng)用分析

以CP24井為例(圖7)，根據(jù)成像資料計算得到孔隙度譜識別儲層，4 600.0～4 620.0 m、4 626.5～4 670 m儲層段孔隙度譜的譜結(jié)構(gòu)譜峰靠后，為多峰寬譜型，局部最大、最小孔隙度大，儲層綜合評價指數(shù)較高，分別為2.4和1.6，儲層質(zhì)量較好，為Ⅰ類儲層；4 690.0～4 693.0 m和4 704.4～4 707.8 m層段的孔隙度譜譜形結(jié)構(gòu)跨度小，譜峰形態(tài)窄，儲層綜合評價指數(shù)較Ⅰ類低，分別為0.64和0.62，為Ⅱ類儲層；4 675.7～4 681.8 m、4 685.8～4 690.0 m、4 693.0～4 704.6 m層段的孔隙度譜接近孔隙度零刻度線附近，形態(tài)多為窄的單峰，各項孔隙度譜參數(shù)都較小，反映該類儲層內(nèi)小孔占比高，總孔隙度小，為Ⅲ類儲層。結(jié)合試油產(chǎn)液數(shù)據(jù)來看：位于頂部Ⅰ類儲層中4 606～4 610 m和4 618～4 620 m射孔段的日產(chǎn)油分別為86.95 m3/d和38.04 m3/d，產(chǎn)液量較高，而底部Ⅱ類儲層中4 691～4 693 m、4 705～4 707 m兩段的日產(chǎn)油量為24.96 m3/d，產(chǎn)液量較上部低，這與孔隙度譜參數(shù)分類結(jié)果相符。由此可見，利用孔隙度譜參數(shù)劃分的儲層類型較合理準(zhǔn)確，為該區(qū)砂礫巖儲層有效性評價提供參考。

4 結(jié)論

(1) 紅車斷裂帶佳木河組砂礫巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)合巖性、物性及壓汞資料將孔隙結(jié)構(gòu)分為三種類型，其中I、Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)較好，具有Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)的儲層為較差儲層。

(2) 孔隙度譜幾何平均值、方差、局部最大孔隙度等參數(shù)能較好地反映儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合孔隙結(jié)構(gòu)分類，將譜形結(jié)構(gòu)歸為：多峰寬譜型、多峰窄譜型、單峰窄譜型，有利儲層多為多峰寬譜型和多峰中譜型。

圖7 CP24井孔隙結(jié)構(gòu)劃分及儲層評價Fig.7 Pore structure division and reservoir evaluation in well CP24

(3) 基于孔隙度譜幾何平均值計算的滲透率與巖心滲透率較為吻合，結(jié)合儲層綜合評價指數(shù)與比產(chǎn)液指數(shù)對儲層分類，并應(yīng)用到井筒剖面中，有助于儲層類型的劃分，也為利用孔隙度譜評價砂礫巖儲層有效性提供了依據(jù)。