袁 龍，章海寧，信毅 ，黃若坤，劉偉

1.中國石油測(cè)井有限公司地質(zhì)研究院，陜西 西安710021

2.中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒841000

3.中國石油塔里木油田公司安全環(huán)保與工程監(jiān)督中心，新疆 庫爾勒841000

引言

致密油氣是當(dāng)前國際上非常規(guī)油氣藏發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域之一，具有十分廣泛的勘探開發(fā)前景。致密油氣“三品質(zhì)”（儲(chǔ)層品質(zhì)、烴源巖品質(zhì)及工程品質(zhì)）是決定致密氣富集程度、保存條件及有效開采的重要因素[1-4]。致密氣富集程度、是否高產(chǎn)主要由儲(chǔ)層“三品質(zhì)”來綜合表征，其產(chǎn)能主要受多個(gè)因素綜合影響[5-7]。物性好的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層可能因其頂?shù)谉N源巖品質(zhì)較差，導(dǎo)致形成不了良好的油氣富集區(qū)[8]；也可能因?yàn)榇嘈灾笖?shù)低、可壓裂指數(shù)較差而開采難度大；但當(dāng)儲(chǔ)層品質(zhì)屬于中等級(jí)別時(shí)，可能因脆性指數(shù)高、可壓裂指數(shù)及源儲(chǔ)配置關(guān)系好而較易開采。因此，儲(chǔ)層品質(zhì)、烴源巖品質(zhì)決定了致密氣的富集程度好壞，而工程品質(zhì)則決定了致密氣能否高效地進(jìn)行壓裂開采。

塔里木盆地庫車拗陷具備較大的勘探開發(fā)潛力，亟需開展測(cè)井技術(shù)攻關(guān)，解決生產(chǎn)開發(fā)中面臨的問題。利用測(cè)井技術(shù)開展致密氣儲(chǔ)層、烴源巖及工程品質(zhì)定性評(píng)價(jià)的研究成果雖然較多[9-10]，但目前為止，很少有學(xué)者將“三品質(zhì)”及三者之間進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)研究。鑒于此，以庫車拗陷侏羅系主力儲(chǔ)層為研究對(duì)象，深入挖掘蘊(yùn)藏在測(cè)井資料中的“三品質(zhì)”等信息，結(jié)合巖芯分析化驗(yàn)、測(cè)錄井及地質(zhì)等資料，在主控因素評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建“三品質(zhì)”測(cè)井定量評(píng)價(jià)技術(shù)來對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為致密氣藏壓裂層位和有利區(qū)的優(yōu)選提供可靠的技術(shù)支持。

針對(duì)庫車拗陷侏羅系致密氣藏與低滲透氣藏存在多方面的差異性，開展了巖石物理實(shí)驗(yàn)、儲(chǔ)層參數(shù)定量建模、“三品質(zhì)”測(cè)井評(píng)價(jià)及富集區(qū)優(yōu)選評(píng)價(jià)等方法研究，較好地滿足了油田勘探開發(fā)中的地質(zhì)和工程方面的需求。

1 氣藏基本特征和關(guān)鍵參數(shù)

1.1 致密氣藏基本特征

塔里木盆地庫車拗陷致密氣藏位于北部依奇克里克構(gòu)造帶（圖1），發(fā)育第四紀(jì)沖積扇，主要目的層為侏羅系阿合組，巖性為巖屑長(zhǎng)石砂巖；主要烴源巖為侏羅系陽霞組和三疊系塔里奇克組，厚度大、分布廣、有機(jī)質(zhì)豐度高。在空間上，這兩套烴源巖和侏羅系阿合組儲(chǔ)層之間呈“三明治”式疊置，形成非常優(yōu)質(zhì)的生儲(chǔ)蓋組合。這種供烴體系充注的源儲(chǔ)配置關(guān)系極大地提高了烴源巖排烴與聚集效率，對(duì)油氣在儲(chǔ)層中聚集成藏非常有利，是庫車拗陷北部構(gòu)造帶致密氣藏形成的重要因素。

圖1 庫車拗陷北部依奇克里克構(gòu)造帶致密氣藏構(gòu)造圖Fig.1 Tight gas reservoir structure of Yiqikelike structural belt,northern Kuqa Depression

1.2 致密氣藏表征關(guān)鍵參數(shù)

非常規(guī)致密砂巖氣藏的測(cè)井評(píng)價(jià)方法和過程明顯區(qū)別于常規(guī)油氣藏。國內(nèi)針對(duì)不同的油田地區(qū)采用了多套儲(chǔ)層的表征參數(shù)和技術(shù)流程，但國外從測(cè)井角度結(jié)合地質(zhì)和工程等方面來綜合評(píng)價(jià)致密氣的資料相對(duì)較少[11-13]。

通過分析大量致密氣藏特征，本文總結(jié)出致密氣藏在勘探開發(fā)中測(cè)井相關(guān)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，同時(shí)確定“三品質(zhì)”是綜合評(píng)價(jià)致密氣藏特征的關(guān)鍵因素參數(shù)（表1）。其中，巖性、物性、含氣性、電性、烴源巖特性、脆性及地應(yīng)力各向異性等“七性”參數(shù)評(píng)價(jià)是致密氣藏儲(chǔ)層特征綜合評(píng)價(jià)最為重要的內(nèi)容，也是致密氣儲(chǔ)層“三品質(zhì)”測(cè)井綜合評(píng)價(jià)的核心。

表1 致密氣藏評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)Tab.1 Key parameters of tight gas reservoir evaluation

2 致密氣儲(chǔ)層品質(zhì)測(cè)井評(píng)價(jià)

2.1 物性測(cè)井評(píng)價(jià)

2.1.1 密度—核磁共振孔隙度

假設(shè)NMR 核磁儀器和密度測(cè)井儀能夠探測(cè)相同的深度，隨著儀器探測(cè)深度的增加，致密儲(chǔ)層段的侵入剖面被測(cè)量到孔隙度特征參數(shù)不會(huì)發(fā)生明顯變化，因此，通過組合密度和核磁測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)來獲取含氣校正孔隙度被認(rèn)定為新的一種孔隙度校正方法，來解決致密儲(chǔ)層孔隙度的含氣校正。

假設(shè)流體的含氫指數(shù)HL等于1，利用核磁共振原理，得到核磁孔隙度響應(yīng)特征方程

根據(jù)理論模型原理，密度測(cè)井來計(jì)算的視孔隙度公式

設(shè)α=(1?HgPg)，而β=(ρm?ρb)/(ρm?ρL)，代入式（1）和式（2）中，對(duì)既測(cè)量巖芯孔隙度又測(cè)量核磁孔隙度的儲(chǔ)層段進(jìn)行含氣校正。在這種情況下，運(yùn)用擬合的方法得到致密儲(chǔ)層中常數(shù)α 和β 值（利用重點(diǎn)區(qū)塊67 塊巖芯分析結(jié)果）。假設(shè)含氣校正后的孔隙度?DMR等于巖芯分析孔隙度?Core，方程表達(dá)式改寫為

2.1.2 滲透率

由于庫車拗陷致密砂巖儲(chǔ)層受到多個(gè)地質(zhì)因素的影響，導(dǎo)致滲透率與孔隙度的相關(guān)性差且復(fù)雜。迫切需要深入研究巖石礦物組分和微觀結(jié)構(gòu)，分析孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)和礦物組分對(duì)滲透率的影響，最終確定滲透率模型。因此，采用Herron 等[14]提出的考慮礦物組成來建立滲透率模型

Mi可以通過元素測(cè)井方法得到，通過巖芯刻度來獲得其他參數(shù)。該公式中最具特點(diǎn)的是在于Fmax和Bi在不同地區(qū)具有特定值，從而準(zhǔn)確地提高滲透率精度。

2.2 儲(chǔ)層品質(zhì)測(cè)井綜合評(píng)價(jià)

2.2.1 儲(chǔ)層品質(zhì)指數(shù)測(cè)井模型構(gòu)建

鑒于庫車拗陷侏羅系阿合組的壓汞實(shí)驗(yàn)分析資料較多，選用壓汞數(shù)據(jù)來構(gòu)建孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)來反映儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)以及滲流特性，最終通過這些參數(shù)（分選系數(shù)、最大孔喉半徑及排驅(qū)壓力等）構(gòu)建孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)PI。為了將致密儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)中，需要建立孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)的測(cè)井計(jì)算模型。將壓汞數(shù)據(jù)得到的孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)與測(cè)井曲線建立關(guān)系，優(yōu)選出相關(guān)系數(shù)好的測(cè)井曲線來建立孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)計(jì)算模型

從綜合角度上分析，致密砂巖的儲(chǔ)層品質(zhì)影響因素包含巖性、孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)、儲(chǔ)層品質(zhì)因子等。通過對(duì)構(gòu)建特征參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，包括孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)（GR、ρ、RT、AC、PI）、波阻抗指示（F1=ρ/AC）、泥質(zhì)指示[F2=?GR/（1 ??GR）]、含氫量指示（F3=GRCNL）、孔隙體積與顆粒體積比[F4=?/（1 ??）]、儲(chǔ)層品質(zhì)因子；再利用Fisher 判別函數(shù)建立基質(zhì)儲(chǔ)層品質(zhì)指數(shù)QR計(jì)算公式

2.2.2 綜合評(píng)價(jià)分析

致密氣儲(chǔ)層品質(zhì)指數(shù)測(cè)井解釋模型計(jì)算的QR真實(shí)值變化區(qū)間較大，為了依據(jù)QR值來劃分儲(chǔ)層品質(zhì)類型，對(duì)QR值進(jìn)行了分類處理。處理后，QR值在0～4，其值越大，儲(chǔ)層品質(zhì)就越好。因此，將研究區(qū)儲(chǔ)層品質(zhì)劃分為4 種類型：QR值等于4 表示儲(chǔ)層品質(zhì)好（I 類）、QR值等于1 表示儲(chǔ)層品質(zhì)差（IV類）；QR值在2～3 表示儲(chǔ)層品質(zhì)中等（II、III 類）。

圖2 為庫車拗陷迪北氣藏DB104 井阿合組儲(chǔ)層品質(zhì)評(píng)價(jià)成果圖。其中，4 700～4 715 m、4 720～4 735 m、4 742～4 755 m 等層段的自然伽馬值較低，在48～65 API，受井徑擴(kuò)徑影響的密度曲線值較低，為2.45 g/cm3左右；聲波時(shí)差計(jì)算的孔隙度值在5.8%～13.5%，滲透率在0.2～15.0 mD，含氣飽和度在45%～78%，儲(chǔ)層品質(zhì)指數(shù)QR值以3 和4 為主。儲(chǔ)層品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)為I、II 類。

圖2 庫車拗陷侏羅系阿合組儲(chǔ)層品質(zhì)評(píng)價(jià)成果圖（DB104 井）Fig.2 Reservoir quality evaluation result of Jurassic Ahe Formation in Kuqa Depression（Well DB104）

經(jīng)測(cè)試，DB14 井日產(chǎn)氣49×104m3，屬高產(chǎn)氣層。說明DB14 井儲(chǔ)層品質(zhì)較好，也在實(shí)踐中驗(yàn)證了儲(chǔ)層品質(zhì)級(jí)別好的井相比品質(zhì)差的井具有良好的產(chǎn)氣潛力。

3 致密氣烴源巖品質(zhì)測(cè)井評(píng)價(jià)

3.1 烴源巖特征及類型

庫車拗陷烴源巖是以沼澤相和河流相沉積為主體的含煤沉積構(gòu)造，其有機(jī)質(zhì)高度富集，而且以陸生高等植物為有機(jī)質(zhì)的主要來源，有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)必然與一般湖相泥巖有所差別。結(jié)合前人研究資料總結(jié)，研究區(qū)侏羅系陽霞組烴源巖屬于煤系烴源巖。

從巖芯資料分析可知，庫車拗陷侏羅系陽霞組烴源巖的巖性主要為煤層、碳質(zhì)泥巖和暗色泥巖。

由圖3a 所示的巖芯有機(jī)碳含量數(shù)據(jù)分析可以看出，侏羅系陽霞組煤層有機(jī)質(zhì)豐度明顯高于碳質(zhì)泥巖和暗色泥巖，其中，煤層有機(jī)碳含量最高且大于20.00%，平均為35.26%；碳質(zhì)泥巖有機(jī)碳含量一般在5.00%～30.00%，平均為17.78%；暗色泥巖有機(jī)碳含量在1.00%～8.00%。

從圖3b 所示的烴源巖氫指數(shù)與最高溫峰關(guān)系可以看出，有機(jī)質(zhì)類型主要為IIIC類，其次為IIC2類，按照煤系烴源巖分類標(biāo)準(zhǔn)，庫車拗陷侏羅系陽霞組烴源巖屬于傾氣性烴源巖。

圖3 庫車拗陷侏羅系陽霞組烴源巖特征及類型綜合圖Fig.3 Comprehensive map of characteristics and types of source rocks of Jurassic Yangxia Formation in Kuqa Depression

3.2 烴源巖地化參數(shù)評(píng)價(jià)

3.2.1 總有機(jī)碳含量測(cè)井計(jì)算

有機(jī)碳含量大小是研究區(qū)預(yù)測(cè)有機(jī)質(zhì)多少的關(guān)鍵參數(shù)之一[15-18]。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和地質(zhì)資料分析，研究區(qū)的烴源巖類型多且特征差異大，包括煤層、碳質(zhì)泥巖和暗色泥巖，需建立不同巖性的?lgR與巖芯有機(jī)碳含量之間關(guān)系（圖4）。因此，通過綜合分析按不同巖性來計(jì)算有機(jī)碳含量。

圖4 不同巖性的?lgR與巖芯有機(jī)碳含量之間關(guān)系圖Fig.4 The relationship between ?lgRof different lithology and core organic carbon content

（1）煤層

本次研究篩選了8 口井的煤層有機(jī)碳含量和測(cè)井資料，對(duì)有機(jī)碳含量與電阻率、聲波時(shí)差、補(bǔ)償密度等測(cè)井參數(shù)進(jìn)行分析，相關(guān)性好。因此，構(gòu)建能夠反映深探測(cè)電阻率與聲波時(shí)差包絡(luò)面積?lgR，選用研究區(qū)塊205 塊樣品的有機(jī)碳含量數(shù)據(jù)來刻度測(cè)井?lgR，構(gòu)建煤層有機(jī)碳含量測(cè)井計(jì)算模型。

（2）泥巖類

通過對(duì)泥巖類有機(jī)碳含量與自然能譜曲線、深探測(cè)電阻率、聲波時(shí)差和補(bǔ)償密度等參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳含量與深探測(cè)電阻率、聲波時(shí)差的關(guān)系最好。因此，采用經(jīng)典的?lgR方法建立了泥巖類有機(jī)碳含量的模型。

3.2.2 多參數(shù)測(cè)井計(jì)算模型

（1）生烴潛率

有機(jī)碳含量、生烴潛率可有效地表征有機(jī)質(zhì)豐度，而有機(jī)質(zhì)豐度是烴源巖生烴的基礎(chǔ)參數(shù)。生烴潛率主要受烴源巖分布、有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型、鏡質(zhì)體反射率等多種因素的共同影響。由于研究區(qū)的烴源巖在埋深變化不大的情況下鏡質(zhì)體反射率變化較小且母質(zhì)類型大致相同，則為生、排烴量的計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。

在巖芯分析的基礎(chǔ)上，得到煤層、泥巖類生烴潛率（IS1+S2）模型

（2）氯仿瀝青“A”

氯仿瀝青“A”是生烴量評(píng)價(jià)的重要參數(shù)之一，它是能被氯仿完全溶解且儲(chǔ)存于源巖中的有機(jī)質(zhì)占巖石重量的百分比。據(jù)阿爾奇公式可計(jì)算出烴源巖孔隙內(nèi)含氣飽和度，則氯仿瀝青“A”可以由含氣飽和度和巖石密度計(jì)算得到

（3）鏡質(zhì)體反射率

鏡質(zhì)體反射率大小與溫度和壓力密切相關(guān)，并具有一些基本的測(cè)井特征，如鏡質(zhì)體反射率增高，密度測(cè)井增大、聲波時(shí)差減小、電阻率加大等。因此，以實(shí)驗(yàn)室分析值對(duì)比同一深度上的測(cè)井資料，可建立基于烴源巖埋深、測(cè)井密度和聲波、測(cè)井電阻率等的線性或非線性模型。通過庫車拗陷5 口井的測(cè)井資料和巖芯分析，建立鏡質(zhì)體反射率計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式為

3.3 烴源巖品質(zhì)測(cè)井綜合評(píng)價(jià)

3.3.1 定義烴源巖品質(zhì)指數(shù)

文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)[19]，烴源巖品質(zhì)除了與總有機(jī)碳含量有關(guān)外，還與烴源巖的等效厚度、鏡質(zhì)體反射率和生排烴效率等因素有關(guān)，因此，需綜合考慮反映烴源巖品質(zhì)的地化參數(shù)及組合形式來評(píng)價(jià)致密氣烴源巖的發(fā)育及特征規(guī)律。

總有機(jī)碳含量和鏡質(zhì)體反射率是烴源巖品質(zhì)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)。因此，可以利用有機(jī)碳含量、生烴潛率及鏡質(zhì)體反射率等地球化學(xué)參數(shù)來構(gòu)建能反映研究區(qū)煤系烴源巖發(fā)育程度的測(cè)井表征參數(shù)

根據(jù)對(duì)庫車拗陷侏羅系陽霞組煤系烴源巖地化參數(shù)綜合評(píng)價(jià)研究，建立了綜合考慮總有機(jī)碳含量、鏡質(zhì)體反射率和排烴效率3 種因素的烴源巖分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表2 所示。

表2 庫車拗陷侏羅系陽霞組烴源巖分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Classification evaluation criteria of source rock in Yangxia Formation,Jurassic,Kuqa Depression

3.3.2 綜合評(píng)價(jià)分析

根據(jù)地質(zhì)上烴源巖分類標(biāo)準(zhǔn)，將庫車拗陷侏羅系陽霞組烴源巖品質(zhì)分為3 類（表2）?；谏鲜鰺N源巖地化參數(shù)測(cè)井計(jì)算方法，開展了研究區(qū)陽霞組烴源巖品質(zhì)指數(shù)PT研究。PT值越大，烴源巖品質(zhì)就越好。結(jié)合致密氣儲(chǔ)層品質(zhì)研究成果和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料，將研究區(qū)烴源巖品質(zhì)性能劃分為3 種類型：PT值大于8 表示烴源巖品質(zhì)好（IT類）；PT值在4～8表示烴源巖品質(zhì)中等（IIT類）；PT值小于4 表示烴源巖品質(zhì)較差（IIIT類）。

圖5 為庫車拗陷侏羅系陽霞組烴源巖品質(zhì)參數(shù)解釋成果，可以看出，烴源巖品質(zhì)較好的部位主要分布在陽霞組下部4 440～4 448 m，總有機(jī)碳含量高，在35.0%～58.0%，鏡質(zhì)體反射率較高，在2.25%以上，烴源巖品質(zhì)指數(shù)大于8，因此，烴源巖品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)為IT類。4 390～4 418 m、4 423～4 428 m 處的烴源巖地化曲線顯示該層烴源巖品質(zhì)較好，總有機(jī)碳含量在2.8%～7.1%，品質(zhì)指數(shù)在4～8，此處的烴源巖品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)為IIT類。

圖5 庫車拗陷侏羅系陽霞組烴源巖品質(zhì)參數(shù)解釋成果圖（YN2 井）Fig.5 Interpretation results of quality parameters of source rocks of Jurassic Yangxia Formation in Kuqa Depression（Well YN2）

以上分析說明庫車拗陷侏羅系陽霞組烴源巖品質(zhì)較好，這為后期源儲(chǔ)配置關(guān)系分析及對(duì)產(chǎn)能的控制作用打下基礎(chǔ)。

4 致密氣工程品質(zhì)測(cè)井評(píng)價(jià)

為了增加單井產(chǎn)量和延長(zhǎng)穩(wěn)產(chǎn)期，致密氣藏一般都要進(jìn)行壓裂改造[20-22]，工程品質(zhì)方面的測(cè)井綜合評(píng)價(jià)對(duì)于壓裂設(shè)計(jì)、可壓裂段優(yōu)選及壓裂高度預(yù)測(cè)等都起到十分關(guān)鍵的作用。前人曾提出將脆性指數(shù)結(jié)合巖石應(yīng)力強(qiáng)度用于頁巖氣儲(chǔ)層工程評(píng)價(jià)，但少見用于致密氣藏工程品質(zhì)評(píng)價(jià)的研究。本文優(yōu)選出一種適用研究區(qū)的脆性指數(shù)計(jì)算方法，同時(shí)引入抗壓強(qiáng)度、斷裂韌性和可壓裂性指數(shù)等工程參數(shù)，結(jié)合實(shí)際情況完善工程品質(zhì)測(cè)井評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，最終建立了研究區(qū)致密氣儲(chǔ)層工程品質(zhì)測(cè)井評(píng)價(jià)方法。

4.1 致密氣的脆性指數(shù)

由于測(cè)井資料具有連續(xù)性強(qiáng)、分辨率高及易采集等特點(diǎn)，目前主要利用測(cè)井資料進(jìn)行儲(chǔ)層脆性評(píng)價(jià)。常用方法包括礦物組分法、巖石力學(xué)參數(shù)法和內(nèi)摩擦角法。綜合分析可知：（1）3 種方法計(jì)算脆性指數(shù)的過程相互獨(dú)立，但得到的3 條曲線形態(tài)非常相似；（2）礦物組分法得到的脆性指數(shù)變化范圍廣，且變化過于明顯，適用性最差；（3）內(nèi)摩擦角法得到的脆性指數(shù)與實(shí)際情況吻合度高，適用性最強(qiáng)。

本文采用內(nèi)摩擦角法求取研究區(qū)脆性指數(shù)，經(jīng)過大量研究資料分析，得出內(nèi)摩擦角計(jì)算經(jīng)驗(yàn)方程，主要通過常規(guī)測(cè)井曲線自然伽馬數(shù)據(jù)來計(jì)算，最后得到脆性指數(shù)。脆性指數(shù)公式為

4.2 斷裂韌性對(duì)可壓裂性的影響

斷裂韌性是反映水力壓裂造縫能力的一個(gè)非常重要參數(shù)，其值大小不僅能反映水力壓裂造縫能力強(qiáng)弱來分析是否易于壓裂，也能夠指示儲(chǔ)層壓裂程度的難易。在線彈性斷裂力學(xué)理論研究的基礎(chǔ)上，通過分析巖石壓裂縫擴(kuò)展機(jī)理，來充分改善致密砂巖儲(chǔ)層可壓裂性測(cè)井評(píng)價(jià)效果[23-24]。

本文預(yù)測(cè)巖石斷裂韌性主要采用楊氏模量與斷裂韌性的經(jīng)驗(yàn)公式，該方法可以通過測(cè)井曲線來得到連續(xù)KIC曲線

4.3 抗壓強(qiáng)度對(duì)可壓裂性的影響

巖石樣品在單向受壓力條件下破裂產(chǎn)生的極限壓應(yīng)力被定義為巖石的單軸抗壓強(qiáng)度σc，是非常重要的巖石力學(xué)參數(shù)[25]?？箟簭?qiáng)度σc是決定在壓應(yīng)力條件下能否形成裂縫的重要參數(shù)。隨著抗壓強(qiáng)度增大，地層越不容易壓裂形成復(fù)雜的網(wǎng)狀縫[26]。

在前人實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上[27]，得到巖石單軸抗壓強(qiáng)度與孔隙度交會(huì)圖如圖6 所示，圖中包含了國內(nèi)不同地區(qū)的砂巖、碳酸鹽巖和頁巖的樣品數(shù)據(jù)，可以看出，孔隙度與單軸抗壓強(qiáng)度存在負(fù)相關(guān)。

圖6 巖石單軸抗壓強(qiáng)度與孔隙度交會(huì)圖Fig.6 Intersection diagram of rock uniaxial compressive strength and porosity

整體來看，這3 種巖性的孔隙度與抗壓強(qiáng)度之間的變化趨勢(shì)非常明顯。圖6 中黑色五星是庫車拗陷地區(qū)D102 井砂巖樣品的單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果?？梢钥闯?，經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)目標(biāo)區(qū)樣品的擬合程度較好。因此，可采用式（19）對(duì)本地區(qū)儲(chǔ)層的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)

4.4 可壓裂性指數(shù)的提出

一般條件下，致密氣藏需要進(jìn)行大規(guī)模的分段壓裂才能更加有效并持續(xù)地進(jìn)行開發(fā)，而預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的有利壓裂層位需通過工程品質(zhì)評(píng)價(jià)、可壓裂性程度分析才能達(dá)到。

致密氣藏進(jìn)行壓裂的目的是最大化改造儲(chǔ)集體的體積和油氣采收率，形成復(fù)雜、可連通的有效裂縫網(wǎng)絡(luò)。因此，高脆性指數(shù)、低斷裂韌性和低抗壓強(qiáng)度的巖石地層才具備理想的壓裂施工條件。因此，可采用巖石脆性指數(shù)、抗壓強(qiáng)度和斷裂韌性多參數(shù)相結(jié)合的方法，構(gòu)建可壓裂性指數(shù)公式

4.5 工程品質(zhì)測(cè)井綜合評(píng)價(jià)

4.5.1 工程品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

一般情況下，致密砂巖儲(chǔ)層的脆性指數(shù)越高，它的可壓裂性就越好。當(dāng)儲(chǔ)層的脆性指數(shù)較高、斷裂韌性較低但抗壓強(qiáng)度較高時(shí)，儲(chǔ)層的裂縫網(wǎng)絡(luò)難以形成，使得可壓裂指數(shù)相應(yīng)減小，降低了儲(chǔ)層的可壓裂性；當(dāng)儲(chǔ)層的抗壓強(qiáng)度較低、脆性指數(shù)較高且斷裂韌性較高時(shí)，儲(chǔ)層中的裂縫延伸擴(kuò)展困難，可壓裂性指數(shù)也相應(yīng)減小，導(dǎo)致儲(chǔ)層的可壓裂性降低；當(dāng)儲(chǔ)層具有較低的抗壓強(qiáng)度、斷裂韌性和脆性指數(shù)時(shí)，同樣也會(huì)降低儲(chǔ)層的可壓裂性。

因此，本文在研究中利用聲波、密度等測(cè)井資料對(duì)地層的脆性指數(shù)、斷裂韌性、抗壓強(qiáng)度及可壓裂性指數(shù)進(jìn)行建模。通過梳理研究結(jié)果，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程中的動(dòng)態(tài)排采和壓裂效果資料，對(duì)庫車拗陷北部構(gòu)造帶地區(qū)的致密氣工程品質(zhì)進(jìn)行了等級(jí)劃分，結(jié)果如表3 所示。

表3 致密氣儲(chǔ)層工程品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Tight gas reservoir engineering quality evaluation standard

表3 中工程品質(zhì)IL類表示儲(chǔ)層可壓裂性強(qiáng)；IIL類表示儲(chǔ)層具備較好的可壓裂性；IIIL類表示儲(chǔ)層可壓裂性差，難以被成功改造。

4.5.2 綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)工程品質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)流程，對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層DB105X 井進(jìn)行工程品質(zhì)測(cè)井綜合評(píng)價(jià)。對(duì)該井致密砂巖儲(chǔ)層的上優(yōu)選段（圖7 第9 道中黃色充填部分或第10 道中紅色充填部分代表可壓裂優(yōu)勢(shì)段）進(jìn)行施工，該井射孔段長(zhǎng)度為58 m，所用壓裂液總量為680 m3，加砂量為31 m3。經(jīng)過試開采，該井累計(jì)總產(chǎn)氣量達(dá)100×104m3，日均產(chǎn)氣量達(dá)10×104m3，壓裂前日產(chǎn)氣3×104m3左右。

圖7 庫車拗陷侏羅系阿合組工程品質(zhì)評(píng)價(jià)成果圖（DB105X 井）Fig.7 Project quality evaluation result map of Jurassic Ahe Formation in Kuqa Depression（Well DB105X）

施工結(jié)果表明，該井儲(chǔ)層改造效果明顯，致密氣產(chǎn)量得到顯著提升，說明本文提出的利用可壓裂性指數(shù)來判斷儲(chǔ)層工程品質(zhì)好壞的方法適用于致密氣儲(chǔ)層，具有一定的可靠性。

5 致密氣“三品質(zhì)”評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用

5.1 “三品質(zhì)”平面分布圖

通過分析，儲(chǔ)層含氣富集程度與烴源巖生烴潛力間的配置關(guān)系對(duì)每口單井產(chǎn)能具有較為穩(wěn)定的控制作用，即源儲(chǔ)配置關(guān)系好能夠控制含油氣富集區(qū)的分布規(guī)律。為了更好地反映單井“三品質(zhì)”特征，定義新的參數(shù)：有機(jī)碳非均質(zhì)指數(shù)TH=(TC/TM)H、生烴非均質(zhì)指數(shù)IH=IS1+S2H、儲(chǔ)層品質(zhì)非均質(zhì)指數(shù)RH=RQIH、儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)非均質(zhì)指數(shù)PH=?PTIH、脆性參數(shù)BI、工程品質(zhì)PI。

圖8a、圖8b 展示了烴源巖品質(zhì)非均質(zhì)特征規(guī)律分布，可以看出，侏羅系陽霞組烴源巖品質(zhì)非均質(zhì)特征參數(shù)向高產(chǎn)區(qū)逐漸增高，表示靠近侏羅系阿合組砂體上部烴源巖對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)能貢獻(xiàn)大。圖8c、圖8d、圖8e、圖8f 為儲(chǔ)層及工程品質(zhì)分布，可以看出，I、II 儲(chǔ)層品質(zhì)參數(shù)與厚度、儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)非均質(zhì)指數(shù)、工程品質(zhì)參數(shù)（脆性、可壓裂性）集中在油氣聚集帶區(qū)域，整體上較好優(yōu)選庫車拗陷北部構(gòu)造帶致密氣的富集區(qū)。

圖8 庫車拗陷侏羅系陽霞組烴源巖、阿合組儲(chǔ)層及工程品質(zhì)綜合平面分布圖Fig.8 Comprehensive plane distribution map of Jurassic Yangxia Formation source rock,Ahe Formation reservoir and engineering quality in Kuqa Depression

5.2 源儲(chǔ)配置關(guān)系及對(duì)產(chǎn)能的控制作用

庫車拗陷研究區(qū)侏羅系陽霞段烴源巖生烴能力與阿合組儲(chǔ)層品質(zhì)有效配置控制了有利富集區(qū)分布，多井評(píng)價(jià)可優(yōu)選大型致密氣藏富集區(qū)。根據(jù)庫車侏羅系阿合組儲(chǔ)層品質(zhì)研究結(jié)果，認(rèn)為影響產(chǎn)能的因素主要為孔隙度和含氣飽和度，其次是孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)，儲(chǔ)層品質(zhì)與產(chǎn)能關(guān)系密切，能較好地描述產(chǎn)能的影響因素。此外，侏羅系陽霞組烴源巖生烴能力越強(qiáng)，同等物性條件下儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)越好，其含氣充注程度則越高，即含氣飽和度越高。由圖9a可見，通過陽霞組烴源巖品質(zhì)與阿合組儲(chǔ)層及工程品質(zhì)平面分布來評(píng)價(jià)富集程度，再將三者結(jié)合，根據(jù)源儲(chǔ)配置關(guān)系來綜合評(píng)價(jià)優(yōu)選富集區(qū)和潛力區(qū)（圖9b），可以有效指導(dǎo)致密氣藏的評(píng)價(jià)和開發(fā)建產(chǎn)。

圖9 庫車拗陷北部構(gòu)造帶致密氣藏“三品質(zhì)”及配置關(guān)系Fig.9 “Three qualities”and their configuration relationships of tight gas reservoir in the north structure of in Kuqa Depression

5.3 實(shí)例井“三品質(zhì)”綜合評(píng)價(jià)

對(duì)塔里木盆地庫車拗陷致密砂巖地層DX1 井進(jìn)行“三品質(zhì)”測(cè)井綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖10 所示。

圖10 庫車拗陷致密氣“三品質(zhì)”測(cè)井綜合評(píng)價(jià)（DX1 井）Fig.10 Comprehensive logging evaluation of“Three qualities”tight gas in Kuqa Depression（Well DX1）

（1）結(jié)合烴源巖品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，DX1 井儲(chǔ)層段上部的陽霞組烴源巖品質(zhì)級(jí)別以IT、IIT類為主。再利用庫車拗陷侏羅系源儲(chǔ)配置與單井產(chǎn)量關(guān)系圖分析，該井的源儲(chǔ)配置關(guān)系顯著且處于構(gòu)造高部位，具備高產(chǎn)氣井特征。

（2）依據(jù)儲(chǔ)層品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，DX1 井4 896.0～4 910.0 m 段及4 939.5～4 943.0 m 段總厚度為17.5 m。利用聲波時(shí)差計(jì)算的孔隙度在6.5%～13.0%，滲透率在0.75～55.00 mD，含氣飽和度在55%～80%，儲(chǔ)層品質(zhì)QR值等于3 和4，整體上該井的儲(chǔ)層品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)為I、II 類。說明該井致密氣儲(chǔ)層品質(zhì)較好。

（3）結(jié)合工程品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過全井段可壓裂性指數(shù)和產(chǎn)層識(shí)別結(jié)果分析，給出DX1井可壓裂層段劃分標(biāo)準(zhǔn)，即將可壓裂性指數(shù)大于0.20 的地層劃為可壓裂層段，其余為遮擋層。依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，可將DX1 井劃分為：Shi1—Shi5 為遮擋層，Pre1—Pre5 為可壓裂層段。壓裂前日產(chǎn)氣2.8×104m3，分段壓裂測(cè)試后日產(chǎn)氣20.0×104m3，高產(chǎn)氣層。

結(jié)合動(dòng)態(tài)測(cè)試資料綜合分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)非常規(guī)致密氣井想要獲得較高產(chǎn)量，不僅要具備好的儲(chǔ)層品質(zhì)、烴源巖品質(zhì)以及較好的源儲(chǔ)配置關(guān)系，而且在壓裂層段要具備好的工程品質(zhì)也是非常重要的關(guān)鍵因素。

6 結(jié)論

（1）儲(chǔ)層品質(zhì)決定了油氣的富集程度。隨著孔隙度、含氣飽和度和孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)增大而儲(chǔ)層品質(zhì)變好。研究區(qū)域中部的構(gòu)造高部位儲(chǔ)層品質(zhì)明顯好于東西部。

（2）烴源巖品質(zhì)對(duì)儲(chǔ)層品質(zhì)好壞具有一定的影響。侏羅系陽霞組底部烴源巖品質(zhì)隨著總有機(jī)碳含量、鏡質(zhì)體反射率和生烴潛能增大而變好。研究區(qū)儲(chǔ)層頂部的儲(chǔ)層品質(zhì)類型以IT、IIT類為主，烴源巖品質(zhì)好的區(qū)域主要位于中部，與烴源巖品質(zhì)一一對(duì)應(yīng)，具備良好的源儲(chǔ)配置關(guān)系。

（3）致密儲(chǔ)層隨著脆性指數(shù)和可壓裂指數(shù)增大其工程品質(zhì)相應(yīng)變好，但隨著抗壓強(qiáng)度和斷裂韌性的增大反而變差。工程品質(zhì)的有利區(qū)位于研究區(qū)的構(gòu)造高部位，且與儲(chǔ)層品質(zhì)、烴源巖品質(zhì)有著較為直接的配置關(guān)系。

（4）致密氣藏富集與否直接受儲(chǔ)層品質(zhì)和烴源巖品質(zhì)好壞影響，而工程品質(zhì)好壞則是決定壓裂成敗的關(guān)鍵。本文在“三品質(zhì)”主控因素評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建相應(yīng)的測(cè)井評(píng)價(jià)方法對(duì)致密氣“三品質(zhì)”進(jìn)行定量評(píng)價(jià)研究，由于涉及專業(yè)范圍廣且多種方法有一定局限性，后續(xù)還需對(duì)烴源巖和工程品質(zhì)方面進(jìn)行深入研究。

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