張漢榮，孫躍峰，竇齊豐，張婷婷

(1.中國石化 勘探南方分公司，四川成都610041;2.德克薩斯農(nóng)工大學(xué)，美國休斯頓77840;3.殼牌石油公司，美國休斯頓77252)

1 概述

在油氣勘探中，儲層是重要的地質(zhì)要素之一，而儲層預(yù)測則是一門關(guān)鍵技術(shù)。儲層地質(zhì)描述的主要參數(shù)是孔隙度、滲透率和孔隙結(jié)構(gòu)，而儲層在地震尺度上描述的主要參數(shù)只有孔隙度，滲透率和孔隙結(jié)構(gòu)在地震尺度上均無法用于預(yù)測儲層。

儲層預(yù)測是應(yīng)用聲波速度隨著儲層孔隙度的增大而減小這個規(guī)律，即利用Wyllie公式通過平均聲波數(shù)據(jù)得到的聲波速度－孔隙度一元關(guān)系模型——通過速度(波阻抗)的變化總結(jié)經(jīng)驗公式計算孔隙度來預(yù)測儲層。這說明孔隙度是影響速度的主要因素，但我們往往發(fā)現(xiàn)，當(dāng)孔隙度不變的時候，速度的變化值有時非常大，如在普光氣田，孔隙度等于 13%時，聲波變化范圍從4 000～7 000 m/s，相差達3 000 m/s(圖 1)，這說明影響速度的因素不僅僅是孔隙度，如果僅用聲波速度來預(yù)測儲層孔隙度，會有一定偏差。

造成孔隙度相同聲波差異大的原因主要是孔隙結(jié)構(gòu)不同(含裂縫)，受沉積環(huán)境變化及成巖作用多樣性影響，會形成極其復(fù)雜的孔隙空間類型，孔隙的大小、形狀、空間展布、孔喉半徑的粗細及其連通關(guān)系，這些都會影響聲波的傳播路徑及傳播時間。另外流體和巖性也是造成聲波差異的原因之一，但相對而言，孔隙結(jié)構(gòu)是繼孔隙度之后的不容忽視的重要因素。

因此，在儲層預(yù)測中應(yīng)充分考慮到孔隙結(jié)構(gòu)的影響。但孔隙結(jié)構(gòu)的表征僅在鉆井取心后的分析化驗中才能得到，在地震尺度上能不能做到，將是一個有意義的挑戰(zhàn)。

2 孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的定義及計算

孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)(γ)是美國Texas A＆M大學(xué)的孫躍峰教授(2000，2004)推導(dǎo)的一個新的巖石物理模型中的參數(shù)［1－4］。

這個模型是用來表征碳酸鹽巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征，該模型已經(jīng)被荷蘭皇家殼牌石油公司命名為孫氏模型(SUN Model)。殼牌石油公司利用該理論模型成功地進行了碳酸鹽巖油氣藏的表征，并將其研究成果于2005年首次公布于眾(Bracco Gartner等，2005)。目前，這一技術(shù)在世界許多大型碳酸鹽巖油氣藏描述中得到廣泛應(yīng)用。

孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)是描述孔隙形狀和大小對聲波產(chǎn)生影響的參數(shù)。主要受儲層孔隙結(jié)構(gòu)及礦物粒徑大小的影響，而相對獨立于孔隙度，在一定程度上可以用來定量的表征儲層滲透率的大小。

孫氏模型的推導(dǎo)是從基本的巖石物理分析開始的，主要的公式如下:

圖1 孔隙度－縱波速度－孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)交會圖Fig.1 Crossplot of porosity-P-wave velocity-frame flexibility factor

式中:Vp為縱波速度，m/s;K和k均為體積模量，Pa;μ為剪切模量，Pa;ρ為密度，g/cm3;Vs為橫波速度，m/s;ρs為巖石骨架密度，g/cm3;φ為孔隙度，%;ρf為流體密度，g/cm3;Ks為巖石骨架體積模量，Pa;Kf為流體體積模量，Pa;φk，F(xiàn)k，f為中間變量;μs為固體骨架剪切模量，Pa;γ，γμ為兩種孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。

孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)是一個由巖石彈性參數(shù)(縱波、橫波、密度等)推導(dǎo)出的新的參數(shù)，它的應(yīng)用在不斷開發(fā)和推廣，阿拉伯聯(lián)合酋長國阿布扎比陸上石油作業(yè)公司在AAPG 2010中東地球科學(xué)會展上展示了他們開發(fā)應(yīng)用SUN模型的結(jié)果［5］。

3 在普光氣田飛仙關(guān)組的初步應(yīng)用

3.1 氣田概況

普光氣田是近年來在川東北發(fā)現(xiàn)的大型氣田［6－7］，也是目前我國海相碳酸鹽巖層系中最大的氣藏，氣藏類型為構(gòu)造－ 巖性復(fù)合型［7－10］，下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組(鮞粒灘儲層)是氣田的主要產(chǎn)氣層位之一，發(fā)育臺地邊緣淺灘相儲層［11－12］，主要巖性為白云巖，儲層不僅厚度大，分布范圍廣，而且受表生溶蝕、白云化、重結(jié)晶、埋藏溶蝕、超壓作用、構(gòu)造運動等成巖作用的影響［13－17］，發(fā)育多種孔隙類型(表1)，儲層孔隙結(jié)構(gòu)差異大，儲層非均質(zhì)性強。

3.2 用孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)劃分孔隙空間類型，建立二元孔隙度－速度關(guān)系

普光氣田縱波速度總體上隨著密度孔隙度的增大而減小(圖1)，但分布范圍非常發(fā)散，發(fā)散的主要原因是孔隙結(jié)構(gòu)的差異。應(yīng)用測井資料，選取合適的巖石物理參數(shù)，參照孫氏模型中孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算公式，計算出孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。繪制密度孔隙度－縱波速度－孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)交會圖(圖1)，以孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)為指標(biāo)，非常明顯地將密度孔隙度－縱波速度劃分出3個區(qū)域。紅色區(qū)域的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)小于2，黃色區(qū)域的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)在2～7，藍色區(qū)域的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)大于7。

表1 普光氣田飛仙關(guān)組儲層儲集空間類型及特征Table 1 Reservoir types and characteristics of the Feixianguan Formation in Puguang gas field

表2 普光氣田巖心物性與孔隙結(jié)構(gòu)Table 2 Core physical properties and pore structure in Puguang gas field

選取普光氣田的8個巖心資料點(表2;圖1)，結(jié)合孔隙度、滲透率、鑄體薄片等分析資料研究發(fā)現(xiàn):順著顏色帶看，1，4號點位于紅色樣點區(qū)域，孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)值小于2，反應(yīng)的是孔隙類型多樣，孔隙空間大小不一，分布不均勻。如4號點孔隙類型有粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、晶間孔及裂縫，粒內(nèi)溶孔空間大，其他孔隙空間小。2，5，7，8號點位于黃色樣點區(qū)域，孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)在2～7，反應(yīng)孔隙類型較單一，孔隙空間大小相近，分布較均勻－均勻，并隨著孔隙空間大小的增加，孔隙度滲透率隨之增加。3，6號點位于藍色樣點區(qū)域，孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)大于7，反應(yīng)孔隙類型以裂縫為主。由此可見，孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)可以定量地劃分孔隙空間類型。

垂直顏色帶看，4，5，6三個樣點的孔隙度比較接近，分別為13.31%，10.79%，10.12%。但由于它們的孔隙空間不一樣，即孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)分別為小于2，2～7和大于7，造成縱波速度相差很大，從4 800～6 050～6 550 m/s。對比3個樣點的滲透率變化趨勢，隨著孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的增大，滲透率隨之增大，分別為 0.384 6 ×10－3，9.533 1 ×10－3和27.418 2 ×10－3μm2。1，2，3 三個樣點也有類似的情況，1，2號樣品孔隙度接近，孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)不同，但滲透率相差20多倍，3號樣品孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)大，孔隙度雖然不到2號的一半，滲透率卻比2號大。由此可見，孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)可以用來表征滲透率。滲透率并不完全是隨著孔隙度增大而增大，而與孔隙結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，不同的孔隙結(jié)構(gòu)具有不同的滲透率。

由此可見，孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)可以劃分孔隙空間類型，并與滲透率有一定關(guān)系。有了這樣的地質(zhì)認識，就可以將孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)用到儲層預(yù)測中，常規(guī)方法只能建立速度與孔隙度的一元關(guān)系式來預(yù)測儲層孔隙度，即通常只能擬合黃色區(qū)域孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)在2～7之間的速度與孔隙度的關(guān)系，來預(yù)測儲層，而紅色和藍色區(qū)域的儲層可能就被忽略掉。用孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)約束，在孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)小于2時，可以建立紅色區(qū)域速度與孔隙度的關(guān)系，孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)在2～7時，建立黃色區(qū)域速度與孔隙度的關(guān)系，孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)大于7時，建立藍色區(qū)域速度與孔隙度的關(guān)系。顯然用三個關(guān)系式比用一個關(guān)系式來預(yù)測不同孔隙空間的儲層，可以彌補常規(guī)儲層預(yù)測的不足。

3.3 用孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)劃分滲透率類型，建立孔隙度－滲透率－孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)二元關(guān)系

用普光氣田巖心樣點的實測物性資料，和用孫氏模型計算的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)編制孔隙度－滲透率－孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)交匯圖(圖2)，圖上可見孔隙度－滲透率沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，用任何直線或曲線都沒法擬合。但用孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)為指標(biāo)，可以將孔隙度－滲透率分為兩種趨勢，紅色樣點是孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)小于3.5，藍色樣點是孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)大于3.5。兩種趨勢基本明顯，但還存在著部分散點，原因是孔隙度滲透率是巖心測量的，而孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)是測井曲線計算的，由于將巖心歸位到測井曲線上的過程中，兩者精度不一致，造成歸位存在一定偏差，因此由測井參數(shù)計算出來的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)在孔滲關(guān)系圖上的顏色出現(xiàn)部分散點，但孔滲關(guān)系兩個方向的趨勢很明顯。

圖2 孔隙度－滲透率－孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)交會圖Fig.2 Crossplot of porosity-permeability-frame flexibility factor

這兩種趨勢的孔滲關(guān)系代表了什么地質(zhì)意義呢?筆者選中這些樣點，反過來找到了它們對應(yīng)的層位，然后選取整個類似層段(紫紅色層段與綠色層段，圖2)，對照著鑄體薄片等分析資料，發(fā)現(xiàn)了這么一個有趣的現(xiàn)象。

紫紅色樣點反應(yīng)的是含礫屑鮞粒白云巖中鮞?？着c粒內(nèi)溶孔發(fā)育的儲層(圖2中1，3號樣點)。由于早期選擇性溶蝕較強，發(fā)育豐富的粒內(nèi)溶孔、鮞?？准吧倭康牧ｉg溶孔，粒內(nèi)溶孔中可見示底構(gòu)造。但由于晚期溶蝕作用較弱，孔隙多呈孤立狀，連通性較差。鮞模孔與粒內(nèi)溶孔發(fā)育，孔隙度大，但連通性不夠，平均滲透率在 1×10－3μm2左右，為高孔中滲儲層。

藍色樣點反應(yīng)的是殘余鮞粒白云巖和糖粒狀殘余鮞粒中粗晶白云巖(圖2中2，4號樣點)。由于重結(jié)晶影響，原始結(jié)構(gòu)基本破壞，僅見殘余結(jié)構(gòu)。巖石結(jié)構(gòu)均勻，鮞?；疽讶恐亟Y(jié)晶成中粗晶，似“糖粒狀”，僅見殘余鮞粒。破裂普遍，形成一套碎裂殘鮞白云巖和殘鮞中粗晶白云巖。巖石中溶孔極為豐富，主要為晶間溶孔及晶間溶蝕擴大孔，儲集性極好?？紫抖绕骄禐?2.71%。滲透率平均值為479.339×10－3μm2，為高孔特高滲儲層。

這兩種孔隙結(jié)構(gòu)類型，孔隙度雖然都是一類，但滲透率的差異卻很大，用孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)可以定量的把它們區(qū)分開來。

在地震尺度上，由于孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)可以通過疊前地震資料，提取縱橫波及密度資料，用孫氏模型進行反演而得到。再通過孔隙度－滲透率－孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，建立孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)約束的孔隙度－滲透率二元模型，就可以在孔隙度預(yù)測的基礎(chǔ)上，進一步預(yù)測滲透率，達到在地震尺度上，用孔隙度、滲透率和孔隙結(jié)構(gòu)來描述儲層的目的。

4 結(jié)論

1)孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)是一個新的巖石物理參數(shù)。是描述孔隙形狀和大小對聲波產(chǎn)生影響的一個參數(shù)。主要受儲層孔隙結(jié)構(gòu)及礦物粒徑大小的影響，而相對獨立于孔隙度，在一定程度上可以用來定量的表征儲層滲透率的大小。

2)孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)將孔隙結(jié)構(gòu)定量化，可用于刻畫不同的孔隙空間類型。建立孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)約束的速度－孔隙度－孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)二元關(guān)系模型，彌補常規(guī)模型預(yù)測孔隙度的不足。

3)孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)可用于表征滲透率非均質(zhì)性，用孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)約束建立孔隙度與滲透率之間的關(guān)系，來劃分滲透率類型，這樣可以在儲層預(yù)測中用于預(yù)測滲透率，達到在地震尺度上預(yù)測滲透率的目的。

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