胡英杰

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

20世紀90年代，遼河油田在雷家地區(qū)沙四段儲層發(fā)現(xiàn)湖相碳酸鹽巖油藏，探明石油地質(zhì)儲量為1 342×104t，并按常規(guī)油藏進行了開發(fā)。2012年以來，研究人員按照致密油理念對該油藏進行地質(zhì)-工程一體化評價。截至目前，該油藏探明儲量僅開發(fā)動用40%，采出程度為5%。前人對湖相碳酸鹽巖致密油的研究多集中在油藏基本地質(zhì)特征及地震資料處理解釋，缺少系統(tǒng)的巖石物理研究，對致密油的主控因素認識不清，也未制訂出致密油儲層定量分類標準及適用于老油田的“甜點”刻畫方法[1-5]。通過研究雷家地區(qū)沙四段構(gòu)造、巖性、物性、含油性、地應(yīng)力與油層產(chǎn)能之間的關(guān)系，明確巖性是致密油主控因素，建立了湖相碳酸鹽巖致密油儲層定量分類標準，利用測井資料精細刻畫了“甜點”分布，在 “甜點”區(qū)新增了億噸級規(guī)模儲量，并形成了一套利用測井資料刻畫致密油“甜點”的研究方法。

1 地質(zhì)概況

雷家地區(qū)位于遼河坳陷西部凹陷中北部，面積約為200.0 km2。沙四段湖盆裂陷初期，區(qū)內(nèi)缺少物源注入，形成以陳家洼陷為沉積中心的閉塞咸化湖盆[6-13]。巖石以粉晶、泥晶碳酸鹽巖為主，單層厚度為10～30 cm，紋層發(fā)育。礦物成分主要為白云石、方沸石及黏土，含有少量石英和長石。發(fā)育白云巖類、方沸石巖類、泥頁巖類及過渡類巖性，以過渡類巖性為主。沙四段烴源巖TOC普遍較高，為1.2%～8.3%，平均為2.7%；干酪根類型以Ⅰ—Ⅱ1型為主；成熟優(yōu)質(zhì)烴源巖(Ro為0.5%～1.3%)總面積達98.8 km2，平均厚度為90 m。儲層巖石孔隙直徑為0.3～40.0 μm，巖石儲集空間主要特點為中小孔、細喉—微細喉。儲層孔隙度為4.0%～16.0%，平均值為11.2%，巖心滲透率為0.100×10-3～32.000×10-3μm2，平均為3.760×10-3μm2，總體表現(xiàn)出中低孔、低滲的特點。沙四段優(yōu)質(zhì)烴源巖與碳酸鹽巖儲層緊密接觸，形成了源儲一體型的致密油[14-15]。第4次資源評價結(jié)果表明，雷家地區(qū)沙四段湖相碳酸鹽巖致密油資源量達2.3×108t，具有較大的勘探潛力。

2 致密油主控因素研究

對雷家地區(qū)沙四段湖相碳酸鹽巖巖心進行巖性(常規(guī)薄片、X-衍射、碳酸鹽含量等)、儲集空間及孔喉(鑄體薄片、掃描電鏡、壓汞、微孔隙分析等)、物性(覆壓孔滲、脈沖滲透率等)、含油性(核磁共振等)、巖石彈性力學等測試，累計分析測試樣品1 010塊次，研究了儲層參數(shù)之間的關(guān)系及對油層產(chǎn)能的影響。結(jié)果表明，巖性控制儲集空間類型、物性、含油性，進而影響油層產(chǎn)能，是沙四段致密油的主控因素。

2.1 巖性控制儲集空間類型及儲層物性

2.1.1 巖石礦物成分控制儲集空間類型

系統(tǒng)取心分析結(jié)果顯示，沙四段儲集空間類型主要包括原生粒間孔、次生溶孔、層間縫及收縮縫4種(圖1)。儲集空間類型主要受礦物成分控制：白云巖類儲集空間以原生及次生溶蝕孔隙為主，泥頁巖類或方沸石巖類儲集空間以裂縫為主。隨著巖心中泥質(zhì)或方沸石含量增大，儲集空間由以孔隙為主向以裂縫為主變化。

圖1 雷家地區(qū)沙四段主要儲集空間類型

2.1.2 巖石礦物成分控制儲層物性

巖石礦物成分與儲層物性關(guān)系密切。隨著白云石含量降低、泥質(zhì)或方沸石含量升高，儲層物性變差[16-20]：白云石含量高的巖石面孔率大，泥質(zhì)或方沸石含量高的巖石面孔率小(圖1)；隨著泥質(zhì)含量增大，儲層滲透率降低(在相同的孔喉半徑條件下，泥質(zhì)白云巖滲透率小于白云巖滲透率)；隨著方沸石含量增大(儲層中方沸石多以充填孔隙形式存在)，孔喉變小，儲層物性變差。

2.2 巖性控制含油性

沙四段目的層鉆井取心的巖性、物性及含油性測試結(jié)果顯示，含油性受巖性控制，進而受物性影響。以L84井3個巖心取樣點為例，取樣深度分別為2 635.40、2 635.68、2 636.22 m，巖性分別為云質(zhì)泥巖、含方沸石泥質(zhì)泥晶云巖、泥質(zhì)泥晶云巖。隨著白云石含量升高(白云石含量從28.6%升至62.1%)，物性變好(孔隙度從1.9%升至7.3%)，巖心油氣顯示級別從熒光變?yōu)橛桶?，含油性明顯變好(表1)。

表1 L84井鉆井取心巖性、物性與含油性測試統(tǒng)計

2.3 巖性控制產(chǎn)能

對沙四段目的層17塊鉆井取心開展微觀孔隙及巖石比表面測量。分析認為，巖石礦物成分影響孔喉，進一步影響產(chǎn)能。隨著巖石比表面積減小(白云石含量增大、泥質(zhì)含量降低)，吸附油氣的平均孔徑增大，巖石含油飽和度增大，突破壓力降低，巖石中油氣更容易產(chǎn)出。

探井試油試采統(tǒng)計結(jié)果證實，油層產(chǎn)能與巖石礦物成分關(guān)系密切，隨著白云石含量增大，產(chǎn)能變好。工業(yè)油流井白云石含量一般大于40%，高產(chǎn)工業(yè)油流井白云石含量一般大于50%。

3 致密油儲層分類標準研究

以巖心測試為基礎(chǔ)，以試油投產(chǎn)資料為驗證，研究致密油儲層中流體賦存狀態(tài)、儲層物性及含油性下限，綜合確定湖相碳酸鹽巖致密油分類標準。

3.1 致密油儲層物性下限研究

受目前實驗條件限制，利用常規(guī)毛管壓力資料無法研究孔喉半徑小于50×10-3μm的儲層。利用工區(qū)內(nèi)7口井17塊巖心微觀孔隙分析結(jié)果及45塊巖心毛管壓力曲線，繪制了孔喉直(半)徑與含氣飽和度(圖2、3)、孔喉直徑與滲透率關(guān)系曲線(圖4)，研究孔喉直徑與滲透率、含油氣飽和度之間的關(guān)系，根據(jù)油氣在孔隙中的賦存狀態(tài)確定儲層物性下限：①根據(jù)巖心微觀孔隙分析，孔喉直徑小于7×10-3μm時，油氣在孔隙中以吸附狀態(tài)存在，油氣飽和度小于0.1%(圖2)，巖心滲透率臨界值為0.001×10-3μm2(圖4)。②孔喉直徑約為15×10-3μm時，油氣在孔隙中開始以吸附+游離狀態(tài)存在，此時吸附油氣飽和度為2.0%(圖2)，游離油氣飽和度小于10.0%(圖3)，巖心滲透率為0.040×10-3μm2(圖4)。根據(jù)實驗①和②研究結(jié)果確定儲層滲透率下限：孔喉直徑為15×10-3μm，滲透率為0.040×10-3μm2，含油氣飽和度為10.0%。③孔喉直徑超過20×10-3μm后，油氣在孔隙中以游離狀態(tài)為主，此時吸附油氣飽和度為3.0%(圖2)，游離油氣飽和度為10.0%(圖3)，巖心滲透率為0.100×10-3μm(圖4)。根據(jù)實驗③研究結(jié)果確定油層滲透率下限：孔喉直徑為20×10-3μm，滲透率為0.100×10-3μm2，總含油氣飽和度約為13.00%。

圖2 吸附氣飽和度與孔喉直徑關(guān)系

圖3 平均孔喉半徑與最大進汞飽和度關(guān)系

根據(jù)沙四段13口井101塊儲層巖心分析測試，繪制了物性與含油性關(guān)系曲線(圖5)，以油斑作為油層含油性下限，則最小滲透率為0.086×10-3μm2，與上述確定的油層滲透率下限0.100×10-3μm2接近，因此，將0.100×10-3μm2作為油層的滲透率下限。

統(tǒng)計沙四段14口井、35層試油產(chǎn)能及物性資料，對油層的物性標準進一步細化(圖5)：當孔隙度不小于10%，滲透率不小于20.000×10-3μm2，油層一般有自然產(chǎn)能；孔隙度為6%～10%，滲透率為1.000×10-3～20.000×10-3μm2，一般壓裂后才能獲得工業(yè)油流；孔隙度小于6%或滲透率為0.100×10-3～1.000×10-3μm2，壓裂后投產(chǎn)效果差。

圖4 巖心分析平均孔喉半徑與滲透率關(guān)系

圖5 儲層物性與試油產(chǎn)能關(guān)系

3.2 致密油儲層含油飽和度研究

在巖性鑒定及巖心孔隙度測試基礎(chǔ)上，根據(jù)巖心核磁共振、毛管壓力測量結(jié)果，研究不同巖性、孔隙度條件下的致密油含油飽和度。結(jié)果表明，隨著白云石含量增加、孔隙度增大，巖石的含油飽和度增大(圖6)，當巖心孔隙度為10.0%時，致密油含油飽和度約為60%；當巖心孔隙度為6.0%時，致密油含油飽和度約為40%。

圖6 巖心孔隙度與含油飽和度關(guān)系

3.3 致密油儲層分類標準

根據(jù)上述致密油主控因素、物性、含油性研究結(jié)果，結(jié)合區(qū)內(nèi)試油投產(chǎn)井的產(chǎn)能情況，綜合制訂雷家沙四段湖相碳酸鹽巖致密油分類評價標準(表2)。

Ⅰ類儲層：白云石含量大于50%，泥質(zhì)含量小于40%；地層厚度大于40 m；孔隙度大于10%，滲透率大于20.000×10-3μm2；巖心含油級別在油斑以上，含油飽和度大于80%；巖石脆性指數(shù)為40%～75%；試油有自然產(chǎn)能，直井累計產(chǎn)油量大于2 000 t，或壓裂后累計產(chǎn)油量大于5 000 t。

Ⅱ類儲層：白云石含量大于40%，泥質(zhì)含量小于50%；地層厚度大于30 m；孔隙度大于6%，滲透率為1.000×10-3～20.000×10-3μm2；巖心含油級別以油斑、油跡為主，含油飽和度為60%～80%；巖石脆性指數(shù)為40%～75%；壓裂后獲工業(yè)油流，直井累計產(chǎn)油量低于2 000 t。

Ⅲ類儲層：白云石含量大于40%，泥質(zhì)含量小于50%；地層厚度大于20 m；孔隙度大于6%，滲透率為0.100×10-3～1.000×10-3μm2；巖心含油級別在熒光以上，含油飽和度為40%～60%；巖石脆性指

數(shù)為30%～60%，壓裂后可獲工業(yè)油流，投產(chǎn)后產(chǎn)量遞減快，累計產(chǎn)油量低于1 000 t；Ⅳ類儲層：白云石含量小于40%，泥質(zhì)含量大于60%；地層厚度大于20 m；孔隙度小于6%，滲透率為0.040×10-3～0.100×10-3μm2；含油飽和度小于40%；巖石脆性指數(shù)小于35%，壓裂后低產(chǎn)量或干層。

表2 雷家沙四段湖相碳酸鹽巖致密油分類評價標準

4 湖相碳酸鹽巖致密油測井“甜點”刻畫

針對該區(qū)致密油勘探實際，根據(jù)上述致密油分類標準開展測井資料精細解釋，確定“甜點”縱向分布，利用多井測井處理解釋確定“甜點”平面分布，并建立了致密油利用測井資料進行 “甜點”刻畫研究方法：①在致密油巖心聯(lián)測基礎(chǔ)上，利用Geolog 等軟件對測井資料精細處理，得到巖石礦物成分、物性、含油性、脆性等儲層參數(shù)，結(jié)合巖心分析測試結(jié)果，得到致密油測井處理解釋成果(圖7)；②根據(jù)致密油分類評價標準，確定單井縱向上油層有效厚度；③在多井測井處理解釋基礎(chǔ)上，確定巖石礦物成分、油層有效厚度、原油密度、單井穩(wěn)定日產(chǎn)油量平面分布；④在油層頂界構(gòu)造圖上疊合白云石、方沸石、泥質(zhì)含量、油層有效厚度、原油密度、產(chǎn)能平面分布；⑤根據(jù)致密油分類評價標準，圈定致密油平面“甜點”分布(圖8)。

圖7 L84井致密油測井處理解釋成果與巖心分析對比

按照上述研究方法，對雷家地區(qū)沙四段49口探井開展了測井精細處理解釋，確定了雷家沙四段湖相碳酸鹽巖致密油“甜點”分布范圍，其中，杜家臺油層Ⅰ類+Ⅱ類“甜點”區(qū)為27.2 km2；高升油層Ⅰ類+Ⅱ類“甜點”區(qū)為77.5 km2。2014至2017年，沙四段I類+II類致密油“甜點”區(qū)累計新增三級石油地質(zhì)儲量近億噸，取得了較好的勘探成效。針對Ⅲ、Ⅳ類“甜點”區(qū)，需加強儲層改造工程的工藝攻關(guān)，提升其經(jīng)濟效益。

圖8 雷家沙四段致密油測井“甜點”分布

5 結(jié) 論

(1) 針對雷家地區(qū)沙四段湖相碳酸鹽巖巖性細、礦物成分復雜、中小孔、細喉—微細喉、儲層相對致密等特點，研究了巖性、物性、孔喉、含油性、脆性、地應(yīng)力與油層產(chǎn)能之間的關(guān)系，研究結(jié)果表明巖性是致密油的主控因素。

(2) 根據(jù)儲層中油氣賦存狀態(tài)，巖性、物性、含油性及產(chǎn)能之間的關(guān)系，確定儲層物性及含油性下限，綜合確定湖相碳酸鹽巖致密油定量分類標準。

(3) 利用測井資料刻畫了致密油“甜點”分布，并形成了配套的致密油測井評價工作流程，為老油田開展致密油評價提供了技術(shù)借鑒。