宋延杰， 陳仁杰， 唐曉敏， 孫 紅， 權(quán)新榮

(1.東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318； 2.非常規(guī)油氣成藏與開(kāi)發(fā)省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地， 黑龍江 大慶 163318； 3.吉林油田研究院，吉林 松原 138000)

0 引 言

W斷陷發(fā)育有侏羅系(J)和白堊系(K)兩套沉積地層，下斷上坳，西陡東緩。其中，S1段發(fā)育一套安山質(zhì)沉火山角礫巖，埋深2 500～3 000 m，儲(chǔ)層孔隙度分布范圍在3%～12%之間，平均孔隙度為7.5%，空氣滲透率分布范圍在0.01～1.00 mD之間，平均滲透率為0.14 mD，屬于致密火山巖儲(chǔ)層[1]。國(guó)內(nèi)外研究人員針對(duì)致密火山巖儲(chǔ)層測(cè)井解釋方法已經(jīng)做了大量研究工作，在物性參數(shù)計(jì)算方面，提出了聲波時(shí)差擬合、三孔隙度組合和中子、密度、聲波測(cè)井值多元回歸以及變骨架參數(shù)等方法計(jì)算致密火山巖基質(zhì)孔隙度、裂縫孔隙度[2-6]；在孔隙度模型建立的基礎(chǔ)上，通常利用孔隙度回歸建立了火山巖儲(chǔ)層滲透率模型[3-4,6-7]。

在火山巖含水飽和度計(jì)算方面，基于火山巖巖電規(guī)律和導(dǎo)電機(jī)理研究，建立了多種火山巖電阻率模型，如變m、n值的阿爾奇方程、基于孔隙-裂縫雙重介質(zhì)導(dǎo)電的電阻率模型、基于Maxwell導(dǎo)電模型和Fricke方程的改進(jìn)電阻率模型、孔隙幾何形態(tài)電阻率模型等[8-13]。但是，這些導(dǎo)電模型在描述火山巖孔隙結(jié)構(gòu)變化對(duì)巖石導(dǎo)電規(guī)律影響方面還存在一定的不足，需要進(jìn)一步研究。B.Z.Shang[14-15]提出了等效巖石元素模型，將巖石的孔隙空間分為對(duì)導(dǎo)電性影響大的小孔隙與影響小的大孔隙兩部分，其中，小孔隙中電荷遷移效率高；大孔隙中電荷遷移效率低，通過(guò)引入孔隙結(jié)構(gòu)效率參數(shù)描述小孔隙與大孔隙的體積比對(duì)巖石導(dǎo)電性的影響，有效提高了復(fù)雜儲(chǔ)層飽和度解釋精度。在此基礎(chǔ)上，研究人員對(duì)等效巖石元素導(dǎo)電模型進(jìn)行了一定的改進(jìn)，并將其應(yīng)用于孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的致密砂巖、砂礫巖儲(chǔ)層飽和度計(jì)算，取得了較好的效果[16-17]。目前，等效巖石元素導(dǎo)電模型研究?jī)H僅針對(duì)砂巖、砂礫巖儲(chǔ)層，而未開(kāi)展過(guò)其對(duì)火山巖儲(chǔ)層適用性的研究。

針對(duì)安山質(zhì)沉火山角礫巖致密氣儲(chǔ)層物性差、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、微孔隙發(fā)育的特征，筆者給出了適應(yīng)于安山質(zhì)沉火山角礫巖致密氣儲(chǔ)層的孔隙度、滲透率、束縛水飽和度模型，并將描述復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)特征的等效巖石元素導(dǎo)電模型首次應(yīng)用到安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層飽和度解釋。

1 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

巖石薄片的分析表明，安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層中發(fā)育孔隙和裂縫兩種儲(chǔ)集空間類(lèi)型，孔隙型儲(chǔ)集空間以微孔隙(圖1a)和縮小粒間孔、粒內(nèi)溶蝕孔(圖1b)為主，它們?cè)趲r石中分布不均勻，連通性較差。裂縫型儲(chǔ)集空間主要為構(gòu)造縫以及微裂縫(圖1c)，部分構(gòu)造縫被方解石、黃鐵礦、綠泥石等不同程度充填，而另有部分裂縫則被溶蝕擴(kuò)大，致使儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

圖1 儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)類(lèi)型Fig. 1 Microscopic pore structure types of reservoirs

基于壓汞和核磁實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，根據(jù)巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)好壞，將安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層劃分為3類(lèi)儲(chǔ)層。I類(lèi)儲(chǔ)層排驅(qū)壓力小于2 MPa，P25壓力小于5 MPa，核磁T2弛豫時(shí)間大于10 ms的T2譜面積大，可動(dòng)流體含量占比大，孔隙度大于8%，微孔隙體積百分含量平均為60%；II類(lèi)儲(chǔ)層排驅(qū)壓力介于2～20 MPa，P25壓力介于5～30 MPa，核磁T2弛豫時(shí)間大于10 ms的T2譜面積小，可動(dòng)流體含量占比小，孔隙度介于5%～8%，微孔隙體積百分含量平均為80%；III類(lèi)儲(chǔ)層排驅(qū)壓力大于20 MPa，P25壓力達(dá)到65 MPa，核磁T2譜呈單峰結(jié)構(gòu)，分布在T2弛豫時(shí)間10 ms以?xún)?nèi)，孔隙度小于5%，微孔隙體積百分含量平均為90%，見(jiàn)圖2。綜上所述，安山質(zhì)沉火山角礫巖微孔隙發(fā)育、喉道細(xì)、滲透性較差。

圖2 安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層特征Fig. 2 Tight andesitic volcanic breccia reservoir characteristics

2 儲(chǔ)層參數(shù)測(cè)井解釋模型的建立

2.1 孔隙度測(cè)井解釋模型

W斷陷安山質(zhì)沉火山角礫巖骨架參數(shù)與常規(guī)砂巖、砂礫巖不同。利用巖心分析孔隙度及測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)確定了安山質(zhì)沉火山角礫巖的骨架參數(shù)，進(jìn)而給出了孔隙度計(jì)算方法。

2.1.1 巖石骨架參數(shù)的確定

當(dāng)致密儲(chǔ)層巖性相同、流體類(lèi)型一致時(shí)，隨孔隙度減小，密度測(cè)井值和電阻率測(cè)井值均增大，中子孔隙度和聲波時(shí)差測(cè)井值均減小，且當(dāng)孔隙度趨近于0，巖石電阻率趨于無(wú)窮大時(shí)，儲(chǔ)層的密度、中子孔隙度、聲波時(shí)差測(cè)井值即為該種巖性的骨架密度、中子孔隙度、聲波時(shí)差值。圖3、圖4分別給出了安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層(去掉明顯含氣層以及井眼擴(kuò)大明顯層)巖心分析孔隙度(φc)與密度測(cè)井值(ρd)以及電阻率測(cè)井值(ρRT)與密度測(cè)井值的交會(huì)圖，從圖中可以看出，巖心分析孔隙度與密度測(cè)井值關(guān)系較好，當(dāng)孔隙度為0，電阻率趨于無(wú)窮時(shí)，對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值為2.67 g/cm3，即安山質(zhì)沉火山角礫巖骨架密度值近似為2.67 g/cm3，同理，確定了中子孔隙度、聲波時(shí)差值為0.08、174 μs/m。

圖3 密度測(cè)井值和巖心分析孔隙度交會(huì)Fig. 3 Cross plot between density log and core analysis porosity

圖4 密度測(cè)井值和電阻率測(cè)井值交會(huì)Fig. 4 Cross plot between density log and resistivity log

2.1.2 孔隙度計(jì)算模型

儲(chǔ)層含氣使中子孔隙度減小，密度孔隙度和聲波孔隙度增大?？紤]儲(chǔ)層含氣性影響，利用5口井18塊安山質(zhì)沉火山角礫巖巖樣的中子孔隙度和密度孔隙度或聲波孔隙度與巖心分析孔隙度數(shù)據(jù)，采用回歸的方法，建立了安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層孔隙度計(jì)算模型，其中，中子孔隙度和密度孔隙度組合計(jì)算孔隙度平均相對(duì)誤差為7.5%，中子孔隙度和聲波孔隙度組合計(jì)算孔隙度平均相對(duì)誤差為8.0%。

(1)中子孔隙度和密度孔隙度組合

(1)

(2)中子孔隙度和聲波孔隙度組合

(2)

式中:φ——孔隙度，%；

ρd——密度測(cè)井值，g/cm3；

ρma——骨架密度值，g/cm3；

ρmf——濾液密度值，g/cm3；

ΦN——中子測(cè)井值；

ΦNma——骨架中子值；

ΦNmf——濾液中子值；

Δt——聲波時(shí)差測(cè)井值，μs/m；

Δtma——骨架聲波時(shí)差值，μs/m；

Δtmf——濾液聲波時(shí)差值，μs/m。

對(duì)于未擴(kuò)徑儲(chǔ)層，中子孔隙度和密度孔隙度組合計(jì)算孔隙度效果好于中子孔隙度和聲波孔隙度組合；對(duì)于擴(kuò)徑較嚴(yán)重儲(chǔ)層，中子孔隙度和聲波孔隙度組合計(jì)算孔隙度效果好于中子孔隙度和密度孔隙度組合。

2.2 滲透率計(jì)算模型

利用6口井的30塊安山質(zhì)沉火山角礫巖巖心分析數(shù)據(jù)，建立了巖心分析孔隙度和滲透率交會(huì)圖(圖5)，從圖中可得孔隙度和滲透率相關(guān)性很好，相關(guān)系數(shù)為0.92，通過(guò)孔隙度回歸分析的方法，建立了安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層滲透率解釋模型，即

K=3×10-5φ3.900 7

(3)

式中:K——滲透率，mD。

圖5 孔隙度和滲透率的關(guān)系Fig. 5 Relationship between porosity and permeability

2.3 束縛水飽和度模型

針對(duì)致密儲(chǔ)層，除了利用孔隙度、滲透率、黏土含量等參數(shù)回歸建立束縛水飽和度模型之外，研究人員還利用毛管壓力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立J函數(shù)與含水飽和度之間的關(guān)系，結(jié)合J函數(shù)概念以及含氣高度與儲(chǔ)層毛管壓力之間的關(guān)系，建立了儲(chǔ)層含水飽和度的關(guān)系式，進(jìn)而求取儲(chǔ)層束縛水飽和度[18-21]。

由于研究區(qū)核磁離心實(shí)驗(yàn)分析的束縛水飽和度數(shù)據(jù)很少，因此，針對(duì)W斷陷沉火山角礫巖氣藏受重力分異作用，氣高水低，氣水界面明顯的特點(diǎn)，利用毛管壓力數(shù)據(jù)擬合J函數(shù)與含水飽和度之間的關(guān)系，結(jié)合J函數(shù)概念以及含氣高度與儲(chǔ)層毛管壓力之間的關(guān)系，建立儲(chǔ)層含水飽和度關(guān)系式，進(jìn)而分析不同孔滲下含水飽和度隨含氣高度的變化關(guān)系，確定合適的氣水界面高度，從而確定出氣柱高度。對(duì)于氣層，儲(chǔ)層的束縛水飽和度等于氣柱高度對(duì)應(yīng)的含水飽和度。

利用S1段3塊安山質(zhì)沉火山角礫巖巖樣的壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立“J函數(shù)”與含水飽和度交會(huì)圖(見(jiàn)圖6)，擬合得到二者的關(guān)系式，相關(guān)系數(shù)為0.88，其公式為

(4)

圖6 J函數(shù)與含水飽和度的關(guān)系Fig. 6 Relationship between J-function and water saturation

根據(jù)氣柱高度H與J函數(shù)之間的關(guān)系式，建立儲(chǔ)層原始含水飽和度關(guān)系式，即

Sw(H，K，φ)=e6.498 69-0.530 22 lnH-0.265 11ln(K/φ)，

(5)

式中:Sw——含水飽和度，%；

H——?dú)庵叨?，m。

利用氣藏剖面研究成果，綜合確定自由水面以上63 m為氣層。氣柱高度(H=63 m)對(duì)應(yīng)的含水飽和度即為儲(chǔ)層的束縛水飽和度值。由此建立束縛水飽和度計(jì)算公式為

Swi=e6.498 69-0.530 22ln63-0.265 11ln(K/φ)，

(6)

式中,Swi——束縛水飽和度，%。

2.4 儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算精度分析

利用建立的孔隙度、滲透率模型處理A6井安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層，并將計(jì)算結(jié)果與巖心分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。圖7給出了儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算值與巖心分析數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果。圖中，GR代表自然伽馬，SP代表自然電位，CAL代表井徑，RLA1～RLA5代表陣列側(cè)向電阻率，U代表鈾，TH代表釷，K代表鉀。選用中子密度孔隙度組合計(jì)算取心段孔隙度，從圖中可以看出，安山質(zhì)沉火山角礫巖計(jì)算孔隙度和滲透率值與巖心分析數(shù)據(jù)吻合很好，證明建立的儲(chǔ)層參數(shù)模型計(jì)算精度較高。

圖7 A6井儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算值與巖心分析值對(duì)比Fig. 7 Comparison of calculated results and measured data for well A6

3 儲(chǔ)層飽和度解釋方法

針對(duì)S1段安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層孔滲非常低、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特征。選用能描述巖石孔隙結(jié)構(gòu)特征的等效巖石元素理論建立了致密氣儲(chǔ)層飽和度模型。同時(shí)，給出了阿爾奇方程，對(duì)比飽和度模型應(yīng)用效果。

3.1 等效巖石元素電阻率模型

等效巖石元素模型認(rèn)為飽含水巖石中電荷遷移效率高的小孔隙和電荷遷移效率低的大孔隙為串聯(lián)導(dǎo)電。其等效體積模型見(jiàn)圖8。

根據(jù)地層因素公式定義[14-16]可得

F=(1-φ)2/epsφ+1/φ，

(7)

式中：F——地層因素；

eps——孔隙結(jié)構(gòu)效率。

當(dāng)孔隙空間中存在油氣時(shí)，含油氣純巖石等效巖石元素模型的體積模型見(jiàn)圖9。根據(jù)圖9可推出含油氣純巖石視地層因素Fa表達(dá)式為

(8)

式中，k——流體非均勻分布指數(shù)。

圖8 飽含水純巖石等效巖石元素模型的體積模型Fig. 8 Volume model of equivalent rock element model for water saturated clean rock

圖9 含油氣純巖石等效巖石元素模型的體積模型Fig. 9 Volume model of equivalent rock element model for hydrocarbon bearing clean rock

整理得

(9)

式中：Ct——巖石電導(dǎo)率，S/m；

Cw——地層水電導(dǎo)率，S/m。

利用6塊安山質(zhì)沉火山角礫巖巖心的巖電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用最優(yōu)化技術(shù)，確定了等效巖石元素電阻率模型巖電參數(shù)，即eps=0.13，K=1.0。

3.2 飽和度模型的優(yōu)選

通過(guò)對(duì)6塊安山質(zhì)沉火山角礫巖巖心的巖電規(guī)律研究，得出了阿爾奇公式的參數(shù)：a=1，m=0.033 5φ+1.518 4(φ為百分?jǐn)?shù))，b=1.03，n=2.4。

圖10給出了A602井安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層(104～107)的2個(gè)飽和度模型的處理結(jié)果對(duì)比圖。104、105、106層合試，日產(chǎn)氣10×103～20×103m3，日產(chǎn)水9 m3，試油結(jié)論為氣水同層。由圖可知，阿爾奇公式計(jì)算的含水飽和度(SWA)約為40%，接近束縛水飽和度，無(wú)可動(dòng)水，計(jì)算含水飽和度偏低，與試氣結(jié)果不符；等效巖石元素模型計(jì)算的含水飽和度(SWE)在40%～70%之間，有一定的可動(dòng)水，含水飽和度更為合理。107層上部(2 573～2 583 m)孔滲好、電阻率高，下部(2 583～2 624 m)孔滲降低，電阻率降低，氣測(cè)峰基比降低，儲(chǔ)層上部含氣性比下部含氣性好；阿爾奇公式計(jì)算的含水飽和度接近束縛水飽和度，無(wú)可動(dòng)水，且儲(chǔ)層上部與下部含水飽和度差別不大，不符合儲(chǔ)層上部與下部的含氣性特征變化；等效巖石元素模型計(jì)算的含水飽和度高于束縛水飽和度，有可動(dòng)水，且儲(chǔ)層下部含水飽和度比上部含水飽和度增大，符合儲(chǔ)層上部與下部的含氣性特征變化。等效巖石元素模型引入了孔隙結(jié)構(gòu)效率參數(shù)，考慮了孔隙結(jié)構(gòu)變化對(duì)儲(chǔ)層導(dǎo)電特性的影響，計(jì)算的含水飽和度更為合理，優(yōu)選等效巖石元素模型計(jì)算安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層含水飽和度。

4 實(shí)例分析

利用文中建立的定量解釋方法對(duì)A102井安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層進(jìn)行處理解釋?zhuān)忉尳Y(jié)果見(jiàn)圖11。由結(jié)果可知，173號(hào)層上部(173-1)孔滲低，氣測(cè)顯示比較差，解釋為干層；173號(hào)層下部(173-2)孔隙度為6.9%，滲透率為0.061 mD，束縛水飽和度為42.8%，含水飽和度為54.6%，解釋為氣水同層；174號(hào)層孔隙度為7.2%，滲透率為0.071 mD，束縛水飽和度為41.1%，含水飽和度為50.1%，解釋為氣水同層。173、174層合試，放噴瞬間日產(chǎn)氣2×103～2.5×103m3，放噴半小時(shí)，日產(chǎn)水25 m3，試油結(jié)論為氣水同層。解釋結(jié)果與試油結(jié)論一致。

5 結(jié) 論

(1)針對(duì)安山質(zhì)沉火山角礫巖，優(yōu)先選用中子密度孔隙度組合計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度，而在井眼擴(kuò)大時(shí)，應(yīng)選用中子聲波孔隙度組合計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度。針對(duì)沉火山角礫巖構(gòu)造氣藏，可通過(guò)構(gòu)建J函數(shù)的方法計(jì)算儲(chǔ)層束縛水飽和度。

(2)將等效巖石元素模型引入了孔隙結(jié)構(gòu)效率參數(shù)，有效地反映了安山質(zhì)沉火山角礫巖中孔隙結(jié)構(gòu)變化即導(dǎo)電性影響大的小孔隙與影響小的大孔隙體積之比對(duì)巖石導(dǎo)電規(guī)律的影響，因此，等效巖石元素導(dǎo)電模型更適合于安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層飽和度解釋。

(3)利用建立的安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層定量解釋方法處理實(shí)際測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，孔隙度、滲透率、飽和度參數(shù)計(jì)算結(jié)果與巖心分析或試油結(jié)果吻合較好，證明建立的模型適用于研究區(qū)安山質(zhì)沉火山角礫巖儲(chǔ)層定量測(cè)井評(píng)價(jià)。