袁 龍，吳思儀，賀彤彤，青 松

(1．中國石油集團(tuán)測井有限公司 測井應(yīng)用研究院，陜西 西安 710000；2.中國石油集團(tuán)測井有限公司 長慶分公司，陜西 西安 710000；3.中國石油長慶油田 第九采油廠，寧夏 銀川 750000；4.中國石油長慶油田 第五采氣廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300)

1 引 言

近幾年，我國低滲透(致密)儲層油氣產(chǎn)能建設(shè)的規(guī)模已達(dá)總產(chǎn)量的70 %以上，成為我國油氣田開發(fā)研究和建設(shè)的主戰(zhàn)場，也是目前測井解釋評價的主要對象之一[1,2]。然而，致密砂巖儲層的巖石類型復(fù)雜多樣，影響儲層測井參數(shù)的因素復(fù)雜，儲層測井綜合評價與研究面臨新的困難[3-5]。因此，對致密砂巖儲層的研究具有非常重要的現(xiàn)實及研究意義。

2008年以來，川東北A、B等區(qū)塊的中淺層須家河組勘探相繼獲重大突破(多口井在須家河組鉆遇到良好油氣顯示，且測試獲得工業(yè)氣流)，展示了川東北YB地區(qū)陸相須家河組良好的勘探前景，使得中淺層陸相致密砂巖儲層正逐漸成為勘探的接替領(lǐng)域[6-8]。但是，對于鈣屑砂巖儲層的儲層參數(shù)特征、巖性識別及流體性質(zhì)評價方面依舊存在的一些現(xiàn)象與問題，值得思考與研究[9-11]。

本文在明確致密砂巖儲層成因與地質(zhì)控制因素的基礎(chǔ)上，根據(jù)致密砂巖儲層成因與地質(zhì)控制因素的不同，選擇針對鈣屑砂巖儲層的測井精細(xì)解釋評價技術(shù)研究，如在儲層特征、巖性識別、儲層參數(shù)評價方法及流體性質(zhì)識別等方面研究。因此，加強(qiáng)儲層綜合評價和測井解釋評價等方面的研究是致密鈣屑砂巖氣藏勘探開發(fā)與研究的工作重點。

2 區(qū)域構(gòu)造背景

川東北YB地區(qū)位于四川省巴中市、廣元市區(qū)域，北與米倉—大巴斷褶帶相接，南為川中平緩帶，東起川東高陡斷褶帶，西至龍門山斷褶帶，總面積約占1 571 km2。

研究區(qū)處于川北坳陷境內(nèi)，內(nèi)陸相層系主要經(jīng)歷了三個時期的構(gòu)造演變運動，即印支期、燕山期、喜山期[12]，其中低速沉降期主要為印支中晚期；燕山期為快速沉降期；隆起剝蝕期為喜山期。研究區(qū)陸相地層發(fā)育相對完整，其主要表現(xiàn)為河湖相沉積，沉積厚度相對較大，一般為4 800～5 100 m。

3 儲層特征

3.1 巖性特征

由于巖性十分復(fù)雜，根據(jù)16口關(guān)鍵井的巖心資料和大量文獻(xiàn)分析[13,14]，川東北YB地區(qū)須家河組三段鈣屑砂巖儲層的巖性主要為巖屑砂巖(圖1)，其次為鈣屑砂礫巖、巖屑砂巖及少量石英砂礫巖。研究區(qū)須家河組三段儲層中的鈣屑砂巖與巖屑砂巖最大的差異是前者的巖屑成分以碳酸鹽

圖1 須家河組三段(T3x3)巖性組分特征Fig.1 Lithology component characteristics of the third member of Xujiahe formation (T3x3)

巖為主，且?guī)r屑含量一般大于50 %，由于巖性致密的特點常被誤劃為非儲集巖類。

鈣屑砂巖的礦物組分特征：石英含量5 %～60.5 %；巖屑含量25 %～85 %，成分以碳酸鹽巖為主；長石含量一般為2 %～10 %；雜基包含黏土礦物(主要為高嶺石、伊利石等)和鐵質(zhì)等；膠結(jié)物以碳酸鹽巖為主，硅質(zhì)、黏土礦物膠結(jié)次之。另外，白云石、方解石為主要的碳酸鹽巖膠結(jié)物，含少量硅質(zhì)膠結(jié)物，方解石膠結(jié)物含量5 %～15 %，白云石膠結(jié)物含量1 %～10 %，硅質(zhì)膠結(jié)物含量0.2 %～1 %，明顯特征表現(xiàn)為碳酸鹽巖巖屑含量較多(圖2a、2b)。

鈣屑砂礫巖的砂礫成分以鈣屑為主，其含量25～50 %，石英、長石次之，含有少量的暗色礦物，偶見燧石礫、泥巖礫，最大礫徑為10 mm,通常為1～3 mm，主要為粗砂，含少量細(xì)砂，棱角狀-次棱角狀，泥質(zhì)膠結(jié)為主，灰質(zhì)膠結(jié)次之，較致密(圖2c、2d)。

巖屑砂巖的主要組成部分為石英，石英含量大于50 %，此外，還有少量燧石和長石，燧石含量小于2 %，長石含量小于10 %，巖屑主要成分為砂巖，含少量碳酸鹽巖，黏土含量在5 %～10 %(圖2e、2f)。

石英砂礫巖：顏色為灰白色，砂、礫成分以石英為主，長石次之，見少量灰?guī)r及泥巖巖塊，含少量暗色礦物，礫徑最大10 mm,一般1～3 mm，砂以粗砂為主，細(xì)砂次之，棱角狀-次棱角狀，泥質(zhì)膠結(jié)為主，灰質(zhì)膠結(jié)次之，較致密。主要發(fā)育須四段，須三段發(fā)育較少。

圖2 須家河組三段(T3x3)巖性特征Fig.2 Lithology characteristics of the third member of Xujiahe Formation(T3x3)

3.2 物性特征

研究區(qū)內(nèi)須家河組三段物性分析資料92個。其中巖心基質(zhì)孔隙度最小值為0.99 %，最大值為7.16 %，孔隙度主要分布在1 %～2.5 %之間，平均值為1.72 %(圖3a)；基質(zhì)滲透率最小值為0.001 2 mD，最大值為533.587 mD，滲透率大于200 mD的樣品僅有兩個，而孔隙度大部分都不超過3 %，依據(jù)經(jīng)驗分析，滲透率大于200 mD可能為裂縫影響，將干擾樣品排除后，滲透率主要分布在0.001～0.5 mD，平均值為0.188 mD(圖3b)。依據(jù)國內(nèi)外致密及非常規(guī)儲層的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)(滲透率≤1 mD、孔隙度≤10 %)，川東北YB地區(qū)須家河組三段為特低孔、滲致密儲層，但發(fā)育的裂縫能較大地提高儲集巖的儲滲能力。

圖3 儲層取心段的巖心孔隙度和滲透率分布特征Fig.3 Distribution characteristics of core porosity and permeability in core section of reservoir

表1 須家河組三段氣藏儲集空間類型劃分

3.3 儲集空間類型

儲集空間是儲層的重要組成部分之一，包括儲層中各種孔隙空間。由于不同類型儲層的成因、演化歷史不同，所以其儲集空間的類型也有不同。在前人基礎(chǔ)上[15]提出以儲集空間成因為主的分類方法，把碎屑巖儲層孔隙空間劃分為原生孔隙、次生孔洞和裂縫。沉積因素主要控制著原生孔隙的發(fā)育程度，成巖作用主要控制著次生孔洞的發(fā)育程度，而構(gòu)造運動主要控制裂縫的發(fā)育。

對四川盆地YB地區(qū)須家河組三段氣藏儲層巖心描述、鑄體薄片、掃描電鏡、縫洞統(tǒng)計資料以及電成像資料開展綜合分析，認(rèn)為研究區(qū)須三氣藏儲集空間受沉積環(huán)境、成巖作用和構(gòu)造運動的綜合影響，發(fā)育著粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、雜基孔以及微裂縫等多種儲集空間類型(表1)。其中，粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔為YB地區(qū)須三段最為主要的孔隙類型。

4 巖性識別方法研究

4.1 常規(guī)測井識別巖性

收集到的常規(guī)測井資料一般有井徑曲線、自然伽馬、自然電位、中子、聲波、巖性密度、深、淺雙側(cè)向以及微球形聚焦測井曲線。根據(jù)各種測井信息對不同巖石的測井響應(yīng)值并結(jié)合地區(qū)解釋經(jīng)驗，可以基本確定YB地區(qū)須家河組三段地層的巖性。

4.1.1 鈣屑砂巖測井響應(yīng)特征

鈣屑砂巖是本次研究最重要的巖性。鈣屑砂巖中碳酸鹽巖含量高，研究區(qū)須三段碳酸鹽巖含量一般在70 %～80 %左右，自然伽馬GR低值，一般在30～65 API之間；鈣屑砂巖巖性致密，電阻率RT為高值，一般在300～75 000 Ω·m之間；補(bǔ)償中子CNL低值，一般在1～7 p.u之間；密度DEN中高值，一般在2.60～2.80 g/cm3之間；聲波時差A(yù)C低值，一般在45～65 μs/ft之間(圖4)。

4.1.2 鈣屑砂礫巖測井響應(yīng)特征

鈣屑砂礫巖在須三段有分布，礫石中碳酸鹽巖含量高。在成像測井上呈現(xiàn)出與石英砂礫巖相似的特征，在電性特征上與鈣屑砂巖相似。自然伽馬GR值比鈣屑砂巖更低，一般在30 API左右，電阻率RT為高值，一般在1 000～20 000 Ω·m之間；補(bǔ)償中子CNL較低，一般小于4 p.u；密度DEN為高值，一般大于2.70 g/cm3；聲波時差A(yù)C比鈣屑砂巖稍低，一般為45～55 μs/ft(圖4)。

圖4 鈣屑砂巖(上)和鈣屑砂礫巖(下)的測井響應(yīng)特征圖(YB10井)Fig.4 Log response characteristic diagram of calcareous sandstone (upper) and calcareous sandstone and conglomerate (lower) (well YB10)

通過分析了鈣屑砂巖、鈣屑砂礫巖兩種巖性的常規(guī)測井曲線特征后，結(jié)合實際情況總結(jié)出巖屑砂巖和石英砂礫巖的測井響應(yīng)特征值(表2)，根據(jù)此表可以較好地識別出儲層巖石類型。

表2 不同巖性測井響應(yīng)特征值

4.2 改進(jìn)的交會法識別巖性

利用常規(guī)測井曲線識別方法只能將電阻率小的巖屑砂巖區(qū)分開來，不能用交會圖版法很好地區(qū)分電性和物性相似的鈣屑砂巖、鈣屑砂礫巖和石英砂礫巖。因此，結(jié)合已有的普通薄片、鑄體薄片、掃描電鏡及測井曲線等基礎(chǔ)資料，綜合分析后篩選出能夠反映各巖性特征的敏感參數(shù)。

通過巖心資料刻度測井資料發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)主要儲層的巖性為鈣屑砂巖和鈣屑砂礫巖。通過改進(jìn)后的深探測電阻率能夠較好地識別不同巖性，且改進(jìn)后的深探測電阻率公式為：

(1)

式中,RT為深探測電阻率值(Ω.m)；RTmin為深探測電阻率最小值(Ω·m)；RTmax為深探測電阻率最大值(Ω·m)。

最終優(yōu)化M-ΔLG(RT)交會圖識別圖版來進(jìn)行巖性識別(圖5)。對研究區(qū)主要的儲集巖性：鈣屑砂巖、鈣屑砂礫巖和石英砂礫巖，來進(jìn)行識別度分析。M計算公式：

圖5 M-ΔLG(RT)交會圖識別圖版Fig.5 M-ΔLG (RT) intersection map recognition board

(2)

式中，Tf為在泥漿濾液中，聲波單位距離傳播時間(189 μs/ft)；AC為聲波時差值(μs/ft)；DEN為巖性密度值(g/cm3)；Df為泥漿密度值(在淡水泥漿中為1 g/cm3)。

綜上分析表明：通過常規(guī)交會法(巖心孔隙度-電阻率交會法)和M-ΔLG(RT)交會法來綜合應(yīng)用識別不同巖性(巖屑砂巖、鈣屑砂巖、鈣屑砂礫巖和石英砂礫巖)。

4.3 結(jié)合成像測井識別巖性

4.3.1 鈣屑砂巖

將常規(guī)巖心分析實驗得到的碳酸鹽巖含量與深探測電阻率曲線建立關(guān)系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)兩者存在正相關(guān)性，即碳酸鹽巖含量越高，其電阻率值亦為高值(300～80 000 Ω·m之間)；鈣屑砂巖的補(bǔ)償密度一般比石英砂礫巖高，DEN值一般在2.6 ～2.8 g/cm3之間。電成像測井圖上特征主要呈現(xiàn)為亮色且均勻分布，幾乎不見顆粒，容易形成裂縫(圖6a)。

4.3.2 鈣屑砂礫巖

在常規(guī)曲線上表現(xiàn)為與鈣屑砂巖相似的特征，其電阻率RT為高值，一般在幾百到七萬五千歐姆米；補(bǔ)償密度為高值，一般大于2.70 g/cm3；聲波時差值一般較鈣屑砂巖稍低；中子值一般低于4 p.u；電成像測井上呈現(xiàn)亮色斑點(粗礫)或均勻分布亮點(細(xì)礫)，常伴隨著裂縫發(fā)育(圖6b)。

4.3.3 巖屑砂巖

在常規(guī)曲線上的電阻率值、補(bǔ)償密度值比鈣屑砂礫巖、鈣屑砂巖低(RT值一般在幾十～幾百之間；密度DEN值一般在2.5～2.68 g/cm3之間)；電成像測井圖上表現(xiàn)為靜態(tài)圖的顏色要比鈣屑砂礫巖、鈣屑砂巖的深，有層狀特征，偶見微裂縫特征(圖6c)。

4.3.4 石英砂礫巖

自然伽馬GR低值，一般在30～45 API之間；聲波時差A(yù)C相對較低，一般在46～68 μs/ft之間；補(bǔ)償中子CNL低值，一般在2～6 p.u；密度DEN一般在2.61～2.77 g/cm3之間；電阻率RT高值，一般在500～25 000 Ω·m之間；電成像測井圖上呈現(xiàn)為清晰可辨的顆粒、顏色較淺和斑點狀的亮點零序分布，在儲集層段中可以觀察到少量的不規(guī)則裂縫(圖6d)。

圖6 結(jié)合成像測井識別巖性Fig.6 Identification of lithology with imaging logging

5 鈣屑砂巖儲層參數(shù)評價

5.1 改進(jìn)的孔隙度評價模型

大量文獻(xiàn)調(diào)研得到，司馬立強(qiáng)[16]曾發(fā)現(xiàn)致密砂巖的深探測電阻率和補(bǔ)償密度測井值受儲層中碳酸鹽巖含量多少的影響較大，因此提出了改進(jìn)的雙礦物孔隙度計算模型。本文采用相類似的思路對研究區(qū)鈣屑砂巖致密層進(jìn)行參數(shù)評價，其方法步驟為：

首先，采用深側(cè)向電阻率或者密度值計算出第一種礦物的相對含量。其中，RT1、DEN1、Δt1代表第一種礦物的深探測電阻率值、密度值和聲波時差值，RT2、DEN2、Δt2代表第二種礦物的深探測電阻率值、密度值和聲波時差值。

(3)

或者

Vca=(DEN-DEN1)/(DEN2-DEN1)

(4)

其次，根據(jù)得到的礦物相對含量，按體積物理模型對混合礦物骨架值進(jìn)行計算。

Δtma=Δt1×Vca+Δt2×(1-Vca)

(5)

最后，根據(jù)通過根據(jù)混合礦物骨架值來對基質(zhì)孔隙度進(jìn)行計算。

(6)

其中，φ為巖石孔隙度；Vsh為地層泥質(zhì)的體積含量；分別為Δt、Δtf、Δtma、Δtsh為地層、流體、骨架礦物及泥質(zhì)的補(bǔ)償聲波時差值(μs/ft)。

5.2 滲透率評價模型

首先對研究區(qū)目的層段的巖心實驗分析數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，主要來排除部分明顯的異常點；然后，分層段對巖心孔隙度與滲透率進(jìn)行相關(guān)性分析；最后，根據(jù)實際情況分不同儲層類型來建立巖心滲透率與孔隙度的關(guān)系式，即為鈣屑砂巖滲透率計算模型(圖7(a)對應(yīng)式(7)，圖7(b)對應(yīng)式(8))。同時也發(fā)現(xiàn)巖心樣品中存在高孔低滲和低孔高滲的現(xiàn)象?？紫缎蛢又饕愿呖椎蜐B巖樣為主，受復(fù)雜巖性和孔隙結(jié)構(gòu)的影響，導(dǎo)致孔隙與喉道的連通性較差，造成儲層滲透率低。裂縫-孔隙型儲層主要以低孔、高滲巖樣為主，由于受微裂縫的影響，使巖心滲透率得到了明顯的改善。

K=0.001 5×e0.338 6φ

(7)

K=0.000 3×e3.619 3φ

(8)

式中，K為巖石滲透率(mD)；φ為巖石孔隙度(%)。

圖7 須家河組須三段不同儲層類型的孔隙度與滲透率交會圖Fig.7 Intersection diagram of porosity and permeability of different reservoir types in the third member of Xujiahe formation

5.3 改進(jìn)的飽和度評價模型

根據(jù)研究區(qū)鈣屑砂巖在測井曲線上反映的實際情況來看，儲層中油氣對電阻率曲線的影響程度將小于高含量鈣屑成分對電阻率的貢獻(xiàn)。因此，采用未經(jīng)校正的電阻率曲線來計算含氣飽和度會受到鈣屑含量的影響。電阻率增大主要是油氣性質(zhì)和鈣屑含量雙重作用下的結(jié)果。因此，采用基于毛管理論來改進(jìn)Archie經(jīng)典公式計算方法，以減少預(yù)測地層含水飽和度的不確定性，通過采用改進(jìn)后的傳統(tǒng)飽和度模型，讓準(zhǔn)確數(shù)據(jù)應(yīng)用在鈣屑砂巖中，再精確估算其含水飽和度。

以含水巖石為研究對象，將巖石骨架看成是絕緣的，巖石導(dǎo)電是由地層水形成的；從毛管結(jié)構(gòu)的角度上看，每條含有水的毛管結(jié)構(gòu)都具有導(dǎo)電性，那么，整個巖石的電阻是由無限多條的毛管電阻并聯(lián)來組成的。假設(shè)任一條毛管的半徑為rci，而毛管的條數(shù)為Fi，巖石體積模型中T=LC/LR為毛管孔隙彎曲度；An=A/ΣF為視毛管平均截面。

根據(jù)普賽爾和毛管經(jīng)典理論，推導(dǎo)改進(jìn)飽和度模型：

(9)

(10)

τ2=(1+dlnφ)-1

(11)

式中，Rw為地層水電阻率(Ω·m)；RT為深探測電阻率值(Ω·m)；φ為巖石孔隙度(%)；Sw為含水飽和度(%)；C2、d為地區(qū)性常數(shù)。

6 現(xiàn)場應(yīng)用及效果驗證

為了驗證本文提出的鈣屑砂巖儲層測井評價方法，將實例井解釋處理得到的孔隙度、滲透率和飽和度與巖心分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，來證明儲層參數(shù)評價模型的可靠性，對YB地區(qū)YB108井的現(xiàn)場實際測井資料進(jìn)行處理，利用式(6)～(9)計算了鈣屑砂巖儲層的孔隙度、滲透率及含水飽和度(圖8)。圖8中第七道中顯示了兩種方法與巖心分析數(shù)據(jù)的對比分析，可以看出改進(jìn)的孔隙度計算模型要比常規(guī)理論公式計算孔隙度模型的計算精度高；第九道中利用基于毛管理論來改進(jìn)的Archie經(jīng)典公式來計算含氣飽和度與巖心分析得到的含氣飽和度的匹配性好，從孔隙度和飽和度計算準(zhǔn)確性的角度上看，采用改進(jìn)的新方法提高了鈣屑砂巖儲層測井解釋評價精度。

圖8 須家河組須三段鈣屑砂巖儲層參數(shù)計算模型成果對比Fig.8 Comparison of the calculation results for the calcareous sandstone reservoir parameters in the third member of Xujiahe formation

7 結(jié) 論

1)川東北YB地區(qū)須家河組三段鈣屑砂巖儲層屬于特低孔、特低滲，儲層類型以裂縫-孔隙型為主，孔隙型次之。

2)在測井響應(yīng)特征分析基礎(chǔ)上，結(jié)合電成像測井資料和改進(jìn)交會圖版法建立了鈣屑砂巖儲層巖性識別模式，有效地識別出了YB地區(qū)鈣屑砂巖儲層的發(fā)育區(qū)域。

3)優(yōu)化鈣屑砂巖中孔隙度和飽和度參數(shù)計算模型，其結(jié)果與巖心分析實驗數(shù)據(jù)之間存在較好的吻合度，提高了鈣屑砂巖儲層測井解釋評價精度。