劉林鑫 杜貴超

（西安石油大學(xué)）

0 引言

能源問題與經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定密切相關(guān)[1-3]，工業(yè)不斷發(fā)展，導(dǎo)致石油的需求量日益增長。為開采出更多的石油，需研究石油地質(zhì)勘探方法，并根據(jù)勘探結(jié)果，精準(zhǔn)找到油氣層，從而提升石油開采效果。付小東等[4]利用巖心與薄片觀察等方法，分析石油儲層特征，研究結(jié)果表明，渤海灣盆地束鹿凹陷孔隙結(jié)構(gòu)繁瑣，屬于特低孔、特低滲儲層，混積泥灰?guī)r對儲層發(fā)育貢獻較大。郭暉等[5]應(yīng)用X 射線衍射與能譜分析等方法，分析準(zhǔn)噶爾盆地石油地質(zhì)，研究結(jié)果表明，該區(qū)域地層溶蝕量較少，穩(wěn)定性較優(yōu)，其中的沸石膠結(jié)會影響儲集空間，造成孔隙喉道擁堵，降低孔隙度與滲透率，進而對儲層產(chǎn)生不利影響。由于這些方法均無法動態(tài)分析儲層的變化情況，導(dǎo)致勘探結(jié)果不理想。掃描電鏡法能夠直接分析含油樣品，動態(tài)描述含油樣品的變化情況，最大程度呈現(xiàn)樣品的原始狀態(tài)[6-8]。其在石油地質(zhì)儲層勘探中的應(yīng)用，可為石油地質(zhì)勘探提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

以渤海灣盆地東北部的油層井作為研究對象，利用掃描電鏡法，研究該區(qū)域石油地質(zhì)儲層情況。該區(qū)域面積在1 870 km2左右，前期呈碟狀坳陷型湖盆，屬于活動強度與幅度小的情況，后期呈斷陷型湖盆，受拉張背景影響，導(dǎo)致湖盆形狀改變。該區(qū)域包含3 個單元，分別記作單元1、單元2、單元3；該區(qū)域中包含8個地層，從上到下地層編號依次為1 至8；該區(qū)域包含兩種巖石類型，分別是長英質(zhì)頁巖、灰云巖。

本文選擇G 108-8 井（取心長度為495.7 m）和GD 12 井（取心長度為71.6 m）的取心資料與相應(yīng)的測井及物性分析資料作為研究對象，通過高密度分析聯(lián)測取樣法[9-10]，以取樣一致性為原則，同一樣品點設(shè)置多個測試項目，完成樣品提取，為后續(xù)石油地質(zhì)勘探提供數(shù)據(jù)支持[11-12]。

2 石油儲層評價研究方法

2.1 掃描電鏡法的成像原理

利用掃描電鏡法分析渤海灣盆地石油地質(zhì)儲層特征，掃描電鏡結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 掃描電鏡結(jié)構(gòu)示意

掃描電鏡法的成像原理：通過電子槍發(fā)出的聚焦電子束在目標(biāo)表面逐點掃描成像。電子槍發(fā)射出的電子經(jīng)過二級聚光鏡與物鏡的縮小后，形成具有一定直徑、能量與束流強度的微細電子束，微細電子束在掃描線圈的驅(qū)動作用下，按照一定的空間與時間順序在目標(biāo)表面進行柵網(wǎng)式掃描[13]。在此過程中，聚焦電子束與掃描目標(biāo)之間通過相互作用，會產(chǎn)生二次電子發(fā)射，并且二次電子發(fā)射量因受到掃描目標(biāo)形貌的影響而發(fā)生變化。探測器接收到二次電子信號后，會將其轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)過放大處理后直接傳輸?shù)斤@像管柵極，通過調(diào)整顯像管亮度，即可得到掃描目標(biāo)的電子像[14]。

2.2 石油儲層的模糊數(shù)學(xué)評價

依據(jù)該區(qū)域的基礎(chǔ)資料，利用模糊數(shù)學(xué)來評價該區(qū)的石油地質(zhì)儲層。量化處理該區(qū)域內(nèi)各種影響因素的定性概念[15]，量化過程即確定隸屬函數(shù)，并獲取該區(qū)域儲層評價因素的隸屬度。儲層評價因素包含儲層含油面積（A）、儲層厚度（dr）、儲層孔隙度（φ）、儲層含油飽和度（So）和原油體積系數(shù)（R）。

砂體發(fā)育情況會對石油成藏水平產(chǎn)生一定的影響，儲層含油面積的隸屬度函數(shù)是μ（A），計算公式如下：

式中：A為儲層含油面積，km2；Amax為儲層含油面積的最大值，km2。

儲層厚度的隸屬度函數(shù)是μ（dr），計算公式如下：

式中：dr為儲層厚度，m；q為石油儲層有效厚度臨界值，m；b為隨機因數(shù)（正整數(shù)）。

儲層孔隙度（φ）的劃分等級如表1 所示。儲層孔隙度的隸屬度函數(shù)是μ（φ），計算公式如下：

式中：φ為儲層孔隙度，%；g為低孔隙度值，%。

儲層含油飽和度的隸屬度函數(shù)是μ（So），計算公式如下：

式中：So為儲層含油飽和度，%；Ct為測井曲線電阻率，Ω·m。

原油體積系數(shù)的隸屬度函數(shù)是μ（R），計算公式如下：

式中：R為原油體積系數(shù)；z為體積系數(shù)，z的極值是zmin、zmax。

石油地質(zhì)儲層綜合評價結(jié)果為：

式中：K＇為儲層綜合評價結(jié)果；W為權(quán)重，通過灰色關(guān)聯(lián)分析方法確定；μ為儲層評價因素隸屬度。

應(yīng)用掃描電鏡法采集石油地質(zhì)儲層的特征，并通過模糊評價計算公式，可以完成石油地質(zhì)儲層特征的勘探與評價。

3 試驗分析與評價結(jié)果

3.1 石油儲層礦物組分分析

利用掃描電鏡法采集該區(qū)域石油地質(zhì)樣品的圖像，結(jié)合測井資料分析該區(qū)域石油地質(zhì)礦物組分。石油地質(zhì)樣品掃描結(jié)果如圖2 所示，各地層沉積巖礦物組分如表2所示。

綜合分析圖2 與表2 可知，該區(qū)域礦物成分結(jié)構(gòu)繁雜，屬于混合與組構(gòu)疊置的混合沉積方式，同時無任何規(guī)律可循。該區(qū)域海相沉積環(huán)境中的長英質(zhì)礦物含量最高，除其余礦物含量外，碳酸鹽礦物含量最低；陸相沉積環(huán)境中，并無具備絕對優(yōu)勢的礦物。

表2 沉積巖礦物組分

圖2 石油地質(zhì)樣品掃描結(jié)果

3.2 石油儲層儲集特征分析

該區(qū)域中主要包括兩種不同類型的巖石，掃描電鏡法的掃描結(jié)果如圖3、圖4 所示，石油地質(zhì)儲集空間與特征如表3所示。

圖3 長英質(zhì)頁巖掃描結(jié)果

圖4 灰云巖掃描結(jié)果

綜合分析圖3、圖4 與表3 可知，長英質(zhì)頁巖的有機質(zhì)孔類似蜂窩形態(tài)，與氣泡形狀類似，晶間孔屬于不規(guī)則形狀；灰云巖的晶間孔與溶蝕孔均為不規(guī)則形狀。該區(qū)域石油地質(zhì)儲集空間主要屬于基質(zhì)孔隙與裂縫?？紫额愋桶?種，分別是有機質(zhì)孔、晶間孔與溶蝕孔；裂縫類型分為3類，分別是層理縫、構(gòu)造縫、收縮節(jié)理縫。該區(qū)域石油地質(zhì)儲層內(nèi)長英質(zhì)頁巖的整體發(fā)育程度與連通性較好，灰云巖的整體發(fā)育程度與連通性相對較差。孔隙度與滲透率越高，該區(qū)域石油地質(zhì)儲層的含油飽和度越高，開采效果越佳。該區(qū)域石油地質(zhì)儲層中兩種巖石類型的物性特征如圖5所示。

表3 石油地質(zhì)儲集空間與特征

圖5 兩種巖石類型的物性特征

根據(jù)圖5 可知，灰云巖的孔隙度集中在0～10%之間，滲透率集中在0～10 mD 之間；長英質(zhì)頁巖的孔隙度集中在0～16%之間，滲透率集中在0～1 000 mD之間。對比可知，長英質(zhì)頁巖的孔隙度與滲透率均高于灰云巖，說明長英質(zhì)頁巖的含油飽和度較高，更適合石油開采。

3.3 石油地質(zhì)儲層孔隙結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)測井資料，分析該區(qū)域石油地質(zhì)儲層孔隙結(jié)構(gòu)，該區(qū)域中各地層儲層不同孔隙類型的面孔率如圖6所示。

圖6 各地層儲層不同孔隙類型的面孔率

根據(jù)圖6 可知，地層4 至地層8，各孔隙類型的面孔率均呈遞增趨勢，地層8的面孔率最高，地層1的面孔率低，說明地層8對石油地質(zhì)儲集空間的貢獻最大，儲層發(fā)育良好，開采價值高，后續(xù)將對此結(jié)論進一步驗證。各地層中溶蝕孔的面孔率均最低，面孔率越低，儲層發(fā)育越差，與表3 中發(fā)育程度的數(shù)據(jù)結(jié)果一致，各地層儲層中有機質(zhì)孔與晶間孔兩個孔隙類型的面孔率差距較小。試驗證明：地層8 的石油地質(zhì)勘探效果最佳，有機質(zhì)孔與晶間孔利于石油開采，對儲集空間貢獻較大。

該區(qū)域各地層儲層的壓泵實驗參數(shù)數(shù)據(jù)如表4所示。根據(jù)表4可知，地層1的排驅(qū)壓力最小，中值壓力最大，從地層4 開始，排驅(qū)壓力呈遞增趨勢，中值壓力呈遞減趨勢，地層8 的排驅(qū)壓力最大，而中值壓力最小，因此可以得出排驅(qū)壓力越大、中值壓力越小的結(jié)論；地層1 的中值半徑最大、最大孔喉半徑最小，地層8 的中值半徑最小、最大孔喉半徑最大，說明地層8的滲透性能最佳；地層1的均質(zhì)系數(shù)最小、歪度系數(shù)與分選系數(shù)最大，從地層4 開始，均質(zhì)系數(shù)逐漸提升，歪度系數(shù)與分選系數(shù)逐漸下降，地層8的均質(zhì)系數(shù)最大，歪度系數(shù)與分選系數(shù)最小，因此可以得出均質(zhì)系數(shù)高則非均質(zhì)性低、采出程度亦高的結(jié)論。

表4 各地層儲層的壓汞實驗參數(shù)數(shù)據(jù)

該區(qū)域石油地質(zhì)儲層的孔隙度與滲透率分布情況如圖7所示。

據(jù)SY/T 5601-2009《天然氣藏地質(zhì)評價方法》，從孔隙度和滲透率兩方面修改的石油地質(zhì)儲層級別劃分標(biāo)準(zhǔn)如表5、表6 所示。根據(jù)圖7 可知，該區(qū)域石油地質(zhì)儲層頻率最高的孔隙度是12%，對比表5 可知，該區(qū)域石油地質(zhì)儲層屬于中孔儲層；頻率最高的滲透率是100 mD，對比表6 可知，該區(qū)域石油地質(zhì)儲層屬于中滲儲層。試驗證明：該區(qū)域石油地質(zhì)儲層整體屬于中孔、中滲儲層。

圖7 孔隙度與滲透率的分布情況

表5 孔隙度劃分標(biāo)準(zhǔn)

表6 滲透率劃分標(biāo)準(zhǔn)

3.4 石油地質(zhì)儲層評價

利用模糊數(shù)學(xué)評價該區(qū)域石油地質(zhì)儲層，各地層儲層評價因素的隸屬度如表7 所示。從表7 中可以看出，本文掃描電鏡法可有效計算該區(qū)域石油地質(zhì)各地層儲層評價因素的隸屬度。根據(jù)不同因素的隸屬度結(jié)果可以得到較為精準(zhǔn)的儲層評價結(jié)果（表8）。表8與圖6 所示結(jié)果一致。表8 顯示該區(qū)域中地層7 與地層8屬于優(yōu)勢儲層，利于石油開采；地層1屬于劣勢儲層，不利于石油開采。表明本文方法能夠精準(zhǔn)地對石油地質(zhì)各地層儲層進行評價。

表7 各地層儲層評價因素的隸屬度

表8 各地層儲層的評價結(jié)果

4 結(jié)論

為尋找優(yōu)勢油藏儲層，研究掃描電鏡法在石油儲層評價中的應(yīng)用，為開采石油提供數(shù)據(jù)支撐，試驗結(jié)果表明：所研究渤海灣盆地東北角的石油地質(zhì)儲層礦物成分結(jié)構(gòu)繁雜，屬于混合與組構(gòu)疊置兩種方式的混合沉積方式，同時無任何規(guī)律可循；該區(qū)域最下兩層的非均質(zhì)性較差，孔隙結(jié)構(gòu)較優(yōu)，利于石油開采，根據(jù)勘探結(jié)果，可為設(shè)計合理的開采工藝提供幫助，提升石油勘探的開發(fā)效益。