郭子南

(中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

近年來(lái)，隨著成藏理論的完善以及鉆采技術(shù)水平的提高，基巖油氣藏逐漸成為油田開發(fā)熱門領(lǐng)域[1-3]。研究表明，除南極洲情況不明外，各大陸的基底結(jié)晶巖石中均有油氣藏發(fā)現(xiàn)，基巖油氣藏儲(chǔ)量約占全球已發(fā)現(xiàn)油氣儲(chǔ)量的15%，逐漸受到重視，其產(chǎn)量已成為全球原油產(chǎn)量的重要組成部分[4]。基巖油氣藏儲(chǔ)集空間以裂縫為主，因此，準(zhǔn)確刻畫裂縫展布形態(tài)、厘清儲(chǔ)層發(fā)育主控因素是基巖油氣藏勘探開發(fā)的核心和難題[5-12]，儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)是實(shí)現(xiàn)基巖油氣藏高效開發(fā)的前提，其實(shí)質(zhì)是對(duì)裂縫發(fā)育段的半定量識(shí)別，預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，指導(dǎo)生產(chǎn)。

目前，儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)的主要手段多以測(cè)井資料為基礎(chǔ)，在油、水層一次解釋的基礎(chǔ)上按照試油、試采資料重新界定油、水層四性關(guān)系，進(jìn)而識(shí)別有效厚度并進(jìn)行針對(duì)性開發(fā)。但基巖油氣藏儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，影響裂縫發(fā)育的因素多，單純應(yīng)用測(cè)井資料無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別有利儲(chǔ)層。為此，此次研究以遼河油田興隆臺(tái)潛山為例，綜合應(yīng)用鉆井、錄井、測(cè)井及地震等多種資料，多參數(shù)、多手段開展?jié)撋絻?nèi)幕儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)，明確裂縫三維展布形態(tài)，有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)符合率提升至85%以上，為興隆臺(tái)潛山高效建產(chǎn)提供技術(shù)保障。

1 研究區(qū)概況

興隆臺(tái)潛山構(gòu)造上位于遼河坳陷西部凹陷中南部、興隆臺(tái)構(gòu)造帶的北端，整體呈北東—南西向展布，被清水洼陷、盤山洼陷和陳家洼陷包圍，生烴成藏條件極為優(yōu)越[13-15]。東側(cè)以臺(tái)安-大洼斷裂為邊界，西側(cè)則為興西斷層，內(nèi)部發(fā)育多組近東西向斷層，自南向北可劃分為馬古潛山、興古潛山以及陳古潛山3個(gè)部分，整體為以興古7塊為核部向兩翼傾沒的背斜構(gòu)造(圖1)。

圖1 興隆臺(tái)潛山太古界頂面構(gòu)造圖Fig.1 The tectonic diagram of Archaeozoic caprock in Xinglongtai buried hill

興隆臺(tái)潛山是中生界和太古界構(gòu)成的復(fù)合型潛山，下第三系沙河街組披覆于中生界之上，呈角度不整合接觸，形成披覆構(gòu)造，而潛山帶屬于復(fù)合式殘留山，中生代后，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)趨于停止，地層近似填平，而新生界地層沉積幅度基本一致。

興隆臺(tái)潛山中生界和太古界均有油氣顯示，但其儲(chǔ)量主要集中在太古界地層，中生界僅在潛山兩翼地層較厚部位局部發(fā)育油層。太古界地層巖性主要為混合花崗巖、混合片麻巖、黑云母斜長(zhǎng)片麻巖以及晚期侵入的酸性、中性和基性巖脈。儲(chǔ)集空間類型主要為構(gòu)造裂縫、破碎粒間孔及溶解縫、溶孔等，孔隙度主要為2.0%～8.0%，平均孔隙度為4.6%，滲透率為0.06～4.00 mD，平均滲透率為4.10 mD，油品性質(zhì)為稀油。受構(gòu)造、巖性組合差異影響，各斷塊油層發(fā)育有一定差異，主體興古潛山呈現(xiàn)塊狀油藏特點(diǎn)(圖2)，兩翼低潛山則具有一定層狀特征，具有統(tǒng)一油水界面，油水界面的深度為-4 670 m[16]。

圖2 興隆臺(tái)潛山帶地層綜合剖面(南北向)Fig.2 The comprehensive stratigraphic profile of Xinglongtai buried hill zone (in NS direction)

興隆臺(tái)潛山油藏主要特點(diǎn)：①地層古老，單顆粒鋯石LA-ICP-MS原位U-Pb測(cè)年結(jié)果表明，其變質(zhì)巖基底地層年代達(dá)2 388～2 586 Ma，為太古代地層，后期侵入的巖漿巖地層年代為202～229 Ma，為中生代侵入；②巖性組成多樣，依據(jù)巖石薄片鑒定結(jié)果可分為變質(zhì)巖和巖漿巖2大類7亞類25種巖石類型；③內(nèi)幕構(gòu)造復(fù)雜，興隆臺(tái)潛山整體發(fā)育4條邊界斷層和15條內(nèi)部分塊斷層，其中潛山內(nèi)幕發(fā)育2組反向逆沖斷層，新老地層交疊；④含油幅度大，自-2 335～-4 670 m(統(tǒng)一油水界面)均有油氣顯示，含油幅度最大可達(dá)2 335 m。興隆臺(tái)潛山內(nèi)幕巖性變化快、儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)、斷層識(shí)別與組合難度大、裂縫發(fā)育和充填情況差別大、含油井段長(zhǎng)且埋深較大、地震資料品質(zhì)差，導(dǎo)致裂縫預(yù)測(cè)難度極大，而且區(qū)塊地處城區(qū)，鉆井環(huán)境受限，實(shí)現(xiàn)少井高產(chǎn)的關(guān)鍵就是準(zhǔn)確刻畫有利儲(chǔ)層展布形態(tài)。因此，有必要開展儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)，識(shí)別不同類別儲(chǔ)層響應(yīng)特征，才能針對(duì)性的指導(dǎo)鉆井，實(shí)現(xiàn)巨厚油藏的整體動(dòng)用。

2 儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)

2.1 巖性識(shí)別與劃分

巖性的準(zhǔn)確識(shí)別與劃分是儲(chǔ)層精細(xì)評(píng)價(jià)的必要前提[17-18]，變質(zhì)巖潛山油藏大多巖性組成復(fù)雜，不同巖性發(fā)育裂縫的能力各不相同，甚至同種巖性在不同構(gòu)造位置發(fā)育裂縫的能力亦有不同。因此，建立準(zhǔn)確而精細(xì)的巖性模型是開展?jié)撋絻?nèi)幕儲(chǔ)層精細(xì)表征的基礎(chǔ)。以鉆井取心資料為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)興隆臺(tái)太古界潛山巖石的主要造巖礦物為堿性長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英、黑云母、角閃石等。開展巖心刻度測(cè)井，將巖性鑒定結(jié)果與測(cè)井電性資料有機(jī)結(jié)合，總結(jié)各類巖性的測(cè)井響應(yīng)特征，由于礦物的組成元素不同，因而各自的電性響應(yīng)也不相同，基于此原理，選擇測(cè)井資料中對(duì)元素組成敏感的密度、中子、自然伽馬和光電截面指數(shù)來(lái)進(jìn)行巖性判別。

由于暗色礦物如黑云母、橄欖石等巖石中鎂、鐵、鈣等離子較多，對(duì)應(yīng)的巖石密度較高，而受結(jié)構(gòu)水影響，普遍具有羥基，因此，對(duì)氫離子濃度敏感的補(bǔ)償中子曲線值亦較高；淺色礦物的陽(yáng)離子主要為鉀、鈉離子，密度值較低，普遍不含氫離子，補(bǔ)償中子值較低；自然伽瑪與鈾、釷、鉀等放射性元素有關(guān)，對(duì)于含鉀離子的礦物如正長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、黑云母等，其自然伽馬值較高。綜上所述，興隆臺(tái)潛山巖石中淺色礦物的主要電性表現(xiàn)是“兩低一高”，即相對(duì)低巖石密度、低補(bǔ)償中子、高自然伽馬的特征；而暗色礦物的主要表現(xiàn)為“兩高一低”，即相對(duì)高密度、高中子、低自然伽馬特征，但暗色礦物中的黑云母由于鉀離子含量較高，而表現(xiàn)出自然伽馬高值的特點(diǎn)。

在各礦物對(duì)應(yīng)的電性特征值分析清楚后，即可根據(jù)不同的礦物組成來(lái)判斷對(duì)應(yīng)巖性所表現(xiàn)的測(cè)井曲線形態(tài)。如黑云母斜長(zhǎng)片麻巖的石英含量為10%～25%、斜長(zhǎng)石含量為40%～70%、黑云母含量為10%～30%，表現(xiàn)為高密度、高中子、中低伽馬特征，補(bǔ)償密度測(cè)井響應(yīng)值為2.7～2.9 g/cm3、補(bǔ)償中子測(cè)井響應(yīng)值為6%～12%、自然伽馬測(cè)井響應(yīng)值大于50 API(表1)。

表1 興隆臺(tái)潛山太古界巖性測(cè)井定量識(shí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The quantitative identification and classification standard of Archaeozoic lithology logging in Xinglongtai buried hill

利用巖心分析結(jié)果計(jì)算各種巖性的巖石骨架理論測(cè)井值，結(jié)合測(cè)井曲線的組合形態(tài)，即可對(duì)礦物組成相近的巖石類型進(jìn)行分類識(shí)別。利用該方法將興隆臺(tái)潛山巖石薄片鑒定的25種巖石類型轉(zhuǎn)化為測(cè)井可識(shí)別的7類巖石類型，即變質(zhì)巖中的混合花崗巖類、混合片麻巖類、片麻巖類、角閃巖類，巖漿巖中的酸性巖漿巖類、中性巖漿巖類、基性巖漿巖類。各類巖性特征見表2、圖3。

圖3 興隆臺(tái)潛山巖性劃分示意圖Fig.3 The schematic diagram of lithologic division of Xinglongtai buried hill

表2 興隆臺(tái)潛山測(cè)井巖性分類及典型的響應(yīng)特征Table 2 The lithological classification and typical response characteristics of logging in Xinglongtai buried hill

在完成巖性識(shí)別與劃分后，通過巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，明確巖性與儲(chǔ)層的配置關(guān)系，建立優(yōu)勢(shì)巖性序列，對(duì)后續(xù)的儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)至關(guān)重要。表3為不同巖性的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由表3可以看出，混合花崗巖和斜長(zhǎng)淺粒巖的單軸抗壓強(qiáng)度超過100.0 MPa，斜長(zhǎng)淺粒巖的抗拉強(qiáng)度達(dá)到9.0 MPa，角閃質(zhì)巖類的泊松比較高，混合花崗巖的彈性模量值最高(表3)。

表3 興隆臺(tái)潛山不同巖石力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 3 The statistics of different rock mechanics parameters of Xinglongtai buried hill

隨著暗色礦物含量的增加，巖石的塑性變強(qiáng)，脆性減弱，同等條件下發(fā)育裂縫的能力降低。根據(jù)不同巖性的礦物組成和巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，潛山內(nèi)幕的優(yōu)勢(shì)巖性序列由高到低依次為：酸性侵入巖、混合花崗巖、混合片麻巖與中性侵入巖、片麻巖、基性侵入巖、角閃巖；以裂縫發(fā)育能力來(lái)衡量，酸性侵入巖最好，混合花崗巖次之，基性侵入巖和角閃巖最差。

2.2 裂縫識(shí)別技術(shù)

在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)過程中，可利用巖心描述、成像測(cè)井、常規(guī)測(cè)井和地震資料4種手段描述裂縫發(fā)育特征，巖心描述和成像測(cè)井可對(duì)裂縫表征的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行定量描述，常規(guī)測(cè)井和地震資料需要其他數(shù)據(jù)的輔助才能進(jìn)行定性刻畫。巖心的宏觀參數(shù)表征是基礎(chǔ)，通過精細(xì)的巖心描述可以準(zhǔn)確得知每條裂縫的傾角、走向、開度、密度、間距、切深、形態(tài)和充填情況，這些表征裂縫的關(guān)鍵參數(shù)不僅可用于裂縫預(yù)測(cè)和建模，也對(duì)研究裂縫的導(dǎo)流能力、巖石力學(xué)參數(shù)的定量測(cè)定發(fā)揮關(guān)鍵作用，同時(shí)以巖心刻度成像測(cè)井，也可幫助成像測(cè)井解釋建立FMI圖像識(shí)別裂縫標(biāo)準(zhǔn)。

井壁微電阻率圖像會(huì)受到鉆井、施工等諸多因素的影響，因而要通過巖心、錄井等資料進(jìn)行刻度和標(biāo)定。從巖心描述的結(jié)果來(lái)看，興隆臺(tái)潛山主要發(fā)育中高角度斜交縫和網(wǎng)狀縫，其圖像特征為正弦波或余弦波以及相互切割的網(wǎng)狀形態(tài)。統(tǒng)計(jì)研究區(qū)成像測(cè)井解釋資料可知，裂縫集中分布在中、高角度范圍，傾向?yàn)楸蔽鳌蠔|向，走向?yàn)榻鼥|—西方向，這也與現(xiàn)今地應(yīng)力場(chǎng)方向一致(圖4)。

圖4 興隆臺(tái)潛山部分成像測(cè)井解釋裂縫傾向與走向玫瑰圖Fig.4 The rose diagram of imaging logging interpretation on fracture tendency and strike in Xinglongtai buried hill

相比成像測(cè)井，常規(guī)3700測(cè)井系列資料識(shí)別裂縫效果差，根據(jù)前人的研究成果及開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出裂縫發(fā)育段的測(cè)井響應(yīng)特征為：雙側(cè)向電阻率升高，且深、淺側(cè)向電阻率之間出現(xiàn)較大的幅度差，聲波時(shí)差升高且呈現(xiàn)周波跳躍特征，補(bǔ)償中子升高，補(bǔ)償密度局部降低，裂縫發(fā)育較好且集中井段出現(xiàn)明顯井徑增大，甚至出現(xiàn)“大肚井”現(xiàn)象。

綜合分析成果，興隆臺(tái)潛山有利儲(chǔ)層具有以下特征：巖性為酸性侵入巖、混合花崗巖以及混合片麻巖；電阻率值為30～2 000 Ω·m，曲線形態(tài)為“高阻背景下的相對(duì)低阻”；時(shí)差值為180 μs/m以上，曲線形態(tài)呈現(xiàn)明顯周波跳躍；中子和密度降低。如xg7-10井，該井在4 586～4 634 m井段酸性侵入巖段進(jìn)行壓裂試油，日產(chǎn)油為60 m3/d，日產(chǎn)氣為31 245 m3/d，取得良好效果，證實(shí)油層識(shí)別準(zhǔn)確可靠。

地震數(shù)據(jù)無(wú)法精確反應(yīng)裂縫三維形態(tài)，借助地震波橫向分辨率遠(yuǎn)優(yōu)于縱向分辨率的特性，結(jié)合成像測(cè)井和常規(guī)測(cè)井可準(zhǔn)確刻畫有利儲(chǔ)集體的展布。依據(jù)裂縫評(píng)價(jià)成果對(duì)地震響應(yīng)特征進(jìn)行聚類分析，應(yīng)用地質(zhì)地震統(tǒng)計(jì)法并綜合鉆、錄、測(cè)多種資料預(yù)測(cè)井間有利儲(chǔ)層展布形態(tài)。

根據(jù)彈性波理論，當(dāng)縱波入射到波阻界面時(shí)會(huì)發(fā)生發(fā)射，反射波振幅與反射系數(shù)呈正比，在致密巖層內(nèi)部，物性差異小，反射振幅一般很低，當(dāng)巖層中發(fā)育裂縫時(shí)，由于波阻抗降低，巖石塊體與裂縫體系之間波阻抗差增加，反射振幅明顯增大。因此，致密巖層中振幅突然增大是存在裂縫的直觀顯示，如圖5、6所示。地震波在傳播過程中，能量頻隨率的增大被吸收，高頻部分被吸收導(dǎo)致能量衰減，而地震波衰減與含油氣存在一定的關(guān)系，含油氣后對(duì)地震波能量產(chǎn)生更強(qiáng)烈的吸收作用，能量吸收衰減的程度更高。巖性變化會(huì)直接影響振幅屬性發(fā)生變化，結(jié)合單井巖性劃分成果，即可對(duì)優(yōu)勢(shì)巖性段的展布進(jìn)行刻畫，進(jìn)而預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育情況。

圖5 宏觀裂縫正演模型(無(wú)裂縫情況)Fig.5 The forward modeling of macroscopic fractures (without fractures)

2.3 儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)

綜合多種資料量化有利儲(chǔ)層段特征，建立儲(chǔ)層分類識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。興隆臺(tái)潛山儲(chǔ)層可細(xì)分為3類。一類儲(chǔ)層巖性為酸性侵入巖、混合花崗巖，儲(chǔ)集空間以宏觀裂縫為主，油氣顯示級(jí)別為油斑以上，電阻率為30～500 Ω·m，聲波時(shí)差在190 μs/m以上，成像測(cè)井反映裂縫多為中高角度網(wǎng)狀縫，均方根振幅屬性閾值為15 000～22 000、形態(tài)為強(qiáng)振幅的連續(xù)反射，xg7-10-16、cg1、mg12等井投產(chǎn)效果證實(shí)一類儲(chǔ)層日產(chǎn)油可達(dá)20～80 t/d，水平井甚至可達(dá)到日產(chǎn)百噸以上；二類儲(chǔ)層巖性為混合片麻巖、中性侵入巖，儲(chǔ)集空間以微裂縫、微孔隙為主，油氣顯示級(jí)別為油跡以上，電阻率為300～1 000 Ω·m，聲波時(shí)差為183～203 μs/m，成像測(cè)井反映裂縫多為中高角度斜交縫，均方根振幅屬性閾值為8 000～12 000、形態(tài)為中強(qiáng)振幅的較連續(xù)反射，以xg7-H231、cg3等井的投產(chǎn)效果分析，二類儲(chǔ)層日產(chǎn)油可達(dá)15～40 t/d；三類儲(chǔ)層巖性為片麻巖，儲(chǔ)集空間類型為顯微裂縫和微孔型，油氣顯示級(jí)別熒光以上，電阻率為800～2 000 Ω·m，聲波時(shí)差為180～187 μs/m，發(fā)育中低角度縫，均方根振幅屬性閾值為6 000以下或26 000以上、形態(tài)為弱振幅的較連續(xù)反射或空白反射，三類儲(chǔ)層投產(chǎn)效果較差，日產(chǎn)油均低于10 t/d(表4)。基性侵入巖和角閃巖由于塑性強(qiáng)，對(duì)于地層形變導(dǎo)致的應(yīng)力釋放難以形成裂縫，劃分為非儲(chǔ)層，不予研究。

表4 興隆臺(tái)潛山儲(chǔ)層分類特征統(tǒng)計(jì)Table 4 The statistics of classification and characteristics of reservoirs in Xinglongtai buried hill

圖6 宏觀裂縫正演模型(頂面裂隙間距50m)Fig.6 The forward modeling of macroscopic fractures (the top fracture spacing is 50m)

應(yīng)用以上劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)研究區(qū)開展儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)，研究表明興隆臺(tái)潛山內(nèi)幕整體一、二類儲(chǔ)層均有發(fā)育，不同部位儲(chǔ)層發(fā)育程度有一定差異，其中一類儲(chǔ)層以興古潛山最為發(fā)育，陳古潛山次之，馬古潛山僅局部發(fā)育，二類儲(chǔ)層則廣泛發(fā)育。各斷塊儲(chǔ)層展布形態(tài)有所不同，平面上陳古潛山以逆斷層為中心向南、北兩側(cè)發(fā)育，成層性較為明顯，體現(xiàn)了巖漿主要沿先期斷層向應(yīng)力釋放區(qū)侵入，興古潛山儲(chǔ)層發(fā)育受興古7逆斷層影響，整體為塊狀，縱向上各段均有發(fā)育，馬古潛山由于埋藏較深，裂縫發(fā)育程度較差，一類儲(chǔ)層僅在馬古1塊局部發(fā)育。

以儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)成果為基礎(chǔ)，相繼在興古9、馬古6、興古7-10、馬古3、興古12等區(qū)塊部署各類開發(fā)井50余口，完鉆投產(chǎn)34口，初期日產(chǎn)油均在30 t/d以上，最高單井日產(chǎn)油達(dá)85 t/d，建產(chǎn)能38.76×104t，階段累產(chǎn)油88.18×104t。同時(shí)依據(jù)儲(chǔ)層劃分成果，優(yōu)選一批老井調(diào)層，均取得較好效果，如興古9-5井上返一類儲(chǔ)層發(fā)育段射孔，投產(chǎn)初期日產(chǎn)油達(dá)80 t/d，目前日產(chǎn)油為60 t/d，階段累產(chǎn)油16.00×104t。

3 結(jié) 論

(1)利用巖心分析結(jié)果計(jì)算各種巖性的巖石骨架理論測(cè)井值，結(jié)合測(cè)井曲線的組合形態(tài)，進(jìn)行巖石類型的識(shí)別，將興隆臺(tái)潛山巖石薄片鑒定的25種巖石類型轉(zhuǎn)化為測(cè)井可識(shí)別的7類巖石類型，即變質(zhì)巖中的混合花崗巖類、混合片麻巖類、片麻巖類、角閃巖類，巖漿巖中的酸性巖漿巖類、中性巖漿巖類、基性巖漿巖類。

(2)根據(jù)儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，興隆臺(tái)潛山儲(chǔ)層可劃分為3類：一類儲(chǔ)層優(yōu)勢(shì)巖性為酸性侵入巖、混合花崗巖，具有良好的油氣儲(chǔ)集性能；二類儲(chǔ)層巖性為混合片麻巖、中性侵入巖，儲(chǔ)集性能稍差；三類儲(chǔ)層巖性為片麻巖，儲(chǔ)集性能最差?；郧秩霂r和角閃巖由于塑性強(qiáng)，對(duì)于地層形變導(dǎo)致的應(yīng)力釋放難以形成裂縫，劃分為非儲(chǔ)層。

(3)以儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，識(shí)別刻畫有利儲(chǔ)層展布特征為潛山高效開發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)指導(dǎo)后續(xù)開發(fā)方式轉(zhuǎn)換調(diào)整，有力支撐興隆臺(tái)潛山帶持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。