高 陽

（中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015）

0 引言

渤海灣盆地東營凹陷北部陡坡帶沙四下亞段砂礫巖中蘊含豐富的凝析氣資源。自2004年該凝析氣藏發(fā)現(xiàn)以來，至2019年完鉆探井23口。但由于儲層非均質(zhì)性強、發(fā)育主控因素認識不清，在該區(qū)鉆探的23口井中有18口因鉆遇的儲層物性差，導致單井產(chǎn)量低于工業(yè)油氣流下限，致使該凝析氣藏至今尚未探明。

2010年之前，對沙四下亞段砂礫巖凝析氣藏的研究主要是分析油氣來源和成因，學者們通過油源對比、流體包裹體，結合埋藏史、生烴史，提出凝析氣藏的油氣源為沙四下亞段的鹽湖相烴源巖［1-2］。凝析氣藏經(jīng)歷了3期成藏和古油藏原油裂解過程，具有優(yōu)質(zhì)的烴源巖、良好的鹽膏封蓋層，溫度與壓力的耦合是形成凝析氣藏的關鍵因素［3］。但隨著鉆井資料的增加，逐漸認識到儲層物性才是控制氣藏富集和產(chǎn)能的關鍵，因此對該區(qū)砂礫巖凝析氣藏的研究轉(zhuǎn)向儲層物性方面。王淑萍等［4-5］運用鑄體薄片、掃描電鏡、流體包裹體分析、物性分析等多種技術方法，分析了砂礫巖儲層成巖作用特征及其對儲層物性的影響，提出了不同沉積相帶砂礫巖儲層成巖差異導致了物性差異，認為扇中辮狀水道微相的砂礫巖由于早期異常高壓和早期油氣充注對儲層的保護，以及酸性溶解對儲層的改造保留了有效儲集層。但目前對砂礫巖儲層物性發(fā)育的主控因素仍然沒有明確，給優(yōu)質(zhì)儲層空間展布預測帶來困難，因此需要開展儲層物性發(fā)育主控因素研究。

沉積作用、成巖過程、構造作用和油氣充注共同控制了儲集層物性［6-10］，這些因素中，哪些因素是儲層物性的主控因素，是儲層研究的重點。早期儲層物性主控因素的研究多采用單因素分析法，即分析儲層孔隙度或滲透率與某一地質(zhì)因素之間的關系，如儲層孔隙度或滲透率與礦物含量的關系或與粒度的關系等［11-17］，能定性確定某一個地質(zhì)因素對儲層物性的影響，但不能確定各地質(zhì)因素對儲層物性影響的大小。近年來，儲層物性控制因素的研究逐漸由單因素向多因素轉(zhuǎn)變：如楊田等［18］在研究東營凹陷沙三中亞段濁積巖儲層時，提出以滲透率差值為母因子表征低滲透儲集層綜合特征，并通過灰色關聯(lián)法計算各地質(zhì)因素的權重系數(shù)；唐俊等［19］利用多元線性逐步回歸方法分析了面孔率與多個地質(zhì)因素之間的相關性，明確了影響姬源地區(qū)長8段碎屑巖儲層面孔率的主要地質(zhì)因素。

為搞清東營凹陷北部陡坡帶沙四下亞段砂礫巖集層物性主控因素，首先利用單因素分析法評價各種沉積作用和成巖作用對儲層孔隙度和滲透率的影響，然后基于單因素分析的結果，以孔隙度和滲透率作為因變量，多個地質(zhì)因素作為自變量，開展多元線性逐步回歸分析，對各地質(zhì)因素對孔隙度和滲透率的影響程度進行排序，最終得到儲集層物性發(fā)育的主控因素。最后利用主控因素疊合方法預測優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)，用于指導東營凹陷沙四下亞段致密砂礫巖油氣藏的勘探。

1 地質(zhì)概況

東營凹陷位于渤海灣盆地濟陽坳陷，是一個北陡南緩的新生代箕狀斷陷凹陷。該凹陷在古近紀沙四下亞段沉積期處于裂陷期，陳家莊凸起南側的陳南斷層強烈運動，形成“高山深湖”的沉積背景，古湖泊北岸陳家莊凸起上的母巖風化后，在重力流作用下進入深湖形成巨厚的砂礫巖扇體，這些砂礫巖體平面上沿陳南斷層裙帶狀展布，縱向上厚度可達數(shù)千米，砂礫巖體與民豐洼陷和利津洼陷的深湖相烴源巖直接接觸，形成近源成藏的砂礫巖油氣藏［20］（圖1）。2004年鉆探的Fs1井獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流，截至2019年共實施鉆井23口，其中5口井獲得工業(yè)油氣流，2口井獲得低產(chǎn)氣流。

圖1 東營凹陷北部陡坡帶沙四下亞段構造綱要及綜合柱狀圖Fig.1 Structural outline and comprehensive column of Lower Es4 in northern steep slope zone of Dongying Sag

東營凹陷沙四下亞段砂礫巖儲層具有巖石類型多樣、成分成熟度和結構成熟度低、物性差的特征［21］。從巖性上看，砂礫巖的巖石類型受沉積相帶控制，扇根亞相主要發(fā)育礫巖、砂質(zhì)礫巖和礫狀砂巖，扇中亞相主要發(fā)育含礫粗砂巖、不等粒砂巖和中砂巖，扇緣亞相主要發(fā)育粉砂巖、細砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖互層。按照砂巖成分分類，其巖性主要為巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖，顆粒以次棱狀為主，分選差—中等。石英和燧石的平均體積分數(shù)為28.8%，長石的平均體積分數(shù)為36.4%，巖屑的平均體積分數(shù)為34.8%，石英與長石+巖屑的體積分數(shù)之比為0.15～0.75，平均值為0.48。砂礫巖的成分受母源影響，不同古沖溝發(fā)育的礫石和巖屑成分變化大，西部利津地區(qū)主要發(fā)育灰?guī)r、白云巖礫石和巖屑，而東部民豐地區(qū)主要發(fā)育結晶巖、石英巖、二長花崗巖礫石和巖屑。從物性上來看，沙四下亞段砂礫巖的孔隙度為0.3%～12.7%，主要分布在1.5%～5.0%，平均為3.7%。沙四下亞段砂礫巖的滲透率為0.001×10-3～42×10-3μm2，主要 分布在0.1×10-3～1.0×10-3μm2，平均為1.8×10-3μm2，為中—低孔、低滲—致密儲層。

2 儲層物性影響因素

2.1 沉積作用

不同沉積環(huán)境下沉積的巖石，其粒徑大小、分選性、磨圓程度、雜基含量和巖石顆粒的成分等方面有明顯差異，這些差異影響了埋藏后的成巖作用，導致了儲層物性的差異。

統(tǒng)計了501組沙四下亞段砂礫巖儲層物性數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)處于相同成巖階段、不同沉積亞相砂礫巖的物性有明顯差異。在晚成巖A期（Ro為0.5%～1.3%），扇根亞相、扇中亞相和扇緣亞相砂礫巖的孔隙度平均值分別為3.5%、5.0%和4.0%，滲透率平均值分別為0.34×10-3、1.51×10-3和0.50×10-3μm2，表明沉積亞相對于儲層物性具有明顯影響。沉積亞相是沉積環(huán)境和沉積物各種特征的綜合反映，對砂礫巖物性的控制體現(xiàn)在分選、粒度、巖性、物質(zhì)組成等各個方面，需要對每一個沉積地質(zhì)因素與儲層物性的關系展開分析。

2.1.1 分選系數(shù)

利用激光粒度實驗得到的分選系數(shù)（f）可以表征儲層的分選性，當f等于1表示分選均勻，f為（1，2.5］表示分選較好，f為（2.5，4.5）表示分選中等，S大于等于4.5表示分選差。統(tǒng)計了不同成巖階段儲層分選系數(shù)與孔隙度、滲透率之間的關系，發(fā)現(xiàn)分選性越好儲層物性越好（圖2）。其中孔隙度大于6%，滲透率大于1×10-3μm2的儲層，分選系數(shù)小于2.5。

圖2 砂礫巖分選系數(shù)與滲透率、孔隙度的關系Fig.2 Relationships of sorting coefficient vs.permeability and porosity of glutenite

2.1.2 粒度

統(tǒng)計了粒度中值與孔隙度、滲透率之間的關系，發(fā)現(xiàn)砂礫巖的粒度中值越大，孔隙度和滲透率越大。粒度中值為1.0～2.0 mm的砂礫巖，孔隙度平均值為4.9%，滲透率平均值為1.38×10-3μm2；粒度中值為0.5～1.1 mm的砂礫巖，孔隙度平均值為4.6%，滲透率平均值為1.19×10-3μm2；粒度中值0.2～0.5 mm的砂礫巖，孔隙度平均值4.2%，滲透 率 平 均 值 為0.87×10-3μm2；粒 度 中 值0.13～0.25 mm的砂礫巖，孔隙度平均值為3.7%，滲透率平 均 值 為0.74×10-3μm2；粒 度 中 值 為0.063～0.125 mm的砂礫巖，孔隙度平均值為3.2%，滲透率 平 均 值 為0.37×10-3μm2；粒 度 中 值 為0.031～0.063 mm的砂礫巖，孔隙度平均值為2.6%，滲透率平均值為0.18×10-3μm2。結果表明巖石粒度越粗，儲層的孔、滲性越好。

2.1.3 物質(zhì)組成

巖石中顆粒成分對儲層物性有明顯的控制作用，巖石中剛性組分含量高則抗壓實能力強，有利于原生孔隙的保存，巖石中塑形組分含量高時，塑形礦物壓實形成假雜基充填孔隙，不利于原生孔隙的保存。統(tǒng)計了沙四下亞段砂礫巖中石英、長石、巖屑含量與巖石滲透率之間的關系，以及巖屑中沉積巖巖屑、巖漿巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑與巖石滲透率之間的關系，發(fā)現(xiàn)二者之間沒有明顯的相關性。

2.1.4 雜基含量

從雜基含量與孔隙度、滲透率關系上可以看出（圖3），砂礫巖中雜基的含量影響了儲層的物性。雜基體積分數(shù)小于5%的砂礫巖，平均孔隙度為7.1%，平均滲透率為1.80×10-3μm2；雜基體積分數(shù)為10%的砂礫巖，平均孔隙度為5.3%，平均滲透率下降到1.20×10-3μm2；雜基體積分數(shù)超過10%的砂礫巖，平均孔隙度僅3.6%，平均滲透率下降到0.24×10-3μm2。隨著雜基含量的增加，儲集層的孔、滲透性變差。

圖3 砂礫巖雜基含量與孔隙度、滲透率的關系Fig.3 Relationships of matrix content vs.porosity and permeability of glutenite

在砂礫巖這類重力流沉積物中，巖石中的雜基體積分數(shù)在一定程度上反映了水動力條件和分選性，雜基體積分數(shù)越高，沉積物的分選越差。尤其是在扇根亞相發(fā)育的泥石流沉積物，大小礫石漂浮在泥質(zhì)、泥云質(zhì)雜基中，孔隙不發(fā)育（圖4（a））。

圖4 東營凹陷沙四下亞段砂礫巖典型薄片照片F(xiàn)ig.4 Typical thin-section photos of glutenite in Lower Es4 of Dongying Sag

2.2 成巖作用

東營凹陷陡坡帶沙四下亞段砂礫巖埋深普遍超過3 500 m，處于晚成巖A期、晚成巖B期，經(jīng)歷了強烈的壓實作用和膠結作用，顆粒之間多為線狀、凹凸狀接觸。砂礫巖儲層顆粒間發(fā)育2—3期的碳酸鹽膠結物（圖4（b）），膠結物主要為方解石、白云石、鐵方解石和鐵白云石（圖4（c）），部分砂巖中見到硬石膏膠結（圖4（d）），硅質(zhì)膠結不發(fā)育，偶見石英次生加大，壓實作用和膠結作用是導致儲層致密的主要原因，主要儲集空間為殘余原生粒間孔隙和次生溶蝕孔隙（圖4（e））。為了進一步研究成巖作用對砂礫巖物性的影響，分別統(tǒng)計了不同沉積亞相砂礫巖的埋深、膠結物含量與孔隙度、滲透率之間的關系。

2.2.1 埋深

隨著埋深的增加，砂礫巖的孔隙度和滲透率逐漸減小。在晚成巖A1期，砂礫巖孔隙度最高可達12%，滲透率最高可達82.81×10-3μm2，平均滲透率為2.21×10-3μm2，儲集空間以原生殘余粒間孔隙為主，次生溶蝕孔隙為輔（圖4（e）、（f））；在晚成巖A2期，砂礫巖的孔隙度大多小于8%，滲透率小于5×10-3μm2，平均滲透率僅0.49×10-3μm2，儲集空間仍然為原生殘余粒間孔隙和次生溶蝕孔隙，但次生溶蝕孔隙占總孔隙的比例隨埋深增加而逐漸增大（圖4（g））。到了晚成巖B期，砂礫巖的孔隙度和滲透率迅速降低，儲集空間以次生溶蝕孔隙和裂縫為主（圖4（h）），平均孔隙度為0.97%，平均滲透率為0.068×10-3μm2。

2.2.2 膠結物含量

東營凹陷陡坡帶沙四下亞段砂礫巖的膠結物主要為多期發(fā)育的碳酸鹽膠結物，體積分數(shù)為0.5%～30.0%，平均為9.5%，膠結物成分主要為方解石、白云石、鐵方解石和鐵白云石。砂礫巖中還見到黃鐵礦和硬石膏膠結，體積分數(shù)為0.5～9.0%，平均為1.2%，硅質(zhì)膠結不發(fā)育，在少數(shù)樣品薄片中見到石英次生加大，硅質(zhì)膠結物平均含量小于1.0%。

統(tǒng)計了不同碳酸鹽膠結物含量、黃鐵礦+石膏膠結物含量的砂礫巖的孔隙度和滲透率，發(fā)現(xiàn)不同碳酸鹽膠結物含量的砂礫巖的孔隙度和滲透率有明顯差異。

碳酸鹽膠結物體積分數(shù)小于5%的砂礫巖，平均孔隙度為4.3%，平均滲透率為3.12×10-3μm2；碳酸鹽巖體積分數(shù)為5%～15%的砂礫巖，平均孔隙度為4.5%，平均滲透率為1.77×10-3μm2；碳酸鹽巖體積分數(shù)為15%～25%的砂礫巖，平均孔隙度為3.3%，平均滲透率為0.76×10-3μm2；碳酸鹽膠結物體積分數(shù)超過25%的砂礫巖，平均孔隙度為1.8%，平均滲透率為0.25×10-3μm2。隨著膠結物含量的增加，儲集層孔隙度和滲透率降低。

3 儲層物性主控因素

基于單因素分析認為：埋深（成巖程度）、分選、粒度、雜基含量、碳酸鹽膠結物含量對砂礫巖的孔隙性和滲透性具有控制作用，但如何定量評價各因素對物性影響程度，哪種因素對物性影響最大，需要進一步研究，為此引入了逐步回歸分析方法。

逐步回歸分析的基本思想是將變量逐個引入模型，每引入一個解釋變量后要進行F檢驗（數(shù)理統(tǒng)計術語），并對已經(jīng)選入的解釋變量逐個進行t校驗（數(shù)理統(tǒng)計術語），當原來引入的解釋變量由于后面解釋變量的引入而變得不顯著時，則將其刪除，以確保每次引入新的變量之前回歸方程中只包含顯著性變量。這是一個反復的過程，直到?jīng)]有顯著的解釋變量選入方程，也沒有不顯著的變量從回歸方程中剔除為止。

將砂礫巖的孔隙度（?）和滲透率的對數(shù)（lgK）作為因變量，砂礫巖中的石英體積分數(shù)（Q）、長石體積分數(shù)（H）、巖屑體積分數(shù)（L）、變質(zhì)巖巖屑體積分數(shù)（M）、沉積巖巖屑體積分數(shù)（S）和巖漿巖巖屑體積分數(shù)（I）、中值粒徑（a）、分選系數(shù)（f）、Ro、碳酸鹽膠結物體積分數(shù)（Ca）、雜基含體積分數(shù)（Ep）、黃鐵礦+石膏膠結物體積分數(shù)（G）共12個參數(shù)作為自變量，利用逐步回歸分析方法，分析自變量引入和剔除方程的順序，對影響砂礫巖孔隙度和滲透率的各地質(zhì)因素進行排序。逐步回歸分析利用SPSS數(shù)理統(tǒng)計軟件實現(xiàn)。

由于孔隙度、滲透率受多重地質(zhì)因素影響，孔隙度和滲透率與單一地質(zhì)因素之間的相關性差，當F值的概率為0.05時引入、0.1時剔除，方程只引入了1—2個自變量，不能查清各地質(zhì)因素對儲層物性的影響。為查清各地質(zhì)因素引入方程的順序和重要性，在逐步回歸分析過程中將置信水平設置為F值的概率0.5時進入、0.8時剔除。

從東營凹陷沙四下亞段砂礫巖孔隙度及其控制因素逐步回歸分析結果來看（表1），孔隙度表征方程引入了6個自變量，沒有剔除自變量，引入自變量的順序依次為Ro、粒度中值、分選系數(shù)、石英含量、火成巖巖屑含量和沉積巖巖屑含量，復相關系數(shù)R2由0.204變?yōu)?.390，估計標準誤差逐漸減小。其中首先引入的自變量為Ro，說明影響儲層孔隙度最主要的因素是成巖程度，其次引入的自變量為粒度中值和分選系數(shù)，表明砂巖的粒度和分選對孔隙性有較大的影響，然后引入的石英含量和火成巖巖屑含量對表征方程的R2造成顯著影響，最后引入的沉積巖巖屑的含量僅使孔隙度表征方程R2改變了0.007。回歸方程中孔隙度與Ro和分選系數(shù)負相關，與粒度中值、石英含量和火成巖巖屑含量正相關，即成巖程度低、分選好、粒度粗、石英含量高、火成巖巖屑含量高的砂礫巖孔隙性好（表1）。

表1 東營凹陷沙四下亞段砂礫巖孔隙度及其控制因素逐步回歸分析結果Table 1 Stepwise regression analysis on porosity and controlling factors of glutenite in Lower Es4 of Dongying Sag

東營凹陷沙四下亞段砂礫巖滲透率表征方程引入了5個自變量（表2），引入自變量的順序依次為雜基含量、變質(zhì)巖巖屑含量、鏡質(zhì)體反射率、分選系數(shù)和碳酸鹽膠結物含量，復相關系數(shù)R2由0.157變?yōu)?.352。

表2 東營凹陷沙四下亞段砂礫巖滲透率及其控制因素逐步回歸分析結果Table 2 Stepwise regression analysis on permeability and controlling factors of glutenite in Lower Es4 of Dongying Sag

首先引入的自變量為雜基含量，表明雜基含量是影響儲層滲透性最主要的因素，雜基含量與滲透率對數(shù)呈負相關，表明雜基含量越低，砂礫巖的滲透性越好；其次引入方程的自變量為變質(zhì)巖巖屑含量，變質(zhì)巖巖屑含量與滲透率對數(shù)正相關，表明變質(zhì)巖巖屑含量越高，儲層滲透性越好；再引入方程的Ro（表征成巖程度）、分選系數(shù)和碳酸鹽膠結物含量都使得滲透率對數(shù)的表征方程復相關系數(shù)R2產(chǎn)生了明顯的變化，滲透率與三者負相關，表明成巖程度低、分選好、碳酸鹽膠結物含量低的儲層滲透性好。

4 有利區(qū)帶預測

勘探實踐證實，研究區(qū)油氣產(chǎn)量主要受儲層滲透性控制，通過前面對儲層滲透性主控因素分析，認為東營凹陷沙四下亞段砂礫巖儲層滲透性受控于雜基含量、變質(zhì)巖巖屑含量和鏡質(zhì)體反射率（Ro表征成巖程度）等因素的作用。利用巖心實測數(shù)據(jù)標定，建立砂礫巖雜基含量和變質(zhì)巖巖屑含量測井評價模型，從而得到目的層段雜基含量和變質(zhì)巖巖屑含量平均值，然后建立Ro與埋深的相關關系，利用砂礫巖埋深計算砂礫巖的Ro，疊合主控因素等值線圖，預測滲透性較好的儲層平面發(fā)育位置。

通過疊合分析，認為東營凹陷北部陡坡帶沙四下亞段優(yōu)質(zhì)儲層主要分布在Ts1井—T176井區(qū)以及Fs1井—Fs3井—Fs5井區(qū)（圖5），該區(qū)砂礫巖儲層的Ro為0.8%～1.6%，巖石中雜基含量低于10%，變質(zhì)巖巖屑含量高于20%。根據(jù)上述研究成果，2020年在預測優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)部署了Fsx101井和Fsx11井，其中Fsx101井在4 525～4 552 m常規(guī)試油，直徑為5 mm油嘴放噴日產(chǎn)油8.42 t、日產(chǎn)氣17 842 m3；Fsx11井4 309.5～4 467 m壓裂試油，直徑為8 mm油嘴控制放噴日產(chǎn)油81.7 t、日產(chǎn)氣42 854 m3，取得良好的勘探效果。

圖5 東營凹陷沙四下亞段砂礫巖儲層滲透率主控因素疊合Fig.5 Superposition of main controlling factors for permeability of glutenite reservoir in Lower Es4 of Dongying Sag

5 結論

（1）基于單因素分析，認為控制沙四下亞段致密砂礫巖儲層物性的地質(zhì)因素包括埋深（或成巖程度）、分選、粒度、雜基含量和碳酸鹽膠結物含量，其中成巖程度低、分選好、粒度粗、雜基含量低、碳酸鹽膠結物含量低的儲層孔隙度高、滲透性好。

（2）在單因素分析的基礎上，逐步回歸分析認為：影響儲層孔隙性的關鍵地質(zhì)因素為成巖程度、粒度、分選、石英含量和火成巖巖屑含量，影響儲層滲透性的關鍵地質(zhì)因素為雜基含量、變質(zhì)巖巖屑含量、成巖程度、分選系數(shù)和碳酸鹽膠結物含量。通過疊合雜基含量、變質(zhì)巖巖屑含量和表征成巖程度的Ro這3個儲集層滲透率主控因素，預測在Ts1井—T176井區(qū)以及Fs1井—Fs3井—Fs5井區(qū)發(fā)育相對高滲透率的優(yōu)質(zhì)儲集層，在預測有利區(qū)部署Fsx101井和Fsx11井兩口探井，取得高產(chǎn)工業(yè)油氣流，取得良好的勘探效果。