◇中國石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院 施玉華

由于常規(guī)油氣藏的發(fā)現(xiàn)概率日益減小，使得致密油勘探開發(fā)成為了很多國家非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的熱點。本文主要采用分形理論對遼河雷家湖相碳酸鹽巖致密油儲層進行了分類，旨在認清該區(qū)致密油儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征，為尋找優(yōu)質(zhì)儲層、指導雷家致密油儲層高效勘探開發(fā)奠定一定的理論依據(jù)。

人們對油氣資源的需求連年攀升，常規(guī)的油氣資源發(fā)現(xiàn)概率日益減小，全球油氣行業(yè)正逐漸形成常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣并舉的態(tài)勢。致密油作為一種非常規(guī)油氣資源，21世紀以來已在北美多個盆地實現(xiàn)規(guī)模開發(fā)，引起了很多國家的關(guān)注，已成為非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)熱點[1]。目前，我國致密油領(lǐng)域的研究及工業(yè)開采依舊處于起步階段，相關(guān)理論研究不成熟，勘探開發(fā)的技術(shù)比較落后，使得致密油的勘探開發(fā)嚴重滯后，在一定程度上影響了我國油氣行業(yè)的發(fā)展[2-3]。

20世紀90年代，在遼河西部凹陷雷家地區(qū)，研究人員發(fā)現(xiàn)了一定規(guī)模儲量的湖相碳酸鹽巖油氣藏，油氣資源量為0.1342×108t，最初只是根據(jù)常規(guī)油氣藏的方法進行了研究及勘探開發(fā)[2]。2012年開始，研究人員根據(jù)致密油的相關(guān)理論和方法對該油藏重新進行一系列的研究及評價，油氣資源量為2.3×108t。前人對該區(qū)致密油的研究主要集中在三個方面：①油藏地質(zhì)特征；②地震數(shù)據(jù)處理；③儲層預測，而對致密油的主控因素及成藏機理認識不清，也沒有有效的儲層分類方法及標準，嚴重制約了雷家地區(qū)的油氣勘探進程。本文采用分形理論對遼河雷家地區(qū)湖相碳酸鹽巖致密儲層進行了分類，為該區(qū)致密油的勘探開發(fā)取得更大突破提供了一定的理論指導。

1 工區(qū)概況

雷家地區(qū)位于遼河西部凹陷的中北部，發(fā)育了近EW、NE方向的兩組斷裂，從北往南，由狹窄逐漸變?yōu)殚_闊，具有東南低、西北高的古地貌特征，面積約為200km2[3]。東部的陳家洼陷，為雷家地區(qū)提供了十分豐富的油源條件。經(jīng)過多年勘探開發(fā)實踐可知，雷家地區(qū)沙四段發(fā)育了多套淺湖相的碳酸鹽巖組合，儲集層巖性分為三類：①白云巖；②泥巖；③頁巖，主要分為兩個含油層系：①高升油層；②杜家臺油層[4]。在經(jīng)過長期地質(zhì)運動之后，使得該區(qū)的裂縫比較發(fā)育，孔隙類型有兩種：①裂縫；②溶蝕孔。除了常規(guī)的構(gòu)造儲層之外，沙四段還存在大范圍的致密油儲層，極大地拓展了雷家地區(qū)的勘探領(lǐng)域。

2 分形理論簡介

自然界中很多物體的局部形態(tài)與整體形態(tài)看上去會非常相似，如樹葉、山川、河流、云朵、海岸線等。1967年，美國數(shù)學家Mandelbrot將自然界中這種部分與整體相似的現(xiàn)象稱為分形[5]。1975年，Mandel Brot創(chuàng)立了分形幾何學，并在此基礎上提出了分形理論，該理論本質(zhì)上是一種利用物體的自相似性特點來研究物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的新理論、新學科。分形理論的的特點是用分維數(shù)、冪函數(shù)等數(shù)學工具來描述和分析客觀事物，從而更好地描述客觀事物的多樣性以及復雜性[6]。20世紀80年代初開始，分形理論作為一種新的理論與方法，在很多領(lǐng)域都開展了相應的應用探索。

由于地質(zhì)作用的表現(xiàn)具有兩個特點：①隨機性；②確定性，因此，分形理論在地質(zhì)學中的應用比較廣泛，如斷裂發(fā)育、巖石構(gòu)造、孔隙特征、水系分布等[5-6]。經(jīng)過多年的發(fā)展，分形理論逐漸改變了地質(zhì)人員的思維，帶來了新的地質(zhì)研究方法與手段，應用效果較好，有效地促進了地質(zhì)學的發(fā)展。巖石內(nèi)部的孔隙具有很強的非均質(zhì)性，并且結(jié)構(gòu)特征具有一定的自相似性。根據(jù)前人大量的研究可知，分形理論可以有效彌補常規(guī)孔隙結(jié)構(gòu)分析方法的缺陷，如參數(shù)單一、描述困難等，從而可以對巖石孔隙的非均質(zhì)性以及自相似性進行定量評價[5-6]。目前，國內(nèi)外研究人員主要采用分形維數(shù)來分析孔隙的結(jié)構(gòu)特征，分形維數(shù)越大，則說明孔隙的形狀越不規(guī)則、孔隙的表面越粗糙，進而表明儲層的類型越差，反之，則儲層的類型越好，從而可以利用分形理論對儲層進行分類[7-8]。

3 分形理論的應用

本文利用分形理論的自相似特性對雷家湖相碳酸鹽巖致密油儲層進行分類。首先，結(jié)合高壓壓汞數(shù)據(jù)可以得到，同一類型的孔隙具有相同的物理特性，即自相似性。根據(jù)孔隙特征的不同可以對致密儲層的孔隙進行分類（圖1）。相同類型特征的孔隙表現(xiàn)出相似的趨勢，曲線的拐點對應孔隙類型轉(zhuǎn)變的孔喉界限值。圖1中的位置為不同類型孔隙的孔喉界限值，因此，根據(jù)圖中曲線表現(xiàn)出來的自相似性，可以將孔隙劃分為三類：大孔>10μm，1μm<中孔<10μm，小孔<1μm。

圖1 基于高壓壓汞數(shù)據(jù)的孔隙分形

其次，根據(jù)壓汞曲線形態(tài)及儲層中孔隙類型的分布特征，可以將雷家地區(qū)碳酸鹽巖致密油儲層分為五類：Ⅰ類儲層壓汞曲線表為寬緩的下凹狀，在孔徑分布上表現(xiàn)為以大孔含量為主，代表層段為雷88-59-85井高升段儲層；Ⅱ類儲層壓汞曲線具有雙平臺特征，在孔徑分布上表現(xiàn)為儲層以大孔和小孔為主，大孔與小孔含量都比較高，代表層段為雷93井杜三段儲層；Ⅲ類儲層壓汞曲線表現(xiàn)為較輕微下凹狀，在孔徑分布上表現(xiàn)為儲層以中孔為主，中值壓力為1MPa，中值半徑為0.7μm，代表層段為雷88-59-85井的部分高升儲層；Ⅳ類儲層主要發(fā)育大量小孔隙，存在極少量的大孔，中孔基本不發(fā)育，代表層段為雷93井部分杜三段儲層；Ⅳ類儲層主要發(fā)育大量小孔隙，存在極少量的大孔，中孔基本不發(fā)育，但當壓力達到一定數(shù)值時，會大量進汞，說明其小孔連通性較好，代表層段為雷93井部分杜三段儲層；Ⅴ類儲層主要發(fā)育大量小孔隙，存在極少量的大孔，代表層段為雷29-15井部分杜三段儲層。

通過對上述五類儲層的統(tǒng)計可知，大孔（孔徑>10μm）孔隙度度和大孔百分含量是制約儲層物性好壞的重要因素。I類儲層具有較高的大孔孔隙度及大孔比例，隨著儲層質(zhì)量的變差，大孔孔隙度逐漸減小，大孔占比逐漸降低。I類儲層大孔占比達50%，大孔孔隙度也達到3%，而V類儲層大孔占比僅為2%（圖2（a））。同時排驅(qū)壓力與巖石中大孔孔隙度和大孔百分比也呈現(xiàn)較好的相關(guān)性，隨著大孔（比例）的增多，排驅(qū)壓力逐漸下降；排驅(qū)壓力與滲透率同樣具有負相關(guān)性，但是相關(guān)性較大孔孔隙度（比例）弱（圖2（b））。

圖2 排替壓力與大孔孔隙度及大孔含量的關(guān)系

4 微觀孔喉和宏觀物性之間的關(guān)系

結(jié)合上面研究可知，根據(jù)孔徑的分布特征可以將雷家地區(qū)湖相碳酸鹽巖儲層分為五類，但在實際應用過程中，由于孔徑的分布特征是較難獲取的地質(zhì)參數(shù)。因此，為了可以將本文的研究成果進行推廣，將微觀孔喉特征與宏觀物性建立了聯(lián)系，從而將微觀儲層分級通過宏觀物性特征應用到實際的生成工作中。通過滲透率、大孔孔隙度、孔喉半徑之間的關(guān)系，可將儲層分為I級儲層（I類、Ⅱ類儲層）：滲透率>10mD；Ⅱ級儲層（Ⅲ類、Ⅳ類儲層）：1mD<滲透率<10mD；Ⅱ級儲層（Ⅴ類儲層）：滲透率<1mD。

5 結(jié)論與分析

（1）根據(jù)分形理論的結(jié)果，雷家地區(qū)湖相碳酸鹽巖儲層孔隙可以分為三類：①大孔>10μm；②1μm<中孔<10μm；③小孔<1μm。

（2）根據(jù)孔徑的分布特征，雷家地區(qū)湖相碳酸鹽巖致密油儲層可以分為五類，其中，大孔（孔徑>10μm）孔隙度度和大孔百分含量是制約儲層物性好壞的重要因素。

（3）根據(jù)微觀孔喉和宏觀物性之間的關(guān)系，雷家地區(qū)湖相碳酸鹽巖致密油儲層可以分為三個級別：①滲透率>10mD；②1mD<滲透率<10mD；③滲透率<1mD。