碳酸鹽巖儲(chǔ)層影響因素及產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法探討

樊金鹿 （英國(guó)曼徹斯特大學(xué)地球大氣和環(huán)境科學(xué)學(xué)院，Manchester M139PL，UK）

碳酸鹽巖儲(chǔ)層影響因素及產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法探討

樊金鹿 （英國(guó)曼徹斯特大學(xué)地球大氣和環(huán)境科學(xué)學(xué)院，Manchester M139PL，UK）

針對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層原生生物活動(dòng)影響和孔隙結(jié)構(gòu)變化影響兩個(gè)方面，分析了碳酸鹽巖儲(chǔ)層產(chǎn)能評(píng)價(jià)的復(fù)雜性，評(píng)介了不同識(shí)別精度下產(chǎn)能評(píng)價(jià)所使用的技術(shù)方法。認(rèn)為決定碳酸鹽巖儲(chǔ)層性質(zhì)和質(zhì)量的重要因素是成巖前期生物活動(dòng)影響和成巖后期孔隙結(jié)構(gòu)變化，包括溶蝕作用和白云巖化作用所形成的次生孔隙。在產(chǎn)能評(píng)價(jià)實(shí)踐過程中，針對(duì)不同目標(biāo)的評(píng)價(jià)期望，使用不同識(shí)別精度的技術(shù)方法，更有利于得到理想的評(píng)價(jià)結(jié)果。

碳酸鹽巖；儲(chǔ)集層；產(chǎn)能評(píng)價(jià)；評(píng)價(jià)方法；影響因素

碳酸鹽巖儲(chǔ)層和砂巖儲(chǔ)層是現(xiàn)今石油工業(yè)進(jìn)行勘探開發(fā)最常見的兩大儲(chǔ)層類型。目前可識(shí)別的碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要有6種類型：不整合面封閉儲(chǔ)層、白云巖儲(chǔ)層、鮞粒和團(tuán)粒淺灘儲(chǔ)層、生物礁儲(chǔ)層、微孔隙儲(chǔ)層及微裂縫儲(chǔ)層。相對(duì)于砂巖儲(chǔ)層的產(chǎn)能評(píng)價(jià)，碳酸鹽巖儲(chǔ)層油氣產(chǎn)能評(píng)價(jià)更為復(fù)雜，也通常被認(rèn)為是勘探開發(fā)中的難點(diǎn)。為此，筆者對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層產(chǎn)能的影響因素和產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法進(jìn)行研究。

1 碳酸鹽巖儲(chǔ)層產(chǎn)能的影響因素

儲(chǔ)層產(chǎn)能評(píng)價(jià)是指評(píng)價(jià)估計(jì)儲(chǔ)層巖石內(nèi)儲(chǔ)集有機(jī)質(zhì)的能力和總體含量，并以此對(duì)儲(chǔ)集層總體經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)開發(fā)方案提供有效技術(shù)信息。儲(chǔ)集層中有機(jī)質(zhì)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值直接取決于所在油（氣）藏的地質(zhì)儲(chǔ)量、開發(fā)最優(yōu)化方案和生產(chǎn)效率。下面通過分析原生生物活動(dòng)的影響和孔隙結(jié)構(gòu)的變化來論述碳酸鹽巖儲(chǔ)層產(chǎn)能評(píng)價(jià)的難點(diǎn)和影響因素。

1.1 原生生物活動(dòng)環(huán)境及沉積方式的影響

1.1.1 原生生物活動(dòng)環(huán)境的影響

在現(xiàn)代地質(zhì)沉積環(huán)境中，超過90%的碳酸鹽巖沉積體系都被認(rèn)為是在海洋沉積環(huán)境下，生物在原地生長(zhǎng)所形成，這些在暖水條件下可分泌碳酸鈣的生物包括［1，2］：孔蟲、海綿、層孔蟲、苔蘚動(dòng)物、腕足動(dòng)物等。而不同造礁生物所形成的碳酸鹽巖儲(chǔ)層在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上也有本質(zhì)區(qū)別，例如，紅藻為了抵御海浪對(duì)生物礁的破壞，所形成的碳酸鹽巖儲(chǔ)層多為堅(jiān)硬的固態(tài)結(jié)構(gòu)；而藍(lán)綠藻所形成的碳酸鹽巖儲(chǔ)層是灌木狀形態(tài)，這種形態(tài)的生物礁抵抗不了海浪等巨大外力作用，是難以生長(zhǎng)的。生物活動(dòng)對(duì)碳酸鹽巖沉積的影響還體現(xiàn)在生物所處的氣候、環(huán)境等因素對(duì)碳酸鹽巖沉積的控制能力上［3］，這種控制能力表現(xiàn)為氣候和環(huán)境分布特征、原始生長(zhǎng)環(huán)境特征、骨架建造結(jié)構(gòu)特征等。

1.1.2 沉積方式的影響

碳酸鹽巖儲(chǔ)層沉積方式與砂巖儲(chǔ)層沉積方式截然不同。碳酸鹽巖沉積物通常都是在原始造礁生物生長(zhǎng)地域附近沉積形成；而砂巖沉積物一般情況下是在其原始沉積地域以外形成，原始沉積物經(jīng)過運(yùn)移到最終沉積區(qū)域，最終沉積區(qū)域內(nèi)沉積過程控制了砂巖沉積的具體分布。碳酸鹽巖沉積物的顆粒直徑和顆粒分選程度，更大程度上是由產(chǎn)生碳酸鈣分泌物的生物群落活動(dòng)情況、分布情況、生物超微結(jié)構(gòu)特征所控制。而砂巖沉積物沉積結(jié)構(gòu)受沉積過程中如風(fēng)能、波浪和水動(dòng)力等物理能量類型和影響程度所控制［4］。碳酸鹽巖沉積物和砂巖沉積物主要區(qū)別是沉積物的來源不同。通常情況下，碳酸鹽巖沉積物與形成過程和環(huán)境中的生物組分有直接關(guān)系，并缺乏物質(zhì)運(yùn)移過程，所以碳酸鹽巖沉積物的顆粒組成反映其原始沉積環(huán)境。與這種情況截然相反的是，砂巖沉積物的顆粒組成并不是像碳酸鹽巖沉積物一樣反映原始沉積環(huán)境，而是取決于最終形成沉積地域內(nèi)的物源情況、氣候條件和構(gòu)造演化［5～8］。

1.2 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)變化的影響

碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)較砂巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)要復(fù)雜很多，其類型可分為原生孔隙和次生孔隙。其中，原生孔隙包括粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙、晶間孔隙、鑄?？紫丁⒕W(wǎng)格孔隙、骨架孔隙、遮蔽孔隙、溶孔、溶洞、溶溝、角礫孔隙、鉆孔孔隙、潛穴孔隙、收縮孔隙、裂縫；次生孔隙包括生物溶蝕孔隙和化學(xué)溶蝕孔隙。相比于砂巖沉積物，碳酸鹽巖沉積物孔隙結(jié)構(gòu)存在更多不確定性和復(fù)雜性［9］。在次生孔隙形成過程中，生物來源不同對(duì)粒間孔隙、遮蔽空隙和骨架孔隙的影響都是不同的。例如，生物活動(dòng)會(huì)增加鉆孔孔隙、潛穴孔隙和生物溶蝕孔洞的數(shù)量；而化學(xué)反應(yīng)對(duì)成巖過程中次生孔隙影響也很嚴(yán)重。

1.2.1 溶蝕作用產(chǎn)生的次生孔隙

在埋藏早期，碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙流體中的化學(xué)成份和化學(xué)特征極易產(chǎn)生變化，如鹽度變化、溫度變化和二氧化碳含量變化等，其溶蝕作用隨之發(fā)生變化。在快速埋藏過程中，有機(jī)質(zhì)成熟演化和泥頁(yè)巖脫水作用所產(chǎn)生的溶蝕性流體也有可能導(dǎo)致溶蝕作用。在埋藏過程中，如果灰?guī)r與地質(zhì)不整合相連并接觸大氣降水，溶蝕作用也有可能會(huì)發(fā)生［10］。

1.2.2 白云巖化作用產(chǎn)生的次生孔隙

由白云巖化作用產(chǎn)生的次生孔隙所占主導(dǎo)的白云巖儲(chǔ)層，多沉積于潮上帶至常規(guī)海相層序的沉積環(huán)境中，形成這種儲(chǔ)層孔隙的原因是發(fā)生在晚期成巖作用的白云巖化和隨之產(chǎn)生的粒間孔隙。白云巖化作為一種方解石的置換作用，所形成的固態(tài)孔隙格架在某種程度上可以減少后期壓實(shí)作用對(duì)孔隙空間的影響。白云巖化作用對(duì)孔隙空間的影響，不同的學(xué)者也有不同見解：①M(fèi)urray［11］通過試驗(yàn)證明，不同程度白云巖化作用對(duì)孔隙度影響是不同的。在他的試驗(yàn)中，白云巖化作用早期，隨著白云巖化作用增強(qiáng)，孔隙度呈下降趨勢(shì)；直到白云巖化作用進(jìn)行到中期，即50%的方解石被白云石置換后，孔隙度才隨著白云巖化作用進(jìn)一步增強(qiáng)而增加。②Weyl［12］認(rèn)為如果白云巖化作用通過一定數(shù)量方解石置換得到同等數(shù)量的白云石，那么在從方解石到白云石的轉(zhuǎn)化過程中，白云石會(huì)因?yàn)榕c方解石相對(duì)比重的差異而導(dǎo)致總體孔隙度會(huì)有約13%的增加。③Enos等［13］則認(rèn)為，在潮坪帶和類似的沉積環(huán)境中，如果白云巖化作用比壓實(shí)作用更早發(fā)生，灰?guī)r中原生孔隙的增加有可能超過60%。④筆者更贊成Purser［14］的觀點(diǎn)，白云巖化作用對(duì)孔隙空間的影響與原生灰?guī)r的特征有關(guān)。如果成巖作用發(fā)生在碳酸鈣缺乏運(yùn)移情況下，孔隙度會(huì)隨著白云巖化作用的增強(qiáng)而增加。

2 碳酸鹽巖儲(chǔ)層產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法

在碳酸鹽巖產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法中，不同理論學(xué)說通過研究不同沉積環(huán)境和物源所得到的試驗(yàn)結(jié)果，用來指導(dǎo)評(píng)價(jià)處于不同構(gòu)造條件、物源運(yùn)輸和沉積環(huán)境下的儲(chǔ)層。下面將對(duì)應(yīng)用于產(chǎn)能評(píng)價(jià)的主要技術(shù)方法，根據(jù)不同識(shí)別精度分辨率進(jìn)行簡(jiǎn)要評(píng)介。

2.1 碳酸鹽巖儲(chǔ)層產(chǎn)能評(píng)價(jià)主要技術(shù)方法

在勘探開發(fā)不同階段碳酸鹽巖儲(chǔ)層產(chǎn)能評(píng)價(jià)的主要技術(shù)方法見表1。

1）巖心分析 在實(shí)際勘探開發(fā)中，巖心分析測(cè)試是非常重要和必要的。巖心數(shù)據(jù)是提供目的層具體性質(zhì)和特征的唯一確切可見數(shù)據(jù)。通過精細(xì)巖心分析，可以觀察目的層巖性、構(gòu)造、沉積結(jié)構(gòu)和含油性特征等。針對(duì)巖心薄片所做的一系列觀測(cè)分析，可以得到巖石具體物理特征，如孔隙度、滲透率、毛細(xì)管壓力、油水飽和度數(shù)據(jù)等，這在產(chǎn)能評(píng)價(jià)過程中極為重要。

表1 碳酸鹽巖儲(chǔ)層不同階段產(chǎn)能評(píng)價(jià)主要技術(shù)方法

2）地層測(cè)試 地層測(cè)試是通過附于鉆桿或油管之上的地層測(cè)試儀器對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)能、溫度和即時(shí)地層壓力所進(jìn)行的測(cè)量，同時(shí)可以獲得在生產(chǎn)流動(dòng)狀態(tài)下的地層流體樣本。地層測(cè)試可以直接有效地驗(yàn)證油氣藏的存在和質(zhì)量，其中包括含油面積、油氣（水）接觸邊界等。并能通過分層測(cè)試得到具體的產(chǎn)層流體特征參數(shù)、油氣藏驅(qū)動(dòng)類型。地層測(cè)試主要包括中途測(cè)試和完井測(cè)試或套管測(cè)試。地層測(cè)試是對(duì)前期所進(jìn)行的一系列測(cè)量、試驗(yàn)做最后的證明。

3）裸眼錄井 裸眼錄井是為所有產(chǎn)能分析提供綜合校準(zhǔn)的技術(shù)方法。對(duì)于儲(chǔ)層孔隙度、滲透率和巖石類型等物性特征，只有通過裸眼錄井才能得到連續(xù)記錄。裸眼電纜測(cè)井記錄了地層本身的電阻率、地層體積密度、天然的和后期的放射性、含油（氣）飽和度等，大部分測(cè)井技術(shù)都是通過記錄這些特征來檢測(cè)儲(chǔ)層中的有機(jī)質(zhì)含量。

4）泥漿錄井 泥漿錄井是借助鉆井中循環(huán)的泥漿和鉆屑而進(jìn)行直接連續(xù)監(jiān)測(cè)和計(jì)算儲(chǔ)層相關(guān)參數(shù)的過程。這一過程包括對(duì)鉆屑的物理測(cè)試、描述和與鉆井?dāng)?shù)據(jù)的對(duì)比關(guān)系。泥漿錄井是針對(duì)巖石類型和所含流體成份進(jìn)行的綜合分析，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于使鉆屑的實(shí)際地層分析在半連續(xù)基礎(chǔ)上具有可行性，并能在未開發(fā)時(shí)預(yù)測(cè)鉆井過程中可能發(fā)生的問題。

5）隨鉆測(cè)量 越來越多的地層特征和數(shù)據(jù)是通過運(yùn)用特殊鉆具在鉆進(jìn)過程中隨鉆測(cè)量得到的。在需要嚴(yán)格控制鉆進(jìn)路徑的定向井中，隨鉆測(cè)量方法尤為重要。因?yàn)樵诙ㄏ蚓?，需要運(yùn)用即時(shí)地層特征來計(jì)算地層壓力并確定套管封固位置。另外，隨鉆測(cè)量是緊隨鉆頭鉆進(jìn)之后即時(shí)進(jìn)行的，所以隨鉆測(cè)量技術(shù)方法受井下環(huán)境影響更小，更有利于精確數(shù)據(jù)計(jì)算。

2.2 碳酸鹽巖儲(chǔ)層不同分辨率的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法

在產(chǎn)能評(píng)價(jià)過程中，理想順序是，先由衛(wèi)星航空照片得到總體地形構(gòu)造、有利區(qū)塊面積等；之后再通過地震、重力和磁力分析研究出有利區(qū)塊的構(gòu)造格局，如儲(chǔ)集層深度、位置、圈閉形態(tài)等；然后進(jìn)行隨鉆測(cè)量、泥漿錄井、地層測(cè)試；同時(shí)，在鉆井鉆進(jìn)過程中進(jìn)行測(cè)井和巖心采樣，從中分析研究目的層流體含量及性質(zhì)。其中，泥漿錄井分析和地層測(cè)試可以預(yù)測(cè)具有生產(chǎn)潛力的優(yōu)勢(shì)地層及儲(chǔ)量和產(chǎn)能；而巖心分析和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)則可以得到更為詳盡的儲(chǔ)集層和流體定性分析資料。因此，在實(shí)際勘探開發(fā)中，也可以通過使用不同分辨率數(shù)量級(jí)的技術(shù)方法（表2）進(jìn)行產(chǎn)能評(píng)價(jià)，以達(dá)到不同的評(píng)價(jià)期望和效果。

3 結(jié) 語(yǔ)

在勘探開發(fā)碳酸鹽巖儲(chǔ)層過程中，針對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)能評(píng)價(jià)的方法和技術(shù)顯得尤為重要。但是，相比于砂巖儲(chǔ)層，碳酸鹽巖儲(chǔ)層的產(chǎn)能影響因素較多，難以建立某種特定的評(píng)價(jià)模型，要針對(duì)不同的原生生物影響、孔隙結(jié)構(gòu)變化等因素進(jìn)行單獨(dú)的分析和研究，并加以不同識(shí)別精度（分辨率數(shù)量級(jí)）技術(shù)方法，以達(dá)到不同程度的評(píng)價(jià)期望和評(píng)價(jià)效果。

表2 碳酸鹽巖儲(chǔ)層不同分辨率的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法

［1］Milliman J D.Marine carbonates.part 1，recent sedimentary crbonates［M］.New York：Springer Verlag，1974.

［2］Wilson J L.Carbonate facies in geologic history［M］.New York：Springer Verlag，1975.

［3］Lees A.Possible influence of salinity and temperature on modern shelf carbonate sedimentation［J］.Marine Geology，1975，19：159～198.

［4］Folk R L.Petrology of sedimentary rocks［M］.Austin：Hemphills Bookstore，1968.170.

［5］Krynine P D.Petrographic sudies of variations in cementing material in the oriskany sand［J］.Mineral Industry Experiment Station Bulletin，1941，33：108～116.

［6］Folk R L.The distinction between grain size and mineral composition in sedimentary rock nomenclature［J］.Journal of Geology，1954，62：344～359.

［7］Pettijohn F J.Sedimentary rocks［M］.New York：Harper Brothers，1957.

［8］Blatt H.Sedimentary petrology［M］.San Francisco：Freeman and Sons，1982.

［9］Choquette P W，Pary L C.Geologic nomenclature and cassification of porosity in sedimentary carbonate［J］.American Association of Petroleum Geologists Bulletin，1970，54：207～250.

［10］Saller A H，Budd D A，Harris P M.Unconformities and porosity development in carbonate strata：ideas from a Hedberg conference［J］.American Association of Petroleum Geologists Bulletin，1994，78：857～872.

［11］Murray R C.Origin of porosity in carbonate rocks［J］.Journal of Sedimentary Petroleum，1960，30：59～84.

［12］Weyl P K.Porosity through dolomitisation［J］.Journal of Sedimentary Petrology，1960，30：86～90.

［13］Enos P，Sawatsky L H.Pore networks in holocene carbonate sediments［J］.Journal of Sedimentary Petrology，1981，51：961～986.

［14］Purser B H，Brown A，Nature A.Origins and evaluation of porosity in dolomites［A］.Purser B.Dolomites［C］.International Association of Sedimentologists Special Publication，1994.

［編輯］ 宋換新

53 The Influential Factors of Carbonate Reservoirs and Their Productivity Evaluation Methods

FAN Jin－lu （Authors Address：School of Earth Atmosphere and Environmental Sciences，Manchester University，Manchester M139PL，UK）

In allusion to the aspects of influence of protist activity and pore structural changes in carbonate reservoirs，the complexity of productivity evaluation on carbonate reservoirs were analyzed，the methodologies of the productivity evaluation were evaluated under different recognition accuracies.It was considered that the important factors determining the property and quality of carbonate reservoirs included the influence of organism activity at initial stage and the pore structural changes at the late stage，as well as the secondary pore structure induced by erosion and dolomitisation.In the practice of productivity evaluation，based on different evaluation purposes，it is beneficial for obtaining more ideal results by using the methodologies with different accuracies.

carbonate；reservoir；productivity evaluation；evaluation method；influential factor

book=373,ebook=373

TE122.24；TE155

A

1000－9752（2012）07－0053－04

2012－03－20

樊金鹿（1988－），女，2011年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)方面的研究和學(xué)習(xí)。