安棚深層系致密砂巖有效儲(chǔ)層識(shí)別與評(píng)價(jià)

黎 明，梁麗梅，周永強(qiáng)，李黎明；黃 磊，韓豐華

（中國(guó)石化河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，河南南陽(yáng)473132）

安棚地區(qū)構(gòu)造上位于南襄盆地泌陽(yáng)凹陷趙凹－安棚鼻狀構(gòu)造東南部，該區(qū)深層系主要指埋深在3 000～3 600 m 左右的目的層系，構(gòu)造面積約17.5 km2，分為Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ三個(gè)油組。儲(chǔ)層平均孔隙度為4.16%，平均滲透率2.82×10－3μm2，為特低孔低滲致密性儲(chǔ)層。安棚深層系直井常規(guī)試油產(chǎn)能低，一般小于2 t／d，壓裂后初期效果明顯，平均13 t／d左右。2001年始采用直井同步注水開發(fā)，截止2011年12月開發(fā)區(qū)累計(jì)產(chǎn)油9.8×104t，綜合含水93.55%，目前油井開井?dāng)?shù)9口，日產(chǎn)油9.6 t，水井開井?dāng)?shù)3口，日注水142 m3，注水開發(fā)效果差，采出程度低。通過儲(chǔ)層特征、油氣顯示、試油生產(chǎn)情況及壓裂后四性關(guān)系等分析與研究，對(duì)安棚深層系有效儲(chǔ)層進(jìn)行再認(rèn)識(shí)與分類評(píng)價(jià)，可進(jìn)一步擴(kuò)大其儲(chǔ)量規(guī)模，落實(shí)非常規(guī)開發(fā)潛力，為其下步整體有效開發(fā)動(dòng)用奠定基礎(chǔ)。

1 儲(chǔ)層基本特征

1.1 沉積特征

安棚深層系屬于扇三角洲沉積［1］，沉積環(huán)境主要為扇三角洲前緣亞相和前扇三角洲亞相，發(fā)育的微相類型有：近岸水道、遠(yuǎn)岸水道、河口壩、席狀砂、河道間等微相。物源供給主要有東南方向的栗園、楊橋砂體和西南方向的平氏砂體，平氏砂體規(guī)模較大，為主要物源供應(yīng)者，和規(guī)模較小的栗園、楊橋砂體交匯共同形成該區(qū)的砂體。深層系沉積剖面上呈灰白－淺灰色粗－中－細(xì)砂巖和砂礫巖與深灰－灰黑色泥巖互層。分流河道砂體巖性較粗，以礫狀砂巖和中粗砂巖為主，厚度較大；河口壩巖性以砂巖和含礫砂巖為主，厚度較大；前緣席狀砂砂體巖性偏細(xì)，以粉細(xì)砂巖為主，砂層薄。水下分流河道和河口壩微相的儲(chǔ)層物性較好，席狀砂次之，遠(yuǎn)岸水道和河口壩微相是安棚深層系最重要的儲(chǔ)集砂體。

從常規(guī)試油及壓裂后油氣井產(chǎn)能分析來(lái)看，一般產(chǎn)能較高的井層主要分布在分流河道微相和河口壩微相，中低產(chǎn)能井層主要分布在前緣席狀砂微相帶。

1.2 儲(chǔ)層孔喉特征

安棚深層系儲(chǔ)層孔隙類型主要有原生粒間孔、次生粒間溶孔、組分內(nèi)溶孔（包括粒內(nèi)溶孔、膠結(jié)物內(nèi)溶孔及交代物溶孔）、原生雜基內(nèi)微孔、次生填隙物內(nèi)微孔和裂縫孔隙等。喉道類型包括縮小型、縮頸型、片狀／彎片狀、管束狀四類，其中片狀／彎片狀、管束狀在本區(qū)較發(fā)育?？缀斫M合類型大致劃分為：次生粒間溶孔－片狀喉道組合型、原生粒間孔－片狀喉道組合型（分布在泌252、泌185、泌212、泌246井一帶，微相類型以水下分流河道、河口砂壩為主）、原生雜基內(nèi)和次生晶間微孔－管束狀喉道組合型（常見于東南部近源水下分流河道發(fā)育區(qū)及東北部席狀砂發(fā)育區(qū)）、次生溶孔－原生雜基內(nèi)微孔－片狀／彎片狀／管束狀喉道復(fù)合型。

從壓汞曲線分析，該區(qū)以片狀－彎片狀細(xì)喉道和微細(xì)喉道為主，均勻程度較差。主要流動(dòng)孔隙半徑比較小，分布在0.47～1.06μm之間的范圍內(nèi)，最大喉道半徑1.08～3.26μm，小于4μm的喉道占總孔隙體積的91.06%，大于10μm的僅占0.24%，孔喉相對(duì)分選系數(shù)普遍較大，平均為1.134；微觀均值系數(shù)較小，平均為0.1976，反映出安棚地區(qū)儲(chǔ)層孔喉大小分布不均勻，孔喉分布狀況差。

1.3 儲(chǔ)層物性特征

儲(chǔ)層物性是沉積物結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及成巖改造的綜合反映，物性的好壞反映了儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集能力和流體在其中的滲流能力［2］。安棚深層系致密砂巖屬于快速堆積的碎屑巖儲(chǔ)層，顆粒大小混雜，分選差，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低，再加上較強(qiáng)的機(jī)械壓實(shí)作用和化學(xué)壓溶作用，共同導(dǎo)致了儲(chǔ)層的致密低滲；另外，晚期碳酸鹽膠結(jié)中的鐵白云石和含鐵方解石膠結(jié)物充填于殘余粒間孔和次生溶孔內(nèi)，也是導(dǎo)致安棚深層系砂巖致密低滲的主要因素。

從孔隙度和滲透率統(tǒng)計(jì)資料看出（表1），安棚深層系儲(chǔ)層孔隙度和滲透率平均值分別為4.16%和2.82×10－3μm2，屬于特低孔低滲致密性儲(chǔ)層，總體上隨埋深增加，其物性變差。

表1 安棚深層系儲(chǔ)層巖心物性統(tǒng)計(jì)

1.4 裂縫特征

裂縫是安棚深層系低滲透砂巖儲(chǔ)層流通的主要滲流通道，控制了低滲透砂巖油氣藏的滲流系統(tǒng)，對(duì)提高儲(chǔ)層的滲透性能起十分重要的作用，從而影響著油氣田注水開發(fā)方案及其開發(fā)效果［3］。受盆地周邊構(gòu)造應(yīng)力和埋深影響，安棚區(qū)主要發(fā)育高角度裂縫，裂縫的傾角大多數(shù)在70°以上；此外，在一些局部井段還發(fā)育近水平裂縫，而低角度裂縫的數(shù)量較少。裂縫主要沿構(gòu)造軸部分布，翼部裂縫不發(fā)育，裂縫成組出現(xiàn)，基本平行，走向?yàn)榻鼥|西向，與區(qū)域最大主應(yīng)力方向一致，為區(qū)域性裂縫類型，縫長(zhǎng)以中－短縫為主。安棚深層系儲(chǔ)層裂縫整體較發(fā)育，構(gòu)造軸部的泌252和泌246井區(qū)巖性粗－細(xì)，顆粒均勻，物性好，裂縫發(fā)育，含油性好，特別是泌252井區(qū)是裂縫的集中發(fā)育區(qū)，油井產(chǎn)能高。裂縫的存在一方面有效地提高了安棚地區(qū)儲(chǔ)層的連通性，明顯改善了儲(chǔ)層物性，增大了儲(chǔ)集空間；另一方面也進(jìn)一步加劇了安棚地區(qū)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。

2 有效儲(chǔ)層識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)研究

“四性”關(guān)系是指儲(chǔ)層巖性、物性、電性、含油性之間的關(guān)系，是進(jìn)行有效儲(chǔ)層識(shí)別的基礎(chǔ)［4］。安棚深層系開發(fā)過程中，原有電性解釋為“干層”的部分砂體在常規(guī)壓裂后也能見到一定的產(chǎn)能，這種現(xiàn)象一方面表明安棚深層系致密砂巖油氣藏蘊(yùn)涵著巨大的潛力，另一方面也反映出已有的“四性”關(guān)系不能滿足新工程工藝技術(shù)下開發(fā)的需求，而必須通過統(tǒng)計(jì)和分析壓裂井試油、生產(chǎn)資料，對(duì)安棚深層系“四性”關(guān)系進(jìn)行研究。

“四性”關(guān)系中巖性一般起主導(dǎo)作用，巖石顆粒粗細(xì)、分選好壞、粒序變化、泥質(zhì)含量及膠結(jié)類型等直接控制著儲(chǔ)層的物性［4］。從孔隙度、滲透率與巖性的統(tǒng)計(jì)關(guān)系可以看出（圖1），安棚地區(qū)儲(chǔ)層中的中砂巖、細(xì)砂巖孔隙度和滲透率最好，礫狀砂巖、粗砂巖次之，粉砂巖孔隙度、滲透率較差。根據(jù)鉆井取芯和錄井資料對(duì)比分析（圖2），深層系細(xì)砂巖以上含油性較好，粉砂巖含油性較差，表明巖性對(duì)含油性也有很好的控制作用。根據(jù)壓裂試油、生產(chǎn)效果與巖性關(guān)系統(tǒng)計(jì)分析也驗(yàn)證了這一點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)分析表明，細(xì)砂巖、含礫細(xì)砂巖、礫狀砂巖壓裂效果較好；粉砂巖、砂礫巖壓裂效果較差（圖3）。因此確定安棚深層系巖性下限為細(xì)砂巖，含油性顯現(xiàn)為熒光級(jí)。

圖1 巖性與物性關(guān)系

電性是巖性、物性、含油性的綜合反映。通過對(duì)壓裂試油資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)合錄井資料與電測(cè)資料對(duì)比分析表明，深層系油氣層的電阻率一般大于100Ω·m，水層電阻率一般小于100Ω·m。干層電阻率受含油性的影響，含油干層一般大于100Ω·m，不含油干層一般在70～100Ω·m之間；聲波時(shí)差一般在大于185μs／m時(shí)可見到一定的產(chǎn)量。

圖2 巖性與含油性關(guān)系

圖3 巖性與壓裂效果關(guān)系

安棚深層系油氣藏類型多，油氣流體性質(zhì)復(fù)雜，有揮發(fā)性油藏、帶油環(huán)的凝析氣藏和凝析氣藏，前人研究利用常規(guī)試油資料確定的油氣孔隙度下限為5%，滲透率下限為0.6×10－3μm2?？紤]壓裂對(duì)儲(chǔ)層的改造作用，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析法、含油產(chǎn)狀數(shù)理統(tǒng)計(jì)法綜合分析（圖4、圖5），重新確定安棚深層系油層物性下限孔隙度下限為3%，滲透率下限為0.4×10－3μm2。氣層孔隙度下限定在2.4%，滲透率下限定為0.2×10－3μm2。

圖4 油層、干層含油性與物性散點(diǎn)圖

致密砂巖儲(chǔ)層物性差，滲流孔道復(fù)雜，自然產(chǎn)能低，裂縫發(fā)育的區(qū)域是油氣良好的儲(chǔ)集空間和運(yùn)移通道［3］。通過對(duì)取心井巖心觀察及全區(qū)裂縫發(fā)育密度系統(tǒng)研究后認(rèn)為，研究區(qū)西南部裂縫發(fā)育程度低，而西北部、北部、中部、東南部和東部是裂縫發(fā)育的有利區(qū)域，這些區(qū)域范圍中砂體發(fā)育的部位是油氣聚集的有利區(qū)，因此，將裂縫發(fā)育程度也作為有效儲(chǔ)層識(shí)別的一個(gè)定性標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 氣層、干層含氣性與物性散點(diǎn)圖

3 有效儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)

根據(jù)壓裂后“四性”關(guān)系分析，為滿足深層系下部開發(fā)的需要，綜合考慮安棚深層系儲(chǔ)層含油性、孔隙度、沉積微相、裂縫、電性及壓裂后產(chǎn)能等因素，結(jié)合微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，建立安棚深層系有效儲(chǔ)層識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)（表2）。依據(jù)有效儲(chǔ)層識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)H3Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ油組50個(gè)小層的有效儲(chǔ)層逐層進(jìn)行了識(shí)別與刻畫。安棚深層系有效儲(chǔ)層平面上分布面積大，呈連片狀，長(zhǎng)度一般3 500～6 500 m，寬度一般900～2 800 m?？v向上層位分布集中，厚度大，最大厚度12.6 m，最小厚度2.4 m。

為了反映不同層段不同類型的有效儲(chǔ)層在平面上的展布特征，依據(jù)有效儲(chǔ)層識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合壓裂后的產(chǎn)能、孔隙度、滲透率、沉積微相等平面展布特征，對(duì)安棚深層系有效儲(chǔ)層逐層進(jìn)行了平面分類評(píng)價(jià)（圖6）。受儲(chǔ)層特征及含油氣性影響，Ⅰ類有效儲(chǔ)層是較好的有效儲(chǔ)集層，壓裂后初期產(chǎn)能一般較高，油井常規(guī)壓裂初期日產(chǎn)油一般大于4 t，氣井日產(chǎn)氣一般大于5 000 m3，Ⅱ類有效儲(chǔ)層為較差有效儲(chǔ)集層，產(chǎn)能相對(duì)較低。縱向上，Ⅰ類有效儲(chǔ)層主要分布在 H3Ⅶ1、5、8、11、12、Ⅷ2、4、13、14揮發(fā)油層和 H3Ⅸ14、16凝析氣層，其它小層以Ⅱ類有效儲(chǔ)層為主；平面上，Ⅰ類有效儲(chǔ)層主要集中發(fā)育在泌252、泌212和泌246井區(qū)，平面上分布范圍較小，其他部位則主要以Ⅱ類有效儲(chǔ)層為主。

表2 安棚深層系有效儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)及分類評(píng)價(jià)表

圖6 核三段Ⅸ油組14小層有效儲(chǔ)層分類

4 結(jié)論

（1）安棚深層系的扇三角洲沉積環(huán)境，決定了深層系砂巖快速堆積，顆粒大小混雜，分選差，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低等特征，再加上地層深部的機(jī)械壓實(shí)作用、化學(xué)壓溶作用和晚期碳酸鹽膠結(jié)作用，共同導(dǎo)致了深層系儲(chǔ)層的致密低滲。

（2）安棚深層系廣泛分布的壓裂見油“干層”表明，單純依靠已有的儲(chǔ)層四性關(guān)系參數(shù)很難實(shí)現(xiàn)對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層的有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)，必須依據(jù)儲(chǔ)層特征、油氣顯示、試油生產(chǎn)情況及壓裂后四性關(guān)系分析來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這類儲(chǔ)層的有效性進(jìn)行整體識(shí)別。

（3）安棚深層系致密砂巖有效儲(chǔ)層平面上分布范圍大，連片性好，縱向上層位分布集中，厚度大，這種分布特點(diǎn)有利于采用直井大段分層壓裂和水平井分段壓裂等新型壓裂工藝，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這類儲(chǔ)層的整體開發(fā)運(yùn)用。

［1］ 王國(guó)鵬，鄭浚茂.泌陽(yáng)凹陷安棚鼻狀構(gòu)造的沉積成因及裂縫分布［J］.石油學(xué)報(bào)，2005，（2）：41－44.

［2］ 龔銀忠，胡書奎，沈宜吉，等.安棚深層系儲(chǔ)層裂縫對(duì)開發(fā)的影響及對(duì)策［J］.石油地質(zhì)與工程，2010，24（5）：76－79.

［3］ 崔健，張軍.儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)方法研究［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，10（1）：5－8.

［4］ 王振奇，張昌民，候國(guó)軍，等.安棚深層系扇三角洲低滲致密砂巖儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，（3）：8－13.