基于常規(guī)測井的低滲透儲層孔隙結(jié)構(gòu)評價

張 濤, 張憲國, 林承焰， 董春梅

1.山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590；2.中國石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580)

隨著油氣藏開發(fā)的不斷深入，低滲透油藏成為目前的研究熱點(diǎn)，而儲層孔隙結(jié)構(gòu)則是低滲透油藏研究中的關(guān)鍵問題和難點(diǎn)。孔隙結(jié)構(gòu)對儲層的宏觀物性、電性特征、產(chǎn)液性質(zhì)和產(chǎn)能大小均有影響[1-4]，因此，準(zhǔn)確表征儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征對提高儲層評價的準(zhǔn)確性及流體解釋精度具有重要意義[5]。目前，孔隙結(jié)構(gòu)研究主要通過實(shí)驗(yàn)室分析實(shí)現(xiàn)，如壓汞、掃描電鏡、鑄體薄片、CT成像等[6-10]，但這些方法受制于取心及采樣，而且測試成本高。利用測井資料進(jìn)行儲層孔隙結(jié)構(gòu)評價則避免了上述問題，因此，建立基于常規(guī)測井資料的儲層孔隙結(jié)構(gòu)評價方法對低滲透儲層研究具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)塔南凹陷位于蒙古國東部東方省境內(nèi)呼倫貝爾高原，北鄰中國海拉爾盆地，是塔木察格盆地的4個主要生油凹陷之一，基底最大埋深4.6 km，具有東斷西超的復(fù)雜箕狀斷陷結(jié)構(gòu)，其主體由3個半地塹組成，發(fā)育4個北東走向的構(gòu)造帶，呈現(xiàn)出三凹兩隆一斜坡、凹隆相間的構(gòu)造格局，南北分區(qū)，東西成帶。研究區(qū)自下而上發(fā)育基底、下白堊統(tǒng)銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組和上白堊統(tǒng)青元崗組以及第三系和第四系[11,12]。研究目的層段是銅缽廟組和南屯組。銅缽廟組為大套粗碎屑沉積，受構(gòu)造運(yùn)動抬升影響，地層傾角較大，為剝蝕后的殘留地層；各油組分布范圍不一，以扇三角洲沉積為主，物源主要來自西部斜坡、南部以及東部陡坡帶，湖相沉積范圍較小。南屯組為淺湖背景上的扇三角洲沉積，物源主要來自西部斜坡、南部以及東部陡坡帶，扇三角洲前緣展布范圍最廣[13]。

研究區(qū)經(jīng)歷晚侏羅世-早白堊世的火山活動，同時早白堊世經(jīng)歷持續(xù)斷陷，形成了正常陸源碎屑與火山碎屑物質(zhì)同時沉積的特點(diǎn)，巖性復(fù)雜。銅缽廟組和南屯組發(fā)育4類巖性：火山碎屑巖類、沉火山碎屑巖類、火山碎屑沉積巖類和沉積巖類[13-15]。

巖性復(fù)雜尤其是火山碎屑物質(zhì)的影響導(dǎo)致孔滲關(guān)系復(fù)雜，表現(xiàn)為宏觀的儲集和滲流性能復(fù)雜。巖心物性分析資料顯示，研究區(qū)儲層孔隙度值分布在5%～20%，平均為11.2%;滲透率值主要為(0.01～10)×10-3μm2，屬于低孔低滲-特低滲儲層。儲層巖石的巖屑含量高加之成巖作用的影響導(dǎo)致儲層孔滲關(guān)系復(fù)雜，孔隙度與滲透率的相關(guān)性差，相同孔隙度的儲層，其滲透率差別很大。

2 儲層孔隙結(jié)構(gòu)類型及特征

儲層宏觀物性的差異實(shí)際是儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的外在表現(xiàn)和平均效應(yīng)[16]，儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的差異性是揭示研究區(qū)低滲透儲層孔滲關(guān)系相關(guān)性差的關(guān)鍵。按照儲層測井評價的需要，依據(jù)儲層孔滲特征并結(jié)合巖石薄片分析資料和毛管壓力曲線，在研究區(qū)目的層中劃分出4種孔隙結(jié)構(gòu)類型的儲層。

2.1 孔隙連通型

孔隙連通型儲層中發(fā)育粒間溶孔(圖1-A)、剩余粒間孔(圖1-B)和極少量的完整粒間孔(圖1-C)。該類型儲層的孔隙空間連通性較好，對應(yīng)的毛管壓力曲線形態(tài)為粗態(tài)型，平均孔喉半徑大，排驅(qū)壓力低，最大進(jìn)汞飽和度高，壓汞曲線上在較高孔喉半徑處有一個寬緩的平臺(圖2中Ⅰ類特征)，大孔喉分選好，孔隙度多數(shù)大于12%，滲透率一般大于1×10-3μm2，儲層中的孔隙既可以作為流體儲集空間又可作為流體滲流的通道。

圖1 W34井孔隙連通型儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)類型Fig.1 Micropore structure types in the pore-connection reservoir鑄體薄片,單偏光。(A)粒間溶孔,深度1 723.39 m; (B)剩余粒間孔,深度1 752.44 m; (C)完整粒間孔,深度1 728.52 m

圖2 研究區(qū)毛管壓力曲線分類Fig.2 Capillary pressure curve categories in study area自左至右對應(yīng)于Ⅰ～Ⅳ類孔隙結(jié)構(gòu)儲層

孔隙連通型在低滲透儲層中是最為有利的孔隙結(jié)構(gòu)類型，孔隙度與滲透率之間的匹配關(guān)系相對較好。同時，薄片觀察分析發(fā)現(xiàn)，該類型儲層中火山碎屑物質(zhì)和泥質(zhì)含量均較低。

2.2 孔隙半連通型

孔隙半連通型儲層以粒間溶孔(圖3-A)、鑄?？?圖3-B)和顆粒內(nèi)溶孔(圖3-C)為主。半連通型孔隙中的溶孔不受顆粒邊界的限制，其邊緣多呈港灣狀，形狀極不規(guī)則，主要是巖石中長石和巖屑等不穩(wěn)定顆?；蚧鹕剿樾嘉镔|(zhì)填隙物發(fā)生溶蝕或溶解形成的。這類孔隙結(jié)構(gòu)對應(yīng)的毛管壓力曲線為偏粗態(tài)型(圖2中Ⅱ類)。相對于孔隙連通型儲層來說，該類型儲層具有偏高的排驅(qū)壓力、偏低的進(jìn)汞飽和度和孔喉半徑均值，毛管壓力曲線平緩段不明顯，儲層孔隙空間連通性中等，孔隙度在10%～15%，滲透率一般為(0.2～1)×10-3μm2，滲透率比孔隙連通型要差很多。

若粒內(nèi)溶蝕孔與粒間孔連通好，則儲集空間發(fā)育較好；反之，則為較差的儲集空間類型。不同孔隙之間的連通性取決于塑性顆粒的溶解程度，孔隙半連通型儲層的孔隙度與滲透率之間的匹配關(guān)系比孔隙連通型差。該類型的孔隙結(jié)構(gòu)在低滲透儲層中也屬于相對較好的孔隙結(jié)構(gòu)類型。與孔隙連通型儲層相比，孔隙半連通型儲層中火山碎屑物質(zhì)和泥質(zhì)含量更高。由于火山碎屑和泥質(zhì)含量的增加，使孔喉的迂曲度變大，孔隙結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

2.3 裂縫-微裂縫連通型

由于構(gòu)造作用，在構(gòu)造應(yīng)力集中的部位，儲層中常發(fā)育裂縫(圖4-A)及肉眼難以觀察到的微裂縫(圖4-B,C)，其毛管壓力曲線為偏細(xì)態(tài)型(圖2中Ⅲ類特征)，具有較高排驅(qū)壓力、較低進(jìn)汞飽和度和較小孔喉半徑均值的特點(diǎn)。

該類型儲層孔隙度較低，由于裂縫的存在使得滲透率值增大。該類型儲層滲透率值的變化取決于裂縫-微裂縫的發(fā)育、連通和充填程度，當(dāng)裂縫被鈣質(zhì)、泥質(zhì)、火山碎屑物質(zhì)充填時，裂縫一般不具有滲透能力。

圖3 孔隙半連通型儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)類型Fig.3 Micropore structure types in the semiconnected pore reservoir鑄體薄片,單偏光。(A)粒間溶孔,W69井,深度2 167.11 m; (B)鑄模孔,W13-1井,深度2 174.25 m; (C)粒內(nèi)溶孔,W69井,深度2 695.76 m

圖4 裂縫巖心照片及鏡下微裂縫(鑄體薄片)照片F(xiàn)ig.4 Pictures of the fractures in drilling cores and microfractures under the microscope(A)構(gòu)造縫巖心照片,W52井,深度2 041.75 m; (B)壓裂縫,W34井,深度1 728.82 m,(-); (C)張性縫,W69井,深度2 595.90 m,(-)

2.4 致密型

在研究區(qū)4類孔隙結(jié)構(gòu)的儲層中，致密型孔隙結(jié)構(gòu)儲層具有排驅(qū)壓力最高、最大進(jìn)汞飽和度最低、孔喉半徑均值較小的特點(diǎn)，其毛管壓力曲線形態(tài)為細(xì)態(tài)型(圖2中Ⅳ類)。

該類型儲層又可分為2個亞類，第一亞類儲層的孔隙度和滲透率都非常低，且都小于有效儲層的物性下限值，稱之為致密層(圖5-A)。第二亞類儲層微孔隙發(fā)育，包括填隙物溶孔、巖屑粒內(nèi)溶孔等(圖5-B,C)，其總孔隙度值較高(一般小于9%)；但單個孔隙半徑很小，滲透率值非常低(一般低于0.1×10-3μm2)。在實(shí)際儲層研究中，將孔隙直徑<0.5 μm的孔隙定義為微孔隙[17]。

該類儲層粒間孔隙幾乎不存在，孔隙間相互孤立，基本不連通。微孔隙類型包括雜基內(nèi)的微孔隙和巖屑內(nèi)的微孔隙。巖屑內(nèi)的微孔隙常形成“死胡同孔隙”(圖5-C)[18]，它比雜基內(nèi)溶孔的儲集性能更差。因此，致密型孔隙結(jié)構(gòu)的儲層孔滲相關(guān)性差。

致密型儲層中的火山碎屑和泥質(zhì)含量很高，在總孔隙度相同的情況下，與粒間孔隙發(fā)育的儲層相比，這種微孔隙發(fā)育的儲層感應(yīng)電阻率值明顯要低(圖6)，并且感應(yīng)電阻率隨微孔隙分布的非均質(zhì)性而改變。

通過上述4種孔隙結(jié)構(gòu)類型巖石樣品的分析測試，對反映儲層孔隙結(jié)構(gòu)和儲層宏觀滲流特征的8種參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，得到研究區(qū)不同孔隙結(jié)構(gòu)類型儲層的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)特征(表1，Ⅰ～Ⅳ類儲層分別對應(yīng)于上述4種孔隙結(jié)構(gòu)儲層類型)。

3 儲層孔隙結(jié)構(gòu)表征參數(shù)的測井解釋

表征儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的參數(shù)很多，但是這些參數(shù)大部分屬于微觀參數(shù)，依靠取樣測試分析，而直接求取則很困難。因此，需要一個與儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)相關(guān)的宏觀參數(shù)，作為儲層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與測井信息之間的紐帶，實(shí)現(xiàn)儲層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的測井評價。

圖5 致密型孔隙結(jié)構(gòu)的微觀照片(鑄體薄片)Fig.5 Microphotographs of tight pore structures on microscale(A)致密層,W13-1井, 深度2 174.25 m,(-); (B)填隙物溶孔,W42井, 深度2 521.42 m,(-); (C)巖屑粒內(nèi)溶孔,W13-1井, 深度2 194.81 m,(-)

圖6 W42井微孔隙發(fā)育段測井曲線特征Fig.6 Well log characteristics of micropore developed strata in Well W42

Irq.儲層品質(zhì)指數(shù)(μm);rp.孔隙半徑平均值(μm);rf.孔隙分布峰值(μm);Sp.孔喉分選系數(shù);pcd.排驅(qū)壓力(MPa); Shg.汞飽和度(%);We.退汞效率;rm.孔喉半徑平均值(μm)。

3.1 儲層孔隙結(jié)構(gòu)宏觀表征參數(shù)的測井解釋

本文選取儲層品質(zhì)指數(shù)(Irq)作為利用測井資料評價儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的中間環(huán)節(jié)。假設(shè)單位體積巖石樣品的孔隙由n個半徑為r的毛管組成，則[16,19]

(1)

式中：Fs為形狀因子，無量綱；τ為毛管彎曲度，無量綱；K為滲透率(10-3μm2)；Φe為有效孔隙度(%)。

從式(1)中可以看出，在宏觀尺度上，Irq與儲層的孔隙度和滲透率有關(guān);從微觀孔隙結(jié)構(gòu)來看，當(dāng)毛管變細(xì)(r減小)或彎曲度(τ)變大時，Irq均減小。因此，Irq與巖石的孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙度、滲透率均有關(guān)，是巖石微觀和宏觀物性特征的綜合反映。

根據(jù)式(1)，可以利用取心井段巖心物性分析數(shù)據(jù)計算儲層的Irq，進(jìn)而分析儲層的Irq與常規(guī)測井響應(yīng)特征之間的相關(guān)性。單一的常規(guī)測井參數(shù)都是從某一特定的角度間接反映儲層特征，而且與儲層孔隙結(jié)構(gòu)的相關(guān)性往往不高，因此需要綜合利用多種常規(guī)測井資料才能對儲層孔隙結(jié)構(gòu)相關(guān)的特征做出準(zhǔn)確評價。

本研究利用取心段巖心測試數(shù)據(jù)，分析取心段Irq與不同測井曲線的相關(guān)性，以此為依據(jù)選取自然伽馬(GR)、深感應(yīng)電阻率(ILD)、中感應(yīng)電阻率(ILM)、聲波時差(DT)、密度(DEN)和中子測井(CNL)曲線，將取心段的巖心分析Irq與上述測井曲線進(jìn)行多元回歸統(tǒng)計，建立起Irq與上述多種常規(guī)測井信息之間的定量關(guān)系[式(2)]，從而實(shí)現(xiàn)利用常規(guī)測井曲線計算儲層的Irq參數(shù)。

Irq=69.176-0.04GR-31.9DEN+

(2)

將測井解釋和采用巖心物性分析得出的Irq進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，二者變化趨勢一致且具有較高的吻合度(圖7)。因此，上述利用常規(guī)測井曲線解釋Irq參數(shù)的方法是可行的，為儲層孔隙結(jié)構(gòu)的測井評價提供了基礎(chǔ)。

圖7 巖心分析Irq與測井計算Irq對比圖Fig.7 Comparison of Irq parameters from core analysis and well logs

3.2 儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)表征參數(shù)解釋及評價

由于Irq參數(shù)是連接儲層宏觀物性和微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的紐帶，因此，本文進(jìn)一步利用測井解釋得到的Irq計算儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的表征參數(shù)。

本文利用取心段樣品的孔滲分析數(shù)據(jù)、鏡下觀察和壓汞測試結(jié)果，得到反映儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的孔喉半徑平均值(rm)和排驅(qū)壓力(pcd)，分析Irq與rm和pcd之間的定量關(guān)系(圖8)。從圖8的數(shù)據(jù)分布特征來看，Irq與rm和pcd之間存在良好的相關(guān)關(guān)系，擬合得到Irq與上述參數(shù)之間的定量關(guān)系。

rm=0.1094Irq+0.1059

(2)

pcd=2.7084Irq-1.232

(3)

對于非取心井，可以利用常規(guī)測井曲線求取儲層的Irq值，然后利用Irq值計算表征儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)非取心井的儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)表征(圖9)。利用測井解釋得到的rm和pcd參數(shù)，根據(jù)取心井樣品分析建立的4類儲層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，可以進(jìn)行儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)類型的識別與劃分，從而實(shí)現(xiàn)非取心井段的儲層孔隙結(jié)構(gòu)類型評價。

利用上述方法對研究區(qū)23口井進(jìn)行儲層孔隙結(jié)構(gòu)評價，從計算結(jié)果來看，研究區(qū)儲層微觀孔

圖8 微觀孔隙結(jié)構(gòu)表征參數(shù)與儲層品質(zhì)指數(shù)交會分析Fig.8 Intersection analysis of micropore structure characterization parameters and the reservoir quality index

圖9 利用常規(guī)測井資料計算儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)成果圖(W34井)Fig.9 Calibration result of the micropore structure characterization parameters by common well logs

隙結(jié)構(gòu)類型以Ⅲ類和Ⅳ類為主，Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)的儲層主要分布在研究區(qū)西部。

4 儲層孔隙結(jié)構(gòu)與油氣產(chǎn)能的關(guān)系

孔隙度和滲透率是儲層物性的宏觀反映。在低滲透儲層中，具有相同物性特征的儲層含油性有可能會差別很大，主要原因是孔隙結(jié)構(gòu)特征的差異。

以W30井和W49井為例，兩井在同一小層試油，試油層段的平均孔隙度分別為12.7%和7%，平均滲透率分別為0.1×10-3μm2和0.08×10-3μm2，W30井的儲層宏觀物性略好于W49井。但是，壓裂后試油結(jié)果顯示，W30井日產(chǎn)油0.58 t，W49井日產(chǎn)油5.31 t，后者的試油產(chǎn)能明顯好于前者，這與兩井的儲層宏觀物性不相符。

按照本研究建立的方法對2口井的儲層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價發(fā)現(xiàn)，W30井孔隙結(jié)構(gòu)類型為Ⅲ類，而W49井屬于Ⅱ類。也就是說W49井的宏觀物性雖然差于W30井，但是其微觀孔隙結(jié)構(gòu)卻優(yōu)于W30井，從而導(dǎo)致W49井的滲流性能更好，產(chǎn)能也更高。這一點(diǎn)從二者的壓汞曲線特征上也可以看出來(圖10)，與W30井相比，W49井的壓汞曲線上有較低的啟動壓力，而且中部發(fā)育較為寬緩的平臺。因此，在對研究區(qū)發(fā)育的低滲透儲層來說，微觀孔隙結(jié)構(gòu)對儲層的油氣產(chǎn)能具有重要的控制作用。

圖10 研究區(qū)W30井(左)和W49井(右)試油段毛管壓力曲線特征Fig.10 Capillary pressure curves of Well W30 (the left) and Well W49 (the right)

5 結(jié)論與認(rèn)識

a.塔南凹陷銅缽廟組和南屯組低滲透儲層發(fā)育4種孔隙結(jié)構(gòu)的儲層，分別為孔隙連通型、孔隙半連通型、裂縫-微裂縫連通型和致密型，分別對應(yīng)于Ⅰ～Ⅳ類儲層孔隙結(jié)構(gòu)類型。

b.孔隙連通型儲層主要發(fā)育粒間溶孔、剩余粒間孔和極少量的完整粒間孔，毛管壓力曲線為粗態(tài)型；孔隙半連通型儲層主要發(fā)育粒間溶孔、鑄?？缀皖w粒內(nèi)溶孔，毛管壓力曲線為偏粗態(tài)型；裂縫-微裂縫連通型儲層的毛管壓力曲線為偏細(xì)態(tài)型；致密型儲層包括致密層和微孔隙發(fā)育儲層2個亞類。

c.儲層品質(zhì)指數(shù)(Irq)既能反映儲層的宏觀物性，也能反映儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征。通過多曲線回歸分析，可以建立Irq與多種常規(guī)測井曲線間的定量關(guān)系，利用常規(guī)測井曲線解釋非取心井段的Irq。

d.利用取心井建立Irq與表征儲層孔隙結(jié)構(gòu)的孔喉半徑均值(rm)和排驅(qū)壓力(pcd)2個參數(shù)的定量關(guān)系，以Irq為紐帶間接實(shí)現(xiàn)儲層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)(rm和pcd)的常規(guī)測井解釋，從而對儲層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價。

e.研究區(qū)主要發(fā)育Ⅲ類和Ⅳ類孔隙結(jié)構(gòu)儲層，W30井與W49井試油結(jié)果表明，儲層孔隙結(jié)構(gòu)類型對低滲透儲層的油氣產(chǎn)能具有控制作用。

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