合水地區(qū)長(zhǎng)8超低滲儲(chǔ)層滲透率控制因素及表征

馬彥風(fēng)，何順利，王建國(guó)

（1．勝利油田魯明油氣勘探開發(fā)有限公司，山東 東營(yíng)257000；2．中國(guó)石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249）

0 引 言

在低滲透率儲(chǔ)層中，沉積環(huán)境及成巖作用類型復(fù)雜多樣，使儲(chǔ)集空間類型多樣，孔喉配置關(guān)系復(fù)雜，對(duì)于含灰質(zhì)較重的儲(chǔ)層，碳酸鹽含量的增加通常會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隨著碳酸鹽含量的進(jìn)一步增加儲(chǔ)層物性變差［1］，非均質(zhì)性較強(qiáng)。物性對(duì)油藏含油性的控制作用極強(qiáng)，從而導(dǎo)致油層評(píng)價(jià)的難度大。滲透率參數(shù)是油層評(píng)價(jià)中至關(guān)重要且又極難求準(zhǔn)的參數(shù)。本文以鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組超低滲透率儲(chǔ)層為例，提出考慮碳酸鹽含量的測(cè)井解釋模型，利用地質(zhì)—測(cè)井相結(jié)合的方法，從儲(chǔ)層物性控制因素出發(fā)，建立考慮物性控制因素的滲透率解釋模型，準(zhǔn)確求取儲(chǔ)層真實(shí)滲透率，為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)油層奠定基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)物性特征

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組地層具有烴源巖發(fā)育、生儲(chǔ)蓋組合配套、勘探領(lǐng)域廣、潛力大的特點(diǎn)［2］。上里塬－合水地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部的隴東高原，勘探面積約3000km2，屬辮狀河三角洲前緣亞相沉積，水下分流河道流向北北東，水下分流河道間微相為波浪作用帶，沉積構(gòu)造以浪成波痕層理為特征。長(zhǎng)8油層組（分為長(zhǎng)81和長(zhǎng)82油層）是盆地西南部延長(zhǎng)組的主力油層組，也是三角洲前緣亞相最發(fā)育的油層組［3］。合水地區(qū)平均孔隙度10．89%，平均滲透率0．504×10－3μm2，根據(jù)李道品［4］提出的儲(chǔ)層分類方法，滲透率小于1×10－3μm2，研究區(qū)屬于典型的超低滲透率儲(chǔ)層。

1．1 巖性特征

研究區(qū)長(zhǎng)8油層組砂巖碎屑組分類型［5－6］以長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，其中石英和長(zhǎng)石含量近似相等；砂巖粒級(jí)以細(xì)－中粒、極細(xì)－細(xì)粒為主；碎屑多呈中等分選，次棱狀磨圓度。砂巖填隙物特點(diǎn)：①填隙物以成巖期間生成的成巖礦物為主，其中以綠泥石、方解石最發(fā)育；②同類填隙物在不同地層砂巖中的平均含量和分布頻率（包含某種填隙物的薄片個(gè)數(shù)／總薄片個(gè)數(shù)）變化不大；③大部分填隙物的平均含量與分布頻率高低匹配（除上述綠泥石、方解石呈高平均含量、高分布頻率之外，高嶺石、鐵白云石和長(zhǎng)石質(zhì)均呈低平均含量、低分布頻率），但部分平均含量中等的填隙物，其分布頻率高低不等。

1．2 物性特征

儲(chǔ)集空間類型多樣，孔隙類型［7］有剩余粒間孔、長(zhǎng)石溶孔、巖屑溶孔、晶間孔、粒間溶孔和微裂縫，其中以剩余粒間孔、長(zhǎng)石溶孔為主。孔喉組合特征以中孔－中—微喉型為主，大孔－中—微喉型及小孔－中—微喉型為次。

碎屑顆粒接觸方式［8］以線狀為主，線－凹凸、點(diǎn)－線狀次之，個(gè)別凹凸?fàn)?。膠結(jié)類型有孔隙、加大、薄膜及它們的復(fù)合類型，其中以孔隙膠結(jié)最為多見。

孔隙類型的分布和孔隙的膠結(jié)類型是孔隙度、滲透率等宏觀參數(shù)的微觀特征。研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層特殊的孔隙類型和膠結(jié)方式導(dǎo)致其物性特征表現(xiàn)為低孔隙度－超低滲透率［9］。

儲(chǔ)層孔隙度集中分布在3%～15%之間，2個(gè)層之間略有差別，長(zhǎng)81的孔隙度在7%～10%之間的分布頻率最高，長(zhǎng)82的孔隙度在10%～15%區(qū)間的分布頻率最高（見圖1）。滲透率在0．3×10－3μm2之下的比例均在50%以上，0．3×10－3μm2以上部分滲透率，長(zhǎng)81所占的比例要明顯高于長(zhǎng)82，1×10－3μm2以上的比例在10%～15%之間（見圖2）。

圖1 各層孔隙度分布直方圖

圖2 各層滲透率分布直方圖

2 超低滲透率儲(chǔ)層滲透率控制因素分析

從破壞和改善2個(gè)角度分析，超低滲儲(chǔ)層滲透率的破壞因素［10］主要有壓實(shí)作用和碳酸鹽膠結(jié)作用；改善因素主要為綠泥石膠結(jié)作用、溶蝕作用。

研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層砂巖顆粒多呈定向排列、塑性巖屑變形現(xiàn)象非常普遍，顆粒間多以線狀、線－凹凸?fàn)罘绞浇佑|，可見研究區(qū)儲(chǔ)層的壓實(shí)作用非常強(qiáng)。

碳酸鹽膠結(jié)物在長(zhǎng)8儲(chǔ)層主要呈粒間膠結(jié)物、交代物或次生孔隙內(nèi)充填物的形式出現(xiàn)。常見微晶狀、晶粒狀或連晶狀產(chǎn)出（見圖3），成分以方解石膠結(jié)為主，偶見鐵白云石膠結(jié)，其分布頻率很高。鑄體薄片鏡下觀察以及掃描電鏡觀察均未發(fā)現(xiàn)明顯的方解石的溶蝕現(xiàn)象。

由于該區(qū)碳酸鹽的溶蝕程度較弱，往往形成低孔隙度、低滲透率的致密儲(chǔ)集層［5］；在碳酸鹽強(qiáng)烈膠結(jié)地區(qū)，儲(chǔ)層物性很差，碳酸鹽含量與巖石滲透率呈較明顯的負(fù)相關(guān)性（見圖4），由此說明碳酸鹽膠結(jié)是超低滲儲(chǔ)層形成的一個(gè)主要原因。

圖3 較早期的鐵方解石呈嵌晶狀充填大部分孔隙（莊166井1859．8m×100，單偏光）

圖4 滲透率與碳酸鹽膠結(jié)物含量關(guān)系

綠泥石是研究區(qū)最主要的自生黏土礦物之一，分布頻率很高，研究區(qū)綠泥石膜最厚可達(dá)10～20μm，主要以孔隙襯邊方式產(chǎn)出［11］。綠泥石膜膠結(jié)后，阻礙了其他膠結(jié)作用的產(chǎn)生。綠泥石膜還有一定的抗壓實(shí)作用［12］。在宏觀上表現(xiàn)為綠泥石膜對(duì)滲透率有一定的保存作用。

從分布頻率看，溶蝕作用比較發(fā)育，主要表現(xiàn)為長(zhǎng)石、巖屑的溶蝕作用，它是儲(chǔ)層次生孔隙形成的主要因素；從溶蝕孔面孔率所占比例看，溶蝕作用的強(qiáng)度均很小，不足以形成足夠多的次生孔隙；從定性角度看，溶蝕作用對(duì)滲透率有一定的改善作用［13］；從定量角度看，溶蝕作用對(duì)滲透率改善的量很小，不足以成為影響滲透率的主要因素。

3 滲透率控制因素表征及解釋模型的建立

通過填隙物含量統(tǒng)計(jì)（見表1）可見，研究區(qū)碳酸鹽和以碳酸鹽為主的膠結(jié)物含量最高（超過90%），是儲(chǔ)層物性的一個(gè)極其重要的影響因素［14］。從圖4中可見，滲透率（K）與碳酸鹽含量（VCAL）總體上成反比關(guān)系，碳酸鹽含量越大，巖石滲透率越低。因此，在表征儲(chǔ)層物性的時(shí)候要考慮碳酸鹽含量的影響。

表1 填隙物含量統(tǒng)計(jì)表

儲(chǔ)層滲透率最常用的表征方法就是通過巖心刻度測(cè)井建立滲透率測(cè)井解釋模型，利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算地層的滲透率。而滲透率并不能直接從測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)得到，利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)直接能得到的數(shù)據(jù)有巖石密度、巖石孔隙度等。因此，建立模型的過程中，首先建立滲透率與碳酸鹽含量的關(guān)系，然后找出與碳酸鹽含量相關(guān)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，得到計(jì)算滲透率的參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)考慮碳酸鹽含量的物性表征。

基于上述方法，首先建立巖石孔隙度與滲透率的關(guān)系式以及碳酸鹽含量與滲透率的關(guān)系式。研究表明，在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)中滲透率與孔隙度成正比關(guān)系；當(dāng)碳酸鹽含量小于10%時(shí)，滲透率與碳酸鹽含量相關(guān)性差；當(dāng)碳酸鹽含量大于10%時(shí)，滲透率與碳酸鹽含量成反比（見圖4）。因此將孔隙度與碳酸鹽含量的比值（φ／VCAL）作為變量，研究其與滲透率的關(guān)系（見圖5）。通過人工擬合曲線方法［15］得到巖石滲透率（K）與（φ／VCAL）之間的函數(shù)關(guān)系

式中，φ表示孔隙度，%；VCAL表示碳酸鹽含量，%。擬合曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)434個(gè)，相關(guān)系數(shù)R值為0．664，擬合程度較高，因此，式（1）可以作為K與（φ／VCAL）的函數(shù)關(guān)系式。

圖5 巖石滲透率與孔隙度和碳酸鹽含量之比關(guān)系圖

通過人工擬合巖心分析數(shù)據(jù)得到碳酸鹽含量與巖石密度的關(guān)系（見圖6）。從圖6中可以看出當(dāng)巖石密度小于2．49g／cm3時(shí)，碳酸鹽含量與巖石密度呈指數(shù)關(guān)系，且變化幅度不大；當(dāng)巖石密度大于2．49 g／cm3時(shí)，碳酸鹽含量與巖石密度呈直線關(guān)系，且變化幅度大。

當(dāng)巖石密度小于2．49g／cm3時(shí)

當(dāng)巖石密度大于2．49g／cm3時(shí)

式中，VCAL表示碳酸鹽含量，%；ρ表示巖石的密度，g／cm3。式（2）得到的相關(guān)系數(shù)R＝0．411，式（3）得到的相關(guān)系數(shù)R＝0．665。

圖6 碳酸鹽含量與巖石密度關(guān)系圖

4 考慮碳酸鹽含量的滲透率解釋模型應(yīng)用

以上述方法得到的測(cè)井解釋模型計(jì)算的滲透率與巖心分析滲透率作對(duì)比驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。選取研究區(qū)1口井（西103井）作為驗(yàn)證井（見圖7），圖7中對(duì)應(yīng)的滲透率道，藍(lán)色線條表示用測(cè)井解釋模型計(jì)算的未考慮碳酸鹽含量的滲透率曲線，粉色線條表示用測(cè)井解釋模型計(jì)算的考慮碳酸鹽含量的滲透率曲線，綠色線條表示巖心分析得到的滲透率曲線。從圖7中可見，在2123～2124m井段，測(cè)井響應(yīng)特征：電阻率值較高，聲波時(shí)差表現(xiàn)為明顯的低值，密度曲線表現(xiàn)為明顯的高值，可以判斷為碳酸鹽膠結(jié)物的影響，因此將其解釋為干層；此外，巖心分析滲透率在該處呈現(xiàn)明顯的低值，考慮碳酸鹽含量模型解釋的滲透率曲線值較接近巖心分析滲透率，而未考慮碳酸鹽含量模型解釋的滲透率曲線值偏高，與巖心分析滲透率明顯不符。考慮碳酸鹽含量的儲(chǔ)層滲透率解釋結(jié)果可以準(zhǔn)確表征地層真實(shí)滲透率，為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供可靠依據(jù)。

圖7 西103井測(cè)井解釋結(jié)果與巖心分析結(jié)果對(duì)比圖

5 結(jié) 論

（1）影響研究區(qū)超低滲儲(chǔ)層滲透率的地質(zhì)因素：碳酸鹽膠結(jié)物含量最高，碳酸鹽和以碳酸鹽為主的膠結(jié)物樣品在該區(qū)超過90%，溶蝕作用比較發(fā)育，主要表現(xiàn)為長(zhǎng)石、巖屑的溶蝕作用，碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕程度較弱，對(duì)研究區(qū)滲透率影響最大。

（2）根據(jù)鄂爾多斯盆地合水地區(qū)實(shí)際資料，建立了考慮碳酸鹽含量的滲透率測(cè)井解釋模型，實(shí)現(xiàn)了超低滲透率儲(chǔ)層主控因素的表征。

（3）利用巖心刻度測(cè)井的方法發(fā)現(xiàn)，考慮碳酸鹽含量的解釋模型得到的滲透率與巖心分析數(shù)據(jù)吻合度高，較好地解決了準(zhǔn)確求取灰質(zhì)含量高的低滲儲(chǔ)層滲透率的難題，對(duì)油田開發(fā)有一定的指導(dǎo)意義。

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