超深層裂縫—孔隙型致密砂巖儲層特征與屬性建模
——以庫車坳陷克深8氣藏為例

王 珂 張榮虎 方曉剛 王俊鵬 張同輝

（ 1 中國石油勘探開發(fā)研究院；2 中國石油塔里木油田公司；3 中國石油杭州地質(zhì)研究院；4 貴州省非常規(guī)油氣資源工程技術(shù)研究中心 ）

隨著常規(guī)砂巖儲層油氣田的勘探開發(fā)逐漸走向成熟，低滲透的致密砂巖儲層已成為中國油氣增儲上產(chǎn)的重要領(lǐng)域，在鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組、四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組、塔里木盆地下白堊統(tǒng)巴什基奇克組等致密砂巖儲層中均發(fā)現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模性的油氣藏[1-8]。在這類儲層中，由于強烈的壓實作用和膠結(jié)作用，巖石的基質(zhì)物性通常都很差，孔隙度一般低于10%，滲透率低于0.1mD[9]。因此，構(gòu)造裂縫是改善致密砂巖儲層滲流能力的關(guān)鍵因素，往往控制了油氣藏的高產(chǎn)；而儲層基質(zhì)孔隙度雖然較低，但與裂縫孔隙度相比仍要高出1～3個數(shù)量級，孔隙仍然是油氣的主要儲集空間，控制了油氣藏的穩(wěn)產(chǎn)[10-13]。對于這種裂縫—孔隙型的雙重介質(zhì)儲層，通過屬性建模的方式預測基質(zhì)孔隙和構(gòu)造裂縫發(fā)育帶，尋找油氣高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)區(qū)，是這類油氣藏高效開發(fā)的重要手段[14-15]。

克深8氣藏是塔里木盆地庫車坳陷近年來探明的一個大型斷背斜天然氣藏，總地質(zhì)儲量約1600×108m3，含氣儲層下白堊統(tǒng)巴什基奇克組為典型的致密砂巖儲層，具有埋深大、基質(zhì)物性差、構(gòu)造裂縫發(fā)育的特征。開發(fā)資料表明，構(gòu)造裂縫控制氣藏高產(chǎn)，基質(zhì)孔隙控制氣藏穩(wěn)產(chǎn)，屬于典型的超深層裂縫—孔隙型雙重介質(zhì)致密砂巖儲層[16]。系統(tǒng)開展克深8氣藏雙重介質(zhì)儲層特征分析及屬性建模的相關(guān)研究，可為該氣藏高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)開發(fā)井的部署以及開發(fā)措施的制定提供地質(zhì)依據(jù)。因此，本文綜合利用巖心、薄片、成像測井、掃描電鏡、激光共聚焦和電子探針分析等資料和方法，對庫車坳陷克深8氣藏巴什基奇克組儲層基質(zhì)特征和構(gòu)造裂縫特征進行分析；在此基礎(chǔ)上，采用Petrel建模軟件和序貫高斯模擬方法，分別建立克深8氣藏巴什基奇克組的儲層基質(zhì)屬性模型和構(gòu)造裂縫屬性模型；最后將兩個模型疊加建立雙重介質(zhì)模型，并據(jù)此指出天然氣的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)區(qū)和高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)層段，以期為克深8氣藏的開發(fā)工作提供一定的理論支持，并為其他裂縫—孔隙型油氣藏的雙重介質(zhì)儲層屬性建模工作提供參考。

1 地質(zhì)背景

庫車坳陷位于塔里木盆地北部，是一個自海西晚期開始發(fā)育，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動，在古生代被動大陸邊緣基礎(chǔ)上發(fā)育起來的中—新生代疊合前陸盆地，自北向南分為北部單斜帶、克拉蘇構(gòu)造帶、依奇克里克構(gòu)造帶、拜城凹陷、陽霞凹陷、烏什凹陷、秋里塔格構(gòu)造帶和南部斜坡帶8個次級構(gòu)造單元（圖1）[17]?？松顨馓锸抢^克拉2氣田和大北氣田之后，近年來在庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶上新探明的萬億立方米級大氣田，總地質(zhì)儲量約12000×108m3，是在中生代燕山運動和新生代喜馬拉雅運動背景下形成的前展式疊瓦沖斷構(gòu)造，目前已發(fā)現(xiàn)克深2、克深5、克深6、克深8、克深9、克深13、克深24等大中型天然氣藏（圖1），天然氣主要來源于中—下侏羅統(tǒng)和中—上三疊統(tǒng)的煤系地層和湖沼相泥巖[18]?？松顨馓镢@遇地層自上而下依次為第四系（Q），新近系庫車組（N2k）、康村組（N1-2k）、吉迪克組（N1j），古近系蘇維依組（E2-3s）、庫姆格列木群（E1-2km），白堊系巴什基奇克組（K1bs）和巴西改組（K1bx），其中巴什基奇克組為克深氣田的主力含氣層系。晚白堊世的構(gòu)造抬升剝蝕使克深地區(qū)普遍缺失上白堊統(tǒng)，下白堊統(tǒng)巴什基奇克組也遭受不同程度的剝蝕，造成與上覆古近系庫姆格列木群之間為角度不整合接觸。巴什基奇克組沉積期北山南盆的古構(gòu)造格局決定了沉積物源主要來自北部的南天山造山帶，碎屑物質(zhì)沖出山口后能量減弱并快速入湖沉積，形成了一套底部為扇三角洲前緣沉積、上部為辮狀河三角洲前緣沉積的砂巖儲層[19]，巖性以粉砂巖、細砂巖為主，夾有少量的中砂巖和泥巖薄層，自上而下可劃分為3個巖性段，第1巖性段包含1～2兩個砂層組，第2巖性段包含4～6三個砂層組，第3巖性段包含7～8兩個砂層組。

克深8氣藏位于克深氣田的中部，是一個近東西走向的長軸背斜，與北部的克深2氣藏和南部的克深9氣藏以北傾的大型逆沖斷層相隔（圖1），為克深氣田目前最高產(chǎn)的氣藏，探明天然氣地質(zhì)儲量約1600×108m3。主力含氣儲層下白堊統(tǒng)巴什基奇克組埋深大于6700m，巖石致密且構(gòu)造裂縫發(fā)育，屬于超深層裂縫—孔隙型致密砂巖儲層。

圖1 庫車坳陷克深氣田構(gòu)造位置與氣藏分布

2 儲層基質(zhì)特征與屬性建模

巖石薄片觀察表明，克深8氣藏巴什基奇克組以巖屑長石砂巖為主，少量為長石巖屑砂巖，分選中—好，磨圓中等，多為次棱角—次圓狀，顆粒以點—線接觸為主，成分成熟度低—中等，膠結(jié)物包括白云石、方解石、硬石膏、自生鈉長石和少量硅質(zhì)，平均含量約7.5%，膠結(jié)類型普遍為孔隙—加大式，偶見壓嵌—孔隙式膠結(jié)。測井解釋巴什基奇克組儲層基質(zhì)孔隙度為1.0%～14.2%，平均約5.8%，基質(zhì)滲透率為 0.001～1.016mD，平均約 0.092mD（圖 2），屬于典型的超深層特低孔特低滲透致密砂巖儲層。通過鑄體薄片觀察、掃描電鏡、激光共聚焦、電子探針等圖像觀察分析（圖3），克深8氣藏儲層儲集空間以粒間孔為主，包括粒間溶蝕孔和殘余原生粒間孔，占孔隙總量的70%～90%；其次為粒內(nèi)溶孔，主要為長石質(zhì)顆粒發(fā)生表生溶蝕形成，占孔隙總量的10%～30%。

圖2 庫車坳陷克深8氣藏巴什基奇克組儲層基質(zhì)物性

圖3 庫車坳陷克深8氣藏巴什基奇克組儲層儲集空間類型

基于Petrel的儲層基質(zhì)屬性建模分為構(gòu)造建模、巖相建模、孔滲屬性建模3個主要步驟。①構(gòu)造建模：依據(jù)地震解釋得到的斷面數(shù)據(jù)，建立斷層模型，然后根據(jù)構(gòu)造數(shù)據(jù)，在斷層模型的基礎(chǔ)上建立完整的構(gòu)造模型，由于克深8氣藏的多數(shù)井未鉆至第7～8砂層組，因此模型的構(gòu)建主要考慮了第1～6砂層組（圖4）；②巖相建模：將單井巖性數(shù)據(jù)導入到構(gòu)造模型中，以單井巖相為約束，結(jié)合沉積微相分布特征，采用序貫指示模擬方法進行井間插值，建立巖相模型（圖5）；③孔滲屬性建模：在巖相模型建立的基礎(chǔ)上，進行孔滲數(shù)據(jù)分析，明確基質(zhì)孔滲與巖相之間的關(guān)系，然后以單井測井解釋的基質(zhì)孔隙度為約束，采用序貫高斯模擬方法建立基質(zhì)孔隙度屬性模型（圖6a）；最后通過孔滲數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，建立基質(zhì)孔滲關(guān)系曲線方程（圖7），并利用該曲線方程建立基質(zhì)滲透率屬性模型（圖6b）。

圖4 庫車坳陷克深8氣藏巴什基奇克組構(gòu)造模型

圖5 庫車坳陷克深8氣藏巴什基奇克組巖相模型

圖6 庫車坳陷克深8氣藏巴什基奇克組儲層基質(zhì)屬性模型

圖7 庫車坳陷克深8氣藏巴什基奇克組儲層基質(zhì)孔滲關(guān)系

儲層基質(zhì)屬性模型（圖6）表明，基質(zhì)孔滲的高值區(qū)呈不連續(xù)的片狀分布，主要包括KS8-11井區(qū)、KS8-5井區(qū)和KS8-8—KS806井區(qū)南部3個基質(zhì)孔滲發(fā)育區(qū)，孔隙度大于7%，滲透率高于0.15mD。

3 構(gòu)造裂縫特征與屬性建模

巖心及成像測井資料表明（圖8、圖9），克深8氣藏的宏觀構(gòu)造裂縫以直立縫和高角度縫為主，線密 度 為 0.2～1.2條 /m， 開 度 為 0.1～1.5mm。 其中直立縫多數(shù)為剪切性質(zhì)，縫面平直光滑，縱向切深距離較大，一般未被充填；高角度縫以張性縫為主，縫面常凹凸不平，縱向切深距離相對較小，部分高角度縫中含有硬石膏和白云石等充填物，平均充填率約27%。在成像測井圖像上，構(gòu)造裂縫多以平行式組合和斜交式組合為主，且常切穿層理面（圖9）。微觀構(gòu)造裂縫通常切穿巖石顆粒和膠結(jié)物，縫寬0.02～0.1mm，早期形成的裂縫通常被硬石膏、白云石等礦物或滲流砂顆粒充填，在后期構(gòu)造應力和異常流體高壓作用下，早期充填的裂縫可能沿裂縫走向或滲流砂顆粒邊緣重新裂開，再次成為有效裂縫（圖8i）。

結(jié)合構(gòu)造應力場演化史和儲層沉積埋藏史[20-22]，認為克深8氣藏的構(gòu)造裂縫主要形成于喜馬拉雅運動中晚期近南北向的構(gòu)造擠壓作用。根據(jù)成像測井解釋的構(gòu)造裂縫走向，可將構(gòu)造裂縫分為兩組，一組近似垂直于背斜長軸，以剪切裂縫為主，主要形成于近南北向構(gòu)造擠壓應力的直接剪切作用；另一組近似平行于背斜長軸，以張性裂縫為主，主要形成于近南北向構(gòu)造擠壓應力作用下的背斜彎曲拱張作用和異常流體高壓作用。

圖8 庫車坳陷克深8氣藏巴什基奇克組巖心及薄片構(gòu)造裂縫

圖9 庫車坳陷克深8氣藏巴什基奇克組成像測井裂縫特征

圖10 庫車坳陷克深8氣藏巴什基奇克組ANSYS地質(zhì)模型

克深8氣藏的構(gòu)造裂縫分布主要受控于南天山造山帶向南推覆形成的擠壓構(gòu)造應力場，因此可基于構(gòu)造應力場的有限元數(shù)值模擬，結(jié)合構(gòu)造應力場和構(gòu)造裂縫的關(guān)系，對構(gòu)造裂縫參數(shù)進行數(shù)值模擬計算，并以此為基礎(chǔ)建立構(gòu)造裂縫屬性模型，主要包括以下4個步驟：①地質(zhì)建模：將地震解釋得到的構(gòu)造數(shù)據(jù)，導入到ANSYS有限元分析軟件中，建立克深8氣藏的地質(zhì)模型（圖10）；②力學建模：綜合采用三軸巖石力學實驗和測井數(shù)據(jù)解釋[23]，確定數(shù)值模擬所用的巖石力學參數(shù)（表1），通過巖石力學參數(shù)賦值與網(wǎng)格劃分，建立有限元力學模型；③構(gòu)造應力場數(shù)值模擬：利用聲發(fā)射實驗及測井資料解釋確定單井構(gòu)造應力[18]，結(jié)合克深8氣藏的構(gòu)造背景，通過數(shù)值模擬反演確定邊界應力條件（表1），進行構(gòu)造應力場的數(shù)值模擬；④構(gòu)造裂縫數(shù)值模擬：依據(jù)構(gòu)造應力場與構(gòu)造裂縫參數(shù)之間的數(shù)學關(guān)系[24-25]，對構(gòu)造裂縫的孔隙度和滲透率進行數(shù)值模擬，將模擬結(jié)果以節(jié)點坐標相對應的方式導入到Petrel構(gòu)造模型中，并以單井成像測井裂縫解釋成果和試井滲透率數(shù)據(jù)為約束，采用序貫高斯模擬方法進行修正插值，從而得到符合實際的構(gòu)造裂縫屬性模型（圖11）。

表1 庫車坳陷克深8氣藏構(gòu)造裂縫數(shù)值模擬巖石力學參數(shù)及邊界應力條件

圖11 庫車坳陷克深8氣藏巴什基奇克組構(gòu)造裂縫屬性模型

構(gòu)造裂縫屬性建模結(jié)果（圖11）表明，構(gòu)造裂縫的孔隙度主要包括氣藏西側(cè)、KS8-11井區(qū)、KS8—KS8-1井區(qū)南部和氣藏東側(cè)4個高值區(qū)，孔隙度值高于0.09%；滲透率主要包括KS807—KS802井 區(qū)、KS805—KS8-5井 區(qū)、KS8—KS8-1—KS8-3井區(qū)、KS8-8—KS806井區(qū)及氣藏東側(cè)的局部區(qū)域5個高值區(qū)，滲透率值高于95mD。

4 雙重介質(zhì)儲層屬性建模

裂縫—孔隙型雙重介質(zhì)儲層的總孔隙度和總滲透率可根據(jù)公式(1)進行計算[26]：

式中 φt、φm、φf——分別為總孔隙度、基質(zhì)孔隙度和裂縫孔隙度，%；

Kt、Km、Kf——分別為總滲透率、基質(zhì)滲透率和裂縫滲透率，mD。

依據(jù)公式(1)，將前述已建立的儲層基質(zhì)屬性模型與構(gòu)造裂縫屬性模型進行加和運算，從而得到總孔隙度模型和總滲透率模型（圖12）。

從平面上看，總孔隙度的高值區(qū)主要集中在KS8-11—KS801—KS807井區(qū)、KS8-5—KS8004井區(qū)、KS8-8—KS806井區(qū)以及氣藏東西兩側(cè)的局部區(qū)域，這些區(qū)域多為天然氣穩(wěn)產(chǎn)區(qū)，例如KS807井在16個月內(nèi)的日產(chǎn)量一直穩(wěn)定在60×104m3左右，KS8004井在27個月內(nèi)的日產(chǎn)量一直穩(wěn)定在70×104m3左右；總孔隙度的低值區(qū)產(chǎn)量下降較快，例如KS805井在24個月內(nèi)日產(chǎn)量由75×104m3下降至40×104m3?？倽B透率的高值區(qū)多為天然氣高產(chǎn) 區(qū)， 其 中 KS8—KS8-1—KS8-2—KS8-3井 區(qū) 最高，開發(fā)測試數(shù)據(jù)表明該部位的單井無阻流量可達（450～530)×104m3/d，日產(chǎn)量為（60～85)×104m3；其次為KS807—KS802井區(qū)，無阻流量為（430～500)×104m3/d，日產(chǎn)量為（50～80)×104m3；再次為 KS805—KS8-5井區(qū)和KS8-8—KS806井區(qū)，無阻流量為（370～400)×104m3/d，日產(chǎn)量為（40～75)×104m3；其他位于翼部和構(gòu)造低部位的井總滲透率較小，無阻流量為（270～350)×104m3/d，日產(chǎn)量為（30～60)×104m3。

通過上述對比表明，雙重介質(zhì)屬性建模結(jié)果與實際的開發(fā)測試數(shù)據(jù)可以較好地對應，因此可以采用該建模結(jié)果對克深8氣藏的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)區(qū)進行預測。從總孔隙度和總滲透率的平面分布來看，KS807井區(qū)、KS8-5井區(qū)和KS8-8—KS806井區(qū)同時具有較高的總孔隙度和總滲透率，是克深8氣藏的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)區(qū)。

圖12 庫車坳陷克深8氣藏巴什基奇克組雙重介質(zhì)屬性模型

縱向上（圖13），儲層中上部（第1～5砂層組）的總孔隙度和總滲透率明顯高于儲層下部（第6砂層組），因此天然氣產(chǎn)能也明顯較高。例如KS8-11井在第1～3砂層組射開98m的地層，10mm油嘴生產(chǎn)制度下平均比產(chǎn)氣指數(shù)可達2797.7m3/(MPa·d·m)；在第6～7砂層組射開65m的地層，10mm油嘴生產(chǎn)制度下平均比產(chǎn)氣指數(shù)僅為612.0m3/(MPa·d·m)。同時由圖13可以發(fā)現(xiàn)，在第1～5砂層組內(nèi)部，第1～3砂層組的總孔隙度相對較高，為穩(wěn)產(chǎn)層段，而第3～5砂層組的總滲透率相對較高，為高產(chǎn)層段，綜合考慮認為第3砂層組同時具有較高的總孔隙度和總滲透率，是克深8氣藏的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)層段，在開發(fā)中應優(yōu)先考慮。

5 結(jié)論

克深8氣藏巴什基奇克組為超深層特低孔特低滲透致密砂巖儲層，以巖屑長石砂巖為主，儲層儲集空間類型以粒間孔為主，其次為粒內(nèi)溶孔；儲層基質(zhì)屬性建模結(jié)果表明克深8氣藏主要包括KS8-11井區(qū)、KS8-5井區(qū)和KS8-8—KS806井區(qū)南部3個基質(zhì)孔滲發(fā)育區(qū)。

圖13 庫車坳陷克深8氣藏巴什基奇克組雙重介質(zhì)屬性剖面分布

克深8氣藏的構(gòu)造裂縫主要形成于喜馬拉雅運動中晚期近南北向的構(gòu)造擠壓作用，以直立剪切縫和高角度張性縫為主，在成像測井圖像上表現(xiàn)為平行式組合和斜交式組合，部分高角度張性縫被硬石膏和白云石等礦物充填；構(gòu)造裂縫屬性建模結(jié)果表明構(gòu)造裂縫的孔隙度主要包括氣藏西側(cè)、KS8-11井區(qū)、KS8—KS8-1井區(qū)南部和氣藏東側(cè)4個高值區(qū)，滲透率主要包括KS807—KS802井區(qū)、KS805—KS8-5井區(qū)、KS8—KS8-1—KS8-3井 區(qū)、KS8-8—KS806井 區(qū)及氣藏東側(cè)的局部區(qū)域5個高值區(qū)。

總孔隙度高值區(qū)為天然氣穩(wěn)產(chǎn)區(qū)，總滲透率高值區(qū)為天然氣高產(chǎn)區(qū)，KS807井區(qū)、KS8-5井區(qū)和KS8-8—KS806井區(qū)同時具有較高的總孔隙度和總滲透率，是克深8氣藏天然氣的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)區(qū)；第1～3砂層組的總孔隙度相對較高，為穩(wěn)產(chǎn)層段，第3～5砂層組的總滲透率相對較高，為高產(chǎn)層段，第3砂層組同時具有較高的總孔隙度和總滲透率，是克深8氣藏的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)層段，在開發(fā)中應優(yōu)先考慮。