遼河盆地火成巖儲層評價標準與有效儲層物性下限

王巖泉,邊偉華,劉寶鴻,顧國忠,孫　昂,王璞珺

(1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,吉林長春 130061; 2.中國石油遼河油田勘探開發(fā)研究院,遼寧盤錦 124010)

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遼河盆地火成巖儲層評價標準與有效儲層物性下限

王巖泉1,邊偉華1,劉寶鴻2,顧國忠2,孫昂1,王璞珺1

(1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,吉林長春 130061; 2.中國石油遼河油田勘探開發(fā)研究院,遼寧盤錦 124010)

依據(jù)遼河盆地東部凹陷40口代表性探井的物性測試、含油產(chǎn)狀及試油結(jié)果等資料,綜合運用經(jīng)驗系數(shù)法、最小含油喉道半徑法、含油產(chǎn)狀法和試油法確定研究區(qū)有效儲層物性下限,并對適用于研究區(qū)火成巖的儲層分類標準進行研究。結(jié)果表明:當(dāng)孔隙度小于3%或者滲透率小于0.03×10-3μm2時,通常不會形成工業(yè)或低產(chǎn)油氣層,據(jù)此將這兩個物性數(shù)值定為火成巖有效儲層的孔隙度和滲透率下限; 根據(jù)孔隙度、滲透率、含油產(chǎn)狀和試油結(jié)果等參數(shù)將火成巖儲層標準劃分為4類,分別為高孔高滲(I類)、較高孔較高滲(Ⅱ類)、中孔中滲(Ⅲ類)和低孔低滲(Ⅳ類);所確定的儲層物性下限和分類指標能夠客觀反映火成巖儲集層的特征,有利于研究區(qū)的油氣勘探和資源評價。關(guān)鍵詞:遼河盆地東部凹陷; 新生界; 火成巖儲層; 評價標準; 物性下限

引用格式：王巖泉,邊偉華,劉寶鴻，等.遼河盆地火成巖儲層評價標準與有效儲層物性下限[J].中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2016,40(2):13-22.

WANG Yanquan,BIAN Weihua,LIU Baohong,et al.Evaluation criterion and cut-off value of igneous rock reservoirs in Liaohe Basin[J].Journal of China University of Petroleum (Edition of Natural Science),2016,40(2):13-22.

以往國內(nèi)外對火成巖油氣藏勘探以兼探為主,多為偶爾發(fā)現(xiàn)[1]。近幾年,隨著油氣勘探開發(fā)不斷向深層發(fā)展,火成巖類已經(jīng)逐漸成為中國油氣勘探的重要目的層[2-5]。火成巖儲層物性不受或少受埋深影響的特點使得在盆地深層油氣勘探中比常規(guī)沉積巖儲層要更為優(yōu)越[6]。前人對沉積巖儲層的評價識別和物性下限進行了大量研究[7-11]。由于地質(zhì)條件復(fù)雜、巖性巖相變化快、儲層物性低、非均質(zhì)性強、含油氣性差別大[10-12],以前對火成巖儲層評價和物性下限研究相對較少[13-14]。同時由于火成巖儲層的特殊性[15-17],常規(guī)沉積巖儲層物性分類方法難以滿足火成巖儲層評價的需要,這也成為近年來火成巖油氣藏高效勘探與開發(fā)的瓶頸之一。筆者依據(jù)獲得的儲層物性、孔喉半徑、含油產(chǎn)狀和試油結(jié)果資料,對遼河油田火成巖油藏的有效儲層物性下限和物性分類評價標準進行研究。

1　火成巖儲層評價標準現(xiàn)狀與問題

火成巖儲層目前沒有統(tǒng)一的分類評價標準(表1),鑒于火成巖油氣藏的特殊性,需要建立針對火成巖儲層的分類評價方法。目前遼河油田火成巖勘探開發(fā)主要參考中國石油天然氣行業(yè)標準[18]和趙澄林等[19]提出的企業(yè)試行標準。由于當(dāng)時的火成巖探井較少、測試數(shù)據(jù)不夠充足,因此火成巖儲層分類與評價標準主要參照碎屑沉積巖標準確定。隨著火成巖勘探開發(fā)的深入,現(xiàn)有標準未能充分反映火成巖儲層自身特點的問題逐漸顯現(xiàn)。例如,將現(xiàn)有火成巖儲層物性測試數(shù)據(jù)按現(xiàn)行的儲層分類標準投圖發(fā)現(xiàn),大多數(shù)測試數(shù)據(jù)(84.1%)落在Ⅲ類和Ⅳ類區(qū),屬于較差—差儲層,但其中不乏工業(yè)油氣層(圖1,據(jù)趙澄林標準[19])。這表現(xiàn)出現(xiàn)行儲層分類評價標準與油氣勘探實際情況的明顯不適應(yīng)性。

表1　火成巖儲層物性分級和儲層分類評價標準回顧

圖1　以往遼河盆地東部凹陷火成巖物性分類評價標準Fig.1　Previous classification and evaluation criteria of igneous rock property in eastern depression of Liaohe Basin

由此可見,有必要建立新的、更適合于當(dāng)前火成巖儲層研究和勘探現(xiàn)狀的分類與評價標準,并需要明確有效儲層的物性下限。筆者依據(jù)遼河盆地東部凹陷1996年以來火成巖探井和油氣勘探結(jié)果,在前人資料分析整理和儲層物性測試的基礎(chǔ)上,提出火成巖儲層分類評價標準。該標準近年來在遼河盆地火成巖勘探中應(yīng)用效果良好,對其他地區(qū)火成巖勘探和研究也應(yīng)具有參照和借鑒作用。

2　儲層巖性及物性測試

本次試驗根據(jù)遼河盆地東部凹陷361塊火成巖樣品孔滲分析結(jié)果所得,其中93塊樣品的分析測試項目由大慶油田勘探開發(fā)研究院中心化驗室完成,另268塊樣品的分析測試結(jié)果收集自遼河油田勘探開發(fā)院,分析測試項目由遼河油田勘探開發(fā)研究院試驗技術(shù)研究所完成。試驗樣品為遼河盆地東部凹陷地區(qū)的火成巖,埋深為1 170～3 960 m,地層自中生界到東營組均有分布。共發(fā)育12種巖性(圖2),其中以粗面巖(圖3(a))、玄武巖(圖3(b))為主,合計占全部試驗樣品的70%以上,其次為火山角礫巖(圖3(c))、角礫熔巖(圖3(d))、凝灰?guī)r(圖3(e))和安山巖(圖3(f)),少量玄武安山巖(圖3(g))、粗安巖(圖3(h))、角礫化粗面巖(圖3(i))、流紋巖(圖3(g))、輝綠巖(圖3(k))和輝長巖(圖3(l))。樣品物性測試方法參照國家標準SY/T 5336-2006《巖心分析方法》[21]。

圖2　試驗樣品巖石類型及其分布比例(n為樣本數(shù))Fig.2　Rock types and volumn percent of volcanic rocks in Liaohe Basin(n=sample number)

圖3　試驗樣品典型巖性顯微單偏光照片F(xiàn)ig.3　Microscopic photos of typical lithology of experimental samples

3　有效儲層物性下限與儲層評價標準

儲層評價實際上就是要解決兩方面的問題,一是確定儲層下限,劃分儲集層與非儲集層;二是對儲層進行分類評價。

3.1火成巖有效儲層物性下限

有效儲層物性下限是指儲集層能夠成為有效儲層應(yīng)該具有的最低物性參數(shù)值,通常用孔隙度、滲透率的某個確定值來度量。其一般與儲層特征、原油性質(zhì)、地層溫度、地層壓力等因素有關(guān),同時與采油工藝和開發(fā)技術(shù)水平也密切相關(guān)。物性下限值的確定方法很多[22-23]。一般某一種方法確定的有效儲層物性下限只能從一個方面反映儲層的特征,并不能代表儲層真正的下限,因此確定有效儲層物性下限時應(yīng)使用多種方法互相驗證,使確定的儲層下限能盡可能多地反映儲層的特征[24]。針對研究區(qū)資料情況,綜合運用物性、含油產(chǎn)狀、試油、壓汞等資料,分別采用經(jīng)驗系數(shù)法、最小含油喉道半徑法、含油產(chǎn)狀法和試油法等4種方法,通過與勘探情況對比,綜合確定有效儲層物性下限。

3.1.1經(jīng)驗系數(shù)法

該方法是美國巖心公司常用的方法。對于中、低滲透性油田,以巖心實測孔隙度、滲透率資料為基礎(chǔ),將全油田的平均孔隙度、滲透率值乘以5%作為油田的物性下限。據(jù)掌握的全油田孔隙度、滲透率分別求算術(shù)平均值和幾何平均值乘以5%,求得研究區(qū)的儲層物性下限孔隙度為7%,滲透率為0.03×10-3μm2。

3.1.2最小含油喉道半徑法

儲層中的孔隙分為兩種:一種為有效孔隙,由大于束縛水膜厚度的喉道連通,其中儲存的流體在一定壓差條件下是可以流動的;另一種為無效孔隙,由小于束縛水膜厚度的喉道連通,孔隙度被束縛水飽和,流體幾乎無法流動。

通常認為,當(dāng)儲層孔喉小于0.1 μm時油氣難以進入其中形成有效儲層[25],據(jù)此將0.1 μm作為儲層的孔喉下限。根據(jù)壓汞數(shù)據(jù),統(tǒng)計滲透率與喉道半徑關(guān)系(圖4),0.1 μm喉道半徑對應(yīng)的滲透率為0.33×10-3μm2,據(jù)此將0.33×10-3μm2定為有效儲層的滲透率下限。

圖4　孔喉半徑與滲透率關(guān)系Fig.4　Relation of permeability with pore throat radius

3.1.3含油產(chǎn)狀法

巖心作為認識地下油氣層最直接的靜態(tài)資料,對儲層的評價有著最直觀的研究意義。用取心井試油結(jié)果與巖心含油級別、物性建立關(guān)系,確定含油產(chǎn)狀的出油下限(圖5)?；鹕綆r與沉積巖相比屬低孔、低滲儲層,因此含油級別為油斑及以上都可以出油。根據(jù)含油產(chǎn)狀與物性相關(guān)性,確定含油產(chǎn)狀的出油下限,求出相應(yīng)的物性下限為孔隙度為5%,滲透率為0.06×10-3μm2。

圖5　含油產(chǎn)狀孔隙度-滲透率關(guān)系Fig.5　Relationship between porosity and permeability of oil-bearing occurrence

3.1.4試油法

試油資料是油氣勘探過程中判斷儲層含油氣性和產(chǎn)液能力的一種重要指標,能夠客觀反映儲集層特征及其與儲層流體的相互作用關(guān)系。根據(jù)試油成果對儲層進行有效儲層和非有效儲層劃分,將非有效儲層(綜合地質(zhì)解釋為干層)和有效儲層(綜合地質(zhì)解釋為油層、含油水層、油水同層、水層)對應(yīng)的孔隙度、滲透率繪制在同一坐標系內(nèi),兩者分界處所對應(yīng)的孔隙度、滲透率值即為有效儲層物性下限值。經(jīng)過對比研究實際資料發(fā)現(xiàn),兩者分界不明顯,因為生產(chǎn)中往往會選顯示好的井段進行試油,試油結(jié)果為干層數(shù)據(jù)較少并且物性跨度極大,因此認為可以選取有效儲層的最低物性作為研究區(qū)火山巖有效儲層的物性下限。根據(jù)此標準求取的物性下限為孔隙度為3%,滲透率為0.03×10-3μm2(圖6)。

圖6　試油結(jié)果孔隙度-滲透率關(guān)系Fig.6　Relationship between porosity and permeability of well production test result

根據(jù)上述4種確定有效儲層物性下限的方法,確定的孔隙度下限區(qū)間為3%～7%,滲透率下限區(qū)間為(0.03～0.33)×10-3μm2。為最大限度挖掘產(chǎn)能下限,取其最低值作為遼河盆地有效儲層物性下限,即孔隙度為3%,滲透率為0.03×10-3μm2作為研究區(qū)有效儲層物性下限。

3.2火成巖儲層評價標準

無論是沉積巖還是火成巖,儲層評價中主要涉及到評價指標選取和權(quán)系數(shù)確定兩方面。評價參數(shù)選取通常根據(jù)研究區(qū)不同的勘探程度及所具有的資料[26]。權(quán)系數(shù)的確定通常用灰色系統(tǒng)理論、主成分分析和層次分析等方法[27]。對低滲透油氣藏而言,儲層評價參數(shù)通常要包括喉道半徑等表征孔喉結(jié)構(gòu)的參數(shù)[28]?；鹕綆r儲層總體上歸屬于低滲透儲層,儲層評價參數(shù)通常包括孔隙度、滲透率、孔喉半徑、巖石密度等定量指標和巖性、巖相、儲集空間和產(chǎn)狀等定性指標[29]。

遼河油田自1996年開始大規(guī)?；鹕綆r油氣勘探至今一直在探索火山巖儲層評價的有效途徑[30]?？碧胶脱芯恐邪l(fā)現(xiàn),與沉積巖相比火成巖儲層物性具有更強的非均質(zhì)性,當(dāng)采用多參數(shù)儲層評價時,往往會得到互相矛盾的結(jié)果;而采用沉積巖常用的多參數(shù)加權(quán)綜合評價法,由于各時期測試指標不相配套、難以比較,不便于勘探應(yīng)用。為此采用含油產(chǎn)狀-物性和試油結(jié)果-物性兩類交會圖版(圖7),建立火成巖儲層評價標準。流程主要包括評價指標選取、儲層劃分級別和分級界線值確定。

圖7　含油產(chǎn)狀段、試油層段孔隙度-滲透率交會圖Fig.7　Crossplots of property and permeability in oil-bearing occurrence(a) and tested intevals(b)

遼河盆地火成巖油氣勘探已經(jīng)進行了20 a,目前已經(jīng)積累了大量分析測試資料，數(shù)據(jù)齊全且各個勘探時期對比性較好的仍是孔隙度、滲透率、含油產(chǎn)狀和試油結(jié)果。為了便于勘探應(yīng)用和老資料對比,同時考慮到其他盆地火山巖油氣勘探會有類似情況[31],選取這4個指標進行儲層評價,將遼河盆地火成巖儲層分為4類(表2),即高孔高滲儲層(Ⅰ類)、較高孔較高滲儲層(Ⅱ類)、中孔中滲儲層(Ⅲ類)和低孔低滲儲層(Ⅳ類)。

標準中界限的劃分主要考慮了以下因素:現(xiàn)行的石油天然氣行業(yè)標準(表1)對于火山巖儲層的分類仍然偏粗,不能滿足像遼河盆地這種典型火山巖油氣田勘探評價的需要。另外其他一些油田已有標準針對遼河油田又太過詳細,不利于實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。考慮到遼河油田的應(yīng)用習(xí)慣,筆者認為保留原4級分類模式最為適合。各類儲層劃分標準界限主要考慮了儲層的含油性特點。Ⅰ類和Ⅱ類儲層界限為孔隙度為13%,滲透率為0.4×10-3μm2,Ⅱ類和Ⅲ類儲層界限為孔隙度為8.5%,滲透率為0.1×10-3μm2。其中Ⅰ類儲層中含油產(chǎn)狀顯示較好(含油產(chǎn)狀顯示油跡或油斑)和試油結(jié)果顯示較好(試油結(jié)果為油層或低產(chǎn)油層)在4個分級中所占比例最大。同時Ⅰ類和Ⅱ類儲層包含了絕大部分含油產(chǎn)狀為油跡和油斑以及試油結(jié)果為油層和低產(chǎn)油層的數(shù)據(jù)。Ⅲ類和Ⅳ類儲層的劃分界限(孔隙度3%,滲透率0.3×10-3μm2)主要依據(jù)遼河盆地油層的物性下限值,小于此值的儲層(Ⅳ類儲層)一般不含油(圖8)。另外,考慮到各個級別中樣本分布應(yīng)相對均勻,前人評價標準中數(shù)據(jù)過多的集中于Ⅳ類儲層(圖1),此次分類標準中各個級別樣本占總樣本數(shù)比例分別為Ⅰ類儲層為14%、Ⅱ類儲層為39%、Ⅲ類儲層為27%、Ⅳ類儲層為20%。相較前人評價標準樣品分布更加均勻。

表2　本文中遼河盆地東部凹陷火成巖儲層分類標準

圖8　各類儲層不同含油產(chǎn)狀、試油結(jié)果所占比例Fig.8　Corresponding proportion of different classes of oil-bearing occurrence and well test results for igneous rock reservoirs from level one to four

4　討　論

4.1巖性和巖相對儲層物性的影響

火成巖的巖性和巖相與儲層物性有著極為密切的聯(lián)系。不同的巖性儲層物性往往有著較大的差異,而巖相往往通過巖石的巖性和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等加以識別。利用實測孔隙度、滲透率數(shù)據(jù)統(tǒng)計不同巖性、巖相的物性,研究區(qū)火成巖儲層物性較差,巖心分析孔隙度最大為29.2%,最小為0.9%;滲透率最大為56×10-3μm2,最小為0.01×10-3μm2,整體屬中低孔、低滲儲層。物性受巖性、巖相影響明顯,從巖性看(圖9),角礫化粗面巖、流紋巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖等儲層物性最好;玄武巖、安山巖、粗安巖、粗面巖次之;玄武安山巖、輝綠巖、輝長巖、角礫熔巖物性較差。從巖相看(圖10),火山通道相次火山巖亞相、爆發(fā)相的熱基浪亞相、火山碎屑流亞相、噴溢相復(fù)合熔巖流亞相和侵出相中帶亞相物性最好;火山通道相的火山頸亞相、爆發(fā)相的熱基浪亞相、侵出相的內(nèi)帶和外帶亞相次之;火山通道相隱爆角礫巖亞相、噴溢相的玻質(zhì)碎屑巖亞相、火山沉積相含外碎屑火山沉積亞相、侵入相的邊緣和中心亞相5個亞相的物性較差。由此可以看出,巖性、巖相是影響火成巖儲集性能的直接因素,不同的巖性、巖相條件從根本上決定了儲層物性的不同,但因其難以量化,且在油田實際生產(chǎn)中根據(jù)巖性、巖相分別確定儲層物性下限和制定評價標準,應(yīng)用起來過于繁瑣,無法操作。因此,本文以下的討論中將研究區(qū)發(fā)育的不同巖性、巖相火成巖看作一個整體,制定統(tǒng)一的物性下限和評價標準,以便于在油田實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。

圖9　遼河盆地東部凹陷火成巖孔隙度、滲透率與巖性對應(yīng)關(guān)系(n=樣品數(shù))Fig.9　Porosity and permeability versus lithology of igneous rocks in eastern depression,Liaohe Basin (n=sample number)

圖10　遼河盆地東部凹陷火成巖孔隙度、滲透率與巖相對應(yīng)關(guān)系(n為樣品數(shù))Fig.10　Porosity and permeability versus lithofacies of igneous rocks in eastern depression,Liaohe Basin(n=sample number)

4.2孔喉結(jié)構(gòu)對儲層物性的影響

巖石的宏觀孔滲特征是巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)及喉道大小的反映。巖石的孔隙及喉道是油氣儲集和流動的空間和通道,油氣是否能在一定壓差下從巖石中流出取決于喉道的粗細,即孔喉半徑的大小。壓汞分析表明,研究區(qū)火山巖儲層孔喉分布可分為2種基本類型。(1)單峰型:這種類型以粒間孔隙為主,其形態(tài)只受顆粒格架影響,喉道半徑分選很好、類型均一,峰值出現(xiàn)在0.01～2.5 μm,對滲透率作貢獻的即此類孔喉。(2)雙峰或多峰型:儲集空間由溶蝕孔、粒間孔或氣孔和裂縫構(gòu)成雙重或多重介質(zhì),故出現(xiàn)雙峰或多峰態(tài)。主峰一般出現(xiàn)在0.16～4.0 μm,次峰一般在0.01～0.04 μm，對滲透率作貢獻的也是此類孔喉。此種類型喉道偏細,分選較差。運用含油喉道半徑下限可求取儲層的物性下限,但在儲層分類評價中,受樣品代表性的局限以及數(shù)據(jù)量小難以比較等因素,不便于放到評價標準中。

5　結(jié)　論

(1)火成巖儲層屬中低孔—低滲儲層,其形成環(huán)境、儲集空間構(gòu)成以及后期的改造作用與沉積巖儲層相比有著明顯的不同,具有埋深深、巖性復(fù)雜、相變快、非均質(zhì)性強、儲集類型和成藏條件復(fù)雜的特點?；鸪蓭r油氣勘探需要一套不同于沉積巖儲層評價標準的獨特的火成巖儲層分類評價體系。

(2)采用經(jīng)驗系數(shù)法、最小含油喉道半徑法、含油產(chǎn)狀法和試油法計算的物性下限基本一致,綜合4種方法將研究區(qū)火成巖儲層的有效儲層物性下限值確定為孔隙度為3%,滲透率為0.03×10-3μm2。

(3)選取有效孔隙度、有效滲透率、含油產(chǎn)狀和試油結(jié)果等參數(shù)將火成巖儲層標準分別劃分為4類。將儲層物性參數(shù)與試油結(jié)果相結(jié)合,進行綜合分類評價,所確定的儲層分類指標能夠客觀反映火成巖儲集層的特征,有利于油氣勘探和資源評價。

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(編輯徐會永)

Evaluation criterion and cut-off value of igneous rock reservoirs in Liaohe Basin

WANG Yanquan1,BIAN Weihua1,LIU Baohong2,GU Guozhong2,SUN Ang1,WANG Pujun1

(1.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China;2.Exploration and Development Research Institute,Liaohe Oilfield Company,PetroChina,Panjin 124010,China)

Based on previous results of the reservoir porosity-permeability,oil-bearing occurrence and oil testing of 40 representative wells in eastern depression Liaohe Basin,the cut-off value of the reservoir physical properties and reasonable evaluation criteria of study area were evaluated using a series of approaches,including empirical coefficient method,irreducible water saturation method,oil occurrence method and formation testing method.The results show that when the porosity is less than 3%,or the permeability is less than 0.03×10-3μm2,the reservoir usually is dry and does not contain any oil or gas.Therefore 3% porosity and 0.03×10-3μm2permeability are chosen as the cut-off values for effective reservoirs of the igneous rocks.Based on porosity,permeability,oil-bearing occurrence and oil testing results,the igneous rock reservoirs can be characterized into four classes:(I) high porosity and high permeability,(Ⅱ) high-medium porosity and permeability,(Ⅲ) medium porosity and permeability and (IV) low porosity and permeability.The evaluation criteria and the cut-off values objectively describe the characteristics of igneous rock reservoir and can be applied preferably in decision-making for oil and gas exploration.

eastern depression of Liaohe Basin; Cenozoic; igneous rock reservoirs; evaluation criterion; cut-off value

2015-10-17

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃“973”項目(2012CB822002);國家自然科學(xué)青年基金項目(41202085,41002038)

王巖泉(1988-),男,博士研究生,研究方向為巖石學(xué)和火成巖儲層。E-mail:wang_yan_quan@126.com。

邊偉華(1976-),男,副教授,博士,研究方向為盆地火山巖和油氣地質(zhì)。E-mail:WeihuaBian@jlu.edu.cn。

1673-5005(2016)02-0013-10doi:10.3969/j.issn.1673-5005.2016.02.002

TE 122.2

A