基于巖石物理相分析的復(fù)雜儲層測井綜合評價
——以福山油田永安地區(qū)流沙港組一段儲層為例

黃婭，萬金彬

(中國石油集團測井有限公司油氣評價中心，陜西 西安 710077)

孫盼科

(中國石油大學地球科學學院，北京 102249)

馬慶林，張梅珠

(海南福山油田勘探開發(fā)有限責任公司勘探開發(fā)研究中心，海南 ?？?570100)

白松濤，何羽飛，程道解

(中國石油集團測井有限公司油氣評價中心，陜西 西安 710077)

基于巖石物理相分析的復(fù)雜儲層測井綜合評價
——以福山油田永安地區(qū)流沙港組一段儲層為例

黃婭，萬金彬

(中國石油集團測井有限公司油氣評價中心，陜西 西安 710077)

孫盼科

(中國石油大學地球科學學院，北京 102249)

馬慶林，張梅珠

(海南福山油田勘探開發(fā)有限責任公司勘探開發(fā)研究中心，海南 海口 570100)

白松濤，何羽飛，程道解

(中國石油集團測井有限公司油氣評價中心，陜西 西安 710077)

以巖心、薄片、壓汞、測井等測試資料為依據(jù)，在福山油田永安地區(qū)流沙港組一段沉積微相、成巖相、構(gòu)造相特征研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了研究區(qū)儲層的4種巖石物理相類型：有利沉積相帶粒間不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相，有利沉積相帶粒內(nèi)不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相，不利沉積相帶不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相，不利沉積相帶自生礦物充填致密成巖相。研究發(fā)現(xiàn)，各類巖石物理相具有不同的孔、滲關(guān)系和不同的巖電參數(shù)特征，因此在巖石物理相識別基礎(chǔ)上分類建立了物性模型和飽和度模型，大大提高了解釋精度，很好地解決了永安地區(qū)儲層橫向變化快導(dǎo)致的測井解釋符合率低的問題。

福山油田；復(fù)雜儲層；巖石物理相；沉積相；成巖相；巖電參數(shù)

隨著勘探開發(fā)的深入，測井解釋研究對象逐漸向低孔、低滲等復(fù)雜儲層轉(zhuǎn)移，對測井解釋的要求越來越高。因此要很好地完成復(fù)雜儲層的測井綜合研究，首先必須對其地質(zhì)成因進行研究，包括儲層的沉積、成巖作用及其后期的構(gòu)造改造作用，即巖石物理相的研究。

巖石物理相主要是由多種地質(zhì)作用形成的成因單元，是沉積作用、成巖作用和后期改造等作用的綜合反映[1]。最早由Spain[1]提出在單井剖面上劃分巖石物理巖類，熊琦華等[2]、姚光慶等[3]相繼開展了儲層巖石物理相研究。在測井解釋方面，石玉江等[4]研究發(fā)現(xiàn)巖石物理相是控制低滲透巖性油氣藏儲集層“四性”關(guān)系和測井響應(yīng)特征的主導(dǎo)因素?；趲r石物理相分類建立測井儲層參數(shù)解釋模型是提高低滲透、非均質(zhì)儲層測井解釋精度的有效方法。

該次研究針對海南福山油田永安地區(qū)流沙港組一段(El1)儲層巖性、物性、微觀孔喉結(jié)構(gòu)橫向變化較快,測井解釋矛盾層逐漸增多等難題，在有限的巖心薄片、壓汞試驗分析基礎(chǔ)上對取心井段進行巖石物理相分析，進而利用巖心刻度測井等數(shù)學方法，實現(xiàn)全井段的巖石物理相判別，并基于巖石物理相的分類完成了儲層物性與飽和度模型的優(yōu)化，進而提高了解釋精度。上述基于巖石物理研究的儲層測井綜合評價解釋方法很好地將宏觀的沉積、成巖和構(gòu)造等主控因素與微觀的巖石特征、物性特征和孔喉結(jié)構(gòu)特征相結(jié)合，使測井解釋具有了更強的綜合性指導(dǎo)意義，擺脫了“一孔之見”的局限性。

1 巖石物理相分類

巖石物理相具有“相”的含義，既能反映巖石物理特征，也能體現(xiàn)一定的沉積環(huán)境，是沉積相、成巖相和構(gòu)造作用的綜合表現(xiàn)。具體而言，沉積環(huán)境是基礎(chǔ)，沉積時母巖的性質(zhì)、水體能量等沉積環(huán)境控制了儲層的分布范圍、空間幾何形態(tài)、沉積物的顆粒大小、礦物組分和巖石結(jié)構(gòu)特征(分選性、磨圓度等)；后期的成巖作用對原有儲層物性和孔喉結(jié)構(gòu)進行改造，其中包括有利的改造(溶蝕作用、壓溶作用)、不利的改造(壓實作用、膠結(jié)作用)等；構(gòu)造演化控制沉積作用及各種沉積體的發(fā)育，不同的沉積體系往往形成于不同的構(gòu)造背景和氣候環(huán)境。綜上所述巖石物理相的主控因素為沉積相、成巖相和構(gòu)造相。因此，筆者從沉積相分析、成巖相分析、構(gòu)造特征分析3個方面對福山油田流沙港組的巖石物理相進行了分類與識別。

1.1 沉積相特征

圖1 福山凹陷永安地區(qū)構(gòu)造位置圖

福山凹陷位于海南省北部，是北部灣盆地中次級負向構(gòu)造單元。凹陷是受燕山運動的影響在古生界及中生界白堊系變質(zhì)巖基底上發(fā)育起來的一個呈北斷南超的箕狀凹陷，構(gòu)造走向北東，總面積2880km2。按構(gòu)造和沉積特征，凹陷的陸上部分又細分為5個次一級的構(gòu)造單元：白蓮次凹、花場次凸、皇桐次凹、博厚斷階帶和南部斜坡帶，研究目標區(qū)永安地區(qū)位于花場次凸一級構(gòu)造單元(圖1)。

福山凹陷沉積序列以新生代沉積為主，其基底為中、古生界變質(zhì)巖，沉積蓋層由古近系長流組、流沙港組、潿洲組，新近系和第四系組成。其中流沙港組自下而上可以細分為流三段(El3)、流二段(El2)、El1。永安地區(qū)El1儲層以扇三角洲相為主，砂巖相對較發(fā)育，物源主要來自南部，靠近北部湖水越深，泥質(zhì)含量越高。永安地區(qū)南部主要發(fā)育水下分流河道砂體，物性較好，泥質(zhì)含量較少；北部主要發(fā)育水下支流間灣、薄互層的席狀砂體，物性相對較差。水下分流河道砂體沉積時水動力較強，粒度較粗，主要為砂礫巖沉積，黏土含量較低，粒間雜基含量較低，測井曲線為鐘形或者箱形。分流河道向前延伸時能量減弱，河水攜帶的沉積物快速沉積下來，形成河口壩、席狀砂等粒度較細的沉積物，黏土含量較高，測井曲線主要為漏斗形或者是指狀的薄砂體。水下支流間灣沉積于水動力能量較弱的湖灣地區(qū)，巖性主要為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，物性較差，測井曲線主要為高幅齒狀。

綜合研究認為，研究區(qū)沉積相主要分為2大類：有利沉積相帶與不利沉積相帶。其中有利沉積相帶主要包括水下分流河道砂體，不利沉積相帶主要包括水下支流間灣砂體和南部的席狀砂砂體。

1.2 成巖相特征

成巖相主要指成巖環(huán)境及該環(huán)境形成的成巖產(chǎn)物[5]。通過鑄體薄片和掃描電鏡(圖2)可以看出，研究區(qū)一部分顆粒主要以線接觸為主(圖2(a))，塑性礦物變形云母片扭曲發(fā)生形變(圖2(c))，經(jīng)歷了較強的壓實作用，且出現(xiàn)了中晚期的含鐵白云石膠結(jié)(圖2(e))，大部分石英具有Ⅱ級次生加大，書頁狀高嶺石較普遍(圖2(b))，長石巖屑溶蝕孔較發(fā)育(圖2(a))。另一部分顆粒以點-線接觸為主(圖2(g))，石英為Ⅰ級次生加大，粒間溶孔相對較發(fā)育，其中粒間不穩(wěn)定組分溶解對改善孔喉結(jié)構(gòu)起到了積極作用，粒內(nèi)溶孔對改善孔喉結(jié)構(gòu)效果有限。石英的Ⅰ級次生加大會增加巖石的機械強度，一定程度上抑制晚期的壓實程度，對物性有一定的保護作用。若孔隙間只有泥質(zhì)充填，顆粒被泥質(zhì)包裹，會加劇壓實作用，顆粒間多為縫合線接觸或線接觸。

通過永安地區(qū)El1的471個泥巖樣本點的鏡質(zhì)體反射率分析，其主要在0.5%～1.1%之間，最高熱解峰溫在460℃左右，次生孔隙為主，推斷研究區(qū)El1目前主要處于中成巖A期。綜合分析永安地區(qū)El1儲層成巖過程經(jīng)歷了：機械壓實作用(原生孔隙)→早成巖A期(原生孔隙為主)→早成巖B期(少量次生孔隙)→中成巖A期(次生孔隙為主)，其中次生孔隙主要包括粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔。

結(jié)合永安地區(qū)El1的成巖作用認識，根據(jù)成巖作用對儲層物性的影響程度，將永安地區(qū)El1儲層劃分為3種成巖相：粒間不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相((圖2(g)、(h))、粒內(nèi)不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相(圖2(i)、(j))、自生礦物充填致密成巖相(圖2(k)、(l))。

圖2 永安地區(qū)El1儲層鏡下成巖特征及成巖相

圖3 永安地區(qū)El1沉積相與構(gòu)造等值線疊合圖

1.3 構(gòu)造特征

永安斷塊構(gòu)造位于福山凹陷皇桐次凹北部。構(gòu)造是受凹陷北部邊界斷裂馬裊斷層和南部斷層共同作用形成的地塹式構(gòu)造，整體上是一個被斷層復(fù)雜化的逆牽引背斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀北、東、南三面傾斜明顯，西傾微弱，El1巖石中塑性碎屑顆粒含量較高，砂巖中破裂作用不發(fā)育，從巖心、成像資料發(fā)現(xiàn)裂縫發(fā)育規(guī)模較小。永安地區(qū)整體為一個北、東、南三面傾斜的背斜構(gòu)造(圖3)，北傾的正斷層南部斷層斷距75m，將北部和南部地層分開。從巖心試驗數(shù)據(jù)可以看出，南部海拔高，壓實作用相對弱，北部構(gòu)造低，壓實作用相對較強。南部斷層的南北地層特征相差較大。因此根據(jù)構(gòu)造特征將研究區(qū)劃分為2種構(gòu)造相：南部構(gòu)造相、北部構(gòu)造相。其中南部構(gòu)造相主要為水下分流河道沉積；北部構(gòu)造相遠離物源，沉積時水體能量弱，主要為薄層席狀砂，黏土含量較高，主要發(fā)育不利沉積相帶。南部由于海拔高、巖性純、粒度粗，不發(fā)育致密成巖相帶。

1.4 巖石物理相分類及其測井識別

通過對沉積相、成巖相和構(gòu)造相的分析總結(jié)，南北構(gòu)造相對儲層的影響主要體現(xiàn)在沉積相與成巖相的差異上。南部離物源較近，沉積時水體能量較高，海拔較高，不發(fā)育致密成巖相。因此該次巖石物理相的分類不考慮南北構(gòu)造相的差異。

永安地區(qū)El1主要發(fā)育4類巖石物理相，包括有利沉積相帶粒間不穩(wěn)定組分成巖相、有利沉積相帶粒內(nèi)不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相、不利沉積相帶不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相、不利沉積相帶自生礦物充填致密成巖相。在巖石物理相劃分基礎(chǔ)上，結(jié)合巖心薄片及測井資料，歸納總結(jié)了4種不同成巖相在測井曲線上的響應(yīng)特征。主要包括對巖性、物性敏感的自然伽馬、聲波時差、密度、補償中子孔隙度、補償中子孔隙度與密度孔隙度之差等(見表1)。

表1 福山油田El1儲層成巖相測井響應(yīng)特征

同時為了更好地將各類巖石物理相分開，采用多元判別分析方法利用測井參數(shù)對儲層進行歸類。4類巖石物理相儲層的判別函數(shù)分別是：

F1=-508-0.107qAPI+1.790Δt+224.4ρ+0.72φnc+1.68ρt

(1)

F2=-526-0.091qAPI+1.794Δt+229.9ρ+0.81φnc+1.77ρt

(2)

F3=-522-0.101qAPI+1.775Δt+226.9ρ+0.96φnc+2.44ρt

(3)

F4=-521-0.068qAPI+1.758Δt+225.5ρ+1.06φnc+2.47ρt

(4)

式中：qAPI為自然伽馬，API；Δt為聲波時差，μs/m；ρ為補償密度，g/cm3；φnc為補償中子孔隙度，%；ρt為電阻率，Ω·m；F1、F2、F3、F4分別為有利沉積相帶粒間不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相判別函數(shù)、有利沉積相帶粒內(nèi)不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相判別函數(shù)、不利沉積相帶不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相判別函數(shù)、不利沉積相帶自生礦物充填致密成巖相判別函數(shù)。

在實際應(yīng)用過程中，先利用測井資料計算4類巖石物理相儲層的判別函數(shù)，然后比較4個函數(shù)的大小，判別函數(shù)值最大的就是該儲層的巖石物理相所屬類別。分析結(jié)果顯示，研究區(qū)南部主要發(fā)育有利沉積相帶粒間不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相、有利沉積相帶粒內(nèi)不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相，北部主要發(fā)育不利沉積相帶不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相和不利沉積相帶自生礦物充填致密成巖相。

2 儲層參數(shù)模型優(yōu)化

2.1 各類巖石物理相儲層孔喉結(jié)構(gòu)特征及物性模型優(yōu)化

同類的巖石物理相孔、滲關(guān)系呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，孔隙類型和結(jié)構(gòu)趨于一致。目前最直接表征孔喉結(jié)構(gòu)好壞的就是利用壓汞試驗，排驅(qū)壓力越小，分選系數(shù)越大，孔喉半徑越大，代表孔喉結(jié)構(gòu)越好；能夠間接表征儲層孔喉結(jié)構(gòu)好壞的是滲流特征參數(shù)Irq，其值越大表示孔喉結(jié)構(gòu)越好。

通過對永安地區(qū)El1共120個樣品點的壓汞與核磁試驗研究發(fā)現(xiàn)，孔喉結(jié)構(gòu)的好壞與巖石物理相的分類有著很好的對應(yīng)關(guān)系：有利沉積相帶粒間不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相，孔喉結(jié)構(gòu)最好，孔隙度大于15%，滲透率大于150mD，排驅(qū)壓力小于0.1MPa，分選好，孔喉半徑大，平均孔喉半徑4.3μm，孔喉結(jié)構(gòu)好，Irq大于30；有利沉積相帶不穩(wěn)定組分粒內(nèi)溶蝕成巖相，孔隙度大于10%，滲透率大于10mD，排驅(qū)壓力較小，分選較好，平均孔喉半徑1.57μm，Irq大于10；不利沉積相帶不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相，孔喉結(jié)構(gòu)較差，排驅(qū)壓力在0.23～0.77MPa之間，分選較差，Irq小于6.4；不利沉積相帶自生礦物充填致密成巖相，滲透率小于0.24mD，孔隙度小于7%，一般為非儲層，孔喉結(jié)構(gòu)為微孔微喉，排驅(qū)壓力很大，孔喉半徑小(見表2)。

表2 各類巖石物理相孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)特征表

注：表中數(shù)據(jù)為最小值～最大值(平均值)。

圖4 不同巖石物理相帶孔、滲交會圖

根據(jù)上述研究發(fā)現(xiàn)，不同的巖石物理相由于巖性、顆粒大小、分選、成巖作用的不同導(dǎo)致其孔喉結(jié)構(gòu)有一定的差異，宏觀上表現(xiàn)為具有不同的孔滲關(guān)系。從圖4中可以看出，由于有利沉積相帶沉積時水體能量較強，顆粒較粗，孔隙度相對較好，但是由于后期成巖作用的差異，導(dǎo)致粒間溶孔發(fā)育的有利沉積相帶粒間不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相的砂體滲透率較粒內(nèi)不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相更好；不利沉積相帶沉積時水體能量較弱，物性較差，后期的不穩(wěn)定組分溶蝕作用對孔喉結(jié)構(gòu)有一定的改善作用，而后期的強壓實作用和自生礦物完全充填使得致密成巖相的砂體物性較差，使其成為非儲層。因此該次研究分巖石物理相進行滲透率建模(表3)，大大提高了解釋精度。

表3 永安地區(qū)El1不同巖石物理相滲透率模型

2.2 各類巖石物理相儲層飽和度模型優(yōu)化

阿爾奇公式建立起了電阻率與飽和度的關(guān)系，其自身及相關(guān)的衍生模型Waxman-Smith模型、雙水模型一直作為計算含油飽和度的經(jīng)典公式[6]。經(jīng)典的阿爾奇擬合公式有2個：

(5)

(6)

式中：F為地層因素，1；ρwc為巖石100%被地層水飽和時的地層電阻率，Ω·m；ρw為地層水電阻率，Ω·m；a為巖性系數(shù)，1；m為膠結(jié)指數(shù)，與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)，1；φ為孔隙度，1；I為地層電阻率增大系數(shù)，1；ρt為含原狀地層電阻率，Ω·m；b為巖性系數(shù)，1；Sw為含水飽和度，1；n為飽和度指數(shù)，與油氣水在孔隙網(wǎng)絡(luò)中的分布狀態(tài)有關(guān)，1。

隨著研究的深入發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)不同層位的儲層巖電參數(shù)特征差別較大。因此準確確定巖石的巖電參數(shù)是精確求取飽和度的基礎(chǔ)。大量巖石模型的數(shù)值計算結(jié)果表明，巖電試驗中的巖電參數(shù)受巖性、物性、孔隙結(jié)構(gòu)影響顯著[7～9]，而巖性、物性、孔隙結(jié)構(gòu)的微觀表現(xiàn)主要受地區(qū)宏觀沉積作用、成巖作用和構(gòu)造作用的控制。因此，基于沉積、成巖和構(gòu)造的綜合作用劃分的不同的巖石物理相具有不同的巖電參數(shù)特征。

以永安地區(qū)El1儲層巖電試驗資料和前期巖石物理相研究為依據(jù)，探討了通過巖石物理相研究進行巖電參數(shù)的分類來建模以提高復(fù)雜儲層飽和度測井評價效果的方法。

通過巖電試驗結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，a、b變化不大，均在1左右。從F-φ交會圖(圖5)和I-Sw交會圖(圖6)可以看出，分巖石物理相建立的F-φ和I-Sw模型具有更高的解釋精度。按照有利沉積相帶粒間不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相、有利沉積相帶粒內(nèi)不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相、不利沉積相帶不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相、不利沉積相帶自生礦物充填致密成巖相的順序，其m逐漸減小，n逐漸增大，主要是因為有利沉積相帶沉積時，其水體能量較強、粒度較粗、泥質(zhì)含量較小、孔隙連通性較好。有利沉積相帶粒內(nèi)不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相、不利沉積相帶不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相、不利沉積相帶自生礦物充填致密成巖相的m變化不大，主要是由于受沉積、成巖作用影響，其孔喉結(jié)構(gòu)相對較差，束縛水飽和度增大。因此，該次研究中對永安地區(qū)El1采用分巖石物理相建立飽和度模型(表4)。

圖5 不同巖石物理相F-φ交會圖

圖6 不同巖石物理相I-Sw交會圖

表4 永安地區(qū)El1不同巖石物理相儲層巖電參數(shù)分布

3 實例應(yīng)用

利用上述方法對永安地區(qū)El1復(fù)雜儲層進行了油水層識別，克服了復(fù)雜儲層巖性、物性、微觀孔喉結(jié)構(gòu)橫向變化較快對油水層解釋帶來的困難，應(yīng)用效果較好。

圖7為永安地區(qū)Y15-1x井的測井解釋成果圖，由于目的層電阻率達到了30Ω·m，電性顯示較好，一次解釋時含水飽和度在50%左右，解釋為油層，試油結(jié)果為水層，測井解釋結(jié)果與試油結(jié)論矛盾。利用上述方法對儲層巖石物理相進行分析，目的層191B、192C、193C、195B號砂體主要為不利沉積相帶不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相，189、190、194、196號砂體主要為不利沉積相帶自生礦物充填致密成巖相，均為非儲層；同時分相帶對物性進行了建模，及對飽和度模型進行了優(yōu)化。圖7中的“滲透率1”和“含水飽和度1”為測井一次解釋結(jié)果，“滲透率2”和“含水飽和度2”為分巖石物理相模型優(yōu)化后的結(jié)果，優(yōu)化后的含水飽和度與試油結(jié)果符合度更高。

圖7 Y15-1x井測井解釋成果圖

4 結(jié)語

通過對沉積相、成巖相和構(gòu)造相的分析總結(jié)，永安地區(qū)El1主要發(fā)育4類巖石物理相，包括有利沉積相帶粒間不穩(wěn)定組分成巖相，有利沉積相帶粒內(nèi)不穩(wěn)定組分溶蝕相，不利沉積相帶不穩(wěn)定組分溶蝕相，不利沉積相帶自生礦物充填致密成巖相。

通過巖心、壓汞等試驗分析發(fā)現(xiàn)，不同的巖石物理相具有不同的孔滲關(guān)系、孔喉結(jié)構(gòu)特征和巖電參數(shù)特征。因此，該次研究在巖石物理相分類基礎(chǔ)上建立了物性模型和飽和度模型，大大提高了解釋精度?；趲r石物理研究的儲層測井綜合評價解釋方法很好地將宏觀沉積、成巖和構(gòu)造等主控因素與微觀巖石特征、物性特征和孔喉結(jié)構(gòu)特征相結(jié)合，使測井解釋具有了更強的綜合性指導(dǎo)意義，在福山油田永安地區(qū)El1儲層橫向變化較快的儲層中應(yīng)用效果較好。

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[編輯] 龔丹

2016-12-30

黃婭(1988-)，女，碩士，工程師，從事測井資料解釋及油氣藏評價技術(shù)研究工作，huangyayy@126.com。

P631.84

A

1673-1409(2017)11-0032-08

[引著格式]黃婭，萬金彬，孫盼科，等.基于巖石物理相分析的復(fù)雜儲層測井綜合評價[J].長江大學學報(自科版), 2017,14(11):32～39.