準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起東翼石炭系火山巖儲層主控因素定量評價

魏嘉怡，孟凡超,2*，林會喜，石好果，徐佑德

(1.中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室 海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實驗室，山東 青島 266071； 3.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257000)

0 引 言

自20世紀(jì)初以來，隨著盆地向深層勘探的深入，火山巖油氣藏儲量增加較快，約占地層油氣藏探明儲量的50%以上，火山巖油氣藏已逐漸成為中國油氣勘探的一個重要領(lǐng)域[1-2]。2000年以來，火山巖油氣勘探在準(zhǔn)噶爾、塔里木、三塘湖、松遼、渤海灣等盆地都取得了重大突破[3-4]。準(zhǔn)噶爾盆地自1956年在石炭系火山巖中首見油氣顯示以來，在石炭系—二疊系火山巖中探明油氣當(dāng)量已超過3.6×108t[5]，火山巖已成為準(zhǔn)噶爾盆地西北緣石炭系—二疊系的主力儲層[6-8]。目前，中國石化在準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起石炭系已發(fā)現(xiàn)規(guī)模油氣儲量，并上報控制儲量和預(yù)測儲量分別超過6×107t和1×107t[9]，證實該區(qū)是有利的油氣富集區(qū)帶。因此，明確石炭系火山巖儲層主控因素，落實有利儲層發(fā)育區(qū)，是車排子凸起油氣勘探的關(guān)鍵。

火山巖作為一種特殊的油氣儲層，巖石類型多樣，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲層非均質(zhì)性強，控制因素復(fù)雜[10-13]。前人對火山巖儲層控制因素的研究多限于定性分析[14-24]，進而得出主控因素。其中，巖性和巖相類型[6,9,13,15-16]、構(gòu)造運動[17-21]、風(fēng)化淋濾作用[22-25]、成巖作用[26-28]、古地貌形態(tài)[12,29]等都是一直關(guān)注的火山巖儲層主控因素。值得注意的是，不同地區(qū)、不同地質(zhì)條件下火山巖儲層的主控因素可能相同，但多個主控因素的排序一定存在差異。因此，儲層主控因素的排序是尋找優(yōu)質(zhì)儲層的關(guān)鍵。儲層主控因素定量評價可以解決定性研究工作中常出現(xiàn)的研究結(jié)果相互矛盾、交叉以及不唯一等問題[30-31]。主控因素的量化表征能在最大程度上使研究結(jié)果與實際地質(zhì)情況吻合，有利于對儲層進行準(zhǔn)確分類與評價，從而實現(xiàn)對油氣勘探的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。本文以準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起東翼石炭系火山巖儲層為研究對象，在29口井的測井、錄井、鉆井、試油、巖芯、巖屑、薄片等資料綜合分析基礎(chǔ)上，對儲層控制因素進行系統(tǒng)研究，選用灰色關(guān)聯(lián)法對儲層主控因素進行定量評價，并對儲層進行準(zhǔn)確分類，從而為研究區(qū)油氣勘探提供借鑒。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起構(gòu)造位置及主要井位分布Fig.1 Tectonic Position and Main Wells Distribution in Chepaizi Uplift of Junggar Basin

1 區(qū)域地質(zhì)概況

車排子凸起位于新疆維吾爾自治區(qū)沙灣縣，一級構(gòu)造單元屬于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起。東部以紅車斷裂帶與沙灣凹陷及中拐凸起相接(圖1)，南部緊鄰四棵樹凹陷，西北部伸入扎伊爾山山前[9,13,20-21]。該凸起是一個海西晚期形成并長期繼承性發(fā)育的古凸起，現(xiàn)今的構(gòu)造格局為喜山運動后的面貌，平面上呈三角形。這種構(gòu)造格局使車排子凸起主體部位接受的沉積層厚度有限，大部分區(qū)域缺失二疊系、三疊系和侏羅系沉積[32-33]。石炭系儲層主要為火山巖，火山巖受海西、印支以及燕山運動影響改造嚴(yán)重[34]，并且發(fā)育多條NW向、NE向和近EW向斷裂。同時，海西晚期以來，凸起區(qū)一直為車排子地區(qū)構(gòu)造的最高部位，長期處于沙灣和四棵樹兩個生烴凹陷的油氣運移指向區(qū)[35-37]，油氣勘探前景較好。

2 主控因素

通過對29口井的巖芯觀察、鑄體薄片鑒定以及孔滲研究等發(fā)現(xiàn)，影響準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起火山巖儲層形成的因素較多，但主控因素包括巖性和巖相類型、裂縫發(fā)育程度及風(fēng)化淋濾作用[9,13,38-39]。

2.1 巖性和巖相類型

車排子凸起石炭系火山巖巖性和巖相類型復(fù)雜。巖性包括火山熔巖類、火山碎屑巖類、火山碎屑熔巖類和火山碎屑沉積巖類4種；巖相劃分為4相8亞相[7]，4相分別為爆發(fā)相、溢流相、火山通道相和火山沉積相。不同巖性和巖相類型與孔隙度、滲透率關(guān)系(圖2)表明，研究區(qū)火山巖儲層發(fā)育的優(yōu)勢巖性是角礫熔巖，優(yōu)勢巖相是溢流相的角礫熔巖流亞相。

火山巖的巖性和巖相類型影響原生孔隙發(fā)育類型和程度，同時也制約著次生孔隙組合。車排子凸起石炭系火山巖近源相組合中的火山熔巖類(玄武安山巖、安山巖、角礫熔巖、自碎角礫熔巖)、火山碎屑巖類(火山角礫巖)比遠(yuǎn)源相組合中的凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r原生孔隙發(fā)育(表1)。不同巖相類型的孔隙度變化(圖3)顯示，孔隙度從火山口相組合到近源相組合再到遠(yuǎn)源相組合依次減小，儲層物性逐漸變差。因此，巖性和巖相類型是儲層形成的基礎(chǔ)。

圖2 不同巖性和巖相類型與物性的關(guān)系Fig.2 Relationships Between Different Lithology, Lithofacies Types and Physical Properties

2.2 裂縫發(fā)育程度

根據(jù)巖芯錄井資料統(tǒng)計每口取芯井段的裂縫密度、長度、寬度，結(jié)果表明，火山巖巖性和巖相一致情況下，車排子凸起石炭系火山巖平均裂縫密度與滲透率、油氣累積產(chǎn)量具有很好的相關(guān)性(圖4)。這說明裂縫的存在一方面溝通了互不連通的原生孔隙，另一方面促進了次生孔隙的發(fā)育，使儲層滲透率增大，從而影響儲層的含油性。儲層物性與裂縫發(fā)育程度成正相關(guān)關(guān)系，裂縫越長、越寬、密度越大，儲層物性越好。

表1 火山巖中不同巖性和巖相類型儲集空間發(fā)育類型Tab.1 Reservoir Space Development Types in Different Lithology and Lithofacies Types of Volcanic Rocks

2.3 風(fēng)化淋濾作用

車排子凸起石炭系火山巖經(jīng)歷了長期風(fēng)化淋濾作用，形成巨厚的風(fēng)化殼。風(fēng)化殼由上向下依次劃分為土壤層、水解帶、淋濾帶、崩解帶、母巖帶等5層[13,25]，儲層物性受風(fēng)化淋濾作用影響較大。同一巖相(板狀熔巖流亞相)中的安山巖類孔隙度與距不整合面距離關(guān)系(圖5)表明，同一巖性和巖相火山巖隨著距石炭系不整合面距離的增加，孔隙度呈規(guī)律性變化。距不整合面50 m以上主要為土壤層和水解帶發(fā)育區(qū)，物性較差，可作為石炭系油氣藏的蓋層。淋濾帶之下，儲層物性與距不整合面距離成負(fù)相關(guān)關(guān)系，淋濾帶的儲集性能最好，崩解帶次之。此外，研究區(qū)大部分油氣出現(xiàn)在距不整合面50 m以下和距不整合面350 m以上的范圍[13]。

圖3 不同巖相類型的孔隙度變化Fig.3 Variations of Porosity in Different Lithofacies Types

圖4 平均裂縫密度與滲透率、油氣累積產(chǎn)量的關(guān)系Fig.4 Relationships Between Average Fracture Density and Permeability, Cumulative Oil and Gas Production

3 定量評價

3.1 評價方法

影響儲層質(zhì)量的多因素權(quán)重系數(shù)確定是儲層主控因素定量評價工作的關(guān)鍵[30-31]。目前常用的確定權(quán)重系數(shù)方法主要有專家打分、層次分析、灰色關(guān)聯(lián)分析、主成分分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析等[31,40-44]。專家打分和層次分析在確定權(quán)重系數(shù)時會加入主觀判斷，主成分分析不能明確單一控制因素的影響，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析需要大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，而灰色關(guān)聯(lián)分析是一種完全通過數(shù)學(xué)計算確定權(quán)重系數(shù)的定量分析方法，其在應(yīng)用時所需要的數(shù)據(jù)量小，運算量也不大，具有簡單、易于操作、直觀等優(yōu)點，評價結(jié)果更為客觀、科學(xué)和合理。因此，本次研究選用灰色關(guān)聯(lián)分析確定權(quán)重系數(shù)。

3.2 評價過程

3.2.1 依據(jù)影響火山巖儲層質(zhì)量的因素選擇評價參數(shù)

油氣累積產(chǎn)量可以用來衡量火山巖儲層質(zhì)量。選用油氣累積產(chǎn)量作為母因素，影響車排子凸起火山巖儲層質(zhì)量的巖性、巖相、裂縫密度、裂縫長度、裂縫寬度、風(fēng)化淋濾作用作為子因素。依據(jù)研究區(qū)不同巖性、巖相的物性測試結(jié)果和油氣累積產(chǎn)量數(shù)據(jù)，并結(jié)合經(jīng)驗對巖性、巖相進行賦值。1～7依次賦值給沉凝灰?guī)r、凝灰?guī)r、自碎熔巖、玄武安山巖、火山角礫巖、安山巖、角礫熔巖；1～6依次賦值給沉火山碎屑沉積亞相、空落亞相、熱碎屑流亞相、自碎熔巖流亞相、板狀熔巖流亞相、角礫熔巖流亞相。用距石炭系頂?shù)牟徽厦婢嚯x來刻畫風(fēng)化淋濾作用的程度。采用計算機擬合火山巖儲層母因素與子因素相關(guān)關(guān)系(圖6)，探討子因素與油氣累積產(chǎn)量的相關(guān)性。結(jié)果表明，巖性、巖相、裂縫密度、風(fēng)化淋濾作用這4個評價參數(shù)可作為本次研究的子因素。

圖5 板狀熔巖流亞相中的安山巖類孔隙度與距不整合面的距離關(guān)系Fig.5 Relationship Between Porosity and Distance from Unconformity of the Andesites in the Tabular Lava Flow Subfacies

3.2.2 各評價參數(shù)的原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化及單項評價指標(biāo)的計算

為了消除巖性、巖相、裂縫密度、風(fēng)化淋濾作用的物理意義，使之成為具有獨立意義的參數(shù)，本文選用極大值標(biāo)準(zhǔn)化法來消除這4個不同量綱間的差異。對于評價數(shù)據(jù)值越大，反映儲層質(zhì)量越好的指標(biāo)，用單個參數(shù)數(shù)據(jù)除以本參數(shù)的極大值；而對于評價數(shù)據(jù)值越小，反映儲層質(zhì)量越好的指標(biāo)，先用本參數(shù)的極大值減去單個參數(shù)數(shù)據(jù)，再用其差值除以極大值。根據(jù)此原理對巖性、巖相、裂縫密度采用參數(shù)值除以同類參數(shù)極大值的方法進行標(biāo)準(zhǔn)化；而對風(fēng)化淋濾作用采用同類參數(shù)極大值減去單個參數(shù)數(shù)據(jù)后的差值再除以極大值的方法進行標(biāo)準(zhǔn)化(表2)。標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)即為各參數(shù)的單項評價指標(biāo)。

3.2.3 各評價參數(shù)權(quán)重系數(shù)的計算

首先計算各子因素與母因素之間的絕對差值，通過計算得到絕對差值的最大值是0.936，最小值是0，然后計算關(guān)聯(lián)度(表2)。對不同井的同一評價參數(shù)相對于母因素的關(guān)聯(lián)度求取平均值，得到巖性、巖相、裂縫密度以及風(fēng)化淋濾作用的關(guān)聯(lián)度依次為0.530、0.589、0.622、0.646。最后對關(guān)聯(lián)度進行歸一化處理，得到每個評價參數(shù)的權(quán)重系數(shù)分別為0.222、0.247、0.261、0.271。從權(quán)重系數(shù)的大小來看，風(fēng)化淋濾作用對儲層的控制作用最為明顯，其次是裂縫密度，最后是巖相、巖性類型。

3.3 評價結(jié)果與驗證

將每個參數(shù)的單項評價指標(biāo)分別乘以其權(quán)重系數(shù)，得到單項權(quán)衡指標(biāo)，然后將各參數(shù)的單項權(quán)衡指標(biāo)相加即得到每口井的綜合評價指標(biāo)(IREI)。從綜合評價指標(biāo)分布來看，明顯趨于兩類,即0.3≤IREI<0.6和IREI≥0.6。將IREI≥0.6定為Ⅰ類儲層，0.3≤IREI<0.6定為Ⅱ類儲層(表3)。結(jié)果表明，10口井的綜合評價分類結(jié)果與實際油氣累積產(chǎn)量吻合率高達90%。此外，在定性研究火山巖儲層優(yōu)勢發(fā)育區(qū)時，根據(jù)研究區(qū)巖相有利發(fā)育區(qū)、裂縫有利發(fā)育區(qū)、風(fēng)化殼有利發(fā)育區(qū)，得到了有利儲層平面分布預(yù)測(圖7)。儲層定量評價的Ⅰ類儲層恰好分布在平面預(yù)測圖中的一類、二類儲層發(fā)育區(qū)，定量評價的Ⅱ類儲層位于平面預(yù)測圖中的三類儲層發(fā)育區(qū)，說明儲層綜合評價結(jié)果與平面分布預(yù)測結(jié)果吻合，評價方法可信。

表2 火山巖儲層原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化及關(guān)聯(lián)度計算Tab.2 Original Data Standardization and Correlation Calculation of Volcanic Reservoirs

圖(a)、(b)、(e)、(f)符合地質(zhì)規(guī)律；圖(c)不符合地質(zhì)規(guī)律；圖(d)無地質(zhì)規(guī)律圖6 火山巖儲層母因素與子因素相關(guān)關(guān)系Fig.6 Correlations of the Parent and Sub Factors of Volcanic Reservoirs

井號單項評價指標(biāo)巖性巖相裂縫密度風(fēng)化淋濾作用綜合評價指標(biāo)油氣累積產(chǎn)量/(t·m-1)分類評價結(jié)果排666-20.4290.6670.2380.0000.3220.005排600.1430.1670.6950.2700.3270.004排6710.2860.3330.1030.6610.3520.006排6680.7140.5000.4630.5350.5480.003排666-10.5710.8330.3710.6290.6000.260排6740.7140.5000.5030.7740.6230.004排6610.8570.8330.5310.4070.6450.097排6730.8570.8330.7230.4100.6960.167排6641.0001.0000.8190.3170.7690.020排610.5710.8331.0000.7150.7870.308Ⅱ類儲層Ⅰ類儲層一致一致一致一致一致不一致一致一致一致一致

注：巖性、巖相、裂縫密度及風(fēng)化淋濾作用的權(quán)重系數(shù)分別為0.222、0.247、0.261、0.271。

圖7 石炭系有利儲層平面分布預(yù)測Fig.7 Plane Distribution Prediction of Carboniferous Favorable Reservoirs

4 結(jié) 語

(1)巖性和巖相類型、裂縫發(fā)育程度、風(fēng)化淋濾作用是準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起東翼石炭系火山巖儲層的三大主控因素。利用灰色關(guān)聯(lián)分析對儲層主控因素進行定量評價，結(jié)果表明，風(fēng)化淋濾作用對研究區(qū)火山巖儲層影響最大，其次為裂縫密度，最后是巖相和巖性類型。

(2)根據(jù)儲層綜合評價指標(biāo)結(jié)果，將IREI≥0.6定為Ⅰ類儲層，0.3≤IREI<0.6定為Ⅱ類儲層。單井儲層定量評價分類結(jié)果與實際油氣累積產(chǎn)量以及有利儲層平面分布預(yù)測吻合較好，評價結(jié)果可靠。