準(zhǔn)噶爾盆地中部4區(qū)塊致密砂巖有效儲集層物性下限

王建東，王 昌，曹海防，李 靜，馬 驥，鄭金凱

（1.中國石化 勝利油田分公司 a.油氣勘探中心；b.勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257017；2.中國石油大學(xué) 地質(zhì)力學(xué)與工程研究所，山東 青島 266580）

有效儲集層是指能夠儲集和滲流流體（烴類或地層水），在現(xiàn)有工藝技術(shù)條件下具有工業(yè)價值產(chǎn)液量的儲集層[1]。物性下限的確定是識別有效儲集層的關(guān)鍵，用能夠儲集和滲濾流體的最小孔隙度和最小滲透率來度量[2]。影響有效儲集層物性下限的因素可以分為外在因素（主要包括試油工藝和測井技術(shù)）和內(nèi)部因素（主要包括儲集層巖性、孔隙結(jié)構(gòu)和地層壓力）[3]。

有效儲集層物性下限的分析方法眾多，文獻(xiàn)［2］根據(jù)實踐經(jīng)驗，對國內(nèi)外部分油田的物性下限進(jìn)行了類比研究；文獻(xiàn)［4］通過對氣藏研究，提出了用相關(guān)公式法確定有效孔隙度下限；文獻(xiàn)［5］從統(tǒng)計學(xué)角度，提出了用分布函數(shù)曲線法確定有效儲集層與非有效儲集層物性界限；文獻(xiàn)［6］—文獻(xiàn)［9］綜合多種方法，對不同埋深儲集層的物性下限及其控制因素進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)［10］—文獻(xiàn)［12］提出了試油法、束縛水飽和度法和能譜儀測定法等分析儲集層物性下限的方法。

有效儲集層物性下限的確定是儲集層劃分、有效厚度統(tǒng)計和油藏儲量計算的基礎(chǔ)[13]。準(zhǔn)噶爾盆地中部4區(qū)塊中侏羅統(tǒng)頭屯河組致密砂巖儲集層埋藏深，孔隙度和滲透率低，有效儲集層物性下限缺少系統(tǒng)性研究。本文針對研究區(qū)致密砂巖儲集層特點，綜合運用經(jīng)驗統(tǒng)計法、分布函數(shù)曲線法、試油法、孔滲關(guān)系法、正逆累計法和泥質(zhì)含量法，確定了研究區(qū)有效儲集層物性下限，以期為研究區(qū)儲集層評價提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

中部4區(qū)塊位于準(zhǔn)噶爾盆地阜康凹陷東部北斜坡，阜康凹陷北鄰白家海子凸起，南鄰阜康斷裂帶，東接北三臺凸起，西北連莫索灣凸起（圖1）。研究區(qū)面積2 891.7 km2，自下而上發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系和白堊系，地層發(fā)育齊全，總體較為平緩，構(gòu)造相對簡單，整體為向南西傾的單斜，斷層主要為侏羅系層間斷層，以逆斷層為主[14-15]。研究區(qū)處于油源中心，是油氣運聚的有利指向區(qū)，油氣豐度高。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

目的層中侏羅統(tǒng)頭屯河組發(fā)育了以河流相和三角洲相為主的碎屑巖，埋深3 700～5 200 m，儲集層較發(fā)育，巖性以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖和細(xì)砂巖為主。碎屑顆粒主要為石英、長石和火成巖巖屑，少量變質(zhì)巖和沉積巖巖屑。填隙物雜基主要為黏土礦物，膠結(jié)物為方解石、石英、硅質(zhì)、硬石膏和沸石。顆粒組成以粉細(xì)粒、粉粒結(jié)構(gòu)為主，部分為中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，分選中等，支撐類型為顆粒支撐，以線接觸和點接觸為主，部分為凹凸接觸，膠結(jié)類型以孔隙式為主。

2 有效儲集層物性下限的確定

2.1 經(jīng)驗統(tǒng)計法

經(jīng)驗統(tǒng)計法是以巖心測試孔隙度和滲透率為基礎(chǔ)，分別繪制孔隙度和滲透率分布頻率直方圖，計算儲集層儲能和產(chǎn)能[2，13]。該方法綜合考慮了儲集層儲能和產(chǎn)能2個方面，但儲集層累計儲能（產(chǎn)能）丟失界限和樣品累計丟失界限的確定具有主觀性。根據(jù)研究區(qū)頭屯河組實際情況，以儲集層累計儲能（產(chǎn)能）丟失頻率5.0%或樣品累計丟失頻率15.0%作為有效儲集層的劃分界限[11，13]，統(tǒng)計分析了研究區(qū)150塊巖心樣品的孔隙度和滲透率，繪制了物性分布頻率直方圖及儲集層累計儲能（產(chǎn)能）丟失頻率曲線（圖2）。儲集層累計儲能丟失頻率和累計產(chǎn)能丟失頻率的計算公式分別為

式中 hi——第i個巖心樣品長度，m；

Ki——第i個巖心樣品滲透率，mD；

m——丟失界限對應(yīng)的巖心樣品數(shù)，個；

n——巖心樣品總數(shù)，個；

qK——儲集層累計產(chǎn)能丟失頻率，%；

q?——儲集層累計儲能丟失頻率，%；

?i——第i個巖心樣品孔隙度，%.

圖2 研究區(qū)頭屯河組儲集層物性分布頻率直方圖及儲集層累計儲能（產(chǎn)能）曲線

當(dāng)儲集層累計儲能丟失頻率達(dá)5.0%時，孔隙度下限為3.9%，此時孔隙度樣品累計丟失頻率為15.2%，在可接受范圍，故取3.9%作為研究區(qū)孔隙度下限。當(dāng)儲集層累計產(chǎn)能丟失頻率達(dá)5.0%時，滲透率下限為0.88 mD，此時滲透率樣品累計丟失頻率為41.9%，樣品丟失過多，因此將滲透率樣品累計丟失頻率15.0%作為界限，確定滲透率下限為0.09 mD.

綜上所述，通過經(jīng)驗統(tǒng)計法確定了研究區(qū)頭屯河組有效儲集層孔隙度下限為3.9%，滲透率下限為0.09mD.

2.2 分布函數(shù)曲線法

分布函數(shù)曲線法是在同一坐標(biāo)系內(nèi)分別繪制有效儲集層（包括油層、油水層和水層）與非有效儲集層（干層）的孔隙度和滲透率的分布頻率曲線，將兩條曲線交點所對應(yīng)的數(shù)值作為有效儲集層的物性下限[5，16]。該方法能夠直觀地看出有效儲集層和非有效儲集層的物性分布規(guī)律，在兩類儲集層物性存在交叉且樣品較多時準(zhǔn)確度高。利用測井解釋中的物性資料，對研究區(qū)7口油井707.9 m儲集層進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到孔隙度和滲透率的分布頻率曲線（圖3）。通過分布函數(shù)曲線法確定了研究區(qū)頭屯河組有效儲集層孔隙度下限為4.9%，滲透率下限為0.15 mD.

圖3 研究區(qū)頭屯河組儲集層物性分布頻率曲線

2.3 試油法

試油結(jié)果可以綜合反映流體與儲集層物性特征，是研究儲集層流體性質(zhì)的直接資料[17]。對試油層段所對應(yīng)的孔隙度和滲透率按照油層、含油水層、水層和干層進(jìn)行分類，在同一坐標(biāo)系下繪制滲透率—孔隙度交會圖，有效儲集層與非有效儲集層的分界處所對應(yīng)的數(shù)值即為有效儲集層物性下限[18-19]。該方法直觀、簡單，但要求研究區(qū)單層試油資料豐富。根據(jù)研究區(qū)試油層段資料，結(jié)合測井解釋，繪制滲透率—孔隙度交會圖（圖4），分析確定了研究區(qū)頭屯河組有效儲集層孔隙度下限為4.5%，滲透率下限為0.14 mD.

2.4 孔滲關(guān)系法

根據(jù)研究區(qū)巖心實測的物性資料，確定研究區(qū)儲集層孔隙度與滲透率關(guān)系（圖5），通過擬合得出孔隙度與滲透率呈冪函數(shù)：

圖4 研究區(qū)頭屯河組試油層段滲透率—孔隙度交會圖

圖5 研究區(qū)頭屯河組儲集層孔隙度與滲透率的關(guān)系

從圖5可以看出，孔滲曲線可以分為三段：第一段孔隙度迅速增加，滲透率增加幅度較小，該段主要為無滲透能力的孔隙；第二段孔隙度和滲透率都明顯增加，該段為具有一定滲透能力的有效孔隙；第三段孔隙度增加幅度較小，滲透率急劇增加，該段的滲流能力非常強(qiáng)，且達(dá)到了相對穩(wěn)定狀態(tài)[2，20-21]。通常取第一段和第二段轉(zhuǎn)折點為有效儲集層的物性下限值。該方法操作簡單，但曲線的轉(zhuǎn)折點不易確定。通過孔滲關(guān)系法確定了研究區(qū)頭屯河組有效儲集層孔隙度下限為4.0%，將其代入（3）式，得出滲透率下限為0.12 mD.

2.5 正逆累計法

將有效儲集層和非有效儲集層巖心樣品的物性參數(shù)按照相反的方向做累計曲線，有效儲集層正向累計，非有效儲集層反向累計，正逆累計曲線的交點即為有效儲集層與非有效儲集層的界限。該方法與分布函數(shù)曲線法類似，需要有效儲集層和非有效儲集層物性存在交叉。根據(jù)研究區(qū)頭屯河組測井和錄井資料，共統(tǒng)計有效儲集層511.3m，非有效儲集層196.6m，繪制正逆累計曲線（圖6）。由正逆累計法確定研究區(qū)頭屯河組有效儲集層孔隙度下限為4.8%，滲透率下限為0.16mD.

2.6 泥質(zhì)含量法

通過測井解釋及部分巖心樣品的X射線衍射得到研究區(qū)砂巖的泥質(zhì)含量，一般認(rèn)為，當(dāng)泥質(zhì)含量大于40%時，儲集層多為非有效儲集層[2]。隨著砂巖泥質(zhì)含量升高，孔隙度和滲透率呈減小的趨勢。該方法的難點在于泥質(zhì)含量界限的確定。根據(jù)研究區(qū)資料，繪制泥質(zhì)含量—物性交會圖（圖7）。以泥質(zhì)含量40%為界，分析得到研究區(qū)頭屯河組有效儲集層孔隙度下限為4.4%，滲透率下限為0.15 mD.

圖6 研究區(qū)頭屯河組儲集層物性正逆累計曲線

圖7 研究區(qū)頭屯河組儲集層泥質(zhì)含量—物性交會圖

2.7 綜合確定物性下限

根據(jù)上述6種方法的分析結(jié)果，確定研究區(qū)頭屯河組孔隙度下限為3.9%～4.9%，滲透率下限為0.09～0.16 mD.

綜合考慮研究區(qū)現(xiàn)有資料及各方法可靠性，對于能夠直接反映物性特征的試油法分析結(jié)果賦予權(quán)重0.3，對于受主觀因素影響較小且數(shù)據(jù)豐富的分布函數(shù)曲線法和正逆累計法分析結(jié)果賦予權(quán)重0.2，對需要確定丟失比、轉(zhuǎn)折點和泥質(zhì)含量界限的經(jīng)驗統(tǒng)計法、孔滲關(guān)系法和泥質(zhì)含量法分析結(jié)果賦予權(quán)重0.1.對6種方法所得結(jié)果加權(quán)平均，最終確定研究區(qū)頭屯河組致密砂巖有效儲集層孔隙度下限為4.52%，滲透率下限為0.14 mD.

3 物性下限與深度的關(guān)系

通過分析研究區(qū)3 000～6 000 m共338個試油及測井層段資料，繪制了孔隙度和滲透率隨深度的變化圖，以有效儲集層和非有效儲集層為界限，得到孔隙度下限曲線和滲透率下限曲線（圖8）。

圖8 研究區(qū)3 000～6 000 m儲集層物性隨深度的變化

可以看出，隨著深度的增加，孔隙度和滲透率的下限呈減小的趨勢。其主要原因是，隨著油層埋藏深度增加，地層作用于孔隙流體的壓力也不斷增加，流體能進(jìn)出的孔喉半徑越來越小，因而儲集層物性下限變小[2]。

4 結(jié)語

（1）綜合6種方法確定了準(zhǔn)噶爾盆地中部4區(qū)塊中侏羅統(tǒng)頭屯河組有效儲集層物性下限，其中孔隙度下限為4.52%，滲透率下限為0.14 mD.研究區(qū)頭屯河組有效儲集層物性下限隨深度的增加呈降低的趨勢。

（2）針對研究區(qū)現(xiàn)有資料及各方法可靠性，對各方法分析結(jié)果賦予不同權(quán)重，有效地避免了單一方法的隨機(jī)性和不確定性，為油氣藏勘探開發(fā)、儲量計算和儲集層評價等提供可靠的參考依據(jù)。