基于測井孔隙類型識別技術的成巖相研究

郭瑞，張東越，馬旭飛，張靖雨，陳晨

基于測井孔隙類型識別技術的成巖相研究

郭瑞，張東越，馬旭飛，張靖雨，陳晨

（重慶科技學院，重慶 401331）

以川東北普光氣田長興組-飛仙關組碳酸鹽巖儲層為例，利用測井資料全井段、高分辨率的特點，運用聲波密度比值來識別儲層孔隙類型，研究不同類型的孔隙在垂向及平面上的展布特征，是極為有效的成巖相研究方法。在平面成巖相命名中，用某一種或多種成巖環(huán)境下發(fā)生的主要成巖作用為其命名，將長興組-飛仙關組碳酸鹽巖儲層成巖相劃分為地表水侵蝕相、地表水侵蝕+有機酸溶蝕相、有機酸溶蝕相、灰云轉(zhuǎn)化成巖相和壓實膠結相。它們可以直觀地得出儲層孔隙的形成過程與演化成因。

碳酸鹽巖；普光氣田；孔隙類型；成巖相

普光氣田主體位于四川省達州市宣漢縣境內(nèi)，構造上屬于川東斷褶帶東北段雙石廟—普光NE向構造帶上的一個鼻狀構造。該氣田共探明天然氣地質(zhì)儲量共計2 782.95×108m3，屬超深、高含硫、大型構造—巖性氣藏，主要目的層段飛仙關組、長興組均為海相碳酸鹽巖地層。與碎屑巖儲層相比，碳酸鹽巖儲層的展布和物性等除受沉積環(huán)境控制外，更多地受成巖后生作用的影響。該作用對孔、縫、洞的形成和演化既起破壞作用又起進行改造，使該類儲層的儲集空間類型復雜，儲層物性在縱、橫向上變化大，致使對高孔滲儲層發(fā)育帶分布認識不清，影響到開發(fā)井位設計和產(chǎn)能評價等。

自上世紀80年代開始，國外研究人員逐漸認識到儲層演化對油氣成藏的重要性，特別是在深層地層，主要的油氣儲集空間和運移通道都是由成巖作用產(chǎn)生的次生孔、裂隙等組成。在對儲層演化的不同類型、期次、強度的研究過程中，也給油氣藏開發(fā)及成藏規(guī)律提供了大量全新啟示。儲層演化的期次和作用強度由于受到地層非均質(zhì)性影響，不同區(qū)域變化較大。L.B.Railsback提出了成巖相的概念來針對碳酸鹽巖成巖的作用做研究，主要是為了反應儲層經(jīng)過多期次、多類型成巖作用改造后的最終狀態(tài)。國內(nèi)外對巖石物理相劃分的標準現(xiàn)在還未有統(tǒng)一的認識，分類的參考因素可歸結為沉積、成巖環(huán)境、事件、代表性礦物及儲層微觀結構等。但無論按照何種標準劃分，最終目的是為表述儲層孔隙的形成與消失及儲層演化的最終狀態(tài)。

現(xiàn)階段國內(nèi)外關于成巖相的研究尚處于初始探索階段，對于成巖相的劃分及評價還沒有一個統(tǒng)一的方案。國內(nèi)外一些研究者曾采用了不同的方案來劃分成巖相。他們劃分的結果可以直接反映成巖作用的特征，并在一定程度上利用成巖相進行儲層識別和評價，但是他們所得到的結果仍然不能很完美的反映成巖相與油氣勘探的決定性關系。所以如何形成一套可以預測及指導油氣勘探的評價方法，使得成巖相與油氣勘探可以緊密結合，更有效的進行油氣勘探開發(fā)，還需要進行大量的研究工作。

1 成巖環(huán)境與孔隙類型關系

1.1 灰云轉(zhuǎn)化對孔隙的影響

灰云轉(zhuǎn)化（灰?guī)r轉(zhuǎn)化為白云巖）作用可以控制碳酸鹽巖儲層的發(fā)育。它直接影響孔隙的發(fā)育，不僅可以使儲層空間增大，也可以使其空間減少。這跟原始灰?guī)r的沉積環(huán)境、性質(zhì)以及白云巖化的過程有密切關系。經(jīng)過灰云轉(zhuǎn)化作用而形成的碳酸鹽巖，他的成巖過程會發(fā)生很大的變化，因而其孔隙的形成演化方式也會存在很明顯的差異。

灰云轉(zhuǎn)化作用可以從多個方面影響儲層的物性。流體的溶蝕對孔隙的形成意義不是很大，但是Ca、Mg離子等摩爾交代對孔隙的形成起著決定性作用。對孔隙的形成起破壞作用的是外來流體的過白云巖化。白云石等體積交代方解石對于巖石的孔隙體積和自身的體積基本上不會產(chǎn)生大的影響?；以妻D(zhuǎn)化作用主要是對滲透率的提高有著明顯的作用。

1.2 地表水侵蝕對孔隙的影響

碳酸鹽巖存在很多的的不穩(wěn)定組分，很容易被溶解。如文石、高鎂方解石的生物骨骼、文石質(zhì)的鮞粒方解石等都易受溶解，來自文石中溶解的CaCO3通常要從溶解的地方搬運走。地表存在大量淡水，它通過流動、侵蝕會將文石、方解石顆粒等進行溶解搬運，導致文石顆粒的內(nèi)部構造遭到破壞，進而形成鮞?？缀土?nèi)溶孔，影響著孔隙的發(fā)育。

1.3 有機酸溶液對孔隙的影響

碳酸鹽巖遇到淡水可以發(fā)生微弱溶解，隨著水的流動可以帶走一些碳酸鹽巖顆粒。在水的流動過程中會經(jīng)過一些烴類物質(zhì)和由烴類降解而產(chǎn)生的有機酸溶液，使得它們和水一起侵入儲層，改變了孔隙中水的性質(zhì)使其呈現(xiàn)為弱酸性，并且抑制碳酸鹽巖的膠結。有機酸溶液進一步沿粒間孔溶蝕擴大形成大量粒間溶孔，并在孔壁留下標志性的瀝青膜。原生粒間孔的鮞灘儲層是在鮞粒沉積環(huán)境中由原生粒間孔隙發(fā)育而來。它們受水流動侵蝕的影響較小，受淺埋藏期烴類降解排出的有機酸溶液的改造較大，對孔隙發(fā)育存在較大影響。

2 孔隙類型分類

普光地區(qū)碳酸鹽巖孔隙結構類型豐富多樣，但相似孔隙類型的孔滲規(guī)律相差不大。為便于研究孔滲關系，可根據(jù)孔隙類型特征進行分類。其中將晶間溶孔、晶間孔與粒間溶孔合并為粒間孔，粒內(nèi)溶孔、鮞?？?，溶洞合并為粒內(nèi)孔，裂縫、微裂縫為裂縫類。因此可將碳酸鹽巖儲層分為兩大類，孔隙型和裂縫型?？紫缎陀址譃榱?nèi)孔隙、粒間孔隙和混合孔隙，混合孔隙主要是介于粒間孔隙與粒內(nèi)孔隙之間。觀察不同孔隙類型的薄片資料（圖1），從圖中可見粒間孔、粒內(nèi)孔、混合孔隙及裂縫的孔隙結構形態(tài)具有明顯差別，物理性質(zhì)也有很大不同。

圖1 普光地區(qū)碳酸鹽巖不同的孔隙類型

2.1 粒間孔隙

粒間孔隙總體上可分為兩種孔隙類型，分別為與溶蝕無關的孔隙和與溶蝕有關的孔隙。與溶蝕無關的粒間孔隙主要為粒間孔、晶間孔。作為主要的儲集空間，晶間孔的發(fā)育非常豐富，晶體大小可分為粉晶、細晶、中晶、粗晶等。與溶蝕有關的粒間孔隙主要為粒間溶孔、晶間溶孔等。粒間溶孔主要由顆粒間膠結物或部分顆粒溶蝕擴大形成，常發(fā)育于鮞粒白云巖及砂屑白云巖中。晶間溶孔普遍發(fā)育于各種殘余鮞粒白云巖、砂屑白云巖和結晶白云巖中。

2.2 粒內(nèi)孔隙

粒內(nèi)孔隙是由于地層水的性質(zhì)發(fā)生變化，導致鮞粒內(nèi)部的易溶物質(zhì)發(fā)生溶解而形成的孔隙。巖心觀察結果顯示，由鮞粒部分或全部溶蝕形成的粒內(nèi)溶孔和鮞模孔保留了巖石顆粒形態(tài)，多數(shù)鮞模孔未被充填，少數(shù)充填少量瀝青。通過對巖性分析并觀察巖心薄片資料，發(fā)現(xiàn)粒內(nèi)孔隙主要發(fā)育于鮞粒白云巖，如泥晶鮞粒白云巖、粉晶鮞粒白云巖、亮晶鮞粒白云巖等。溶蝕作用會形成大量的溶洞，這種孔隙發(fā)育非常豐富，是主要的儲集空間，主要分布于飛一到飛二段之間的鮞粒灘白云巖中。巖心觀察發(fā)現(xiàn)，溶洞形態(tài)不規(guī)則，多數(shù)直徑2～5cm，大的直徑可達10cm，洞壁大部分未被充填，少數(shù)部分被少量的方解石、白云石及石英填充。

圖2 普光主體氣田飛仙關-長興組主要巖石孔滲關系圖

圖3 聲波密度幅值比判定孔隙類型

2.3 混合孔隙

混合空隙類型是介于粒間孔隙與粒內(nèi)孔隙之間的一種兩者混合的孔隙類型。在這一類巖石當中，它同時具有粒間孔隙和粒內(nèi)孔隙，不存在單一的粒內(nèi)孔隙與粒間孔隙，其孔隙結構較復雜，多發(fā)育在一些鮞粒白云巖中。

2.4 裂縫

碳酸鹽巖中因構造或溶蝕作用可形成相應的構造縫和溶蝕縫。從巖心觀察和電阻率成像測井等資料表明，該研究區(qū)塊裂縫整體不發(fā)育，且大部分被充填，主要發(fā)育有三期裂縫：第一期裂縫形成于淺埋藏階段，為張性縫，比較少見；第二期裂縫形成于中－深埋藏階段，大部分被瀝青充填，為壓性縫，比較常見，寬度一般0.01～0.04mm；第三期裂縫形成于深埋藏環(huán)境的氣烴階段，縫壁很干凈，大多數(shù)未被充填，為張性縫，非常常見，寬度一般0.05～1mm。該研究區(qū)裂縫主要發(fā)育于粉晶白云巖和細晶白云巖中。

3 儲層孔隙類型識別

3.1 建立儲層孔滲關系圖版，識別儲層孔隙類型

表1 孔隙類型定量判別表

通過對研究區(qū)多口取心井巖芯分析其孔隙度與滲透率關系（圖2），經(jīng)過薄片鑒定對比，分析數(shù)據(jù)點分布規(guī)律，認為數(shù)據(jù)點分布規(guī)律與儲集空間類型存在密切關系，同時對不同的孔隙類型進行合理歸類，共分４類。圖中紅色標志部分的樣品儲集空間類型主要為粒間孔隙類型，相對應的灰色標志的樣品一般為粒內(nèi)孔隙類型，混合孔隙類型樣品的分布則介于這兩種類型之間。裂縫的樣品較少，但是滲透率相對較大。由裂縫的孔隙度和滲透率分布可看出，正是由于裂縫的存在導致這些樣品滲透率明顯增大。將孔隙類型分類后建立相應的孔滲關系。由此可看出不同的孔隙類型明顯具有不同的孔滲關系，說明在該地區(qū)通過劃分不同孔隙類型的方法研究碳酸鹽巖孔滲關系相對是合理的。

整體上各孔隙類型的巖心滲透率隨巖心孔隙度增大而增大，但不同孔隙類型表現(xiàn)出不同的孔滲規(guī)律。將粒間孔與粒內(nèi)孔相比較，粒間孔的巖心滲透率隨巖心孔隙度增加而增加的速率更大，粒間孔具有低孔高滲特性，而粒內(nèi)孔則具有高孔低滲特性?；旌峡椎目诐B特性則介于粒間孔和粒內(nèi)孔之間，存在多種孔隙類型及相互之間組合的情況，孔滲規(guī)律相對復雜，但整體上其巖心滲透率也是隨巖心孔隙度增大而增大。研究區(qū)裂縫發(fā)育較少，且主要發(fā)育于致密巖性段，雖然巖石總孔隙度較小，但巖心滲透率隨巖心孔隙度增加速率比其他孔隙類型要大很多，從而導致巖心滲透率明顯增大。

3.2 研究不同儲集空間儲層電性響應特征，識別孔隙類型

在測井曲線上，粒間孔隙與粒內(nèi)孔隙的儲層大體上是可以區(qū)分的。聲波有選擇性傳播的特性。在粒內(nèi)孔隙結構中聲波傳播時間較短，因為在粒內(nèi)孔隙結構中聲波可以沿著巖石的骨架進行傳播，從而減少傳播所用的時間。相對而言，在粒間孔隙之中聲波傳播的時間則相對較長，因為在粒間孔隙之中，聲波的傳播需要經(jīng)過顆粒之間的孔隙，聲波傳播路徑相對較復雜，導致聲波的整體傳播速度較慢，傳播時間較長。因此，當孔隙足夠大時通過兩者的比較是可以對孔隙類型進行區(qū)分的。

對取芯井測井曲線資料進行整理，利用聲波時差與密度的比值（AC/DEN）進行區(qū)分孔隙類型（圖3）。由建立的分布圖可以看出，粒間孔隙的AC/DEN明顯小于粒內(nèi)孔隙的AC/DEN。設定當值介于16～18.5時認定為粒間孔隙，大于19.5時則認定為粒內(nèi)孔隙，介于18.5～19.5之間時認定為是混合孔隙，同時，粒間孔具有低孔高滲特性，粒內(nèi)孔則具有高孔低滲特性。因此可以由AC/DEN比值結合孔滲關系對孔隙類型進行綜合判定。

各孔隙類型形成于不同的巖性，對應不同的孔滲關系，根據(jù)聲波時差與密度的相對比值進行定量劃分孔隙類型（表1）。

3.3 孔隙識別方法的驗證與應用

提取普光302-1井測井曲線資料（圖4）進行判別，可以看出在5 370m左右處，測井曲線與孔隙特征參數(shù)曲線存在明顯的變化，此處下方聲波與密度的相對幅度比值較大，并且?guī)r性主要呈現(xiàn)高孔低滲特性，屬于典型的粒內(nèi)孔隙類型。而在5 370m上部，此處的聲波與密度的相對幅度比值較小，并且在巖性上主要呈現(xiàn)低孔高滲特性，屬于粒間孔隙類型。產(chǎn)生這種原因的因素一般是由于粒間孔隙滲透能力好于粒內(nèi)孔隙滲透能力。

圖4 普光302-1井孔隙類型識別成果圖

圖5 普光102-1井孔隙類型識別成果圖

對普光102-1井飛仙關組TSQ1Ⅲ～Ⅳ部分井段孔隙類型進行識別（圖5）。提取5 580～5 665m之間部分測井曲線進行孔隙識別，可以看出聲波與密度的相對幅度比值存在多樣性，判斷其可能是存在多段粒間、粒內(nèi)孔隙以及混合孔隙結構特征的儲層。根據(jù)識別出的結果與孔滲關系相對比，可以看出識別結果與粒間、粒內(nèi)孔隙孔滲特性基本吻合。再與取芯物性分析對比，與判斷結果一致。說明由AC/DEN作為孔隙識別的方法是相對可行的。

分析普光102-1井產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，認為是由于普光102-1井處于灘緣部位，在TSQ1Ⅲ層序之后，海侵頻繁，導致鮞粒未充分發(fā)生混合水白云化，后期埋藏溶蝕作用較弱，形成了具有粒內(nèi)孔隙結構的鮞粒灘體。

4 儲層孔隙類型分布特征

同儲集空間類型儲層分布具有一定規(guī)律性。分層序建立普光地區(qū)儲層孔隙度和滲透率關系，并根據(jù)聲波-密度比值識別孔隙結構類型，進一步研究不同儲集空間類型儲層在垂向及平面上的分布特征。

長興組PSQ2Ⅲ中混合孔隙與粒間孔隙比較發(fā)育；PSQ2Ⅳ、PSQ2Ⅴ中除混合孔隙較發(fā)育外，亦存在粒內(nèi)孔隙類型。同時，統(tǒng)計顯示長興組各層序儲層中發(fā)育裂縫。

飛仙關組中TSQ1Ⅱ?qū)有蛄?nèi)孔隙發(fā)育， TSQ1Ⅲ時期儲層主要為粒間孔隙結構，在TSQ1Ⅳ、TSQ1Ⅴ層序時期海侵作用增強，孔隙結構復雜，粒間孔、粒內(nèi)孔、裂縫以及混合孔隙等均較發(fā)育，孔滲關系相關性差；TSQ1Ⅴ時期以后層序主要為粒間孔隙結構。

通過各層序孔隙結構分析，可以認為粒間孔發(fā)育于飛仙關沉積中晚期，此時水體明顯變淺，沉積樣式以加積為主，就鮞灘而言，它獲得了充分時間發(fā)生混合水白云化作用，從而形成鮞灘。而粒內(nèi)孔發(fā)育于長興組晚期以及飛仙關組沉積早中期，這一時期沉積樣式主要以進積特征為主，這些鮞?？赡苡捎诳焖俣逊e，未充分發(fā)生混合水白云化就被埋藏。相對而言，層序末期潮坪、蒸發(fā)坪沉積主要發(fā)育細粉晶白云巖，此巖石層薄、性脆、較易發(fā)育裂縫。

表 2 成巖相定性、定量判別表

5 成巖相平面分布特征

根據(jù)孔隙類型與成巖相關系的研究，根據(jù)巖石成巖環(huán)境和孔滲級別可以總結出識別成巖相的定性和定量指標（表2）。

結合孔隙類型的分布，對研究區(qū)平面上成巖相進一步劃分，一般可劃分為：地表水侵蝕相、地表水侵蝕+有機酸溶蝕相、有機酸溶蝕相、灰云轉(zhuǎn)化成巖相、壓實膠結相等5種基本成巖相，針對這5種基本成巖相，可以結合不同的孔滲級別以及沉積環(huán)境的影響強弱來對成巖相進行更深一步的劃分。

長興組PSQ2Ⅴ因處于三級海平面下降末期，受混合水和地表水的影響較多，主要發(fā)育灰云轉(zhuǎn)化＋地表水侵蝕相；飛仙關組TSQ1Ⅲ因受有機酸溶蝕作用的影響主要發(fā)育有機酸溶蝕相；飛仙關組TSQ1Ⅵ成巖相（圖6）總體上可分為4類，分別為灰云轉(zhuǎn)化中孔中滲成巖相，有機酸溶蝕＋灰云轉(zhuǎn)化高孔高滲成巖相，地表水侵蝕+有機酸溶蝕相，壓實膠結相。

6 結論

1）碳酸鹽巖成巖環(huán)境相對較復雜，不同的成巖環(huán)境會對碳酸鹽巖孔隙的發(fā)育產(chǎn)生不同類型的影響。其中灰云轉(zhuǎn)化、地表水侵蝕以及有機酸溶蝕這幾種不同沉積環(huán)境從不同方面、不同程度上對碳酸鹽巖孔隙的發(fā)育產(chǎn)生著影響。這些不同的沉積環(huán)境使得孔隙的發(fā)育呈現(xiàn)多樣化，大致上可以劃分為粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙、混合孔隙和裂縫這四類。這四種孔隙類型在孔滲關系上有著明顯的差別，相對來說粒間孔隙有著低孔高滲特性，粒內(nèi)孔隙有著高孔低滲特性，混合孔隙則介于兩者之間，裂縫則對巖石滲透率的提高有著明顯的作用。

2）聲波有選擇性傳播的特性。聲波從不同孔隙類型傳播所需要的時間不同。利用聲波時差與密度測井的比值（AC/DEN）來進行定性劃分巖石孔隙的類型?？梢杂行У淖R別出粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙以及混合孔隙。

3）針對孔隙類型的分布，可以看出在不同時期發(fā)育不同的孔隙類型。產(chǎn)生這種分布的原因主要是因為各種沉積環(huán)境的影響?？傮w上可以把成巖相分為以下5種基本成巖相：地表水侵蝕相，地表水侵蝕+有機酸溶蝕相，有機酸溶蝕相，灰云轉(zhuǎn)化成巖相，壓實膠結相。針對這5種基本成巖相，可以結合不同的孔滲級別以及沉積環(huán)境的影響強弱來對成巖相進行更深一步的劃分。

圖6 飛仙關組TSQ1Ⅵ成巖相圖

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A Study of Diagenetic Facies Based on the Identification of Log Pore Type

GUO Rui ZHANG Dong-yue MA Xu-fei ZHANG Jing-yu CHEN Chen

（Chongqing Institute of Science and Technology, Chongqing 401331）

The diagenetic history of carbonate rock is very complicated. It is usually formed by various diageneses in different diagenetic environments. The pore evolution, main pore types and distribution of diagenetic facies are usually controlled by one or several main diageneses. By the example of carbonate reservoir of the Changxing Formation-Feixianguan Formation in northeastern Sichuan, this paper has a discussion on pore type, distribution characteristics of different pore types of the reservoir by means of full well section, high resolution logging data and acoustic density ratio. The diagenetic facies of the Changxing Formation-Feixianguan Formation carbonate reservoir are divided into surface water erosion facies, surface water erosion with organic acid dissolution facies, organic acid dissolution facies, limestone transformed dolomite diagenetic facies and compacted and cemented facies based on which formation process and genesis of reservoir porosity may be obtained intuitively.

carbonate rock; Puguang gas field; pore type; diagenetic facies

2018-04-11

郭瑞（1997-），男，山東菏澤人，本科，主要從事與油氣藏成藏方面相關的研究

P618.13；

A

1006-0995（2018）04-0599-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.04.015