東濮凹陷濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4有效儲(chǔ)層分布及有效孔隙演化史

隋筱銳，張世奇

(1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司，陜西西安 710000；2.中國(guó)石油大學(xué)，山東青島 266580)

濮衛(wèi)地區(qū)構(gòu)造上位于東濮凹陷中央隆起帶北部，北至文明寨地區(qū)，南至文留地區(qū)(圖1)。該區(qū)鉆遇的地層有古近系沙河街組(沙四段—沙一段)和東營(yíng)組，新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組及第四系平原組[1]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造及重點(diǎn)井位Fig.1 Structure units and key wells of the study area

隨著東濮凹陷濮衛(wèi)地區(qū)的中淺層勘探逐漸進(jìn)入高成熟階段，古近系深層已經(jīng)成為提高油田產(chǎn)量的重要接替領(lǐng)域；但由于濮衛(wèi)地區(qū)深層經(jīng)過復(fù)雜的成巖演化，有效儲(chǔ)層的分布規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，另外深層儲(chǔ)層的鉆采周期較長(zhǎng)，開發(fā)成本較高，因此只有對(duì)深層有效儲(chǔ)層的演化規(guī)律以及分布進(jìn)行研究才能找到具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的勘探目標(biāo)。本文的研究目的層為古近系沙三段和沙四段(其中沙三段自下而上又可劃分為Es3下、Es3中和Es3上)，在有效儲(chǔ)層物性下限研究的基礎(chǔ)上，探討了深層有效儲(chǔ)層的橫向分布范圍以及有效孔隙的演化規(guī)律。

1 Es3-Es4有效儲(chǔ)層物性下限的計(jì)算及檢驗(yàn)

結(jié)合Es3-Es4的深度分布范圍，選取合適的深度區(qū)間，對(duì)有效儲(chǔ)層的物性下限和電性下限進(jìn)行計(jì)算和檢驗(yàn)。

1.1 有效儲(chǔ)層物性下限的計(jì)算

有效儲(chǔ)層是指已經(jīng)存在烴類流體并且在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件下可以開采的儲(chǔ)集層。有效儲(chǔ)層的物性下限是指儲(chǔ)集層能夠成為有效儲(chǔ)層應(yīng)具有的某個(gè)明確數(shù)值的最小有效孔隙度和最小有效滲透率。有效儲(chǔ)層的物性下限是直接關(guān)系到油田勘探、開發(fā)決策的重要問題[2-3]。濮衛(wèi)地區(qū)古近系Es3-Es4屬于低孔滲地層[4]，深層有效儲(chǔ)層的物性下限值與地層的溫度、壓力、組成特點(diǎn)以及開采技術(shù)水平有關(guān)。隨著現(xiàn)在采油技術(shù)的不斷提高以及開發(fā)水平的不斷上升，有效儲(chǔ)層物性下限逐漸降低[5-6]。

根據(jù)濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4儲(chǔ)層縱向上的分布范圍，將深度劃分為2 800～3 000 m、>3 000～3 200 m、>3 200～3 400 m、>3 400～3 600 m、>3 600～3 800 m等5個(gè)深度區(qū)間，并使用不同方法求取不同深度區(qū)間的有效儲(chǔ)層物性下限。

1.1.1 分布函數(shù)曲線法

分布函數(shù)曲線法是在不同的層段內(nèi)選取合適的物性分布區(qū)間，分別繪制有效儲(chǔ)集層(包括油層、油水層及水層)與非有效儲(chǔ)集層(干層)的孔隙度和滲透率的頻率分布曲線，兩條曲線的交匯點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的孔隙度和滲透率值即為有效儲(chǔ)層的物性下限值[7-8]。研究區(qū)目的層的取芯實(shí)測(cè)物性資料較多，用分布函數(shù)曲線法分別求取了不同深度段有效儲(chǔ)層的物性下限，其孔隙度下限值分別為14.1%、13.2%、11.4%、9.5%、9.1%(圖2)；lgK分別為0.52、0.40、0.05、-0.15、-0.40，因此對(duì)應(yīng)的滲透率下限值為3.35 mD、2.54 mD、1.13 mD、0.717 mD、0.403 mD (圖3)。

圖2 濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4儲(chǔ)層孔隙度頻率分布曲線特征Fig.2 Porosity frequency of Es3-Es4 reservoir in Puwei area

圖3 濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4儲(chǔ)層滲透率頻率分布曲線特征Fig.3 Permeability frequency of Es3-Es4 reservoir in Puwei area

1.1.2 試油法

試油法是根據(jù)試油結(jié)果，將不同深度段的非有效儲(chǔ)層(單位產(chǎn)液量小于1 t/d)和有效儲(chǔ)層(單位產(chǎn)液大于或等于1 t/d)對(duì)應(yīng)的孔隙度、滲透率繪制在同一坐標(biāo)系內(nèi)，有效儲(chǔ)層和非有效儲(chǔ)層的分界處對(duì)應(yīng)的物性值為有效儲(chǔ)層的物性下限值[9]。根據(jù)濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4的試油結(jié)論以及對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層物性，確定了不同深度區(qū)間的孔隙度下限值依次為14.3%、13.3%、11.2%、9.4%、9.0%，滲透率下限值依次為3.2 mD、2.5 mD、1.1 mD、0.7 mD、0.4 mD(圖4)。

圖4 濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4儲(chǔ)層孔隙度—滲透率關(guān)系Fig.4 The relationship between porosity-permeability of Es3-Es4 reservoir in Puwei area

1.2 有效儲(chǔ)層物性下限值驗(yàn)證

分布函數(shù)曲線法和試油法求取的物性下限值總體比較相近。通過不同方法求取的濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4有效儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率物性下限值相互比較可知(表1)，相對(duì)誤差最低為0.4%，最高為3.32%，平均誤差為1.32%，計(jì)算結(jié)果可靠。

表1 濮衛(wèi)地區(qū)不同方法求取有效儲(chǔ)層物性下限驗(yàn)證Table 1 Comparison of the property limits using different methods

將分布函數(shù)曲線法的不同深度區(qū)間的中深((深度區(qū)間的頂深+底深)/2)代表計(jì)算物性參數(shù)下限的深度，通過回歸方程分析可得到有效儲(chǔ)層孔隙度下限與深度的關(guān)系和滲透率下限與深度的關(guān)系方程(圖5)：

Ф=-22.52lnH+193.83，R2=0.969 0

(1)

K=10 654e-0.003H，R2=0.984 6

(2)

式中 Ф——孔隙度，%；

K——滲透率，mD；

H——深度，m；

R2——回歸方程的確定系數(shù)。

可以看出，有效儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率下限值與深度呈良好的線性關(guān)系，可以根據(jù)物性下限關(guān)系方程確定有效儲(chǔ)層的縱向深度分布范圍。

圖5 濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4有效儲(chǔ)層物性下限與深度的關(guān)系Fig.5 The relationship between property limits and depth in Es3-Es4 reservoir of Puwei area

1.3 有效儲(chǔ)層發(fā)育帶

根據(jù)濮衛(wèi)地區(qū)的物性化驗(yàn)分析資料，作出孔隙度和滲透率垂向變化趨勢(shì)圖(圖6)，在圖中作出上述計(jì)算出的有效儲(chǔ)層孔隙度下限值與深度的關(guān)系和滲透率下限值與深度的關(guān)系的回歸方程，將濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4的有效儲(chǔ)層劃分為4個(gè)有效孔隙帶，各有效孔隙帶的深度區(qū)間依次為2 800～2 925 m(第Ⅰ有效孔隙發(fā)育帶)、3 050～3 150 m(第Ⅱ有效孔隙發(fā)育帶)、3 525～3 600 m(第Ⅲ有效孔隙發(fā)育帶)、3 650～3 725 m(第Ⅳ有效孔隙發(fā)育帶)。由圖6可以看出，由淺到深的有效儲(chǔ)層發(fā)育帶的孔隙度和滲透率均逐漸降低，孔隙發(fā)育程度減低。

圖6 濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4有效儲(chǔ)層帶垂向分布Fig.6 The distribution of vertical effective reservoirs in Es3-Es4 reservoir of Puwei area

由圖6可知，第Ⅰ有效孔隙發(fā)育帶發(fā)育在2 800～2 900 m，有效孔隙度多分布在15%～20%之間，溶蝕孔隙發(fā)育，孔隙度和滲透率均相對(duì)較高，儲(chǔ)層物性較好。由鏡下觀察可知，該有效孔隙發(fā)育帶成巖作用類型以長(zhǎng)石和碳酸鹽礦物的溶蝕作用以及石英的次生加大為主，成巖環(huán)境為酸性環(huán)境，主要孔隙類型以少量殘余原生孔及次生溶蝕粒間孔為主(圖7)。

第Ⅱ有效儲(chǔ)層發(fā)育帶深度為3 050～3 150 m，有效孔隙度為12%～18%。儲(chǔ)集空間以混合孔隙為主，主要為溶蝕粒間孔和溶蝕粒內(nèi)孔；交代作用以含鐵碳酸鹽交代早期的方解石膠結(jié)及其他礦物顆粒為主(圖8)。

圖7 第Ⅰ有效孔隙帶成巖現(xiàn)象及孔隙發(fā)育Fig.7 Diagenetic phenomenon and development of porosity in the first effective porosity zone

圖8 第Ⅱ有效孔隙帶成巖現(xiàn)象及孔隙發(fā)育Fig.8 Diagenetic phenomenon and development of porosity in the second effective porosity zone

第Ⅲ有效儲(chǔ)層發(fā)育帶深度位于3 500～3 600 m之間，有效孔隙度主要集中在10%～15%。通過鑄體薄片觀察，該有效孔隙發(fā)育帶的成巖作用以強(qiáng)膠結(jié)作用和強(qiáng)交代作用為主，含鐵碳酸鹽大量發(fā)育，孔隙類型以少量長(zhǎng)石被溶蝕形成的粒間孔隙為主。

第Ⅳ有效儲(chǔ)層發(fā)育帶位于3 700～3 750 m之間，有效孔隙度多分布于8%～12%。該孔隙發(fā)育帶的儲(chǔ)存空間為石英及其次生加大邊被溶蝕形成的次生孔和微裂縫(圖9)。

圖9 第Ⅲ(a)和第Ⅳ(b)有效孔隙帶成巖現(xiàn)象及孔隙發(fā)育Fig.9 Diagenetic phenomenon and development of porosity in the third and fourth effective porosity zone

2 Es3-Es4有效儲(chǔ)層孔隙演化分析

采用反演法對(duì)濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4的有效儲(chǔ)層孔隙演化進(jìn)行恢復(fù)，即依據(jù)現(xiàn)今的鏡下特征，結(jié)合各種成巖事件的發(fā)生時(shí)間，統(tǒng)計(jì)不同時(shí)期的膠結(jié)物含量并對(duì)儲(chǔ)層的孔隙度進(jìn)行計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和恢復(fù)，逐步回推壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕作用等成巖事件導(dǎo)致的孔隙度的變化，得出儲(chǔ)層的孔隙演化特征[10-17]。

(1)初始孔隙度Ф1。

Ф1=20.91+22.90/S0

(3)

式中S0——分選系數(shù)。

(2)壓實(shí)后剩余孔隙度Ф2。

Ф2=Ct+(Фpm+Фca)/Фt×Фp

(4)

式中Ct——方解石、白云石的含量，%；

Фpm——粒間孔面孔率，%；

Фca——碳酸鹽溶孔面孔率，%；

Фt——總面孔率，%；

Фp——現(xiàn)今孔隙度，%。

壓實(shí)損失孔隙度

ФL=Ф1-Ф2

(5)

壓實(shí)孔隙度損失率

fL=(Ф1-Ф2)/Ф1

(6)

(3)早期膠結(jié)后的剩余孔隙度Ф3。

Ф3=Фpm/Фt×Фp

(7)

早期膠結(jié)后的損失孔隙度

ФC=Ф2-Ф3

(8)

早期膠結(jié)后的孔隙度損失率

fC=(Ф2-Ф3)/Ф2

(9)

(4)溶蝕后的剩余孔隙度Ф4。

Ф4=Фd/Фt×Фp+Ф3

(10)

式中 Фd——溶蝕孔面孔率，%。

(5)晚期膠結(jié)后的剩余孔隙度Ф5。

Ф5=Ф4-Cf

(11)

式中Cf——鐵方解石、鐵白云石的含量，%。

晚期膠結(jié)后的損失孔隙度

Фw=Ф4-Ф5

(12)

晚期膠結(jié)后的孔隙度損失率

fw= (Ф4-Ф5)/Ф4

(13)

濮衛(wèi)地區(qū)的分選系數(shù)為2.53左右[1]，根據(jù)公式計(jì)算得Ф1=29.96%。根據(jù)鏡下鑄體薄片和掃描電鏡觀察，可以得到相關(guān)數(shù)據(jù)(表2)。

表2 濮衛(wèi)地區(qū)各成巖階段數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 2 The data of different diagenetic stages in Puwei area

根據(jù)表2中的相關(guān)數(shù)據(jù)和反演法公式，可以得出各種成巖作用后剩余的孔隙度(表3)。壓實(shí)作用后剩余的孔隙度為11.90%～19.97%，壓實(shí)作用造成的孔隙度損失率為：(初始孔隙度Ф1-壓實(shí)后的剩余孔隙度Ф2)/初始孔隙度Ф1，即從33.34%到60.28%不等，平均孔隙度為17.17%，平均壓實(shí)損失率為42.69%；早期膠結(jié)作用后剩余的孔隙度為2.80%～9.98%，早期膠結(jié)作用造成的孔隙度損失率為：(壓實(shí)后的剩余孔隙度Ф2-早期膠結(jié)后的剩余孔隙度Ф3)/壓實(shí)后的剩余孔隙度Ф2，范圍在40.86%～82.5%，平均孔隙度為6.84%，平均孔隙度損失率為60.93%；溶蝕作用剩余的孔隙度為7.00%～18.64%，平均孔隙度為13.36%；晚期膠結(jié)作用后剩余的孔隙度為5.80%～14.84%，晚期膠結(jié)作用造成的孔隙損失率為：(溶蝕作用后的剩余孔隙度Ф4-晚期膠結(jié)后的剩余孔隙度Ф5)/溶蝕作用后的剩余孔隙度Ф4，范圍在6.65%～24.32%，平均孔隙度為10.91%，平均孔隙度損失為18.34%。由此可以看出，在濮衛(wèi)地區(qū)造成孔隙減小的主要成巖作用為早期膠結(jié)作用，其次為壓實(shí)作用，晚期膠結(jié)作用造成的孔隙損失最小。根據(jù)計(jì)算得出的現(xiàn)存孔隙度和實(shí)際測(cè)量得到的孔隙度，可以計(jì)算出相對(duì)誤差，平均誤差為1.49%，最大誤差在3.57%，具有可信度。

表3 濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4儲(chǔ)層各成巖階段物性演化與誤差分析Table 3 Evolution of effective property and analysis of deviation different at different diagenetic stages in Es3-Es4 reservoir of Puwei area

統(tǒng)計(jì)表3中各種成巖作用后的剩余孔隙度的平均值(表4)，并根據(jù)孔隙度值繪制Es3和Es4有效儲(chǔ)層孔隙度的演化圖(圖10)。

表4 成巖過程中的孔隙度演化Table 4 Evolution of property during diagenetic process

根據(jù)前面4個(gè)有效孔隙帶的孔隙度演化分析和成巖作用類型，進(jìn)行濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4有效儲(chǔ)層的孔隙演化分析：顆粒沉積后形成29.96%的初始孔隙度，經(jīng)過早期壓實(shí)作用，孔隙度降低為17.17%；早期方解石膠結(jié)、石英次生加大充填孔隙，孔隙度減小為6.84%；隨埋藏深度的加深，有機(jī)質(zhì)成熟形成的酸性環(huán)境使早期形成的方解石膠結(jié)溶蝕，形成次生孔隙，孔隙度提升為13.36%；晚期堿性成巖環(huán)境下，含鐵碳酸鹽膠結(jié)發(fā)育，物性條件變差，孔隙度降低為10.91%，即為目前孔隙度。

圖10 濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4有效儲(chǔ)層孔隙度演化Fig.10 Evolution of effective porosity in Es3-Es4 reservoir of Puwei area

3 結(jié)論

(1)利用測(cè)井以及取芯測(cè)試資料，按東濮凹陷濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4有效儲(chǔ)層的分布深度，劃分為2 800～3 000 m、>3 000～3 200 m、>3 200～3 400 m、>3 400～3 600 m、>3 600～3 800 m等5個(gè)深度區(qū)間，并使用分布函數(shù)曲線法和試油法確定了孔隙度下限值為14.1%、13.2%、11.4%、9.5%、9.1%，滲透率下限值為3.35 mD、2.54 mD、1.13 mD、0.717 mD、0.403 mD。

(2)確定了物性下限值與深度的關(guān)系曲線并以此劃分了垂向上的4個(gè)有效孔隙帶，第Ⅰ有效孔隙發(fā)育帶的有效孔隙度多分布在15%～20%之間，第Ⅱ有效儲(chǔ)層發(fā)育帶的有效孔隙度為12%～18%，第Ⅲ有效儲(chǔ)層發(fā)育帶的有效孔隙度主要集中在10%～15%，第Ⅳ有效儲(chǔ)層發(fā)育帶的有效孔隙度多分布于8%～12%。

(3)濮衛(wèi)地區(qū)由壓實(shí)作用造成的平均孔隙度損失率為42.69%，早期膠結(jié)作用造成的孔隙度平均孔隙度損失率為60.39%，晚期膠結(jié)作用造成的孔隙損失平均為18.94%。造成孔隙減小的主要成巖作用為早期膠結(jié)作用，后期溶蝕作用使物性得到改善，平均增加6.51%。