雷家地區(qū)沙四段巨厚角礫巖優(yōu)勢儲集層識別方法

周艷紅 裴紹明 商紹輝 李忠亮 周 浩

(①中國石油長城鉆探工程有限公司錄井公司；②中國石油長城鉆探工程有限公司鉆井三公司)

0 引 言

雷家地區(qū)位于遼河坳陷陳家洼陷的東部陡坡帶，該區(qū)東部在古近系始新統(tǒng)沙四段沉積時(shí)期，受東側(cè)邊界斷層控制，在臺安-大洼斷層下降盤發(fā)育陡坡帶物源的近岸水下扇，其厚度較大，巖性主要為灰色角礫巖、砂礫巖，礫石成分復(fù)雜，以玄武巖巖屑和花崗巖巖屑為主，泥、灰質(zhì)膠結(jié)較致密。近年來，為了提高原油采收率、穩(wěn)定油田產(chǎn)量，將雷家地區(qū)東部沙四段的巨厚角礫巖儲集層列入重點(diǎn)勘探領(lǐng)域，進(jìn)行水平井勘探。水平井技術(shù)是開發(fā)低孔低滲致密油藏的一種有效途徑，可大幅度提高勘探開發(fā)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，在致密砂巖及潛山油藏均取得了良好的開發(fā)效果[1]，但在厚層的角礫巖儲集層中尋找有利儲集層還是首次。在巨厚的角礫巖中尋找有利儲集層部位難度較大。以往的開發(fā)水平井有利儲集層是地質(zhì)設(shè)計(jì)中已設(shè)定的層位，而勘探水平井的有利儲集層是未知層，需要在導(dǎo)眼井的儲集層中進(jìn)行優(yōu)選，它直接關(guān)系到水平井能否成功，能否獲得理想的產(chǎn)能。在導(dǎo)眼井中確定優(yōu)勢儲集層，是解釋評價(jià)中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本文通過對L-13、L-15、L-17井的巖心觀察、薄片鑒定資料進(jìn)行分析，總結(jié)出不同成分角礫巖的物性、含油性差異，結(jié)合氣測、地化、輕烴、X射線熒光元素、物性等錄井資料及鄰井已試油資料，進(jìn)行綜合分析，優(yōu)選出巨厚角礫巖的有利儲集層段。

1 巖性識別及儲集層劃分

巖石薄片鑒定與X射線熒光元素分析是巖性識別和地層劃分不可或缺的技術(shù)[2]。通過對L-13、L-15、L-17三口井的巖心進(jìn)行觀察描述以及薄片鑒定分析，結(jié)合Si、Ca、Fe等礦物元素的變化情況，按照角礫巖礫石成分的不同，將沙四段厚層角礫巖由上至下分為三套，上部為泥質(zhì)-灰質(zhì)角礫巖、中部為玄武質(zhì)角礫巖、下部為花崗質(zhì)角礫巖(表1)。

1.1 泥質(zhì)-灰質(zhì)角礫巖

礫石成分以泥巖巖塊、灰?guī)r巖塊為主，其次為火山巖巖塊，少量砂巖巖塊，泥質(zhì)膠結(jié)，致密(圖1a)；從X射線熒光元素資料看，Mg、Fe平均含量相對較低，Mg的平均含量小于5%，F(xiàn)e的平均含量小于10%，Si的平均含量大于50%，S與泥質(zhì)含量有關(guān)，相對較高，平均含量大于1%(表1)。

1.2 玄武質(zhì)角礫巖

薄片鑒定礫石成分主要為玄武巖巖塊，其成分主要為斜長石細(xì)小顆粒、磁鐵礦及玻璃質(zhì)，為典型的拉斑玄武結(jié)構(gòu)，還有少量石英巖塊和花崗巖碎屑，泥質(zhì)膠結(jié)致密(圖1b)；X射線熒光元素分析資料顯示，Mg、Fe平均含量相對較高，Mg的平均含量大于5.5%，F(xiàn)e的平均含量大于10%，Si的平均含量小于50%，S含量相對較低，平均含量小于0.5%(表1)，為基性火山巖的特征。

1.3 花崗質(zhì)角礫巖

薄片鑒定礫石成分以酸性噴出巖和花崗巖塊為主，少量為隱晶質(zhì)的基性巖，泥質(zhì)膠結(jié)致密(圖1c)；X射線熒光元素分析資料顯示，Si含量相對較高，平均含量大于50%，Mg、Fe、Ca、S平均含量相對較低，Mg的平均含量小于5.5%，F(xiàn)e的平均含量小于10%，S含量相對較低，平均含量小于1%而大于0.5%(表1)。

表1 雷家地區(qū)東部沙四段角礫巖主要元素變化 %

圖1 雷家地區(qū)東部沙四段角礫巖巖心和薄片鑒定圖片

2 角礫巖儲集層特征分析

2.1 常規(guī)錄井

通過對L-13、L-15、L-17三口井錄井資料的統(tǒng)計(jì)分析可知：上部泥質(zhì)-灰質(zhì)角礫巖，巖屑錄井主要為灰色油斑角礫巖，油跡角礫巖次之，井壁取心獲得了油斑、油跡、熒光顯示；中部玄武質(zhì)角礫巖，巖屑錄井為灰色油跡-熒光角礫巖；下部花崗質(zhì)角礫巖，巖屑錄井主要為油跡角礫巖，局部油氣顯示達(dá)到油斑，井壁取心分別獲得油斑、油跡、熒光顯示。從常規(guī)錄井資料看，上部的泥質(zhì)-灰質(zhì)角礫巖和下部花崗質(zhì)角礫巖油氣顯示相對較好，中部的玄武質(zhì)角礫巖油氣顯示差。

2.2 氣測錄井

氣測錄井是發(fā)現(xiàn)儲集層含油氣情況的有效方法,氣測錄井資料是解釋評價(jià)儲集層含油氣性的有效技術(shù)[3]，是發(fā)現(xiàn)油氣層、判斷油氣性質(zhì)、估計(jì)油氣產(chǎn)能的有效方法。根據(jù)全烴值及峰基比的大小，以及全烴的曲線形態(tài)[4]，來確定油氣層的生產(chǎn)能力。通過對L-13、L-15、L-17三口井氣測錄井資料的分析發(fā)現(xiàn)：上部的泥質(zhì)-灰質(zhì)角礫巖，氣測全烴異常幅度相對較低，曲線形態(tài)呈塊狀箱體，欠飽滿，組分齊全，峰基比較小，全烴平均值為1.624%，峰基比平均為1.83；中部的玄武質(zhì)角礫巖，氣測異常幅度較大，組分齊全，全烴平均值為2.338%，峰基比平均為5.25，曲線形態(tài)呈單尖峰狀，裂縫含油特征，且裂縫不發(fā)育；下部花崗質(zhì)角礫巖氣測異常幅度較大，曲線呈指狀-塊狀箱體，形態(tài)較飽滿，組分齊全，峰基比高，全烴平均值為2.254%，峰基比平均為8.33，裂縫較發(fā)育。通過分析得出，下部的花崗質(zhì)角礫巖氣測異常相對較好(表2)。

2.3 巖石熱解錄井

巖石熱解錄井可定量化分析樣品的含烴量，能夠較好地識別評價(jià)儲集層含油性[5]。利用巖石熱解游離烴S1參數(shù)可以較好地辨別地層流體性質(zhì)。通過對L-13、L-15、L-17三口井沙四段三套角礫巖的巖心和壁心的巖石熱解參數(shù)S1值及熱解氣相色譜譜圖中最低碳數(shù)和最高碳數(shù)正構(gòu)烷烴的分布范圍分析得出(表2、圖2)：上部泥質(zhì)-灰質(zhì)角礫巖的S1值最大為3.588 mg/g，平均為0.412 6 mg/g，熱解氣相色譜圖碳數(shù)分布較寬，曲線峰形欠飽滿，出峰數(shù)較全，主峰碳在C20-C23之間(圖2a)，含油性相對較差；中部玄武質(zhì)角礫巖S1值最大1.457 mg/g，平均0.352 2 mg/g，熱解氣相色譜圖碳數(shù)分布較寬，峰值低，主峰碳在C19-C21之間(圖2b)，含油性較差；下部花崗質(zhì)角礫巖的S1值最大為5.971 mg/g，平均為0.663 2 mg/g，熱解氣相色譜圖碳數(shù)分布較寬，組分齊全，曲線峰形飽滿，基線平直，出峰個(gè)數(shù)全，主峰碳在C17-C21之間(圖2c)。綜合分析該項(xiàng)資料，下部的花崗質(zhì)角礫巖含油性相對較好。

2.4 物性、脆性分析

根據(jù)L-13、L-15、L-17三口井的巖心、壁心，對沙四段三套角礫巖進(jìn)行物性分析，上部泥質(zhì)-灰質(zhì)角礫巖的平均孔隙度為2.12%，中部玄武質(zhì)角礫巖的平均孔隙度為1.85%，下部花崗質(zhì)角礫巖的平均孔隙度為 2.93% ，滲透率普遍小于0.1 mD，為致密儲集層(表2、圖3)。對于致密儲集層，目前普遍對其進(jìn)行壓裂以提高產(chǎn)能，因而可壓裂性是致密儲集層評價(jià)的一項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)[6]。對于雷家地區(qū)東部沙四段的巨厚致密角礫巖儲集層，要獲得工業(yè)油流同樣要進(jìn)行壓裂改造，可根據(jù)脆性礦物含量的高低來判斷儲集層是否易于壓裂改造[7]。實(shí)際應(yīng)用中通常用脆性指數(shù)來評價(jià)儲集層。通過對L-13、L-15、L-17三口井X射線熒光元素錄井資料的研究，由上到下三套角礫巖儲集層的脆性指數(shù)平均值分別為0.453、0.428、0.458(表2、圖4)，結(jié)合試油資料，得出下部的花崗質(zhì)角礫巖可壓裂性相對最好。

表2 雷家地區(qū)東部沙四段角礫巖儲集層各參數(shù)分析

圖2 雷家地區(qū)東部沙四段角礫巖熱解氣相色譜圖

圖3 雷家地區(qū)東部沙四段角礫巖孔隙度分布

圖4 雷家地區(qū)東部沙四段角礫巖脆性指數(shù)

3 有利儲集層的優(yōu)選

綜合以上的分析得出，在雷家地區(qū)東部沙四段三套角礫巖中，以下部的花崗質(zhì)角礫巖含油性、物性及脆性相對較好，為Ⅰ類儲集層；上部的泥質(zhì)-灰質(zhì)角礫巖相對較差，為Ⅱ類儲集層；中部的玄武質(zhì)角礫巖含油性、物性及脆性均較上下層差，為Ⅲ類儲集層(表3)。

確定了花崗質(zhì)角礫巖為Ⅰ類儲集層，還要進(jìn)一步尋找有利部位，既要選擇含油性好的部位，同時(shí)還要滿足物性好、脆性指數(shù)高的層段。通過詳細(xì)的分析，最終建立了最佳優(yōu)勢儲集層段的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表4)。

表3 雷家地區(qū)東部沙四段角礫巖儲集層類別劃分

表4 雷家地區(qū)東部沙四段角礫巖最佳優(yōu)勢儲集層評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

4 應(yīng)用效果

利用上述優(yōu)勢儲集層評價(jià)方法，對L-117井的沙四段角礫巖儲集層進(jìn)行了綜合評價(jià)。L-117井是雷家地區(qū)東部的一口預(yù)探井，在沙四段3 566.0～3 612.0 m，巖屑錄井主要為灰色油斑-油跡角礫巖(圖5)，通過巖心資料分析，礫石成分主要為花崗質(zhì)、少量泥質(zhì)及火山巖塊。X射線熒光元素錄井中Mg的平均含量為4.35%，F(xiàn)e的平均含量為7.34%，Si的平均含量為50.31%，S的平均含量為0.61%，符合花崗質(zhì)角礫巖的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)(表4)。巖石熱解參數(shù)S1最大值為6.05 mg/g，平均值為1.107 mg/g，熱解氣相色譜圖碳數(shù)分布較寬，組分齊全，曲線峰形飽滿，基線平直，出峰個(gè)數(shù)全，主峰碳在C17-C21之間；氣測全烴平均值為2.109%，峰基比為5.89，曲線形態(tài)飽滿，組分齊全；鉆時(shí)平均值為22.3 min/m，可鉆性較好，平均孔隙度為2.25%，脆性指數(shù)平均為0.450 2。對照該地區(qū)優(yōu)勢儲集層的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，均達(dá)到了表4的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)試油，壓后產(chǎn)油10.56 m3/d，試油結(jié)論為油層。

隨著L-117井的解釋評價(jià)成功，在雷家地區(qū)東部又陸續(xù)解釋了L-118等3口井，共試油34層，符合28層，符合率82.4%。其中L-119井沙四段的玄武質(zhì)角礫巖，經(jīng)試油，產(chǎn)液0.05 m3/d，累產(chǎn)水0.317 m3，結(jié)論為干層；L-118井沙四段的泥質(zhì)-灰質(zhì)角礫巖，壓后產(chǎn)水9.4 m3/d，累產(chǎn)水13.64 m3，結(jié)論為水層。進(jìn)一步證明該優(yōu)勢儲集層評價(jià)方法的準(zhǔn)確性。同時(shí)依據(jù)該評價(jià)方法，在花崗質(zhì)角礫巖中優(yōu)選出有利部位，進(jìn)行了水平井LP-11井的鉆探，在水平井段試油，壓后放噴，產(chǎn)油15.765 6 m3/d。利用該評價(jià)方法選取的最佳有利儲集層取得了成功。

圖5 L-117井沙四段花崗質(zhì)角礫巖儲集層

5 結(jié) 論

通過對雷家地區(qū)東部沙四段角礫巖儲集層的巖心進(jìn)行觀察描述，以及薄片鑒定分析，結(jié)合礦物元素含量的變化，按照角礫巖礫石成分的不同，將該套角礫巖細(xì)化分為三套儲集層，由上至下分別為泥質(zhì)-灰質(zhì)角礫巖、玄武質(zhì)角礫巖、花崗質(zhì)角礫巖；進(jìn)一步對三套角礫巖的含油性、物性、脆性進(jìn)行優(yōu)化分析，確定儲集層的類別，建立最佳有利儲集層的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過了驗(yàn)證，符合率達(dá)到80%以上。該評價(jià)方法的建立，對該區(qū)沙四段巨厚角礫巖有利儲集層的優(yōu)選，具有一定的指導(dǎo)意義，也為今后水平井勘探提供了可靠的儲集層評價(jià)方法。