基于巖石物理相的白云巖儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)—以中東A 油田Asmari 組A 段為例

孫福亭，汪洪強(qiáng)，王 龍，郭麗娜，王興龍

（1.中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司，北京 100028；2.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028）

巖石物理相是具有一定巖石物理性質(zhì)的儲(chǔ)層成因單元，是沉積、成巖和構(gòu)造作用對(duì)儲(chǔ)層的綜合效應(yīng)[1-5]。從影響儲(chǔ)層物性的主控因素出發(fā)，通過巖石物理相研究，可以探討儲(chǔ)層孔隙的成因及演化，對(duì)儲(chǔ)層開展有效的分類評(píng)價(jià)，進(jìn)而預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布，為油氣藏高效開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)[6，7]。

A 油田位于中東扎格羅斯山前坳陷低幅褶皺帶與美索不達(dá)米亞盆地邊緣的過渡區(qū)域。古近系漸新統(tǒng)-新近系中新統(tǒng)的Asmari 組A 段是A 油田的主力產(chǎn)油層位之一，是一套區(qū)域穩(wěn)定分布的白云巖。與砂巖儲(chǔ)層物性主要受沉積控制不同，白云巖儲(chǔ)層的成巖作用強(qiáng)烈，儲(chǔ)層物性受沉積和成巖作用的雙重控制，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。本文以A 油田Asmari 組A 段鑄體薄片、巖心物性測(cè)試以及測(cè)井資料為基礎(chǔ)，從影響白云巖儲(chǔ)層物性的沉積和成巖兩大主控因素出發(fā)，分析總結(jié)了A 段白云巖儲(chǔ)層的沉積和成巖特征及演化，劃分沉積微相和成巖相并建立了相應(yīng)測(cè)井曲線判別模型，實(shí)現(xiàn)了單井沉積微相和成巖相劃分。在此基礎(chǔ)上，通過耦合沉積和成巖作用，開展巖石物理相研究，并總結(jié)不同巖石物理相儲(chǔ)層物性特征及分布規(guī)律，為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布預(yù)測(cè)提供了地質(zhì)依據(jù)。

1 沉積相劃分及測(cè)井識(shí)別

區(qū)域沉積研究表明，在Asmari 組沉積時(shí)，受扎格羅斯造山運(yùn)動(dòng)影響，阿拉伯臺(tái)地大面積隆升為陸，新特提斯洋沉降中心逐漸向扎格羅斯山前遷移并逐漸與外海隔絕，導(dǎo)致海水受限[8-11]，研究區(qū)即處于扎格羅斯山前海盆西南側(cè)陸棚，以發(fā)育連陸的混積半局限—局限臺(tái)地為特征。到Asmari 組A 段沉積時(shí)，整個(gè)扎格羅斯山前海盆水體進(jìn)一步受限，廣泛發(fā)育淺水臺(tái)地相碳酸鹽巖（見圖1），結(jié)合A 油田Asmari 組A 段巖心鑄體薄片觀察到巖石組分泥晶含量較高，且?guī)r心上常見石膏斑塊和薄層，表明當(dāng)時(shí)研究區(qū)處于水體能量偏弱且蒸發(fā)作用強(qiáng)烈的沉積環(huán)境。綜上認(rèn)為，A 油田在Asmari組A 段沉積時(shí)處于蒸發(fā)潮坪-局限臺(tái)地的過渡沉積環(huán)境，以局限臺(tái)地為主。

通過鑄體薄片詳細(xì)觀察分析，結(jié)合沉積古環(huán)境認(rèn)識(shí)，確定了Asmari 組A 段的沉積模式為具近岸灘壩的碳酸鹽巖緩坡臺(tái)地，研究區(qū)主要處于內(nèi)緩坡，發(fā)育臺(tái)內(nèi)灘、瀉湖和薩布哈三種微相（見圖2）。臺(tái)內(nèi)灘的發(fā)育主要受古地貌和海平面升降變化的共同影響，在經(jīng)常性波浪作用的高能地帶，即古地貌高地，碳酸鹽巖沉積物易受風(fēng)浪改造，沉積物以高能碳酸鹽顆粒為主，如生屑，砂屑，鮞粒等（見圖3（a）），而高頻海平面震蕩則會(huì)導(dǎo)致波浪高能帶的橫向遷移；瀉湖微相位于灘間的低洼地區(qū)，沉積物以泥晶碳酸鹽巖為主，顆粒含量少（見圖3（b））；薩布哈微相又稱蒸發(fā)潮坪，位于海平面附近，水動(dòng)力弱且蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，沉積物主要為泥晶碳酸鹽巖和石膏（見圖3（c））。

基于A 油田某取心井116 張A 段巖心鑄體薄片沉積微相鑒定結(jié)果，分析不同沉積微相樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的測(cè)井曲線特征發(fā)現(xiàn)，臺(tái)內(nèi)灘與瀉湖微相對(duì)GR 曲線敏感，可以通過GR 曲線來區(qū)分臺(tái)內(nèi)灘與瀉湖微相（見圖4），GR 值反映泥質(zhì)含量，臺(tái)內(nèi)灘微相形成于水動(dòng)力強(qiáng)的相對(duì)高能環(huán)境，經(jīng)歷反復(fù)淘洗，泥質(zhì)含量低，GR 值低，而瀉湖微相形成于水動(dòng)力弱的相對(duì)低能環(huán)境，泥質(zhì)含量偏高，GR 值高。薩布哈微相石膏含量高，可借助石膏百分含量解釋曲線區(qū)分該微相。最終通過樣本點(diǎn)分析，確定的A 油田Asmari 組A 段沉積微相測(cè)井識(shí)別標(biāo)注為：如果測(cè)井解釋石膏百分含量大于30 %，則為薩布哈微相；若測(cè)井解釋石膏百分含量小于30 %，且GR測(cè)井曲線值小于41 則為臺(tái)內(nèi)灘微相；若測(cè)井解釋石膏百分含量小于30 %，且GR 測(cè)井曲線值大于等于41則為瀉湖微相。通過該識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)確定的沉積微相與116 張薄片樣本鑒定結(jié)果吻合率高達(dá)83.6 %。

圖1 Asmari 組A 段區(qū)域巖相古地理圖Fig.1 Regional lithofacies paleogeographic map of member A of Asmari formation

圖2 研究區(qū)沉積模式圖Fig.2 Depositional pattern diagram of the study area

圖3 A 油田Asmari 組A 段不同沉積微相鏡下特征Fig.3 Microscopic characteristics of different depositional microfacies in member A of Asmari formation in A oilfield

2 成巖相劃分及測(cè)井識(shí)別

通過A 油田Asmari 組A 段的巖心薄片觀察及實(shí)驗(yàn)分析，厘清了研究區(qū)的主要成巖作用類型及成巖演化。鏡下薄片觀察表明，研究區(qū)的白云石晶體主要集中在泥-粉晶級(jí)別，結(jié)合水體受限，強(qiáng)蒸發(fā)的沉積環(huán)境，判斷白云石化作用應(yīng)主要發(fā)生在同生-準(zhǔn)同生期，其中瀉湖和臺(tái)內(nèi)灘微相白云石化機(jī)制主要為滲透回流白云石化作用，而薩布哈微相則主要為毛細(xì)管濃縮白云石化作用。

圖4 A 油田Asmari 組A 段不同沉積微相類型GR 曲線值特征Fig.4 GR curve value characteristics of different depositional microfacies types in member A of Asmari formation in A oilfield

A 段白云巖儲(chǔ)層的主要成巖類型除了同生-準(zhǔn)同生期的白云石化作用外，還包括準(zhǔn)同生期泥晶化作用、膠結(jié)作用，表生期溶蝕作用以及埋藏期壓實(shí)作用、壓溶作用、膠結(jié)作用、重結(jié)晶作用等。根據(jù)成巖作用對(duì)孔隙演化的影響，可以將成巖作用劃分為建設(shè)性和破壞性兩種。其中建設(shè)性成巖作用主要為溶蝕作用，而破壞性成巖作用主要為膠結(jié)作用和壓溶壓實(shí)作用。根據(jù)對(duì)孔隙演化建設(shè)性和破壞性程度，可將研究區(qū)目的層的成巖相類型劃分為好中差三類：強(qiáng)溶蝕相（好），弱溶蝕相（中），膠結(jié)相（差）（見圖5）。

圖5 A 油田Asmari 組A 段不同成巖相類型鏡下特征Fig.5 Microscopic characteristics of the main diagenetic facies types in member A of Asmari formation in A oilfield

以116 張薄片鑒定的成巖相類型為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，優(yōu)選了四種多元參數(shù)分類回歸方法（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、分類回歸樹和C5.0 決策樹），在SPSS 軟件中，通過聚類分析優(yōu)選多條測(cè)井曲線（包括GR、RD、VCL、SW、RS、CNL、AC）分別建立成巖相預(yù)測(cè)模型，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的模型預(yù)測(cè)結(jié)果與原始數(shù)據(jù)吻合率最低，只有61.21 %；貝葉斯網(wǎng)絡(luò)算法的吻合率為82.76 %；分類回歸樹算法的吻合率為92.24 %；C5.0 決策樹算法的吻合率最高，達(dá)到93.1 %。最終選擇了吻合率最高的C5.0 決策樹算法建立的預(yù)測(cè)模型作為研究區(qū)目的層成巖相的測(cè)井曲線識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。

3 巖石物理相類型及物性特征

通過耦合沉積和成巖作用，進(jìn)行巖石物理相劃分，將研究區(qū)Asmari 組A 段共分為7 種巖石物理相類型：（1）臺(tái)內(nèi)灘強(qiáng)溶蝕相（臺(tái)內(nèi)灘沉積微相+強(qiáng)溶蝕成巖相）、（2）臺(tái)內(nèi)灘弱溶蝕相（臺(tái)內(nèi)灘沉積微相+弱溶蝕成巖相）、（3）臺(tái)內(nèi)灘膠結(jié)相（臺(tái)內(nèi)灘沉積微相+膠結(jié)成巖相）、（4）瀉湖強(qiáng)溶蝕相（瀉湖沉積微相+強(qiáng)溶蝕成巖相）、（5）瀉湖弱溶蝕相（瀉湖沉積微相+弱溶蝕成巖相）、（6）瀉湖膠結(jié)相（瀉湖沉積微相+膠結(jié)成巖相）、（7）薩布哈相（薩布哈沉積微相對(duì)應(yīng)的基本都是膠結(jié)成巖相，是非儲(chǔ)層）。

以單井巖石物理相解釋結(jié)果為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)A 油田Asmari 組A 段共計(jì)134 個(gè)儲(chǔ)層巖心物性實(shí)測(cè)樣本點(diǎn)的不同巖石物理相的孔隙度、滲透率特征，發(fā)現(xiàn)在臺(tái)內(nèi)灘沉積微相中，強(qiáng)溶蝕成巖相物性好于弱溶蝕成巖相，弱溶蝕成巖相物性好于膠結(jié)成巖相，規(guī)律明顯（見表1）。在瀉湖沉積微相中，由于瀉湖微相在儲(chǔ)層中的占比低，取到的瀉湖微相樣本點(diǎn)有限，弱溶蝕成巖相與膠結(jié)成巖相的儲(chǔ)層物性并沒有明顯差別（見表1），而瀉湖強(qiáng)溶蝕相未取到巖心儲(chǔ)層樣點(diǎn)。

4 巖石物理相分布規(guī)律

根據(jù)巖石物理相單井測(cè)井識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)對(duì)A 油田Amari 組A 段白云巖進(jìn)行巖石物理相單井解釋，并繪制連井巖石物理相剖面。從連井巖石物理相剖面上可以看出，縱向上，A 段自下而上可以細(xì)分為A3～A1 油組，巖石物理相有向上逐漸變差的趨勢(shì)，A3 和A2 油組以發(fā)育臺(tái)內(nèi)灘溶蝕相和臺(tái)內(nèi)灘膠結(jié)相為主，而A1 油組則以發(fā)育瀉湖溶蝕膠結(jié)相為主，局部出現(xiàn)臺(tái)內(nèi)灘溶蝕相和臺(tái)內(nèi)灘膠結(jié)相。

對(duì)于局限臺(tái)地相沉積來說，古地貌是控制相對(duì)高能的臺(tái)內(nèi)灘平面分布的最重要因素，因此結(jié)合古地貌恢復(fù)及井點(diǎn)優(yōu)勢(shì)沉積微相可以繪制不同層位的優(yōu)勢(shì)沉積微相平面圖，再結(jié)合不同巖石物理相概率分布圖，可以繪制優(yōu)勢(shì)巖石物理相平面分布圖。以A3 油組為例，在古地貌高地主要發(fā)育臺(tái)內(nèi)灘膠結(jié)相和臺(tái)內(nèi)灘溶蝕相，而最好的臺(tái)內(nèi)灘溶蝕相主要分布在研究區(qū)北部和中南部局部區(qū)域（見圖6）。

通過巖石物理相剖面及平面分析，可以總結(jié)不同巖石物理相分布規(guī)律，為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及新井井位優(yōu)化提供地質(zhì)依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)緩坡臺(tái)地內(nèi)緩坡沉積環(huán)境而言，決定沉積微相平面及縱向分布的主要因素為古地貌和高頻海平面震蕩。在古地貌高地，沉積物易受風(fēng)浪改造而形成顆粒灘，處于浪基面之下的低洼地帶則易沉積泥晶碳酸鹽巖；海平面的高頻震蕩會(huì)導(dǎo)致相對(duì)高能的臺(tái)內(nèi)灘微相的遷移。成巖作用對(duì)研究區(qū)白云巖儲(chǔ)層改造亦至關(guān)重要，主要成巖作用類型有表生期溶蝕和埋藏期壓實(shí)、壓溶、膠結(jié)作用，其中表生期溶蝕作用是最重要的建設(shè)性成巖作用類型，通過溶蝕改造形成了大量的次生溶蝕孔隙。

A 油田Asmari 組A 段白云巖儲(chǔ)層的形成主要受沉積和成巖兩大因素控制。其中沉積作用決定了儲(chǔ)層的先天孔滲條件，是后期成巖改造作用的基礎(chǔ)，沉積時(shí)期物性較好的臺(tái)內(nèi)灘微相儲(chǔ)層疊合建設(shè)性的溶蝕成巖作用形成了研究區(qū)最優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層。巖石物理相是沉積和成巖作用的綜合體現(xiàn)，不同巖石物理相具有不同的物性特征，通過巖石物理相研究，可以有效開展儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)，進(jìn)而預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布，為油氣藏高效開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。

表1 A 油田不同巖石物理相巖心物性統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of physical properties of cores of different petrophysical facies in A oilfield

圖6 A 油田Asmari 組A 段A3 油組巖石物理相平面圖Fig.6 The petrophysical facies plan of oil group A3 of member A of Asmari formation in A oilfield