四川盆地茅口組巖溶縫洞型儲層有效性測井評價

張 峰， 羅少成， 李 震， 牟 瑜， 李婷婷

（中國石油集團測井有限公司測井應用研究院，陜西西安 710077）

四川盆地茅口組主要為海相碳酸鹽巖，受沉積期后東吳運動的構造抬升作用[1-3]和大氣淡水溶蝕淋濾，形成了大量溶蝕縫洞型儲層[4-6]。茅口組巖溶縫洞型儲層具有非均質性強、儲集空間類型多樣等特點[7-8]，用常規(guī)測井資料分析其有效性時因信息量小、分辨率差，對儲層測井響應特征不敏感，難以進行精細評價。20 世紀90 年代出現(xiàn)的成像測井和核磁共振等新技術為碳酸鹽巖測井評價提供了大量有用的信息，在縫洞型儲層定性評價方面得到了廣泛應用[9-13]。但由于電成像測井的探測深度較淺，目前多用于直觀半定量地分析孔、洞、縫等信息，且需要結合常規(guī)測井、巖心刻度測井等資料來更好地發(fā)揮作用。

為了更好地利用測井資料評價四川盆地茅口組巖溶縫洞型儲層的有效性，筆者引入了三孔隙度模型[14]。該模型由無孔隙的巖石骨架、基質孔隙體積、裂縫（連通縫洞）體積、孤立孔洞（孤立縫洞）體積等4 部分組成，與四川盆地茅口組縫洞型儲層孔隙結構相似?？紫督Y構的復雜多樣性，導致孔隙空間導電性變化加大[15]，進而導致阿爾奇公式中的參數變化范圍加大，尤其是膠結指數變化加大[16]，從而影響了用阿爾奇公式計算含水飽和度的準確性。為此，筆者基于三孔隙度模型，利用膠結指數與總孔隙度、連通縫洞孔隙度、孤立縫洞孔隙度的關系，定性劃分了縫洞型儲層儲集空間類型，驗證了三孔隙度模型在茅口組縫洞型儲層的適應性，增強了常規(guī)測井與電成像測井在孔隙結構劃分中的對應性；在此基礎上，利用電成像測井資料，定量計算了各類儲集空間的有效性評價參數，建立了四川盆地茅口組縫洞型儲層有效性綜合評價標準。

1 儲集空間類型劃分

在三孔隙度模型中，連通的縫洞體積包括巖石中張開縫、溶蝕縫和已連通的溶蝕孔洞體積，孤立的孔洞體積指巖石中孤立孔洞等所占的空間體積[14]。為了解孔隙結構對儲層參數的影響，通過交會圖觀察分析了膠結指數與三孔隙度模型中各孔隙度的關系。基質膠結指數（mb）取經驗值2.0，則此時的孔隙度-膠結指數交會圖（φ-m交會圖）如圖1 所示。圖1 中：m為膠結指數； φ為總孔隙度； φ2為連通縫洞的孔隙度； φnc為孤立縫洞的孔隙度。

由圖1 可知，在孔隙性、孔洞型儲層中，儲集空間雖然對孔隙度貢獻大，但對巖石的導電性貢獻較小，即對膠結指數的影響較??；裂縫（連通縫洞）角度不同對膠結指數的影響不同[16]。

圖 1 mb=2.0 時的三孔隙度模型φ-m 交會圖Fig. 1 φ-m cross plot of tri-porosity model when mb=2.0

在實際情況下，基質孔隙、裂縫（連通縫洞）和非連通孔洞同時存在的情況十分常見，不同類型儲層在常規(guī)及電成像測井資料中也存在不同的表現(xiàn)，見表1?？锥葱?裂縫性儲層（如資X 井），巖性以粉晶灰?guī)r為主，電阻率明顯降低，呈U 形，聲波時差呈中—高值，從電成像測井動態(tài)圖可見暗色曲線和暗色斑塊；孔隙性、孔洞型儲層（如高X 井），巖性以粉晶灰?guī)r為主，電阻率呈箱狀降低，聲波時差呈中—高值，從成像測井圖可見暗色斑塊；高角度縫儲層（如龍X 井），巖性以粉晶灰?guī)r為主，深淺雙側向電阻率在高阻背景下大幅度降低，呈U 形，聲波時差低值略高，電成像測井呈現(xiàn)出連續(xù)或間斷的正余弦狀暗色條帶；低角度縫儲層（如磨X 井），巖性以粉晶灰?guī)r為主，電阻率背景值較高，出現(xiàn)刺刀狀降低，聲波時差中高值，電成像測井可見幅度較低的曲線。利用常規(guī)測井資料和三孔隙度模型進行計算時，定義巖石基質孔隙度（φb）為聲波孔隙度，即采用體積模型計算；總孔隙度采用密度與中子綜合計算；連通縫洞孔隙度和孤立縫洞孔隙度則是通過雙側向差異求得，與總孔隙度一起成為另一個約束方程。通過計算23 井次的膠結指數及次生孔隙占比，提取參數特征值，結合電成像靜態(tài)、動態(tài)圖像及巖心刻度測井，利用常規(guī)測井資料判斷儲集空間類型，確定膠結指數為1.6～2.4 時，儲集空間類型主要為孔隙性、孔洞型、裂縫性、孔隙性-裂縫性和孔洞型-裂縫性等。

2 電成像測井特征參數計算

巖溶縫洞型儲層的儲集空間類型復雜，膠結指數變化大，傳統(tǒng)的阿爾奇公式難以用于儲層有效性評價。因此，通過微電阻率掃描成像測井信息，結合巖心刻度測井，有針對性地提取了各類儲層參數。為精細劃分復雜儲集空間有效性評價標準，對于孔隙性、孔洞型儲層，計算電成像視孔隙度譜均值和方差；對于裂縫性儲層，計算電成像裂縫孔隙度；對于孔隙性、縫洞型、孔隙性-裂縫性儲層，計算電成像視地層水電阻率譜均值和方差。

表 1 四川盆地茅口組碳酸鹽巖不同類型儲層的測井響應特征Table 1 Logging response characteristics of different types of carbonate reservoirs in the Maokou Formation，Sichuan Basin

2.1 孔隙性、孔洞型儲層視孔隙度譜參數的計算

孔隙度頻譜分析是利用電成像測井資料、深淺側向電阻率和常規(guī)孔隙度資料對雙孔介質儲層進行分析，通過計算處理得到儲層視孔隙度頻率分布圖[17-19]?？紫抖茸V均值表示孔隙度譜中主峰偏離基線的程度，孔隙度譜方差表示孔隙度譜的譜形變化，代表了儲層儲集性能、非均質性的強弱。視孔隙度譜均值的計算公式為[20]:

視孔隙度譜方差的計算公式為[20]:

式中： φav為微電阻率成像像素的視孔隙度譜均值；φi為計算出的成像像素的視孔隙度譜；Pφi為相應視孔隙度譜的頻數； σφ為視孔隙度譜分布譜方差。

2.2 裂縫性儲層裂縫孔隙度的計算

裂縫孔隙度為裂縫孔隙體積與巖石體積之比，描述的是裂縫在三維立體空間的發(fā)育情況（ 如圖2 所示）。設定地層中裂縫為單條裂縫，裂縫無限延展，所統(tǒng)計的裂縫通常限定在一定體積范圍之內，而這個體積范圍是以井徑為軸、以窗長為高的圓柱[21]。裂縫孔隙度的計算公式為[22]：

圖 2 裂縫孔隙度計算模型Fig. 2 Fracture porosity calculation model

式中： φfr為 裂縫孔隙度；Vfrj為 第j條裂縫的體積，mm3；R為井半徑，mm；L為窗長，mm。

2.3 孔隙性-裂縫性、孔洞型-裂縫性儲層視地層水電阻率譜參數的計算

微電阻率成像測井資料經淺側向電阻率測井資料刻度后，根據視地層水電阻率譜特征來判識儲層流體性質。利用視地層水電阻率譜能在一定程度上對儲層與非儲層、油氣層與水層進行定性評價。視地層水電阻率譜均值表示視地層水電阻率分布譜中主峰偏離基線的程度，可以用視地層水電阻率譜縱坐標頻數與橫坐標地層水電阻率值的加權平均得到；視地層水電阻率譜方差描述了以視地層水電阻率譜均值為中心的散布程度，它代表視地層水電阻率分布譜的寬窄（分散性）。視地層水電阻率譜均值的計算公式為[23]：

式中： φRwav為電成像像素的地層水電阻率均值；Rwai為計算出的成像像素的視地層水電阻率，Ω·m；PRwai為相應視地層水電阻率的頻數，Ω·m； σRwa為視地層水電阻率分布譜方差。

3 儲層有效性評價標準的建立

綜合巖心、薄片等資料的分析結果，把四川盆地茅口組泥質含量大于50% 的層段定為泥巖層。因此，研究碳酸鹽巖儲層時，將泥質含量限定在50% 以內。結合試氣資料，將日產氣量大于1.0×104m3/d 的歸為Ⅰ類儲層，將日產氣量（0.1～1.0）×104m3/d 的歸為Ⅱ類儲層，將日產氣量小于0.1×104m3/d的歸為Ⅲ類儲層（無效儲層）。

孔隙度譜均值表示視孔隙度譜中主峰偏離基線的程度，代表儲層物性的好壞，均值越大，儲層物性越好；視孔隙度譜方差表示視孔隙度譜的譜形變化，方差大，則儲層的滲透性好[24]。針對以孔隙性和孔洞型為主儲層的電成像測井資料，計算了15 井次的視孔隙度譜的均值和方差，提取了參數特征值，顯示兩者具有較好的正相關性。結合試氣和測井資料分析該類儲層的有效性，認為視孔隙度譜均值大于1.9、方差大于1.2 的為Ⅰ類儲層，均值大于1.7、方差大于0.9 的為Ⅱ類儲層。

通過巖心分析可消除動態(tài)、靜態(tài)圖像分辨率和鉆井誘導縫帶來的影響，得到裂縫的真實信息[25]。針對裂縫性儲層，結合巖心刻度測井資料，計算了茅口組12 井次的裂縫孔隙度參數，提取了參數特征值（部分結果見表2）。結合試氣和測井資料分析該類儲層的有效性，認為Ⅰ類儲層裂縫孔隙度大于0.30，Ⅱ類儲層裂縫孔隙度在0.05～0.30。

視地層水電阻率譜均值越大，儲層視地層水電阻率越高；視地層水電阻率譜方差越大，儲層視地層水電阻率分布較寬，儲層含油氣性越好。針對孔洞型-裂縫性、孔隙性-裂縫性儲層，計算了17 井次的視地層水電阻率譜的均值與方差，提取了參數特征值，得知兩者具有較好的正相關性。結合試氣和測井資料分析該類儲層的有效性，認為：Ⅰ類儲層的視地層水電阻率譜均值大于700，方差大于300；Ⅱ類儲層的視地層水電阻率譜均值在500～700，方差在100～300。

表 2 部分探井裂縫發(fā)育分級量化結果Table 2 Quantitative results of fracture development classification of some exploration wells

通過分析常規(guī)測井資料、試氣資料、巖心分析結果以及電成像測井資料可知，四川盆地茅口組未發(fā)育不連通孔洞的高角度裂縫性儲層。對上述計算求得的不同類型儲層的電成像參數及膠結指數進行分析類比（見表3），可知Ⅰ類、Ⅱ類儲層為有效儲層，孔隙性、孔洞型、裂縫性、孔洞型-裂縫性、孔隙性-裂縫性儲層膠結指數在1.6～2.0，孔隙性、孔洞型儲層膠結指數在2.0～2.2；Ⅲ類儲層多為孔隙度低、連通性差的孔隙性儲層，日產氣量小于0.1×104m3/d，為無效儲層，膠結指數大于2.2。

表 3 儲層有效性評價標準Table 3 Evaluation standard of reservoir effectiveness

4 應用實例

川中地區(qū)南X 井茅三段儲層，一次解釋結果是上部為含氣層、下部為干層，電阻率降低呈明顯U 形，聲波時差呈中—高值，從電成像測井動態(tài)圖可見暗色曲線和暗色斑塊，干層石灰?guī)r段次生孔隙不發(fā)育（見圖3）。利用電成像測井資料計算了整段儲層的視孔隙度譜均值、方差，視地層水電阻率譜均值、方差以及裂縫孔隙度，提取了參數特征值。得到視孔隙度譜均值為0.20、方差為0.96，視地層水電阻率譜均值為1 221.22、方差為421.56，裂縫孔隙度主要分布于0.3～0.5，膠結指數為1.6～2.2。一次解釋上部含氣層段以裂縫性-孔洞型儲層為主，一次解釋下部干層段以裂縫性儲層為主，裂縫的連通有效改善了儲層的含氣性。經多參數分析類比后，按照儲層有效性評價標準（見表3）將整段儲層由Ⅱ類儲層調整為Ⅰ類儲層，試氣獲得44.74×104m3/d 的工業(yè)氣流。

圖 3 南X 井5 045.00～5 065.00 m 井段電成像解釋綜合成果Fig.3 Comprehensive results of electric imaging interpretation of 5 045.00-5 065.00 m section in Well Nan X

依據該劃分標準，對四川盆地20 口探井茅口組常規(guī)測井和電成像測井資料進行了二次解釋，有效提高了測井解釋的符合率，取得了較好的應用效果，特別是對石灰?guī)r裂縫性儲層的有效性具有很好的辨別效果，避免了對該類儲層的誤判。

5 結論與建議

1）縫洞型儲層的儲集空間類型復雜，儲層的導電性變化較大，導致膠結指數變化較大。針對該問題，在三孔隙度模型下明確了膠結指數與總孔隙度的關系，結合巖心分析結果和電成像測井資料，確定四川盆地茅口組儲集空間主要有孔隙性、孔洞型、裂縫性、孔隙性-裂縫性和孔洞型-裂縫性等類型。

2）四川盆地茅口組儲集空間類型復雜，多種儲集空間類型同時存在的情況十分常見，膠結指數變化較大，導致難以利用阿爾奇公式評價儲層的有效性。針對該問題，利用電成像測井資料計算了不同類型儲層的評價參數，并在劃分不同儲集空間儲層有效性評價標準的基礎上，進行多參數分析類比，建立了縫洞型儲層有效性綜合評價標準。

3）裂縫連通孔洞會明顯改善儲層的有效性，按照四川盆地茅口組縫洞型儲層有效性評價標準，將儲層劃分為3 類，其中Ⅰ類和Ⅱ類儲層為有效儲層。依據該標準對20 口探井進行了二次解釋，取得了較好的應用效果。

4）根據巖心分析結果和電成像測井資料，四川盆地茅口組縫洞型儲層中未見發(fā)育與孔洞不連通的高角度裂縫。但不同角度裂縫（連通縫洞）對膠結指數的影響不同，因此建議進一步擴大研究范圍，研究膠結指數大于2 時，可能出現(xiàn)的辨識難度更大儲集空間類型的辨識問題。