松遼盆地三肇凹陷致密儲(chǔ)層地質(zhì)評(píng)價(jià)

蔣瑞剛

大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶

1. 引言

致密儲(chǔ)層的成藏受圈閉和水動(dòng)力條件控制不明顯，平面上呈現(xiàn)大面積連片分布，因此優(yōu)選甜點(diǎn)作為致密油藏的優(yōu)先開(kāi)發(fā)區(qū)[1]。當(dāng)前，針對(duì)致密儲(chǔ)層地質(zhì)評(píng)價(jià)往往圍繞孔隙結(jié)構(gòu)、巖性精細(xì)描述、粘土礦物含量、流體性質(zhì)等展開(kāi)，并取得了大量的研究成果[2]-[7]。但多參數(shù)致密儲(chǔ)層評(píng)價(jià)往往導(dǎo)致參數(shù)間互相矛盾，同時(shí)在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為了提高致密儲(chǔ)層的滲流能力，一般對(duì)油井進(jìn)行壓裂增產(chǎn)措施，原始的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致基于孔隙結(jié)構(gòu)等參數(shù)建立的致密儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)適用性變差。大慶長(zhǎng)垣東部扶楊油層致密油探明未開(kāi)發(fā)儲(chǔ)量達(dá)2.2 億噸，是大慶油田未來(lái)重要的產(chǎn)量接替區(qū)。本文從壓裂開(kāi)發(fā)的地質(zhì)條件入手，突破傳統(tǒng)孔喉特性、流固耦合、塑性礦物含量等多參數(shù)致密儲(chǔ)層地質(zhì)評(píng)價(jià)方法，探索單井控制儲(chǔ)量和脆性指數(shù)雙參數(shù)對(duì)單井產(chǎn)能的控制作用，以供大慶長(zhǎng)垣東部扶楊油層致密油的有效動(dòng)用參考。

2. 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于大慶長(zhǎng)垣東部三肇凹陷升平鼻狀構(gòu)造南端，是扶楊油層的開(kāi)發(fā)試驗(yàn)區(qū)(圖1)，三肇凹陷扶楊油層具有致密油形成與聚集的得天獨(dú)厚的地質(zhì)條件[8]。泉頭組三、四段沉積時(shí)期，氣候?yàn)榘敫珊迪虺睗竦倪^(guò)渡階段，研究區(qū)受北部拜泉-明水沉積體系、訥河-依安沉積體系和南部沉積體系的共同影響，沉積環(huán)境為三角洲平原和三角洲前緣，發(fā)育的砂體有分流河道、水下分流河道、前緣席狀砂等，砂巖厚度平均2.0 m。根據(jù)預(yù)探井和評(píng)價(jià)井巖心物性分析資料，扶楊油層孔隙度5.5%～17.5%，中值11.3%，滲透率0.01～11.2 mD，中值0.6 mD，屬于典型的致密儲(chǔ)層。

Figure 1. Top structure and study area location of Sanzhao sag圖1. 三肇凹陷頂面構(gòu)造及研究區(qū)位置

Figure 2. Relationship between fracture morphology and brittleness index圖2. 裂縫形態(tài)與脆性指數(shù)關(guān)系示意圖

3. 致密油藏產(chǎn)能影響因素

對(duì)于非壓裂開(kāi)發(fā)的致密氣藏，產(chǎn)能受致密儲(chǔ)層的泥質(zhì)含量、孔隙度、滲透率、含油飽和度、有效厚度以及天然微裂縫的影響[9]。對(duì)于壓裂開(kāi)發(fā)的致密油藏，儲(chǔ)層原始的孔隙結(jié)構(gòu)和滲透性已經(jīng)發(fā)生變化，因此采用脆性指數(shù)和單井控制儲(chǔ)量衡量?jī)?chǔ)層好差。致密砂巖儲(chǔ)層的脆性研究往往借鑒頁(yè)巖脆性的研究成果，并取得了較好的效果[10] [11]。Richman 在北美Barnett 頁(yè)巖壓裂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，巖石的可壓性可用脆性指數(shù)表征，巖石脆性指數(shù)高，巖石越易于壓裂，壓后越易于形成復(fù)雜的裂縫(圖2)，單井產(chǎn)能越高[12] [13] [14] [15]，同時(shí)裂縫形態(tài)還受壓裂工藝的影響，常規(guī)壓裂技術(shù)只能形成水平的對(duì)稱雙翼裂縫，無(wú)法改善垂向滲流能力[16]?；跅钍夏Ａ亢筒此杀鹊拇嘈灾笖?shù)計(jì)算模型：

式中，BI——脆性指數(shù)；E——楊氏模量；u——泊松比；ρ——密度測(cè)井，g/cm3；DTS——橫波測(cè)井，us/m；AC——縱波測(cè)井，us/m。

楊氏模量是指巖石破裂后，巖石維持其形成的裂縫的能力，泊松比是指巖石受到力的作用時(shí)，其抵抗被破壞的能力。脆性指數(shù)大的頁(yè)巖具有較大的楊氏模量和較小的泊松比，脆性較小的頁(yè)巖一般具有較小的楊氏模量和較大的泊松比[17]。

3.1. 致密儲(chǔ)層脆性指數(shù)

通過(guò)巖心試驗(yàn)的方法獲得脆性指數(shù)成本昂貴，不切實(shí)際，目前常用巖石力學(xué)參數(shù)法和脆性礦物表達(dá)法獲得脆性指數(shù)，受巖礦鑒定數(shù)據(jù)的限制，本文采用巖石力學(xué)參數(shù)法獲得脆性指數(shù)，即Richman 模型。

根據(jù)Richman 模型可知，計(jì)算致密儲(chǔ)層脆性指數(shù)需要用的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)有縱波速度、橫波速度和密度測(cè)井。研究區(qū)密度測(cè)井不全，只有20 口井有密度測(cè)井，橫波時(shí)差測(cè)井完全沒(méi)有，鑒于研究區(qū)的實(shí)際情況，需要通過(guò)其他測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算出密度數(shù)據(jù)和橫波時(shí)差數(shù)據(jù)。

巖石的密度受孔隙度和礦物成分的控制，因此選擇能反映孔隙和巖礦特征的測(cè)井縱波聲波時(shí)差、自然伽馬、自然電位和深側(cè)向電阻率線性擬合密度數(shù)據(jù)。由于測(cè)井儀器、測(cè)井環(huán)境等的差異，選擇砂巖發(fā)育最差的FII3 為標(biāo)準(zhǔn)層(圖3)，選擇研究區(qū)中部的兩口井為標(biāo)準(zhǔn)井，對(duì)全區(qū)測(cè)井曲線進(jìn)行直方圖法標(biāo)準(zhǔn)化處理。以其中10 口井作為擬合運(yùn)算數(shù)井，剩余的10 口井作為后驗(yàn)井，后驗(yàn)井表明擬合效果很好，絕對(duì)誤差平均0.002，相對(duì)誤差平均2.5%。擬合公式如下：

式中，DEN——密度；AC——縱波時(shí)差；GR——自然伽馬；SP——自然電位；RD——深側(cè)向電阻率。

Figure 3. Histogram of sandstone layers and average single layer sandstone thickness圖3. 砂巖層數(shù)和平均單層砂巖厚度直方圖

橫波時(shí)差出現(xiàn)在聲波全波列測(cè)井中，如長(zhǎng)源距聲波測(cè)井、陣列聲波測(cè)井、交叉偶極子陣列聲波測(cè)井等，本文采用肇平8 井的正交偶極子陣列聲波測(cè)井(XMAC)中的橫波時(shí)差，通過(guò)反映孔隙和巖礦特征的橫波時(shí)差、自然伽馬和密度測(cè)井進(jìn)行線性擬合，以水平段(扶余油層)前半段作為擬合數(shù)據(jù)，后半段作為后驗(yàn)數(shù)據(jù)，后驗(yàn)數(shù)據(jù)表明擬合效果很好，絕對(duì)誤差平均-2.1，相對(duì)誤差平均1.5%。擬合公式如下：

式中，DTS——橫波時(shí)差；AC——縱波時(shí)差；Vsh——泥質(zhì)含量；DEN——密度。

最后把縱波聲波時(shí)差、橫波聲波時(shí)差和密度帶入Richman 公式，即可計(jì)算出研究區(qū)各井扶楊油層的脆性指數(shù)，單井脆性指數(shù)采用砂巖厚度權(quán)衡法。

3.2. 單井控制儲(chǔ)量

單井控制儲(chǔ)量是油井產(chǎn)能的物質(zhì)基礎(chǔ)，它受含油面積、有效厚度、有效孔隙度的控制，通過(guò)單井控制儲(chǔ)量這一參數(shù)，綜合起了以往致密儲(chǔ)層評(píng)價(jià)時(shí)采用的有效厚度、有效孔隙度等參數(shù)，不僅達(dá)到降維的目的，而且更綜合反映各參數(shù)間的互補(bǔ)作用。

結(jié)合注采井間流線分布[18] (圖4)，采用龜背圖法圈定含油面積，具體圈定原則是：以油井為中心，向四周擴(kuò)展一個(gè)開(kāi)發(fā)井距，如果一個(gè)開(kāi)發(fā)井距內(nèi)有斷層，則以斷層作為邊界；如果一個(gè)開(kāi)發(fā)井距內(nèi)有水井，則以水井作為邊界；如果一個(gè)開(kāi)發(fā)井距內(nèi)有別的油井，則以井距之半作為邊界(圖5)。

Figure 4. Streamline distribution between injection and production wells圖4. 注采井間流線分布圖

Figure 5. Turtle back of Fuyang reservoir圖5. 扶楊油層龜背圖

有效厚度采用等值線面積權(quán)衡法，有效孔隙度采用有效厚度權(quán)衡法，原始含油飽和度采用單位有效孔隙體積權(quán)衡法[19]，最后用容積法計(jì)算單井控制儲(chǔ)量[20] (表1)。

Table 1. Parameter calculation of single well controlled reserves表1. 單井控制儲(chǔ)量參數(shù)計(jì)算表

Continued

4. 致密儲(chǔ)層綜合地質(zhì)評(píng)價(jià)

以油井產(chǎn)能為中心，分類評(píng)價(jià)致密儲(chǔ)層。研究區(qū)部分井是葡扶楊油層合采井，為了提高研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，剔除這部分井。由于壓裂開(kāi)發(fā)的致密油藏，單井日產(chǎn)下降快(圖6)，所以采用油井壓裂投產(chǎn)后連續(xù)生產(chǎn)兩年的累積產(chǎn)油量來(lái)衡量致密儲(chǔ)層的好差，基于兩點(diǎn)考慮，一是連續(xù)生產(chǎn)兩年油井單井產(chǎn)量趨于穩(wěn)定，二是注水尚未受效，規(guī)避開(kāi)發(fā)因素對(duì)產(chǎn)量的影響。根據(jù)各井連續(xù)生產(chǎn)兩年累積產(chǎn)油量的累積頻率可以把累積產(chǎn)油量分為四段，即＜500，500～1050，1050～1500，＞1500，由于第四段井?dāng)?shù)太少，所以把第三段和第四段合并，這樣累積產(chǎn)油量分為三段，相應(yīng)的致密儲(chǔ)層類別也分為三類，即I 類、II 類、III 類(圖7)。

Figure 6. Daily production curve of some oil wells in Fuyang reservoir圖6. 扶楊油層部分油井日產(chǎn)曲線

Figure 7. Histogram of cumulative oil production of oil wells in Fuyang reservoir圖7. 扶楊油層油井累積產(chǎn)油量直方圖

結(jié)合單井控制儲(chǔ)量、脆性指數(shù)和儲(chǔ)層類別，可知三類儲(chǔ)層的單井控制儲(chǔ)量和脆性指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)(表2)。I類儲(chǔ)層單井控制儲(chǔ)量和脆性指數(shù)都高，III 類儲(chǔ)層單井控制儲(chǔ)量和脆性指數(shù)都低，II 類儲(chǔ)層單井控制儲(chǔ)量高、脆性指數(shù)低或單井控制儲(chǔ)量低、脆性指數(shù)高，說(shuō)明單井控制儲(chǔ)量與脆性指數(shù)具有互補(bǔ)性，該分類標(biāo)準(zhǔn)的符合率達(dá)到85% (圖8)。

Table 2. Comprehensive geological evaluation criteria of reservoir表2. 儲(chǔ)層綜合地質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

Figure 8. Scatter diagram of single well controlled reserves and brittleness index圖8. 油層單井控制儲(chǔ)量與脆性指數(shù)散點(diǎn)圖

5. 結(jié)論

1) 升平鼻狀構(gòu)造扶楊油層整體開(kāi)發(fā)效果較差是由普通壓裂的壓裂工藝和扶楊油層脆性指數(shù)較小的特點(diǎn)共同決定的，兩者共同作用的結(jié)果是壓裂只能形成兩翼對(duì)稱的多縫，不能形成體積縫，無(wú)法在垂向上改善致密儲(chǔ)層的滲透性。

2) 對(duì)于壓裂開(kāi)發(fā)的致密油藏，油井產(chǎn)能受單井控制儲(chǔ)量和脆性指數(shù)的共同控制，以油井產(chǎn)能為致密儲(chǔ)層的根本評(píng)價(jià)參數(shù)，以單井控制儲(chǔ)量和脆性指數(shù)為地質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)，把致密儲(chǔ)層分為I、II、III 類儲(chǔ)層，單井控制儲(chǔ)量與脆性指數(shù)具有互補(bǔ)性。

3) 在致密儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中，首次采用單井控制儲(chǔ)量評(píng)價(jià)參數(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了評(píng)價(jià)參數(shù)的降維，而且評(píng)價(jià)結(jié)果較好。