準(zhǔn)噶爾盆地中拐凸起佳木河組儲集層物性實(shí)測值校正

楊川，吳濤，李嘯，曾德龍，仇鵬，馮鑫，戴燦鑫

（中國石油 新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣是新疆油田主力油氣開發(fā)區(qū)之一[1-2]，其中位于中拐凸起東南斜坡新光地區(qū)的下二疊統(tǒng)佳木河組是致密砂礫巖油氣藏勘探的重點(diǎn)層位[3]，佳木河組儲集層低孔低滲，發(fā)育濁沸石膠結(jié)，為典型的致密砂礫巖儲集層，地層埋藏深（4 500～5 500 m），鉆井?dāng)?shù)較少，出油氣點(diǎn)分散，勘探程度低。

由于中拐地區(qū)佳木河組普遍發(fā)育厚層致密砂礫巖儲集層，沸石膠結(jié)類型的特征，引起了眾多學(xué)者對其儲集層評價(jià)的研究。前人認(rèn)為：佳木河組二段以沸石類膠結(jié)為主，濁沸石含量和溶蝕強(qiáng)度決定了儲集層質(zhì)量[4]；佳木河組儲集層機(jī)械壓實(shí)作用和膠結(jié)作用強(qiáng)，導(dǎo)致儲集層致密化，濁沸石、片沸石和方沸石是主要膠結(jié)物[5]?？傊J(rèn)為中拐凸起佳木河組儲集層普遍致密，但存在由于局部濁沸石溶蝕形成的“甜點(diǎn)”[6-7]。前人對佳木河組砂礫巖儲集層的研究，主要集中在儲集層致密化的原因，對于沸石類膠結(jié)物與儲集層孔隙度和滲透率關(guān)系的研究較少。然而，目前關(guān)于儲集層物性校正的方法，主要為鏡下巖石薄片觀察法、電測曲線校正法、數(shù)字巖心建模法、長巖心驅(qū)替法等，未考慮巖石樣品取樣過程中減壓膨脹超過巖石彈性形變強(qiáng)度，產(chǎn)生破裂；也未考慮薄片加工時(shí)，機(jī)械力造成礫石松動，形成假縫，導(dǎo)致基于巖石樣品得到回歸孔隙度與滲透率的相關(guān)性變差，造成所獲得巖性物性失真，從而導(dǎo)致儲集層評價(jià)結(jié)果的誤判[8]。本文從巖心分析化驗(yàn)、鑄體薄片、礦物鑒定、測井及地質(zhì)背景出發(fā)，探尋實(shí)測值失真的原因，恢復(fù)儲集層的真實(shí)物性，確定儲集層的主控因素，形成一套適應(yīng)于研究區(qū)致密砂礫巖儲集層的物性評價(jià)方法。

1 地質(zhì)背景

中拐凸起東鄰達(dá)巴松凸起，西靠紅車斷裂帶，北接克百斷裂帶和瑪湖凹陷，南部為沙灣凹陷和盆1 井西凹陷，整體呈鼻狀凸起，地層向南東傾斜[9]（圖1）。石炭紀(jì)構(gòu)造活動強(qiáng)烈，以拐191 斷塊為代表，直到二疊紀(jì)早期，除局部地區(qū)（如拐3 井區(qū)和克80 井區(qū)）外，構(gòu)造活動減弱，佳木河組披覆沉積于隆起周圍之上。二疊紀(jì)，受達(dá)爾布特?cái)嗔炎笮呋挠绊?，中拐凸起及周緣?gòu)造活動強(qiáng)烈，地層隆起抬升，遭受剝蝕，造成佳木河組二段以上地層缺失[10]。直至烏爾禾組沉積期，構(gòu)造活動減弱，烏爾禾組直接超覆在佳木河組砂礫巖之上，屬于填平補(bǔ)齊沉積，斷裂活動基本停止。中拐凸起的形成與二疊系—侏羅系繼承性寬緩鼻狀古隆起有關(guān)，由西北向東南傾沒[11]。白堊紀(jì)開始，中拐凸起逐漸變?yōu)殡[伏古隆起，其凸起脊線呈北西—南東向展布。

圖1 中拐凸起構(gòu)造位置Fig.1.Tectonic location of Zhongguai uplift

研究區(qū)二疊系佳木河組儲集層以扇三角洲平原礫巖及前緣亞相砂巖為主[10]，巖性主要為中—細(xì)砂質(zhì)礫巖和含礫砂巖，由于儲集層膠結(jié)物以濁沸石為主，取心過程中容易發(fā)生樣品碎裂，產(chǎn)生假縫及邊緣縫。測井資料表明，目的層儲集層滲透性差，具有極致密低滲透特征，滲透率僅0.001～0.500 mD，但巖心實(shí)測孔隙度為10.5%～21.5%，滲透率為0.016～3 430.000 mD，平均滲透率為221.890 mD，為中孔中高滲儲集層，巖心實(shí)測結(jié)果與測井測試結(jié)果差距較大，最高達(dá)6 個(gè)數(shù)量級（表1）。

表1 新光1井二疊系佳木河組巖性儲集性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1.Experimental data of lithology and reservoir properties of Permian Jiamuhe formation in Well Xinguang-1

2 物性實(shí)測值失真分析

依據(jù)研究區(qū)10 口井巖心薄片分析、物性分析等各類分析化驗(yàn)資料，佳木河組儲集層孔隙類型以次生溶蝕孔為主，殘余粒間孔不發(fā)育。次生溶蝕孔形成于油氣充注晚期的酸性環(huán)境中，濁沸石膠結(jié)物部分被有機(jī)酸溶蝕，形成溶蝕孔[4，12]（圖2a），但儲集層膠結(jié)物仍以濁沸石為主，占膠結(jié)物總量的63.74%，方解石次之，占35.05%，還有微量的納長石、褐鐵礦、重晶石和片沸石（圖2b）。

中拐凸起佳木河組儲集層微裂縫較發(fā)育，具充填性、定向性、溶蝕擴(kuò)大性等特點(diǎn)（圖2c），在對多個(gè)鑄體薄片進(jìn)行鑒定的過程中，部分樣品可見大量延粒緣的假縫，具有無充填物、無定向、粒緣發(fā)育、規(guī)整可恢復(fù)等特征（圖2d）。借鑒前人研究成果[13-15]，結(jié)合研究區(qū)儲集層特征，推測巖心實(shí)測滲透率失真存在2 種原因：一是在巖心薄片加工過程中，由于濁沸石礦物對砂礫碎屑顆粒膠結(jié)作用較弱，機(jī)械力造成礫石顆粒松動，形成圍繞顆粒周圍延伸的假縫，造成次生溶蝕孔發(fā)育的假象；二是巖石由井下取至地面應(yīng)力釋放過程中，巖石中碎屑顆粒主要為密度較高（2.7 g/cm3）的中基性火山熔巖，膠結(jié)物主要為密度較低（2.2 g/cm3）的濁沸石，遇水后二者的膨脹率差異較大，通常隨著應(yīng)力釋放，密度小的濁沸石礦物或碎屑膨脹率大，密度大的中基性火山熔巖礦物或碎屑膨脹率小，減壓膨脹超過巖石彈性形變強(qiáng)度，產(chǎn)生破裂，而破裂往往會沿著樣品薄弱面進(jìn)行延伸，加之濁沸石膠結(jié)物強(qiáng)度較低，導(dǎo)致裂縫沿著碎屑顆粒邊緣延伸，進(jìn)而形成一系列假粒緣縫[16-17]（圖2e、圖2f）。正因?yàn)榇罅考倭＞壙p的存在，促進(jìn)了巖石滲流能力大幅度提升，從而使巖心實(shí)測滲透率偏高，造成物性測量結(jié)果不準(zhǔn)確，導(dǎo)致儲集層評價(jià)出現(xiàn)極大偏差。

圖2 研究區(qū)佳木河組儲集層特征及孔縫識別Fig.2.Reservoir characteristics and identification of true and pseudo fractures of Jiamuhe formation in the study area

3 濁沸石定量分析及儲集層物性實(shí)測值校正

3.1 假縫與濁沸石關(guān)系的定量分析

在進(jìn)行儲集層的滲透率校正之前，需要剔除假粒緣縫。通過大量鏡下巖石薄片觀察，濁沸石膠結(jié)減壓膨脹形成假粒緣縫，是導(dǎo)致物性實(shí)測值失真的主要原因。因此，在分析鑄體巖石薄片資料的基礎(chǔ)上，利用圖像分析技術(shù)，統(tǒng)計(jì)出每張巖心薄片中假縫的面孔率（圖3）。將統(tǒng)計(jì)出的假縫面孔率與濁沸石含量進(jìn)行分析對比，發(fā)現(xiàn)鑄體薄片識別的假縫面孔率與濁沸石含量具有較好的相關(guān)性，進(jìn)一步證實(shí)了濁沸石膠結(jié)物對假縫的產(chǎn)生以及對儲集層物性的影響。

圖3 鑄體薄片假縫識別及假縫面孔率與濁沸石含量關(guān)系Fig.3.Identification of surface porosity of pseudo fractures in cast thin section and its relationship with laumontite content

考慮到研究區(qū)其他井缺乏儲集層取心資料，需要根據(jù)已有巖石樣品測算出的濁沸石含量，結(jié)合測井資料，建立濁沸石含量與測井響應(yīng)關(guān)系，預(yù)測整個(gè)儲集層的物性分布。利用交會圖版法，進(jìn)行不同測井曲線與濁沸石含量相關(guān)性分析，結(jié)果表明，濁沸石含量與地層電阻率與中子孔隙度比值相關(guān)性較好，借助相關(guān)性公式，可求出相應(yīng)井段濁沸石的含量（圖4a）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，假縫面孔率與濁沸石含量、假縫孔隙度與假縫面孔率也都呈正相關(guān)關(guān)系（圖4b）。在所有井段濁沸石含量處理的基礎(chǔ)上，通過巖心標(biāo)定，獲取物性分析樣品的濁沸石含量，得到不同濁沸石含量樣品的孔隙度與滲透率關(guān)系。

3.2 物性校正流程

首先從巖石薄片中計(jì)算所有井儲集層的濁沸石含量，通過假縫面孔率與濁沸石含量的關(guān)系，計(jì)算出儲集層的假縫面孔率，并研究孔隙度與面孔率的關(guān)系，獲得濁沸石引起的假縫孔隙度。然后通過測井聲波時(shí)差與巖心實(shí)測孔隙度關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析（圖4c），得到測井孔隙度（包含濁沸石假縫的影響），利用測井孔隙度減去假縫孔隙度，得出校正后的真孔隙度。最后通過有效樣品統(tǒng)計(jì)的孔滲關(guān)系，用校正后的孔隙度計(jì)算出真實(shí)的滲透率。

圖4 研究區(qū)佳木河組濁沸石含量及假縫孔隙度的確定Fig.4.Determination of laumontite content and pseudo fracture porosity of Jiamuhe formation in the study area

3.3 有效樣品儲集層物性校正

由于中拐地區(qū)佳木河組致密砂礫巖儲集層濁沸石膠結(jié)物含量高，巖心樣品因應(yīng)力釋放而形成假粒緣縫，改變了樣品的孔隙結(jié)構(gòu)，從而引起滲透率的實(shí)測值異常高。因此，利用大量含濁沸石樣品進(jìn)行孔滲回歸分析，確定樣品濁沸石含量與孔滲的關(guān)系，剔除由于濁沸石高含量引起的假縫的影響，從而實(shí)現(xiàn)儲集層樣品物性實(shí)測值的校正。

將研究區(qū)已有的佳木河組巖心分析化驗(yàn)樣品，按照不同的濁沸石含量進(jìn)行的滲透率與孔隙度關(guān)系回歸。結(jié)果表明：當(dāng)濁沸石含量小于5%，假縫面孔率在1%以下，孔隙度與滲透率呈良好相關(guān)關(guān)系（圖5），但隨著濁沸石含量增加，滲透率明顯變大，多數(shù)在1.000 mD以上，與區(qū)域的儲集層類型和測試資料結(jié)果不吻合，進(jìn)一步驗(yàn)證了剔除濁沸石含量大于5%樣品進(jìn)行回歸分析的必要性。

圖5 研究區(qū)佳木河組不同濁沸石含量樣品孔滲交會圖Fig.5.Cross plot of porosity versus permeability of laumontite samples from Jiamuhe formation in the study area

4 效果檢驗(yàn)與實(shí)例分析

在佳木河組儲集層孔滲關(guān)系分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，計(jì)算儲集層滲透率，并進(jìn)行不同樣品特征對比。目的層儲集層校正前滲透率（全部樣品回歸關(guān)系）主要為0.100～1 000.000 mD，而校正后的滲透率主要為0.001～5.000 mD，井下測量出的地層流體滲透率為0.001～0.500 mD，核磁測井滲透率為0.010～0.300 mD（圖6），與校正后滲透率之間的誤差縮小到了一個(gè)數(shù)量級之內(nèi)，驗(yàn)證了物性校正方法的有效性和可靠性。

圖6 研究區(qū)佳木河組滲透率校正前后對比Fig.6.Comparison of permeabilities of Jiamuhe formation before and after correction in the study area

在新光1 井中（圖7），4 552—4 566 m 井段為壓裂產(chǎn)氣段，壓裂后日產(chǎn)氣2.223×104m3。其中濁沸石含量為4.50%～13.40%，測井孔隙度為11.50%～17.50%，假縫面孔率為0.98%～2.92%，平均為1.69%，假縫孔隙度為1.60%～4.80%，平均為2.80%，校正前滲透率為0.724～112.800 mD，平均為12.910 mD。通過剔除假縫，優(yōu)選合適巖心樣品后，利用相關(guān)擬合公式得到校正后滲透率為0.064～5.215 mD，平均為0.480 mD，井下測量流體滲透率為0.049 mD。4 578—4 592 m 井段為干層，濁沸石含量為6.70%～15.00%，平均為10.60%；測井孔隙度為8.40%～14.20%，平均為11.00%；假縫面孔率為1.47%～3.27%，平均為2.32%；假縫孔隙度為2.46%～5.46%，平均為3.88%；校正后孔隙度為3.20%～11.50%，平均為8.70%；校正后滲透率為0.005～0.472 mD，平均為0.037 mD，測井滲透率為0.001 mD。進(jìn)一步說明校正后的滲透率與測井獲得的數(shù)值誤差在一個(gè)數(shù)量級范圍之內(nèi)，結(jié)果可靠，達(dá)到了滿足儲集層評價(jià)預(yù)期誤差范圍效果。

圖7 研究區(qū)新光1井佳木河組滲透率校正前后對比Fig.7.Comparison of permeabilities of Jiamuhe formation before and after correction in Well Xinguang-1 in the study area

5 結(jié)論

（1）中拐凸起佳木河組砂礫巖儲集層巖心樣品物性實(shí)測值失真，其原因?yàn)閮瘜又袧岱惺z結(jié)物含量較高，濁沸石的減壓膨脹造成假縫，造成滲透率實(shí)測值偏高。

（2）地層電阻率與中子孔隙度比值與濁沸石含量相關(guān)性較好，借助相關(guān)性公式求出相應(yīng)井段濁沸石含量。通過巖心標(biāo)定，獲取物性分析樣品的濁沸石含量，得到不同濁沸石含量樣品的滲透率與孔隙度關(guān)系。

（3）中拐凸起佳木河組儲集層校正后的滲透率主要分布在0.001～5.000 mD，與井下測量滲透率和核磁測井滲透率間誤差在一個(gè)數(shù)量級以內(nèi)，證實(shí)本文提出的校正方法是可靠的。