礫巖儲層電成像測井表征方法及應(yīng)用—以準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷礫巖油藏為例

藺敬旗，孟 鑫，李晴晴，曹志鋒，張 凱，穆 麗

（1.中國石油集團(tuán)測井有限公司新疆分公司,新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油新疆油田公司開發(fā)公司,新疆克拉瑪依 834000）

電成像測井是評價(jià)礫巖儲層的重要手段，而準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷發(fā)現(xiàn)的礫巖油藏，儲層巖性多變、非均質(zhì)性強(qiáng)、儲層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給電成像測井帶來了挑戰(zhàn)。截至目前，國內(nèi)外關(guān)于電成像測井資料的應(yīng)用問題已經(jīng)做過一些研究。在巖性識別方面，袁陽等人[1-12]通過圖像處理技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、聚類分析等方法，對巖性進(jìn)行了劃分。在非均質(zhì)性及裂縫分析方面，M.Akbar 等人[13]提出了孔隙度譜的電成像計(jì)算方法，并應(yīng)用該方法分析了碳酸鹽巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)，確定了原生孔隙和次生孔隙；劉丹等人[14-15]則在孔隙度譜的基礎(chǔ)上，構(gòu)建譜形特征的特征參數(shù)來定量評價(jià)儲層的非均質(zhì)性；而梁勞勞等人[16-21]利用成像測井評價(jià)儲層非均質(zhì)性時(shí)，多在孔隙度譜的基礎(chǔ)上采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、蟻群算法等評價(jià)儲層的非均質(zhì)性。在流體性質(zhì)識別方面，肖承文等人[22]提出了視地層水電阻率譜法，并提取方差和均值建立圖版來識別流體性質(zhì)。但是，對巖石組分、儲集性能等定量表征方面的研究較少。因此，為進(jìn)一步拓展電成像測井在礫巖儲層評價(jià)中的應(yīng)用，筆者結(jié)合準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷礫巖油藏的勘探生產(chǎn)實(shí)踐，開展了電成像分析巖石組分和粒度及評價(jià)儲層非均質(zhì)性等方法的研究，探索了電成像礫巖儲層儲集性能表征方法、電成像定量識別儲層流體性質(zhì)的方法，以期為電成像測井資料的深化應(yīng)用提供借鑒。

1 儲層巖石組分分析

瑪湖凹陷扇三角洲前緣河道相礫巖儲層，礫石含量高，泥質(zhì)含量低，物性一般較好；扇三角洲平原相礫巖儲層，礫石含量低，泥質(zhì)含量高，物性普遍較差。因此，礫石含量和泥質(zhì)含量決定了儲層的儲集性能，計(jì)算巖石組分含量具有重要意義。

根據(jù)已有資料可知：瑪湖礫巖儲層的礫石多為高電阻率的火山巖和變質(zhì)巖碎屑，在電成像圖上礫質(zhì)呈現(xiàn)高阻亮色；砂質(zhì)以長石和石英礦物為主，其電阻率較礫石低；泥質(zhì)由于包含大量的束縛水和結(jié)晶水，電阻率最低。因此，應(yīng)構(gòu)建各組分與電阻率的對應(yīng)關(guān)系。通過巖心標(biāo)定確定各組分的電阻率截止值，統(tǒng)計(jì)各深度高阻、中阻、低阻所占比例，即可求得各組分的含量。

依據(jù)電阻率截止值法計(jì)算的瑪湖X 井礫巖儲層電成像巖石組分成果見圖1。由圖1可知，該段礫巖儲層下部泥質(zhì)含量70%～80%，礫石含量小于10%，而該段礫巖儲層的中上部礫石含量40%～60%，泥質(zhì)含量在20%左右，客觀反映了儲層各組分的分布及儲層的非均質(zhì)性。

圖1 瑪湖X 井巖石組分含量計(jì)算成果Fig.1 Calculation results of rock component content of Well X in Mahu Sag

依據(jù)電阻率與巖石組分的對應(yīng)關(guān)系，統(tǒng)計(jì)電阻率的頻率分布，得到電阻率的累計(jì)分布曲線，該累計(jì)曲線可以近似代表粒度概率累計(jì)曲線（本文將其稱為偽粒度概率累計(jì)曲線）。利用該曲線可以對沉積環(huán)境、粒度進(jìn)行分析評價(jià)。

以瑪湖X 井不同巖性的偽粒度概率累計(jì)曲線為例進(jìn)行分析。圖2為瑪湖X 井不同巖性的偽粒度概率累計(jì)曲線，最左邊一道是電成像靜態(tài)圖，中間一道是偽粒度概率累計(jì)曲線，最右邊一道是單深度點(diǎn)的偽粒度概率累計(jì)曲線。

從圖2可以看出：1）礫巖儲層的偽粒度概率累計(jì)曲線明顯呈3 段，滾動總體占有較大比例，表明沉積水動力較強(qiáng)、粒度較大，同時(shí)該段跳躍總體和懸浮總體也占有一定比例，說明巖石成分上不僅有顆粒較大的礫石，還有部分以跳躍形式搬運(yùn)的砂以及懸浮方式搬運(yùn)的泥質(zhì)；2）砂巖段以跳躍總體為主，還有少部分的滾動總體，幾乎沒有懸浮總體，表明該段水動力中等，有少量的大顆粒沉積物，沉積物主要以跳躍形式搬運(yùn)；3）泥巖段偽粒度概率累計(jì)曲線為單段式，說明水動力較弱，巖石成分也只有以懸浮方式搬運(yùn)的泥質(zhì)。

圖2 瑪湖X 井不同巖性的偽粒度概率累計(jì)曲線Fig.2 Cumulative pseudo-grain-size probability curves of Well X in Mahu Sag with different lithology

2 儲層非均質(zhì)性評價(jià)方法

利用電成像資料評價(jià)儲層非均質(zhì)性的方法有定性和定量2 種。定性評價(jià)方法是通過圖像獲得儲層的巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礫石含量、磨圓程度、分選程度、是否有泥質(zhì)條帶、鈣質(zhì)夾層等特征；定量評價(jià)方法是隨著電成像處理技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，包括電成像電阻率譜計(jì)算分選系數(shù)、孔隙度譜計(jì)算孔隙結(jié)構(gòu)及薄層表征等方法。

2.1 分選系數(shù)表征方法

統(tǒng)計(jì)電成像圖像上電阻率的頻率分布，得到電阻率頻譜，利用該頻譜可以得到碎屑巖的結(jié)構(gòu)參數(shù)。圖像的分選性與巖石顆粒的分選性相似，所以可用電阻率分布的分位數(shù)計(jì)算分選系數(shù)，公式為：

式中：Sort為分選系數(shù)；P70為以直方圖形式統(tǒng)計(jì)的電導(dǎo)率分布的70%分位數(shù)；P50為以直方圖形式統(tǒng)計(jì)的電導(dǎo)率分布的50%分位數(shù)；P30為以直方圖形式統(tǒng)計(jì)的電導(dǎo)率分布的30%分位數(shù)。

對于電阻率譜，譜的發(fā)散及收斂程度代表該深度點(diǎn)電阻率的分布特征，表現(xiàn)為巖石的分選性和非均質(zhì)程度，而分選系數(shù)是一個(gè)評價(jià)分選程度的定量指標(biāo)。電阻率譜收斂，表明電阻率分布集中，儲層巖性分選系數(shù)小、分選好；電阻率譜發(fā)散，表明電阻率分布分散，儲層巖性分選系數(shù)大、分選差。

圖3所示為瑪湖X 井的一套反粒序的礫巖儲層。由圖3 可看出，上部礫巖粒度最大，電阻率譜發(fā)散，分選系數(shù)大，反映礫巖儲層的分選性較差，非均質(zhì)性較強(qiáng)；下部隨著粒度減小，電阻率頻譜逐漸收斂，分選系數(shù)逐漸減小，分選程度變好，非均質(zhì)性變?nèi)?。由此可知，利用電阻率譜和分選系數(shù)評價(jià)儲層的非均質(zhì)性，評價(jià)結(jié)果符合地質(zhì)規(guī)律。

圖3 瑪湖X 井礫巖儲層電成像電阻率頻譜及分選系數(shù)Fig.3 Resistivity spectrum and sorting coefficient for electrical imaging of conglomerate reservoirs in Well X in Mahu Sag

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)表征方法

孔隙度是儲層評價(jià)中的一個(gè)重要參數(shù)，通過電成像測井資料計(jì)算孔隙度譜是評價(jià)儲層孔隙度和孔隙結(jié)構(gòu)的一種方法[11]。該方法的基本原理是：1）利用阿爾奇公式，建立孔隙度和電阻率的關(guān)系；2）對電成像采集的電導(dǎo)率進(jìn)行刻度，將其轉(zhuǎn)換為電阻率；3）通過阿爾奇公式將電阻率轉(zhuǎn)化為孔隙度，在給定長度的窗口內(nèi)，統(tǒng)計(jì)孔隙度頻率，生成頻率分布曲線（視孔隙度譜），將孔隙度分成不同的孔隙度區(qū)間，得到孔隙結(jié)構(gòu)的分布。

某位置孔隙度譜的均值不能反映該深度點(diǎn)的絕對孔隙度，只能反映該深度點(diǎn)由電阻率求得的孔隙度平均值?？紫抖茸V的發(fā)散及收斂形態(tài)，反映的是該深度點(diǎn)孔隙度的分布特征，即孔隙度譜越收斂，表明該點(diǎn)的孔隙結(jié)構(gòu)越簡單，反映在電成像孔隙結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為該點(diǎn)都是大孔隙或者都是小孔隙，均質(zhì)性相對好；孔隙度譜越發(fā)散，表明該點(diǎn)既有大孔隙也有小孔隙，非均質(zhì)性強(qiáng)。

圖4所示為用電成像測井資料計(jì)算的瑪湖X 井礫巖儲層的孔隙度譜和孔隙結(jié)構(gòu)。

從圖4可以看出：電成像測井計(jì)算的孔隙結(jié)構(gòu)與核磁共振測井計(jì)算的具有很高的一致性；中部孔隙度譜均值較頂部和底部大，說明中部平均孔隙度較大，且中部孔隙度譜發(fā)散，非均質(zhì)性更強(qiáng)；孔隙結(jié)構(gòu)反映出該礫巖儲層段中部大孔隙占比較頂?shù)赘蟆?/p>

2.3 薄層表征方法

對于厚層非均質(zhì)性較強(qiáng)的致密礫巖儲層，其有效儲層往往呈薄層狀分布。根據(jù)油氣成藏理論，油氣總是優(yōu)先運(yùn)移到物性好的儲層，物性好的薄層會優(yōu)先俘獲油氣。但是，受圍巖效應(yīng)及常規(guī)電阻率儀器縱向分辨率的影響，常規(guī)電阻率曲線在這些薄層上并沒有表現(xiàn)出較高的電阻，用阿爾奇公式難以準(zhǔn)確判斷其含油性。因此，基于電成像測井資料分辨率高的優(yōu)勢，根據(jù)電阻率分布的分位數(shù)提取高分辨率電阻率曲線：1）對電成像數(shù)據(jù)進(jìn)行深電阻率刻度，根據(jù)需要采用分段線性刻度或按深度逐點(diǎn)刻度；2）對電成像數(shù)據(jù)做直方圖進(jìn)行頻率統(tǒng)計(jì)，求分位數(shù)平均值，從而提取高分辨率電阻率，用于評價(jià)薄層。

圖5為瑪湖X 井高分辨率電阻率識別關(guān)鍵薄層的實(shí)例。由圖5可知：在有效孔隙度較大的層段，常規(guī)深側(cè)向電阻率曲線平滑，不能反映儲層的非均質(zhì)性，儲層含油測井響應(yīng)特征不明顯，在實(shí)際測井解釋過程中不容易快速識別油層；而高分辨率電阻率可明顯反映這種儲層電阻率的變化，在物性好的薄層表現(xiàn)為高電阻，具有明顯的油氣測井響應(yīng)特征，可以快速識別油層；經(jīng)試油驗(yàn)證，該段為油層。因此，該方法可用于非均質(zhì)性強(qiáng)的厚層礫巖儲層評價(jià)，效果非常顯著，評價(jià)關(guān)鍵薄層尤為重要。

3 儲集性能評價(jià)

礫巖儲層的儲集性能，主要受控于泥質(zhì)和礫石的含量、儲層的分選程度、孔隙度以及裂縫的發(fā)育程度?；诂敽枷莸[巖儲層儲集性能的主控因素，巖性組分反映的是礫巖儲層中礫石與泥質(zhì)的含量，礫石含量高，抗壓實(shí)性強(qiáng)，顆粒支撐保存了粒間孔隙，而泥質(zhì)含量高則會大量占據(jù)粒間孔，使物性變差；分選系數(shù)對礫巖儲層的滲透性起決定作用，分選性越好，儲層的滲透性越好，分選性越差，則儲層的滲透性越差；裂縫的發(fā)育程度對儲層產(chǎn)能的影響至關(guān)重要。基于上述認(rèn)識，通過巖性組分因子、電成像測井孔隙度、非均質(zhì)性因子、裂縫因子等參數(shù)，構(gòu)建了電成像評價(jià)儲集性能的儲能指數(shù)（儲能指數(shù)越大，儲集性能越好；儲能指數(shù)越小，儲集性能越差），其表達(dá)式為：

式中：R為儲能指數(shù)；Lith為巖性組分因子，是礫石與泥質(zhì)含量的比值；Por為電成像測井孔隙度；Het為非均質(zhì)性因子，是分選系數(shù)的倒數(shù)；Fra為裂縫因子，是以自然常數(shù)為底、裂縫孔隙度為冪的指數(shù)函數(shù)。

4 儲層流體性質(zhì)判別

目前，采用電成像識別油層的主要方法是視地層水電阻率譜及其方差[20]。該方法應(yīng)用阿爾奇公式將電阻率曲線轉(zhuǎn)化為視地層水電阻率曲線，在給定長度的窗口內(nèi)，對視地層水電阻率做直方圖進(jìn)行頻率統(tǒng)計(jì)，生成頻率分布曲線（視地層水電阻率譜），同時(shí)計(jì)算其方差。如果流體性質(zhì)為油氣，則計(jì)算的視地層水電阻率譜較大，且分布較寬，方差大；如果儲層流體性質(zhì)為水，則計(jì)算的視地層水電阻率譜非常小，且分布較窄，方差小。這是利用視地層水電阻率譜方法判斷流體性質(zhì)的物理基礎(chǔ)。對于低孔低滲礫巖儲層，鉆井液侵入淺或無侵入，用視地層水電阻率譜就可以識別油層。利用阿爾奇公式將電成像的電阻率轉(zhuǎn)化為視地層水電阻率，計(jì)算視地層水電阻率譜的均值，計(jì)算公式為：

視地層水電阻率譜方差的計(jì)算公式為：

式中：σ為視地層水電阻率譜的方差。

從油氣運(yùn)移規(guī)律的角度分析，儲層流體性質(zhì)與儲層的儲集性能密切相關(guān)。油氣總是優(yōu)先充注到儲集性能好的儲集空間，當(dāng)儲層的孔隙結(jié)構(gòu)好、均質(zhì)性好、裂縫發(fā)育時(shí)，儲層的儲集性能好。儲能指數(shù)越大越有利于油氣充注成藏；反之，不利于油氣充注成藏?；谶@一認(rèn)識，提出了利用視地層水電阻率方差與儲能指數(shù)識別儲層流體性質(zhì)的方法。采用該方法識別了瑪湖凹陷礫巖儲層流體的性質(zhì)，劃分了油層、含油層以及水層，并建立了劃分標(biāo)準(zhǔn)：油層，儲能指數(shù)大于11.5 且視地層水電阻率方差大于5；含油層，儲能指數(shù)小于11.5 且視地層水電阻率方差大于5；水層，視地層水電阻率方差小于5?，敽枷莸[巖油藏儲能指數(shù)-視地層水電阻率方差的交會圖如圖6（圖6中，藍(lán)線為油層、含油層以及水層的分界線）所示。

圖6 瑪湖凹陷礫巖儲層儲能指數(shù)-視地層水電阻率方差的交會圖Fig.6 Cross plot of energy storage index and variance of apparent formation water resistivity in conglomerate reservoir of Mahu Sag

5 結(jié)論

1）針對礫巖儲層非均質(zhì)性強(qiáng)的問題，基于電成像測井的孔隙度譜及電阻率譜計(jì)算方法，在定性分析的基礎(chǔ)上提出了量化參數(shù)指標(biāo)，形成了分選系數(shù)、孔隙結(jié)構(gòu)及薄層的表征方法，實(shí)現(xiàn)了電成像對礫巖儲層非均質(zhì)性的定量表征技術(shù)。

2）礫巖儲層的儲集性能主要受控于泥質(zhì)和礫石的含量、儲層的分選程度、孔隙度以及裂縫的發(fā)育程度，提出利用巖性組分、電成像孔隙度、非均質(zhì)性、裂縫因子等參數(shù)評價(jià)礫巖儲層儲集性能的儲能指數(shù)，形成了電成像對礫巖儲層儲集性能的定量表征技術(shù)。

3）通過優(yōu)化視地層水電阻率譜特征參數(shù)，選取方差與儲能指數(shù)交會，準(zhǔn)確、直觀地劃分礫巖儲層中不同流體性質(zhì)的界限，形成了適用于研究區(qū)的流體判別圖版，拓展了電成像測井在礫巖儲層流體性質(zhì)判別的應(yīng)用范圍，解決了識別礫巖油藏有效儲層、油層、含油層與水層的難題。