西莎氣田碳酸鹽巖氣藏儲層評價及刻畫

徐士鵬，盧志明，熱合麥提·亞爾麥麥提，王成林，艾尼·買買提，張慶偉，崔保生

（1.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；2.中國石油國際勘探開發(fā)公司烏茲別克斯坦新絲綢之路石油天然氣合資有限責任公司，天津 300000）

1 地質(zhì)概況

西莎氣田位于烏茲別克斯坦共和國阿姆河盆地卡拉庫里區(qū)塊內(nèi)?？ɡ瓗炖飬^(qū)塊整體為一坳陷區(qū)，構(gòu)造上屬于查爾朱階地（見圖1）。西莎氣田四周分布著眾多復雜隆起構(gòu)造帶［1-3］，隆起帶上分布著許多大型油氣田?？ɡ瓗炖飬^(qū)塊主體區(qū)位于各隆起的傾末端，導致區(qū)塊內(nèi)發(fā)育著多為規(guī)模小、幅度低的背斜構(gòu)造［4-7］。

碳酸鹽巖油氣藏儲層在早期的形成和后期成巖過程中都會發(fā)生特殊的變化，與砂巖油氣藏儲層特征相比，有著本質(zhì)的區(qū)別［8-9］。早期，西莎氣田作為勘探項目，并未進行詳細綜合地質(zhì)研究，由于碳酸鹽巖的復雜性，研究區(qū)巖性識別不清、儲層孔、縫解釋困難［10-11］。針對研究區(qū)僅有的7口井，在資料數(shù)量及品質(zhì)有限的條件下，利用巖心和測井、地震等資料，開展了碳酸鹽巖氣藏測井解釋、儲層評價及有利儲層識別刻畫研究，旨在為西莎氣田下步評價開發(fā)提供一定的地質(zhì)依據(jù)。

2 儲層特征

卡拉庫里區(qū)塊主力儲層發(fā)育一套侏羅統(tǒng)卡洛夫-牛津階（J3k+o）碳酸鹽巖沉積序列［12］，通過井震結(jié)合，自上而下劃分為 XV-1，G1，XV-2，XV-3，XVa，XVI等6個小層。其中，XV-1和XV-2小層為主要含氣層，XV-3層及以下為含水層，XV-1與XV-2小層之間發(fā)育一套厚度穩(wěn)定的膏巖沉積（G1層）［13-16］。西莎氣田取心井為Xisha-101井，巖屑錄井為W.Xisha-1井，結(jié)合相鄰2個氣田的巖心資料，進行了分析研究。

2.1 儲層巖性識別

根據(jù)巖心化驗分析資料，將目的層巖性定名按其特征歸結(jié)為4大類12種巖性，樣品點總計約1 400個。其中，石灰?guī)r主要分亮晶灰?guī)r和泥晶灰?guī)r，亮晶灰?guī)r占比較大。石灰?guī)r類型以白云質(zhì)灰?guī)r、團塊及團?；?guī)r為主。白云巖主要類型是泥質(zhì)白云巖、白云巖。儲層巖性主要為顆粒灰?guī)r，包括團塊灰?guī)r、團?；?guī)r、鮞?；?guī)r等6類，巖樣占比為49%（見表1）。根據(jù)巖性鑒定，讀取了對應的測井曲線數(shù)據(jù)。

表1 巖性種類及所占比例

在巖心歸位和測井曲線井眼環(huán)境校正［17-18］的基礎上，針對不同巖性儲層，利用測井曲線的特征響應，選取5條較為敏感的測井曲線，分別建立不同的巖性交會圖版。通過對不同圖版的分析對比，優(yōu)選出IMP-GR圖版，作為主要巖性解釋圖版（見圖2）。

解釋圖版可以很好地區(qū)分顆粒灰?guī)r、云灰?guī)r、黏土、泥質(zhì)白云巖、泥質(zhì)石膏巖等儲層核心巖性。其中，顆?；?guī)r儲層波阻抗值小于等于 15 600 g·cm-3·m·s-1，自然伽馬小于等于28.5 API。

利用巖性解釋圖版，制定了符合本研究區(qū)的巖性劃分標準。利用測井數(shù)據(jù)，逐井解釋了目的層巖性剖面：XV-1小層上部石膏巖、顆?；?guī)r交互沉積，下部顆?；?guī)r較為發(fā)育；G1層為大段石膏夾白云巖、云質(zhì)灰?guī)r；XV-2小層以顆粒灰?guī)r為主，夾雜厚度不一的泥質(zhì)石膏巖、石膏巖和白云巖。巖性解釋成果為巖性分布、儲層參數(shù)分布和儲層預測的研究工作奠定了基礎。

2.2 儲層物性

巖心分析資料結(jié)果表明，儲集空間類型復雜多樣，孔洞和裂縫均明顯發(fā)育，孔隙為主。其中：原生孔隙以剩余粒間孔和粒內(nèi)孔為主，次生孔隙以粒間、晶間溶孔和生物體腔孔為主。裂縫發(fā)育類型多樣，以溶蝕縫、構(gòu)造縫和巖溶縫為主。測井及顯微切片資料分析表明：儲層發(fā)育水平裂縫和斜裂縫，裂縫總長為6.4～83.2 mm，平均為29.0 mm；裂縫密度為2.9～55.9條/m，平均為17.7 條/m；裂縫滲透率平均為 11.8×10-3μm2，裂縫孔隙度平均為0.3%。裂縫傾角集中在5°～40°，主要發(fā)育形式為低角度裂縫，局部發(fā)育縫合線構(gòu)造，儲層類型以孔隙型及裂縫-孔隙型為主?；跀?shù)據(jù)統(tǒng)計、儲層的巖心分析得出，孔隙度平均為6.8%，滲透率平均為5.6×10-3μm2，為低孔低滲的儲層［19］，在裂縫溝通下，儲層性能較好。

2.2.1 儲層孔隙度的確定

2.2.1.1 總有效孔隙度

研究區(qū)儲集空間類型包括孔隙、洞穴和裂縫，利用測井解釋進行儲層指標定量評估就存在一定的限制。對此，需結(jié)合多技術搭建測井解釋模型，系統(tǒng)地評價孔洞、裂縫等儲層指標數(shù)據(jù)（見式（1））。

式中：?T為總有效孔隙度；?b為基質(zhì)孔隙度；?h為洞穴孔隙度；?f為裂縫孔隙度。

依據(jù)巖石體積物理模型理論［20］，利用任意2種孔隙度測井交會三角形法可分析除泥質(zhì)以外的地層總孔隙度和某2類礦物成分的相對體積。典型4類礦物——石英（C1）、石灰?guī)r（C2）、白云巖（C3）和硬石膏（C4）的POR點依次形成3個交會三角形（見圖3）。

結(jié)合交會圖，若解釋點處在圖3的具體三角形空間內(nèi)，則可以通過解交會三角形的算式方程，獲得解釋點對應地層總孔隙度指標和2類礦物成分的相對體積。為能夠便捷應用一致的計算方程對交會三角形予以解答，選擇具體方程組為

式中：Y 為縱坐標；X 為橫坐標；X1，X2，X3為水點、對應交會三角形的第1、第2種礦物骨架位置的橫坐標；Y1，Y2，Y3為水點、對應交會三角形的第 1、第 2種礦物骨架位置的縱坐標；V1，V2，V3為交會三角形解得的孔隙度及第1、第2種礦物成分的相對體積。

計算式（2），結(jié)合水點及4個骨架位置坐標，依次求解3個三角形的交會圖系數(shù)，同時甄別解釋點所處三角形位置之后，便可求得 V1，V2，V3。

2.2.1.2 利用聲波孔隙度曲線確定基質(zhì)孔隙度

聲波曲線反映不出洞穴孔隙度和裂縫孔隙度，只反映細小的基質(zhì)和原生孔隙度，不反映次生孔隙度，為此，用聲波孔隙度測井曲線可以計算出?b：

式中：Δtma為骨架指標，μs/m；Vsh為泥質(zhì)體積分數(shù)；Δtsh為泥質(zhì)指標，μs/m；Cp為欠壓實校正系數(shù)；D為深度，m；Δtf為流體參數(shù)，μs/m；Δt為補償聲波測井值，μs/m。

利用研究區(qū)巖心分析數(shù)據(jù)的孔隙度?與Δt建立交會圖版，確定 Δtma和 Δtf。

由式（3）、式（4）得出，Δtma，Δtf分別為 47.40，202.74 μs/m。

黏土礦物對計算儲層參數(shù)影響較大，所以泥質(zhì)體積分數(shù)校正是儲層參數(shù)計算前必須考慮的。碳酸鹽巖儲層通常選擇自然伽馬（GR）求取泥質(zhì)體積分數(shù)（Vsh）：

式中：GRmax為純石灰?guī)r或純泥巖GR最大值，API；GRmin為純石灰?guī)r或純泥巖的GR最小值，API；C為泥質(zhì)體積分數(shù)經(jīng)驗系數(shù)（一般老地層取2.0，新近系—古近系取 3.7）。

2.2.1.3 利用雙孔隙導電模型確定裂縫孔隙度

裂縫-孔隙型（RD＞RS）：

裂縫-孔隙型（RD＜RS）：

式中：Rmf為鉆井液濾液電阻率，Ω·m；RS為淺側(cè)向電阻率，Ω·m；RD為深側(cè)向電阻率，Ω·m；Rw為地層水電阻率，Ω·m；m為裂縫孔隙度指數(shù)。

孔洞縫彼此溝通，因此，裂縫孔隙度指數(shù)也包含溶洞孔隙度指數(shù)。結(jié)合相關經(jīng)驗，網(wǎng)狀裂縫孔隙度指數(shù)往往接近1，溶洞孔隙度指數(shù)則通常為2，一般選擇算數(shù)平均值為m，本次取m=1.5。

根據(jù)孔隙度成因，需要對次生孔隙度進行定量評價，次生孔隙度?2為

結(jié)合聲波、密度及中子測井資料分析，地層巖性指標見表 2、表3。

表2 巖石骨架參數(shù)

表3 流體參數(shù)

2.2.2 儲層滲透率的確定

五代之亂給北宋朝廷蒙上了一層陰影，上至君主，下至朝臣對當時人倫秩序失常記憶尤深，宋王朝在建立之初就面臨如何鞏固國家君主權(quán)威的問題。而新舊《五代史》在對待五代十國的態(tài)度上則一致尊五代抑十國，其蘊含的政治意圖被王夫之一語道破，“宋之得天下也不正，推柴氏以為所自受，因而溯之，許朱溫以代唐，而五代之名立焉?！薄?2〕（卷二八，P869）

2.2.2.1 利用基質(zhì)孔-滲關系計算基質(zhì)滲透率

碳酸鹽巖儲層具有3介質(zhì)特性，有雙重滲透率系統(tǒng)，彼此滲透率存在明顯的差別，對此分別開展計算。此次采用雙側(cè)向+中子-密度交會孔隙度的模型計算滲透率。

總滲透率K為

式中：Kb為基質(zhì)滲透率，10-3μm2；Kf為裂縫滲透率，10-3μm2。

利用巖心分析、常規(guī)孔隙度和滲透率資料，建立基質(zhì)孔-滲關系模型，搭建了研究區(qū)儲層基質(zhì)孔-滲關系。

利用基質(zhì)孔-滲關系擬合曲線，計算Kb：

2.2.2.2 計算裂縫滲透率

裂縫的固有滲透率Kif為

裂縫張開度b為

裂縫滲透率Kf為

本次研究，b 為 100 μm，Kif為 8 333×10-3μm2。裂縫本身固有的滲透率高，根據(jù)巖心碳酸鹽巖裂縫密度統(tǒng)計，基于經(jīng)驗公式，標定出裂縫線密度經(jīng)驗公式為

式中：df為裂縫線密度，條/m。

3 儲層裂縫發(fā)育段有效識別

本次研究運用裂縫指數(shù)曲線（FID）和深、淺電阻率裂縫指示曲線（RTRB，RTRI），并結(jié)合裂縫孔隙度的大小，綜合判定儲層裂縫發(fā)育段。

裂縫指數(shù)曲線法是利用構(gòu)造對裂縫的敏感響應參數(shù)來確定裂縫帶，但不同研究者使用的裂縫指數(shù)曲線存在很大的差異。本次研究在裂縫性儲層劃分時充分利用裂縫帶具有附加導電性的特點，明確了裂縫性地層導電性增強，即電阻率降低的特征。據(jù)上述機理，裂縫是否存在，可應用裂縫性地層電阻率值與具有相同孔隙度值的粒間孔隙地層的電阻率值存在差來定性識別，另外兩者之間存在的電阻率幅度差也可定量估算裂縫的發(fā)育程度。

3.1 裂縫指數(shù)曲線

RASMUS 模型（FID1）：

F/M 模型（FID2）：

式中：?為總孔隙度；?a為巖石基質(zhì)原生孔隙度；DFF為裂縫指示參數(shù)；a為巖性系數(shù)（本文取3.179 7）。

3.2 深淺電阻率裂縫

式中：RB為基巖電阻率，Ω·m。

按照上述方法，逐井進行裂縫識別和裂縫發(fā)育段的劃分 （見圖4），西莎氣田目的層共解釋裂縫發(fā)育7口井105段。

由西莎氣田內(nèi)單井裂縫發(fā)育段的分析得出，有效裂縫井段裂縫孔隙占總孔隙的3.51%，裂縫滲透率占總滲透率的67.11%。這說明裂縫對滲透率作用較大，對儲層物性起關鍵作用。分析含氣面積內(nèi)4口井裂縫發(fā)育情況，XV-1含氣層比XV-2含氣層裂縫較發(fā)育。XV-1小層Xisha-1井、Xisha-101井、Xisha-102井裂縫較為發(fā)育。Xisha-101井裂縫最發(fā)育，累計厚度達4.6 m，占該井地層厚度的19.4%。XV-2小層Xisha-1井、Xisha-101井裂縫發(fā)育，Xisha-101井裂縫最發(fā)育，發(fā)育累計厚度達19.1 m，占該井地層厚度的15.0%。

4 儲層識別刻畫

西莎氣田現(xiàn)有完鉆井少，且井位分布不均勻，儲層反演工作受到諸多條件限制，導致對儲層發(fā)育區(qū)認識不清。結(jié)合鄰近氣田鉆井信息，本次研究首次采用地震波形指示反演技術，開展有利儲層發(fā)育范圍預測研究。

4.1 模型框架建立與模型計算

本次研究框架模型的建立以基末利-堤塘階（J3km-t）頂、XV-1 頂、XV-2 頂、XVa頂、J1+2 頂?shù)慕忉寣訛榛A，在此框架模型的約束下，應用精確地震地質(zhì)標定結(jié)果，對該區(qū)所有井波阻抗曲線開展插值計算，得到研究區(qū)目的層波阻抗模型［21-23］。

4.2 譜模擬反演

研究區(qū)全部井提取目的層XV-1頂?shù)絁1+2頂波阻抗曲線的頻譜、地震數(shù)據(jù)頻譜，開展井頻譜與地震頻譜對比，求取校正參數(shù)，以此參數(shù)對地震數(shù)據(jù)進行波阻抗反演模擬，獲取相對波阻抗體［23-37］。該波阻抗體主要包含了地震資料的信息。

4.3 波形指示反演

以地震數(shù)據(jù)體和波阻抗曲線為基礎進行統(tǒng)計學計算，通過質(zhì)量控制對所選取的井進行最佳有效樣本數(shù)和最佳截止頻率的確定［24-26］。最佳有效樣本數(shù)和最佳頻率分析顯示：當樣本數(shù)大于等于3時，相關系數(shù)趨于穩(wěn)定；頻率大于150 Hz時，相關性趨于平穩(wěn)。所以，最理想的有效樣本數(shù)為3，最佳截止頻率為150 Hz。由于區(qū)塊儲層發(fā)育較薄，故選定300 Hz為最大截止頻率，以確保波形指示反演結(jié)果的可靠性。

4.4 反演體頻率域合并

以 0～10，10～58，58～300 Hz為低頻、中頻、高頻區(qū)間，選擇使用井資料插值、譜模擬反演、波形指示反演波阻抗體，結(jié)合優(yōu)勢頻段，分別把不同頻段的反演數(shù)據(jù)進行合并處理，最終取得反演波阻抗成果。

4.5 反演結(jié)果分析及儲層預測

通過波阻抗反演分析得出，各產(chǎn)層反演結(jié)果在井點處與井信息保持一致，波阻抗數(shù)據(jù)體縱向分辨率較高。XV-1小層、XV-2小層橫向呈層狀發(fā)育，XV-2小層相對XV-1厚度大，比XV-1小層發(fā)育穩(wěn)定，與地質(zhì)研究認識一致。波阻抗值的變化反映儲層橫向發(fā)育的強弱。研究認為，本次反演成果精度較高，能夠比較真實地反映儲層發(fā)育的真實規(guī)律。在反演波阻抗數(shù)據(jù)體上設定適宜的時窗，提取XV-1小層、XV-2小層波阻抗平面（見圖5）。

分析XV-1小層波阻抗平面圖發(fā)現(xiàn)，高波阻抗值主要分布在區(qū)塊東南角及西北角區(qū)域，而相對低波阻抗值分布在區(qū)塊西南及東北區(qū)域。這說明這些區(qū)域XV-1儲層比較發(fā)育。在區(qū)塊東南角Zhanubiy_Teqermen-1井與Xisha-102井之間存在明顯的高波阻抗值分布區(qū)且向西北方向延伸，說明在XV-1小層2井之間存在致密巖性帶，對氣水的分布起一定的封隔阻擋作用。由XV-2小層波阻抗平面圖得出，若干不等面積的高波阻抗值區(qū)為儲層欠發(fā)育區(qū)，其他大部分地區(qū)為低波阻抗值分布區(qū)，儲層比較發(fā)育。

5 結(jié)論

1）研究區(qū)巖心定名繁雜，本次研究將巖性定名按其特征歸納為4大類12種巖性。儲層巖性為顆粒灰?guī)r，包括白云質(zhì)灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r、藻粒灰?guī)r、微?；?guī)r、團塊灰?guī)r、團?；?guī)r，優(yōu)選IMP-GR圖版識別巖性，確定了適合本研究區(qū)的巖性劃分標準。

2）利用巖心分析及測井資料，搭建了碳酸鹽巖測井解釋數(shù)學模型，定量評估儲層孔隙度和滲透率指標。

3）利用裂縫指示曲線確定了有效裂縫發(fā)育井段。有效裂縫井段裂縫孔隙占總孔隙的3.51%，裂縫滲透率占總滲透率的67.11%，說明裂縫對孔隙度的影響比較小，而對滲透率的影響比較大。

4）波形指示波阻抗反演技術首次在本區(qū)應用，預測研究區(qū)儲層整體較為發(fā)育，XV-2小層較XV-1小層厚度大、連續(xù)性好。在研究區(qū)Zhanubiy_Teqermen-1井與Xisha-102井之間存在一個由東南向西北延伸的致密巖性帶，對氣水的分布起一定封隔阻擋作用。