塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙特征刻畫(huà)

成鎖，簡(jiǎn)世凱，3，譚楊，竇齊豐，劉云祥

（1.中國(guó)石油塔里木油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000；2.中國(guó)石油超深層復(fù)雜油氣藏勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)研發(fā)中心，新疆 庫(kù)爾勒 841000；3.深層油氣全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)石油大學(xué)（華東）），山東 青島 266580；4.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430000）

0 引言

塔里木盆地近40%的石油和天然氣儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)于碳酸鹽巖儲(chǔ)層， 其中塔北-塔中地區(qū)是重要的勘探地區(qū)。奧陶系良里塔格組、一間房組和鷹山組為重要的勘探層系。在多期次的構(gòu)造和巖溶作用的疊加下，形成了具有基質(zhì)孔隙、 溶蝕孔隙及裂縫等不同孔隙類(lèi)型的碳酸鹽巖儲(chǔ)層［1-4］。 這些地質(zhì)特征，尤其孔隙結(jié)構(gòu)的變化引起復(fù)雜的孔隙度與地震波速度的關(guān)系， 給地震表征儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型造成很大挑戰(zhàn)。 表征儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型變化的巖石物理模型較多， 如最早的Wood 公式， 其對(duì)淺層、弱成巖高孔隙度碎屑巖儲(chǔ)層的孔隙度-地震波速度關(guān)系刻畫(huà)效果較好，可反映單一粒間孔的孔隙類(lèi)型［5］。目前最常用的是威利公式刻畫(huà)速度-孔隙度關(guān)系，進(jìn)而刻畫(huà)孔隙類(lèi)型，且該模型對(duì)淺—中埋深地層、巖性較純的砂巖儲(chǔ)層晶間孔的刻畫(huà)效果比較好［5］。 為了刻畫(huà)復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層，Robert 等［6］對(duì)威利公式進(jìn)行了修改，修改的威利公式對(duì)粒內(nèi)孔、 晶間孔及裂縫等3 種孔隙類(lèi)型進(jìn)行刻畫(huà)， 在碎屑巖儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型刻畫(huà)中取得了一定的效果［7］。

上述3 種方法都是針對(duì)比較單一、 巖性較純的碎屑巖孔隙類(lèi)型的刻畫(huà)，沒(méi)有針對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層。通過(guò)對(duì)Biot 理論模型進(jìn)行修改和延展，Saleh 等［7-8］提出了一個(gè)新的巖石物理模型， 在該模型中孔構(gòu)參數(shù)被引入來(lái)表征孔隙類(lèi)型的變化，該參數(shù)是縱波速度、橫波速度及密度等地震彈性參數(shù)的函數(shù)， 該模型為碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型表征的巖石物理模型， 并在巖心尺度得到應(yīng)用和驗(yàn)證［5］。 在Sun 等研究的基礎(chǔ)上，Dou 等［9-11］在測(cè)井尺度實(shí)現(xiàn)了孔構(gòu)參數(shù)的反演， 并在美國(guó)二疊系盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)變化刻畫(huà)中得到很好的應(yīng)用，將該模型從數(shù)學(xué)模型建立到實(shí)際應(yīng)用推進(jìn)了一步。

塔里木盆地縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦物成分、 孔隙類(lèi)型復(fù)雜多樣，導(dǎo)致其體積-剪切模量與孔隙度交會(huì)圖十分發(fā)散，即其體積-剪切模量在孔隙度恒定時(shí)，體積-剪切模量存在較大差異， 傳統(tǒng)的巖石物理模型不能準(zhǔn)確刻畫(huà)二者之間的關(guān)系［12-21］。 因此，基于研究區(qū)大量的常規(guī)測(cè)井、偶極聲波測(cè)井、成像測(cè)井及巖心分析數(shù)據(jù)，本次研究利用Sun 巖石物理模型對(duì)研究區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的孔隙類(lèi)型、溶洞直徑、溶洞充填程度、溶洞面孔率及裂縫進(jìn)行表征， 為研究區(qū)復(fù)雜縫洞體優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

1 方法原理

地震波在地層中傳播的速度是油藏地球物理中重點(diǎn)研究的一個(gè)參數(shù)， 它是連接油藏參數(shù)和巖石聲學(xué)特征的橋梁。 Sun 巖石物理模型是目前進(jìn)行儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型變化表征的定量模型之一， 相對(duì)于常規(guī)的巖石物理模型能較好地定量表征碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型變化，該模型中孔構(gòu)參數(shù)相對(duì)獨(dú)立于孔隙度參數(shù)， 同時(shí)表征在孔隙度不變的條件下縱波速度、橫波速度的變化，進(jìn)而表征孔喉半徑及孔隙的形態(tài)變化。 該模型可簡(jiǎn)化為

式中：vp，vs分別為縱、橫波波速；ρ 為體積密度；K，μ 分別為體積模量和剪切模量；ρs為固體基質(zhì)的密度；Ks為體積模量；ρf為流體密度；Kf為流體體積模量；? 為孔隙度；?k為孔隙彈性參數(shù)；f，γ，fu，γu分別為骨架剛度和柔度的不同參數(shù)。

式（6）中γ 不僅獨(dú)立于孔隙度大小，而且跟孔隙的形態(tài)有關(guān)。 理論上，γ 是孔隙長(zhǎng)短軸的比值，即圓的孔隙γ 低，扁的孔隙γ 高，線(xiàn)狀的裂縫γ 值最高。 因此，這個(gè)孔隙彈性理論模型在巖心和測(cè)井尺度可以很好表征儲(chǔ)層內(nèi)部不同孔隙結(jié)構(gòu)類(lèi)型的變化及孔隙間的連通性。 因?yàn)樗强v波速度、橫波速度及密度的函數(shù)，可以將儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型的變化和地球物理彈性參數(shù)聯(lián)系起來(lái)，達(dá)到地震反演的目的。測(cè)井尺度的孔構(gòu)參數(shù)γ 的計(jì)算式為

2 實(shí)例分析

2.1 成像測(cè)井二次處理及解釋

對(duì)于溶蝕及裂縫油氣藏， 成像測(cè)井是計(jì)算與評(píng)價(jià)其定量評(píng)價(jià)參數(shù)的有效手段之一。 通過(guò)對(duì)成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的處理，首先得到了孔洞儲(chǔ)層的孔洞數(shù)量、直徑、面孔率，裂縫儲(chǔ)層長(zhǎng)度、寬度、孔隙度等定量參數(shù)，這些是利用Sun 巖石物理模型進(jìn)行孔隙類(lèi)型表征的重要數(shù)據(jù)。 本次研究利用電阻率成像測(cè)井， 測(cè)井儀器記錄的150 條微電阻率曲線(xiàn)為陣列數(shù)據(jù)。 首先，這些陣列數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理（具體包括深度校正、加速度校正、均衡處理等）， 就把全部微電阻率值進(jìn)行了灰度或彩色刻度，將每個(gè)電極的每個(gè)采樣點(diǎn)電阻率變成一個(gè)色元；然后，采用色板（通常的色板為黑—棕—黃—白，暗色代表低電阻率，淺色或亮色代表高電阻率）進(jìn)行配色，形成彩色圖像，圖像顏色代表所測(cè)地層電阻率的高低。利用圖像色彩變化將電阻率的高低轉(zhuǎn)化為地層特征變化的地質(zhì)信息，即根據(jù)地層電阻率的變化，來(lái)進(jìn)行裂縫、孔洞發(fā)育程度及孔洞充填等的定量和定性解釋。 圖1 為研究區(qū)內(nèi)A 井成像測(cè)井二次處理解釋結(jié)果。

圖1 研究區(qū)A 井裂縫段成像測(cè)井二次處理解釋成果Fig.1 Interpretation result of imaging logging secondary processing of fracture sections of Well A in study area

由圖1 可以看出：在6 177 m 時(shí)裂縫最為發(fā)育。 裂縫長(zhǎng)度為17 m，裂縫密度為2 條/m，裂縫寬度為0.017 mm，裂縫孔隙度為0.025，在該深度都達(dá)到最大。

2.2 Sun 巖石物理模型儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

由于孔隙類(lèi)型及巖相等地質(zhì)因素影響， 地震波速度與地層孔隙度表現(xiàn)出十分復(fù)雜的關(guān)系。 由研究區(qū)A井的孔隙度和縱波速度的相關(guān)研究可知， 隨孔隙度的增大，縱波速度在降低。這與威利公式里刻畫(huà)的孔隙度與縱波速度的關(guān)系一致。但在孔隙度不變的情況下，縱波速度表現(xiàn)出很大的變化。 如孔隙度為8%左右的樣品，縱波速度變化范圍為3 900～5 900 m/s。這種恒定孔隙度下速度的差異是受不同地區(qū)地質(zhì)因素的影響造成的。 地質(zhì)因素主要為礦物組分、巖性及孔隙類(lèi)型等。 本次研究綜合巖心分析數(shù)據(jù)及成像測(cè)井二次定量解釋結(jié)果， 利用Sun 巖石物理模型反演孔構(gòu)參數(shù)分析孔隙類(lèi)型、溶洞特征及裂縫的變化。

成像結(jié)果分析表明， 孔構(gòu)參數(shù)大于7 的層段基本是泥質(zhì)充填的孔洞（見(jiàn)圖2）。 圖2a 是縱波速度和孔隙度的交會(huì)圖， 粉色框內(nèi)的點(diǎn)是孔構(gòu)參數(shù)在7 以上的層段。 分析這些數(shù)據(jù)點(diǎn)在FMI 上的特征可以得出，該段為溶蝕孔洞段，孔洞內(nèi)有片狀的泥質(zhì)條帶分布，溶蝕孔隙雖然規(guī)模很大，但都被泥質(zhì)充填，為無(wú)效孔隙。 這說(shuō)明溶蝕孔隙儲(chǔ)層內(nèi)，模型中高孔構(gòu)參數(shù)反映的是溶蝕、充填的孔隙類(lèi)型。

圖2 測(cè)井孔隙度-縱波速度交會(huì)圖及成像特征Fig.2 Well logging porosity-P-wave velocity crossplot and image characteristics

孔構(gòu)參數(shù)小于5 的樣品， 推測(cè)溶洞直徑在70 mm以上，溶洞面孔率在0.15 以上。

孔構(gòu)參數(shù)在5～6 的樣品，孔隙度在10%～15%。 根據(jù)成像測(cè)井解釋?zhuān)_定其為半充填、弱充填溶洞，孔洞數(shù)量平均為15 個(gè)， 最大可達(dá)25 個(gè)， 最大溶洞直徑約160 mm，平均在80 mm，成像面孔率最大達(dá)0.6，平均在0.15。 這說(shuō)明該段溶洞比較發(fā)育，具體成像見(jiàn)圖3。

圖3 孔隙度-縱波速度交會(huì)圖及孔構(gòu)參數(shù)5～6 段的成像處理特征Fig.3 Porosity-P-wave velocity crossplot and image processing characteristics of 5-6 structure parameter sections

孔構(gòu)參數(shù)在6～7 的樣品， 孔隙度在4.5%～10.0%。根據(jù)成像測(cè)井，確定其為半充填溶洞，且其規(guī)模發(fā)育中等偏小，孔洞數(shù)量平均為4 個(gè)，最大可達(dá)15 個(gè)，最大溶洞直徑約為70 mm，均值在15 mm，最大成像面孔率約為0.05，平均在0.025。相對(duì)于孔構(gòu)參數(shù)大于7 的層段，孔構(gòu)參數(shù)在6～7 的層段是溶蝕孔洞相對(duì)發(fā)育較弱的溶洞段（見(jiàn)圖4）。

圖4 孔構(gòu)參數(shù)6～7 段的成像處理特征Fig.4 Image processing characteristics of 6-7 structure parameter sections

對(duì)于具有高孔隙度的溶洞型儲(chǔ)層， 孔構(gòu)參數(shù)可以 刻畫(huà)溶洞發(fā)育的規(guī)模。 孔隙度2.0%～4.5%的基質(zhì)孔隙段，孔構(gòu)參數(shù)基本在7 以上，隨著其增大，孔隙類(lèi)型從晶間孔變化到微晶孔， 儲(chǔ)層變得更致密； 孔隙度小于2%、孔構(gòu)參數(shù)大于12 的層段，表現(xiàn)為裂縫特征。 最終解釋圖版見(jiàn)圖5。

圖5 孔隙類(lèi)型及溶洞大小孔構(gòu)參數(shù)解釋圖版Fig.5 Interpretation chart of pore type,vug size and pore structure parameter

3 結(jié)論

1） 針對(duì)塔里木奧陶系具有復(fù)雜的孔隙類(lèi)型的儲(chǔ)層，本文提出的基于Sun 巖石物理模型表征方法，基本達(dá)到在溶蝕孔隙、 基質(zhì)孔隙及裂縫段的溶蝕孔徑尺度及充填程度、孔隙類(lèi)型表征的目的。

2）對(duì)于孔隙度大于4.5%的溶蝕孔隙，在孔構(gòu)參數(shù)大于7 的樣品，基本為泥質(zhì)充填的孔隙。 對(duì)于弱充填、半充填或未充填的溶蝕孔， 孔構(gòu)參數(shù)能達(dá)到表征溶蝕孔隙半徑、面孔率的目的，即隨著孔構(gòu)參數(shù)的降低，面孔率及溶蝕孔隙半徑增大，溶蝕儲(chǔ)層的質(zhì)量變好。對(duì)于孔隙度2.0%～4.5%基質(zhì)孔隙， 孔構(gòu)參數(shù)也能表征孔隙類(lèi)型的變化，即孔構(gòu)參數(shù)增大，孔隙類(lèi)型具有從晶間孔到晶間微孔及微裂縫的發(fā)育特征。 裂縫基本發(fā)育于孔隙度小于2% 的非儲(chǔ)層段， 表現(xiàn)為低速及高孔構(gòu)參數(shù)的特征。

3）本文的研究成果對(duì)類(lèi)似區(qū)儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型的刻畫(huà)有一定的指導(dǎo)意義。 雖然該模型一定程度實(shí)現(xiàn)了孔隙類(lèi)型的刻畫(huà)，但沒(méi)有考慮各向異性，對(duì)裂縫的刻畫(huà)需要進(jìn)行深入的研究。