碳酸盐岩缝洞型储层有效性评价新方法

时间：2024-09-03

田瀚,冯庆付,李昌,田明智,李文正,张豪,谷明峰

(1.中国石油杭州地质研究院,杭州浙江310023;2.中国石油勘探开发研究院四川盆地研究中心,成都四川610041)

0 引言

目前对储层有效性的判别方法多利用孔隙度—渗透率交会图法,通过划分孔隙度和渗透率下限确定产层和非产层,随着技术发展诞生了许多储层评价新方法[1-2]。李宁等[1]利用成像测井孔隙度分布谱来判断酸化压裂后的有效工业储层,在中国多个油田得到很好地应用;王亮等[3]利用斯通利波的反射和能量衰减程度评价裂缝性储层的有效性,在四川盆地龙岗地区取得较好效果;李军等[4-5]利用核磁共振测井在碳酸盐岩储层有效性评价中也进行了很好应用。这些新方法对测井资料要求较高,而且物性相对较好的储层才有明显效果。近年来,随着勘探程度不断提高,对储层品质要求放宽,导致仅依靠单一的孔隙度难以描述储层的有效性。参照四川盆地已有碳酸盐岩储层分类评价标准[6],对于Ⅱ、Ⅲ类储层,经常会出现储层有效性判断错误的现象:孔隙同样发育的储层,有的经过酸化压裂后可以达到工业产能,而有的则达不到工业产能,甚至为干层[7]。对于碳酸盐岩储层而言,孔隙结构的复杂程度是影响储层有效性的关键所在。本文从储层的微观孔隙结构和宏观特征2个方面入手,提出了一种新的针对缝洞型储层,利用胶结指数m和基质孔隙度占比建立的储层有效性评价的方法。

1 有效性评价方法

1.1 胶结指数m

储集岩孔隙结构是指岩石所具有的孔隙喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系[8-9]。目前对于孔隙结构的研究方法主要有压汞、CT扫描、核磁共振和岩电分析法等。其中,压汞和CT扫描主要针对单个岩石样品所进行的实验分析,是目前孔隙结构研究的重要手段之一,但是无法用于全井段的连续分析;核磁共振测井为连续分析储集岩孔隙结构提供了可能;岩电分析得到的孔隙结构指数能够反映孔隙喉道分布和连通特征[8],如对于均匀溶蚀的颗粒岩,由于其导电关系与碎屑岩相类似,m值近似为理论值2;对于成岩作用比较复杂的岩石,由于多重成岩作用的影响,使得原始沉积时形成的孔隙结构发生很大改变,导致岩石整体的导电关系变得复杂,此时,m值会大于2;而当裂缝发育时,由于裂缝是良好的导电通道,此时,m值小于2。如果能够快速得到连续准确的胶结指数m值,就可以为复杂孔隙结构的储层提供一种潜在的表征方法。

众多学者对胶结指数m进行过研究,提出了很多胶结指数m的计算方法,目前要以三孔隙度模型最为主流[10-14]。三孔隙度模型思想认为不同的孔隙空间对储层的导电性贡献不同。如孔洞型储层,当溶蚀孔洞连通性较差时,如发育粒内孔、铸膜孔和体腔孔,这些孤立孔洞的发育虽然能够显著增加储集空间,但是储层电阻率随孔隙度的变化不如孔隙型储层明显;裂缝型储层,裂缝虽然不能显著增加储集空间,但是对导电性能的改善显著,基于这种认识,学者们采用串并联思想考虑不同孔隙空间的导电作用。这种模型创新性地提出了一种胶结指数m的计算方法,同时也对胶结指数m的影响因素及变化规律进行深入分析。曾文冲[15]通过对大量岩心的实际测定发现,对于碳酸盐岩等非均质储层,即使在相同岩性和相同孔隙度、矿化度和含水饱和度条件下,m值也会有相当大的变化。Towle[16]在考虑孔隙几何形态的情况下,通过理论模型的推到认为,对于孔洞型储层,胶结指数m变化范围一般为2.67～7.3,而对于裂缝型储层,胶结指数m要小于2。正是由于碳酸盐岩储层非阿尔奇现象突出,利用三孔隙度模型计算的含水饱和度相对传统方法有明显的效果[16]。目前的三孔隙度模型考虑了孔隙空间类型及大小对储层的影响,却忽略了孔隙形态的作用,尤其是裂缝形态。对于碳酸盐岩储层而言,裂缝形态往往不是一成不变的。

裂缝倾角的变化只会在2种极端状态之间变化,即裂缝倾角为0°的水平裂缝和裂缝倾角为90°的垂直裂缝。假设电流水平流入地层,对于水平裂缝,由于电流流向与裂缝走向一致,地层整体电导率最大,而对于垂直裂缝,由于电流流向与裂缝走向相垂直,地层整体电导率最小[12]。结合成像测井所测量的裂缝倾角情况,就可以得到任意裂缝形态下,地层整体导电情况。本文通过严格理论推导,最终得到了全新的基于裂缝形态的多孔介质模型[见式(5)]。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中,φ为储层总孔隙度,由中子密度交会获得,小数;φ2为裂缝孔隙度,由深浅双侧向电阻率或成像测井获得,小数;φb为基质孔隙度,由声波测井获得,小数;φnc为储层孤立孔洞孔隙度,利用式(4)获得,小数;FH为水平裂缝情况下,混合体的地层因素值,无量纲;FV为垂直裂缝情况下,混合体的地层因素值,无量纲;θ为裂缝倾角,(°);mb为基质部分的胶结指数;m为缝洞型储层的胶结指数。

图2 利用模型计算的胶结指数m和ADT测量的m值非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

图1 胶结指数m与裂缝倾角的关系

为能进一步了解裂缝倾角对胶结指数m的影响,本文进行了一系列的数值模拟分析。假设储层裂缝孔隙度为1%,裂缝倾角分别为0°、30°、45°、60°、75°、80°和90°情况下,分析胶结指数m的变化情况,同时进一步假设储层在不发育裂缝时,其胶结指数m为理论值2.0(见图1)。从图1可见,当裂缝倾角较小时(小于60°),胶结指数m的确小于理论上没有裂缝时的情况,即m值小于2.0,但是随着裂缝倾角的增大,这种情况就开始发生变化,当裂缝倾角较大时,胶结指数m出现大于2.0的现象,也就是说裂缝并没有改善储层整体导电能力,这与人们认为裂缝一定会促进地层电流的流通相左,而且,随着裂缝倾角的逐渐增大,出现胶结指数m大于2.0时所要求的孔隙度下限值是逐渐降低的。

中国海相碳酸盐岩通常经历了多旋回构造运动的叠加和改造,具有年代古老、时间跨度大、埋藏深、成岩漫长的特点[18-19],储层物性相对国外的碳酸盐岩储层整体偏差。高石梯磨溪地区龙王庙组1515块岩心分析孔隙度统计表明,龙王庙组储层孔隙度集中分布于1.0%～5.0%,参照四川盆地已有的碳酸盐岩储层分类评价标准,储层整体以Ⅱ、Ⅲ为主。该区22口成像测井的裂缝倾角数据统计表明:研究区储层整体以发育高角度裂缝为主,裂缝倾角一般大于70°。基于前面的分析可知,在这种情况下,可能会出现裂缝对储层整体导电能力减弱的现象,因此为了能够得到准确的胶结指数m,有必要在实际研究中考虑裂缝倾角的影响。

新方法计算的胶结指数m值与斯伦贝谢公司ADT(Array Dielectric Tool)介电扫描测井测量的m值有很好的吻合性(见图2)。ADT介电测井最大的优势就是能够测量随地层深度变化的胶结指数m,从而为准确评价储层中含水饱和度提供可靠参数。而基于新方法所计算的结果与ADT测量值相一致,且基于得到的胶结指数m所计算的含水饱和度与岩心分析含水饱和度相吻合,说明计算结果可靠,同时在研究区其他取心井也得到验证。

1.2 基质孔隙度占比

图4 MX46井测井解释成果图

四川盆地下寒武统龙王庙组储层主要发育于内缓坡的颗粒滩微相(平均孔隙度5.03%),而滩间海(平均孔隙度0.89%)及潟湖(平均孔隙度为1.03%)等其他沉积微相区储层不发育,颗粒滩微相的主要岩石类型为颗粒碳酸盐岩,颗粒碳酸盐岩是形成优质储层的物质基础[20]。现今所见的粒间、晶间孔主要是在原始孔隙基础上经过后期成岩改造后保留下来的,也是龙王庙组主要的储集空间类型。基质孔隙主要反映储层原始物性情况,而声波测井孔隙度主要反映基块岩石孔隙度情况[21]。基质孔隙度占比是指基质孔隙部分占总孔隙空间的百分比。基质孔隙度由声波测井计算得到,其主要反映粒间、晶间孔隙所占的空间大小;而总孔隙度由中子密度交会得到,不仅包括基质部分,还包括因后期成岩作用所产生的裂缝和溶蚀孔洞。基质孔隙度占比相比纯粹的孔隙度,更能反映储层本身的好坏,而只采用基质孔隙度,由于其相对岩石真实孔隙度而言整体偏小,可能会导致部分产层段被认为是非储层。

针对储层段,认为基质孔隙度占比越大,反映储层原始物性越好;而基质孔隙度占比越小,则表明储层主要以后期溶蚀孔洞为主。对于均匀溶蚀孔,其在声波测井上是有反应的,这里将其归并到基质岩块孔隙中,从而利用基质孔隙度占比来间接反映储层的好坏。对研究区部分已钻井的单井基质孔隙度占比和测试产量进行了统计发现,对于基质孔隙度占比大的储层,常规的裸眼井测试,其储层段就有流体产出,而对于基质孔隙度占比小的储层,即使后期经过酸化压裂改造,最终产出也不尽如人意。

2 应用效果

依据上述思路,笔者针对高磨地区龙王庙组储层,利用胶结指数m和基质孔隙度占比这2个参数建立了相应的储层有效性评价图版(见图3)。该方法能够有效区分产层、差产层和干层,其中右下角为产层区,表现为胶结指数m值小,基质孔隙度占比大;而左上角为干层区,表现为胶结指数m值大,基质孔隙度占比小。

图3 储层有效性评价图版

胶结指数m和基质孔隙度占比这2个参数之所以能够有效表征储层的好坏,其实是有明确的物理意义。胶结指数m反映的是储层孔隙结构的分布及其连通程度,在储层物性一定的情况下,胶结指数m越小,说明储集空间彼此连通性好,后期酸化压裂油气更容易产出;胶结指数m越大,储集空间连通性差,储集空间彼此孤立,使得油气的排出难度更大。基质孔隙度占比主要反映的储层原始物性的好坏,由于龙王庙组储层是典型的相控型储层,原始物质基础的好坏间接反映了沉积相带的好坏。因此,可利用这2个参数从微观孔隙结构和宏观的储层特征两方面对储层进行表征。

图4为MX46井龙王庙组测井成果图,常规处理结果为4720～4755m段储层平均孔隙度3.8%,储层有效厚度27m,原始解释为气层,最终测试为干层。通过该方法重新评价后发现,基质孔隙度占比仅为35.03%,虽然测井计算的孔隙度较高,但是基质孔隙相对不发育,推测其孔隙空间主要是溶蚀孔洞或裂缝,而胶结指数m高达2.58,进一步推测这些储集空间发育孤立孔洞就是发育高角度裂缝,成像测井也证实了这一点。该点落入干层区,与试油结论相一致。