“地质+工程双指数”评价方法在束鹿凹陷致密碎屑岩中的应用

徐 婕 姜维寨 徐 皓 乔德民 佟汉林 窦 航 李毅逵 冷 冰 郭素杰

(中国石油渤海钻探第二录井公司)

0 引 言

束鹿凹陷位于渤海湾盆地冀中坳陷南部，是古生界基底上发育起来的单断箕状凹陷。2013年后，在该区先后钻探了ST 1H(P)井等3口致密油气探井，取得了较大突破，束鹿凹陷成为致密油气勘探领域的重要资源接替区。该区古近系沙河街组沙三下亚段地层为富有机质湖相碳酸盐岩沉积，发育大套泥灰岩和砾岩储集层，储集层具有致密、非均质性强等特点。过渡岩性复杂，类型多样，岩屑薄片镜下定名为灰质泥岩、泥灰岩、含砾泥灰岩、砾岩等，砾岩储集空间类型主要为裂缝-孔隙型，泥灰岩储集空间类型主要为孔隙-裂缝型，不同岩性储集层的含油气性差别较大；储集层物性取决于裂缝的发育程度，而泥灰岩和砾岩的脆性矿物均为白云石、方解石、石英和长石，因此通过XRD矿物分析技术评价储集层的脆性已不再适用[1]。基于上述原因，开展了束鹿凹陷沙三下亚段致密碎屑岩综合评价方法研究，结合试油数据，建立了“地质+工程双指数”图板，以及评价标准。

1 评价参数的优选

束鹿凹陷沙三下亚段致密油气储集层受有机质丰度、矿物含量、岩相岩性及含油气丰度等多重因素影响。为了更精准地评价储集层的流体性质，为压裂选层提供依据，评价参数不仅要考虑含油气性、物性，同时也要考虑制约压裂选层的工程方面的影响因素。因此主要选取地质参数和工程参数相结合的方式，进行致密碎屑岩储集层油气层的精准评价。

1.1 地质参数的确定

地质参数从含油气性和物性两个方面考虑。含油气性主要选取了气测的全烃和热解分析的热解烃总量。全烃是录井唯一一条连续的曲线，纵向上能够实时反映地层的含油气性信息；热解烃总量是热解的重要参数之一，反映储集层的含油气丰度。本文选取这两个参数进行含油气性的评价。

物性主要参考测井的孔隙度。前文提到束鹿凹陷沙三下亚段为砾岩体以及泥灰岩两种储集层，储集空间类型不同，砾岩主要为裂缝-孔隙型，泥灰岩主要为孔隙-裂缝型，即两者均有裂缝发育也有孔隙发育，而孔隙是否发育可以从电测的孔隙度数值得知，且孔隙度越大证明孔隙越发育，物性越好。

1.2 工程参数的确定

束鹿凹陷沙三下亚段岩性主要为泥灰岩和砾岩体，对于该套致密储集层，脆性、可钻性程度决定了压裂效果的好坏。脆性评价是利用脆性指数，可钻性评价主要是选取随钻工程参数进行可钻性指数计算。

脆性指数的计算一般包括两种：一种是矿物成分法计算，通过选取敏感矿物，从而计算脆性指数；另一种是利用岩石力学计算脆性指数。由于束鹿凹陷沙三下亚段为砾岩体以及泥灰岩两种储集层，其矿物成分非常相似，主要矿物均为方解石和白云石(其中方解石含量最多)，二者含量之和占总矿物成分的80%以上，还有少量的黏土矿物、石英、长石等，因此常规矿物成分计算脆性指数已经不再适用。本文尝试考虑用岩石力学计算脆性指数，也就是通过测井阵列声波测得杨氏模量和泊松比来计算脆性指数，同时可以为压裂选层提供理论支撑[2-5]。

可钻性指数，是通过综合录井参数dc指数演化派生形成的，用来评价泥灰岩和砾岩储集层中裂缝是否发育。然而在实际钻井过程中，钻头磨损程度对dc指数也具有一定的影响[6]，当钻头新度系数较高时，钻时较低，随着钻头新度系数降低，钻时会不断升高，这种变化并非由地层的真实可钻性引起，而是由钻头新度系数的变化引起。在岩石矿物组成差异不大的前提下，储集层物性越好可钻性就越好。为消除钻头磨损的影响，在dc指数公式中引入钻头磨损系数，将原dc指数进行优化，演变为dcz指数公式。

式中：B为钻头磨损系数；n为转盘转速，r/min;t为钻时，min/m；W为钻压，kN；D为钻头直径，mm；ρw为地层水密度，g/cm3；ρce为循环当量钻井液密度，g/cm3。

当求取储集层指数后，需要分井段选取储集层指数趋势线，即dcn，为方便数据的读取，选取dcn与dcz之差作为储集层品质指数(Kz)。

Kz=dcn-dcz

在实际应用中，主要取储集层品质指数在0～1范围内的数值进行重点分析，其值越大代表物性越好，越小说明物性越差；通过区域大量数据进行分析统计，储集层品质指数的分级结果可以将储集层段物性划分为优、良、中、差4个级别(表1)。

储集层品质指数基于dc指数演化而来，将钻时、钻压、转盘转速、钻头直径、钻井液密度及钻头磨损程度这些会影响反映地层可钻性的工程参数均考虑在内，最大程度消除了影响，更能客观准确反映地层物性，实现了储集层评价定量化。

表1 储集层品质指数物性分级

工程参数里最后一个参数就是白云石的含量。通过调研前人的研究文献[2]可知，砾岩及砂岩中白云石含量为12%～73%，平均 35.6%；细粒岩中白云石含量为 3%～56%。从扫描电镜照片来看(图1)，白云石周围暗色为方解石。从放大的白云石部分可以看到明显的孔隙发育，而周围的方解石则没有明显的孔隙发育，表明白云石比方解石孔隙更为发育。另外，从统计的白云石含量和孔隙度交会图上可以看出(图2)，孔隙度随着白云石含量的增大而增大，可见白云石含量和孔隙度呈明显的正相关性。对于裂缝型储集层，白云石越多越利于压裂改造，所以白云石含量的多少是压裂选层改造不可缺少的重要参数之一[1]。

图1 扫描电镜照片

图2 白云石含量与孔隙度交会图

综上，最终确定了全烃(Tg)、热解烃总量(Pg)、孔隙度(φ)以及白云石含量(Wdo)、脆性指数(C)、储集层品质指数(Kz)6个参数。

2 关联分析求取参数权重

权重系数是某一评价因素在决定总体特征时所占有的重要性程度，权重确定的合理性直接关系到评价结果的可靠性，这是油气层解释评价的一个无法回避的重要难题。在储集层流体性质评价中，各参数对解释评价结果的影响主要体现在两个方面：一是评价者对各指标的重视程度不同；二是指标本身在评价过程中传递给被评判体的信息量不同。各指标的权重大小可以反映用该指标单独评价结果的准确程度，并能反映所选指标的实用性及合理性。因此，合理确定评价指标的权重系数，客观反映其在综合评价中的重要性，是提高解释符合率的有效途径。

针对束鹿凹陷沙三下亚段砾岩体，通过收集区域ST 1H(P)、ST 2X、ST 3井的全烃、孔隙度、测井的脆性指数、白云石含量以及计算得到的储集层品质指数，进而利用灰色关联分析通过求取关联度得到各参数的权重系数[7]。

(1)关联度计算：关联度分析实质上是将系列数据进行几何关系比较，两数列的关联度以各层比较数列与参考数列的关联系数之平均值计算。

式中：ri为子因素与主因素之间的关联度；N为层数。

由公式可以看出，关联度为一有界值，范围在0到1之间，子因素与主因素之间的关联度越接近于1，表明它们之间的关系越紧密，即该子因素对主因素的影响越大。

(2)权重系数计算：将所有比较数列与参考数列之间的关联度求和，用每个比较数列与参考数列之间的关联度除以该值，经归一化分别求出各个数列的权重系数。

式中：ai为权重系数；M为评价指标个数。

3 双指数评价方法的建立

通过SPSS软件将优选出的6项参数数据采用灰色关联分析法求取关联度和权重系数，最终得到地质指数和工程指数的计算公式。

I工程=0.432Wdo+0.297C+0.271Kz

I地质=0.417Tg+0.307Pg+0.276φ

将地质指数作为横坐标，将工程指数作为纵坐标，通过收集ST 1H(P)、ST 2X、ST 3井的试油及基础数据建立了“地质+工程双指数”评价图板(图3)，图中油气层(油层)、差油气层(差油层、差气层)、干层之间的分区明显，说明该评价方法具有较高的可行性，在此基础上建立了相应的评价标准(表2)。

图3 地质+工程双指数评价图板

表2 “地质+工程双指数”评价标准

4 应用实例

2019年新钻的J 67X井构造位置为冀中坳陷束鹿凹陷台家庄构造带。钻探目的为预探J 67X井沙三下亚段砾岩体和奥陶系潜山的含油气情况。

该井3 964～4 019 m井段，岩性为杂色荧光角砾岩，井壁取心共7颗，其中见2颗油迹显示，1颗荧光显示，其他无显示；气测全烃3.072%～96.274%，烃组分齐全，C169.97%～76.52%；岩石热解TPI0.035～0.617，Pg0.27～33.27 mg/g；孔隙度1.3%～9.2%；定量荧光含油当量3.97～32.62 mg/L。综合解释为油层、差油层(图4)。

图4 J 67X井综合录井图

16号层工程指数为17.5，地质指数为41.02；17号层工程指数为13.52，地质指数为39.8；18号层工程指数为14.51，地质指数为33.2。在评价图板上分别落在了油气层区和差油气层区(图3)。经过试油证实，4 007～4 048 m井段压裂，获得日产16.35 m3的工业油流。

5 结 论

通过束鹿凹陷沙三下亚段致密碎屑岩综合评价方法研究，确认该区沙三下亚段致密油气储集层受有机质丰度、矿物含量、岩相岩性及含油气丰度等多重因素影响，在综合确定储集层流体性质及改造井段优选方面，应充分考虑含油气性、物性、脆性等方面因素。因此采用地质、工程相结合的途径，创新形成了束鹿凹陷砾岩体致密储集层“地质+工程双指数”综合评价方法。

该方法有效地将含油气性、物性、脆性以及可压裂性结合在一起，从而使评价更客观、更全面、更精准，可为勘探试油选层和试油工艺的优选提供有利的参考依据。建议在具有相似地质条件的其他区块推广使用，以期获得更好的油气勘探开发效果。