復雜砂礫巖儲集體巖相特征及識別技術(shù)——以川西北地區(qū)為例

蔣裕強 張 春 張本健 徐昌海 王 猛 房 龍 胡朝陽

1．西南石油大學資源與環(huán)境學院 2．中國石油西南油氣田公司川西北氣礦 3．中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

川西北地區(qū)位于四川盆地西北部，地處廣元、綿陽市境內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造位于川西北古中坳陷低緩構(gòu)造區(qū)，北鄰龍門山—大巴山臺緣坳陷，東南與八角場構(gòu)造相鄰。該區(qū)砂礫巖儲層具有4大特點：①巖礦種類多、成分和結(jié)構(gòu)復雜，成分為復成分，包括碳酸鹽巖、石英砂巖、石英巖、泥巖及硅質(zhì)巖，結(jié)構(gòu)不一，有粗礫、中礫及細礫；②巖石類型多，包括礫巖、砂質(zhì)礫巖、礫質(zhì)砂巖、含礫砂巖及砂巖；③不同巖類儲集空間差異大，以碳酸鹽巖礫為主的砂礫巖儲集空間發(fā)育礫內(nèi)、礫間溶孔及微裂縫，以石英砂巖礫為主的砂礫巖儲集空間發(fā)育礫內(nèi)原生孔、礫內(nèi)及礫間溶孔、裂縫及溶蝕孔洞；④砂礫巖體連片分布，且橫向具可對比性，但由于總體孔隙欠發(fā)育，造成儲層并非大面積連片分布，橫向追蹤困難，儲層非均質(zhì)性極強。

針對該區(qū)砂礫巖儲層的幾大特點（亦是難點），筆者經(jīng)過野外踏勘，結(jié)合室內(nèi)大量的巖心分析化驗資料，以準確識別砂礫巖儲層為切入點，以劍閣、九龍山、白龍場、柘壩場及文興場等地區(qū)為研究重點，以上三疊統(tǒng)須家河組三段—下侏羅統(tǒng)珍珠沖段為目標層段，在深入分析砂礫巖巖相與測井曲線響應特征對應關(guān)系的基礎(chǔ)上，采用多參數(shù)交會法和多元統(tǒng)計法劃分不同的砂礫巖相，為下一步沉積相研究及儲層參數(shù)模型的建立提供堅實的地質(zhì)依據(jù)。

1 砂礫巖儲層巖電特征

1．1 基本地質(zhì)特征

根據(jù)野外踏勘、巖心觀察及薄片鑒定，該區(qū)巖石類型包括礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、煤及多種過渡巖類等。有效儲集層為礫巖、砂質(zhì)礫巖、含礫砂巖、礫質(zhì)砂巖、粗—細砂巖及泥質(zhì)砂巖。

砂礫巖儲層發(fā)育于須三、須四段及珍珠沖段。須三、須四段主要發(fā)育辮狀河道砂礫巖儲集體［1－4］，礫石成分有碳酸鹽巖、泥巖及硅質(zhì)巖，以碳酸鹽巖為主（超過95%），分選中等，呈次棱角—次圓狀；儲集空間包括礫內(nèi)及礫間溶孔、微裂縫；儲層物性具低孔（孔隙度介于0．05%～10．18%，平均為2．15%）、低滲（滲透率介于0．000 9～16．6mD，平均為0．27mD）、非均質(zhì)性極強的特征。

珍珠沖段主要發(fā)育扇三角洲砂礫巖儲集體，礫石成分有石英砂巖、石英巖、粉砂巖、泥巖、硅質(zhì)巖及碳酸鹽巖，以石英砂巖為主（超過90%），分選中等—好，呈次棱角—次圓狀；儲集空間包括礫內(nèi)原生孔、礫內(nèi)及礫間溶孔、裂縫及溶蝕孔洞；儲層具低孔（孔隙度介于1．21%～5．69%，平均為2．69%）、低—中滲（垂直滲透率介于0．000 029～25．23mD，平均為2．72mD，水平滲透率介于0．001 2～517．89mD，平均為4．91 mD）、非均質(zhì)性極強的特征。

1．2 巖相特征

巖相是以巖石結(jié)構(gòu)特征為主來反映各微相砂體形成過程的古水動力條件［5－6］。在復雜巖性儲集層中，由于巖相的不同，可以導致孔隙度和滲透率存在較大差異，滲透率可達到2個數(shù)量級［7－9］。因此，對復雜巖性儲集層的巖相劃分顯得十分重要。

根據(jù)巖石成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和顆粒間的接觸關(guān)系，考慮巖石物性差異，將巖石分為礫巖相、砂巖相、粉砂巖相和泥巖相。由于不同礫巖相中物性差異很大。因此，進一步將礫巖相細分為顆粒支撐礫巖相、雜基支撐礫巖相及混合支撐礫巖相。

顆粒支撐礫巖相：由多級顆粒支撐，礫級為中—細礫，礫巖具顯著的“二元結(jié)構(gòu)”，其一為礫石，按礫石成分可分為碳酸鹽巖礫、石英礫、石英砂巖礫、燧石礫、泥巖礫、粉砂巖礫；其二為礫間充填物，有粗砂、中砂、細砂、粉砂及泥質(zhì)。當?shù)[巖的礫石成分為石英砂巖或含生屑的硅質(zhì)時，礫巖段發(fā)育的礫內(nèi)溶蝕孔及礫內(nèi)裂縫，構(gòu)成區(qū)內(nèi)主要儲集空間；當?shù)[巖的礫石成分為碳酸鹽巖時，裂縫較為發(fā)育。此外，礫間充填的砂部分發(fā)育長石高嶺石化溶蝕孔，亦成為該巖類的有效儲集空間。

雜基支撐礫巖相：礫石的分選性差，無定向排列，礫石雜亂地隨機分布，呈漂浮狀分布于泥質(zhì)、粉砂質(zhì)雜基中，多為泥質(zhì)支撐，雜基含量較多，雜基堵塞孔隙，物性差。

混合支撐礫巖相：為顆粒支撐、雜基支撐礫巖相的過渡類型，發(fā)育礫內(nèi)、礫間溶孔，物性較好，成為區(qū)內(nèi)有效儲集巖之一。

砂巖相：包括粗—細砂巖、含礫砂巖和礫質(zhì)砂巖等。碎屑組分以碳酸鹽巖巖屑為主（超過80%），成分成熟度差—中等，結(jié)構(gòu)成熟度中等，分選和磨圓中等，多呈次棱—次圓狀。顆粒支撐，顆粒間以點、線接觸為主，膠結(jié)類型一般為連晶膠結(jié)，粒間充填自生石英、次生石英、無鐵方解石、鐵方解石、泥質(zhì)及黏土礦物。發(fā)育少量巖屑粒內(nèi)、粒間溶孔，具備一定的儲集能力。

粉砂巖相：包括粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及鈣質(zhì)粉砂巖，鈣質(zhì)粉砂巖常見，一般物性較低，不具備產(chǎn)能。

泥巖相：包括泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)泥巖和含礫泥巖等，一般不具備儲集能力。

1．3 電性特征

根據(jù)9口井的巖心資料，分析不同巖相對應測井曲線的響應特征，建立巖相與測井相的關(guān)系（表1）。

表1 各種巖相測井響應特征表

1．3．1 顆粒支撐礫巖

常規(guī)測井曲線特征表現(xiàn)為：低伽馬、高電阻率、低聲波時差、低中子和高密度，深、淺雙側(cè)向電阻率（以下簡稱深、淺雙側(cè)向）有差異，伽馬和電阻率曲線呈箱形微齒。成像測井特征表現(xiàn)為亮色斑點狀，顆粒清晰可辨，色淺，儲層段可見不規(guī)則裂縫。

1．3．2 雜基支撐礫巖

測井響應特征表現(xiàn)為：較低伽馬、較高電阻率、低聲波時差、低中子、較高密度，深、淺雙側(cè)向無差異，電阻率曲線呈齒化變化。

1．3．3 混合支撐礫巖

填隙物含量復雜，雜基分布不均勻，使得測井曲線特征復雜化，測井曲線響應特征常介于顆粒和雜基支撐礫巖相之間。

1．3．4 砂巖相

常規(guī)測井曲線響應特征表現(xiàn)為：較低伽馬、較低密度、中等電阻率及較高聲波時差，深、淺雙側(cè)向有差異，含鈣質(zhì)時電阻率更高。成像測井特征表現(xiàn)為層內(nèi)巖性均勻，顏色中淺。

1．3．5 粉砂巖相

測井響應特征表現(xiàn)為：較高伽馬、較高電阻率、較高密度和低聲波時差、低中子，深、淺雙側(cè)向有差異。

1．3．6 泥巖相

測井響應特征表現(xiàn)為：高伽馬、低電阻率、較高密度、高中子和較高聲波時差，深、淺雙側(cè)向無差異，富含炭屑時聲波時差更高。成像測井上表現(xiàn)為色較深，均勻，可見層理，易于識別。

此外，據(jù)礫石組分的差異，碳酸鹽巖礫與石英砂巖礫相比，一般自然伽馬、中子及聲波時差偏低，密度和電阻率偏高。因礫石結(jié)構(gòu)的不同，粗礫巖與中、細礫巖相比，一般自然伽馬偏高，電阻率偏低，深、淺雙側(cè)向基本無差異。

2 巖相識別技術(shù)

考慮到該區(qū)砂礫巖礦物種類多、成分復雜，既有碳酸鹽巖，又有碎屑巖組分這一特征，很難利用單一測井曲線或一種方法準確識別各類巖相。從實際資料情況出發(fā)，采用多條測井曲線綜合運用和多種分析方法相結(jié)合劃分巖相。

2．1 多種測井響應交會法

多種測井響應交會法［10］是通過做二維參數(shù)交會圖來劃分巖相。根據(jù)巖心劃分的巖相對應測井曲線的測井特征值，做2種參數(shù)的交會圖。選取GR、AC、CNL、DEN、RT等5條敏感測井曲線，建立自然伽馬與深側(cè)向電阻率、聲波時差與深側(cè)向電阻率、中子與深側(cè)向電阻率、中子與密度交會圖識別巖相（圖1、2）。

由圖1、2綜合來看，GR—RT、CNL—RT圖版的識別效果較好，DEN—CNL、RT—AC圖版次之。礫巖與砂巖、泥巖易于區(qū)別，但不同礫巖相之間界限不甚明顯。分析認為，這是由于礫巖非均質(zhì)性強，使得測井參數(shù)之間并非呈簡單的線性關(guān)系，而是呈受多參數(shù)影響的非線性關(guān)系。

圖1 巖相劃分GR—RT交會圖

圖2 巖相劃分CNL—RT交會圖

2．2 多元統(tǒng)計分析法

多元統(tǒng)計分析法［11］包括主成分分析和聚類分析2種判別分析方法。

2．2．1 主成分分析法

主成分分析的基本原理是利用坐標變換或者降維處理，消除或減少無用分量，將多種測井變量復合成少數(shù)幾個綜合變量（主成分），也即通過主成分分析，起到降維分析而又不損失測井信息的作用［12－13］。

綜合考慮各類巖石物理相與測井曲線之間的相關(guān)關(guān)系，優(yōu)選出自然伽馬、光電指數(shù)、聲波、中子、密度、深側(cè)向、淺側(cè)向等7條曲線來把這4類巖石物理相分開。

首先對關(guān)鍵井根據(jù)上述各巖石物理相的特點選擇標準層；然后通過測井曲線的自動分層、歸一化處理、主成分分析［14－15］等方法，從這7條測井曲線中提取了前2個主成分（公式1、2），其累計貢獻率達原信息量的90%以上，應用這2個互不相關(guān)的主成分建立巖相劃分圖版（圖3）。

圖3 主成分分析法巖相劃分交會圖

將未知井段數(shù)據(jù)進行標準化，然后再利用圖3所示的劃分區(qū)域，將每個數(shù)據(jù)點代入圖中的3個直線方程中，然后進行判斷數(shù)據(jù)點所處位置，進而判斷出各種巖石物理相。

2．2．2 聚類分析法

聚類分析是按照客體在性質(zhì)上或成因上的親疏關(guān)系，對客體進行定量分類的一種多元統(tǒng)計分析方法［16］。對測井曲線進行聚類分析的作用是判斷所選樣本間的相似程度，通過計算歐氏距離來確定。

首先，選擇包括各類巖性的層段作為標準樣本層，然后建立測井相—巖相數(shù)據(jù)庫（表2），樣本層經(jīng)過最優(yōu)分割、分層后，再按聚類分析算法進行聚類分析。

2．3 實例分析與評價

以 L105、L107、L110、L113、L117、L118、L119、J103、J104井及G3、G5井等11口井作為關(guān)鍵井，運用建立的測井解釋模型進行測井資料處理，解釋結(jié)果與巖心剖面進行對比分析，11口取心井共劃分出328個巖性層，其中268層吻合，符合率為81．7%。

在60個不吻合層段中，15層是混合支撐礫巖和雜基支撐礫巖未區(qū)分開，5層是顆粒支撐的碳酸鹽巖礫與石英砂巖礫沒有區(qū)分開，16層是砂巖與粉砂巖判斷出錯，9層是砂巖與礫質(zhì)砂巖沒有區(qū)分開，15層是由于受測井儀器的分辨精度影響而難于分辨出來的薄層?？紤]到測井資料質(zhì)量及實際誤差的存在，認為處理結(jié)果符合實際情況，建立的模型是可靠的，可以在全區(qū)未取心井中推廣應用。

圖4是L13井的測井相處理結(jié)果和巖心巖相分析結(jié)果對比，從圖中可以看出處理結(jié)果符合程度很好。研究區(qū)共處理了56口井，處理結(jié)果用于地層橫向?qū)Ρ取⒊练e相劃分及儲層測井解釋模型的建立，取得了良好的效果。

3 結(jié)論與認識

1）以砂礫巖儲層的準確識別為切入點，以劍閣、九龍山、白龍場、柘壩場及文興場等地區(qū)為重點研究區(qū)塊，以須三段—珍珠沖段為目標層段，在深入分析砂礫巖巖相與測井曲線響應特征對應關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了巖相—測井相數(shù)據(jù)庫。

2）采用多參數(shù)交會法和多元分析技術(shù)識別出礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖等主要巖相，考慮不同礫巖相之間物性和巖石結(jié)構(gòu)的差異，將礫巖相進一步細分為顆粒支撐礫巖、雜基支撐礫巖、混合支撐礫巖，以及碳酸鹽巖礫、石英砂巖礫與粗礫、中礫、細礫。分析結(jié)果表明，礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖巖相之間易于區(qū)別，但礫質(zhì)砂巖和砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖有時難以有效區(qū)別，另外，粗礫與中、細礫區(qū)分效果也較差，僅具一定參考性。

表2 測井相—巖相數(shù)據(jù)庫表

圖4 L13井測井相解釋結(jié)果與巖相對比圖（1in＝25．4mm）

3）根據(jù)巖心資料驗證測井識別出的巖相，測井解釋符合率較高（超過80%），能準確地劃分儲集層和非儲集層，為該區(qū)下一步儲層測井解釋模型的建立和沉積相研究奠定了基礎(chǔ)。

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