準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密油藏地質(zhì)“甜點(diǎn)”分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用

李映艷， 錢(qián)根葆， 高 陽(yáng)， 覃建華， 黃文彪， 盧雙舫， 朱 鍵，王英偉， 張代燕

( 1. 中國(guó)石油新疆油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000； 2. 中國(guó)石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000； 3. 中國(guó)石油大學(xué)(華東) 非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東 青島 266580 )

0 引言

繼頁(yè)巖氣之后，致密油成為全球非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)的重要領(lǐng)域。我國(guó)9個(gè)重點(diǎn)陸相盆地的致密油地質(zhì)資源約為146.60億t，技術(shù)可采資源約為14.54億t，主要發(fā)育于碳酸鹽、砂巖、混積巖和沉凝灰?guī)r4類(lèi)儲(chǔ)層[1]。準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖地區(qū)發(fā)現(xiàn)約為10.00億t礫巖油田[2]，礫巖致密油藏的勘探開(kāi)發(fā)成為研究熱點(diǎn)。

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷百口泉組(T1b)致密油資源豐富、油藏大面積連續(xù)分布，為典型的扇三角洲近物源沉積，以混雜堆積為主，巖性粗，分選差，泥質(zhì)含量高，導(dǎo)致儲(chǔ)層成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低、非均質(zhì)性強(qiáng)、含油飽和度差異大、油氣分布復(fù)雜、產(chǎn)能差異性大[3-9]。開(kāi)展油藏地質(zhì)“甜點(diǎn)”識(shí)別，對(duì)提高致密油藏勘探開(kāi)發(fā)精度、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。目前，有關(guān)致密油“甜點(diǎn)”的研究主要基于儲(chǔ)層的微觀結(jié)構(gòu)，包括有效致密儲(chǔ)層上下限的厘定及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的建立[10-14]。致密油層的地質(zhì)“甜點(diǎn)”不僅包含儲(chǔ)層的物性“甜點(diǎn)”，還要考慮儲(chǔ)層的含油性及產(chǎn)能特征。因此，需要建立一套綜合體現(xiàn)儲(chǔ)層物性、含油性及產(chǎn)能信息的致密油藏“甜點(diǎn)”分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，為“甜點(diǎn)”測(cè)井識(shí)別和地震預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

以瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密儲(chǔ)層樣品的的孔隙度和含油性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，筆者構(gòu)建地質(zhì)“甜點(diǎn)”評(píng)價(jià)參數(shù)——含油孔隙度，結(jié)合單井產(chǎn)能信息，實(shí)現(xiàn)礫巖致密油藏地質(zhì)“甜點(diǎn)”的識(shí)別，預(yù)測(cè)瑪18井區(qū)和瑪131井區(qū)“甜點(diǎn)”的分布。

1 地質(zhì)概況

瑪湖凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，呈東北—西南向展布，西北靠克百—烏夏斷裂帶，西南接中拐凸起，東南鄰達(dá)巴松—夏鹽凸起，東至英西凹陷(見(jiàn)圖1)，面積約為5 000 km2，是準(zhǔn)噶爾盆地 “三大新基地”之一。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣三疊系表現(xiàn)為前陸盆地性質(zhì)，伴隨區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成逆掩推覆體和逆沖斷裂，為瑪湖凹陷提供豐富的物源[15-16]。三疊系百口泉組是研究區(qū)主要目的層，地層厚度為40～150 m，與下伏二疊系烏爾禾組為區(qū)域不整合接觸，與上覆克拉瑪依組為區(qū)域整合接觸[17]。

圖1 瑪湖凹陷構(gòu)造區(qū)域及沉積相分布

觀察巖心并研究沉積體系，目的層百口泉組為近源粗粒扇三角洲沉積(見(jiàn)圖1)。碎屑水道和辮狀水道構(gòu)成扇三角洲平原亞相，表現(xiàn)為粗礫混雜堆積、分選較差、儲(chǔ)層致密，形成油氣藏上傾方向的有效遮擋。扇三角洲前緣水下分流河道為油氣的主要儲(chǔ)集相帶，巖性主要為細(xì)礫巖和中礫巖，分選、磨圓較好，近岸水下分流河道儲(chǔ)層物性最好，覆壓孔隙度為7%～15%，覆壓滲透率為(0.03～5.00)×10-3μm2，油層厚度為10～50 m，儲(chǔ)集空間類(lèi)型主要為剩余粒間孔和粒間/粒內(nèi)溶孔，為油氣高產(chǎn)提供儲(chǔ)集條件[18-20]。

2 原始含油飽和度恢復(fù)

含油性評(píng)價(jià)和儲(chǔ)量評(píng)估使用的含油飽和度為儲(chǔ)層的原始含油飽和度。由于保壓密閉取心費(fèi)用昂貴，大量含油飽和度實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的巖心未實(shí)施保壓密閉，受溫度、壓力及原油揮發(fā)作用的影響，實(shí)驗(yàn)測(cè)定巖心的含油飽和度普遍小于原始含油飽和度，油水飽和度之和小于100%。因此，儲(chǔ)層含油性評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)先恢復(fù)被檢測(cè)樣品的含油飽和度[21]。

假設(shè)油、水的剩余率分別為αo和αw，則

(1)

由于So+Sw=1，可得

(2)

圖2 研究區(qū)不同流體飽和度區(qū)間實(shí)測(cè)含油、含水飽和度關(guān)系

令流體總損失率為α1=(1-αo)+(1-αw) ，則油、水的損失量占總流體損失量的比例分別為

(3)

根據(jù)式(2)計(jì)算各流體飽和度區(qū)間油、水參數(shù)，對(duì)原始飽和度參數(shù)進(jìn)行恢復(fù)。原始含油、含水飽和度分別為

),

(4)

(5)

由原始含油飽和度恢復(fù)結(jié)果可以看出，瑪湖凹陷百口泉組巖心含油飽和度損失量低于10.0%，主要集中在5.0%左右(見(jiàn)圖3(a))；原始含油飽和度與實(shí)測(cè)含油飽和度關(guān)系良好，呈典型線性關(guān)系(見(jiàn)圖3(b))，基于兩者關(guān)系進(jìn)行其他樣品的原始含油飽和度恢復(fù)。

圖3 研究區(qū)原始含油飽和度恢復(fù)結(jié)果Fig.3 Recovery results of original oil saturation in study area

3 地質(zhì)“甜點(diǎn)”分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

致密油“甜點(diǎn)”是指在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下、具有實(shí)際開(kāi)發(fā)效益的致密油地質(zhì)單元，包括地質(zhì)“甜點(diǎn)”和工程“甜點(diǎn)”。與頁(yè)巖油氣藏不同，致密油藏儲(chǔ)層中脆性礦物含量高、可壓性強(qiáng)，在致密油“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)中，地質(zhì)“甜點(diǎn)”的識(shí)別和評(píng)價(jià)尤為重要。致密油藏地質(zhì)“甜點(diǎn)”是儲(chǔ)層物性“甜點(diǎn)”和含油性“甜點(diǎn)”的綜合體現(xiàn)，定義含油孔隙度φo(孔隙度φ與原始含油飽和度So乘積)作為判定油層成為“甜點(diǎn)”的核心參數(shù)。由于So包含儲(chǔ)層成藏時(shí)的滲流信息，滲透率越大，So越大。因此，φo綜合反映儲(chǔ)層孔隙度、滲透率和含油性。

建立φo與采油強(qiáng)度關(guān)系，隨φo增大，采油強(qiáng)度呈階梯式增長(zhǎng)(見(jiàn)圖4(a))。根據(jù)階梯式變化，將礫巖油層劃分為4種類(lèi)型：Ⅰ類(lèi)油層、Ⅱ類(lèi)油層、Ⅲ類(lèi)油層和Ⅳ類(lèi)油層。由φo與So、φ關(guān)系，判定不同類(lèi)型油層地質(zhì)參數(shù)界限(見(jiàn)圖4(b-c))，建立準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷礫巖致密油藏地質(zhì)“甜點(diǎn)”分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表1)。根據(jù)不同類(lèi)別油層的油氣顯示特征，油層類(lèi)型從Ⅰ類(lèi)至Ⅳ類(lèi)，儲(chǔ)層的油氣顯示級(jí)別逐漸降低(見(jiàn)圖4(b))。Ⅰ類(lèi)油層主要為油層和油氣同層，Ⅱ類(lèi)油層為差油層、油水同層和含油層，Ⅲ類(lèi)油層主要為含油層和含油水層，Ⅳ類(lèi)油層測(cè)井解釋為干層。

考慮礫巖致密儲(chǔ)層的物性、含油性和產(chǎn)能信息，該分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)原油的富集程度和采出程度。因此，該分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，定義Ⅰ類(lèi)油層為礫巖致密油藏的Ⅰ類(lèi)地質(zhì)“甜點(diǎn)”，定義Ⅱ類(lèi)油層為Ⅱ類(lèi)地質(zhì)“甜點(diǎn)”，定義Ⅲ類(lèi)油層為低效油層，定義Ⅳ類(lèi)油層為非油層。Ⅰ、Ⅱ類(lèi)“甜點(diǎn)”具有高孔隙度、高含油飽和度和高采油強(qiáng)度，在勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中作為首選目標(biāo)。

圖4 瑪湖凹陷百口泉組油層分類(lèi)及地質(zhì)參數(shù)判定

Table1Gradingcriterionforconglomeratetightreservoirgeological"sweetspots"ofBaikouquanformationinMahusag

地質(zhì)參數(shù)Ⅰ類(lèi)“甜點(diǎn)”Ⅱ類(lèi)“甜點(diǎn)”低效油層非油層?o/%≥5.03.0～5.02.0～3.0<2.0So/%≥55.040.0～55.025.0～40.0<25.0?/%≥9.07.0～9.05.5～7.0<5.5

4 地質(zhì)“甜點(diǎn)”測(cè)井評(píng)價(jià)及標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

由于巖心樣品數(shù)量有限，實(shí)測(cè)物性和含油飽和度數(shù)據(jù)無(wú)法精細(xì)描述礫巖致密油藏地質(zhì)“甜點(diǎn)”垂向非均質(zhì)性。以實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立瑪湖凹陷百口泉組孔隙度和含油飽和度測(cè)井模型，實(shí)現(xiàn)含油孔隙度的測(cè)井解釋和“甜點(diǎn)”層段的優(yōu)選。

4.1 孔隙度測(cè)井模型

整理瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密儲(chǔ)層巖心樣品孔隙度測(cè)試資料，建立實(shí)測(cè)孔隙度與測(cè)井參數(shù)的測(cè)井曲線響應(yīng)關(guān)系(見(jiàn)圖5)。由圖5可以看出，研究區(qū)實(shí)測(cè)孔隙度與補(bǔ)償中子CNL曲線相關(guān)關(guān)系較差，與聲波時(shí)差A(yù)C曲線和地層密度DEN曲線相關(guān)關(guān)系較好，與偽測(cè)井曲線AC/DEN曲線相關(guān)關(guān)系更好。

為了提高測(cè)井孔隙度評(píng)價(jià)模型的精度，建立與實(shí)測(cè)孔隙度相關(guān)關(guān)系較好的3種測(cè)井曲線孔隙度模型：

φAC=0.126 1e0.059 0AC,

(6)

φDEN=83.785 0DEN2-448.700 0DEN+606.910 0,

(7)

φAC/DEN=0.279 4e0.120 9AC/DEN。

(8)

通過(guò)實(shí)測(cè)孔隙度與3種測(cè)井曲線孔隙度的多元線性回歸，建立研究區(qū)孔隙度測(cè)井模型為

φ=0.48φAC+0.53φDEN+0.20φAC/DEN-1.79。

(9)

圖5 研究區(qū)實(shí)測(cè)孔隙度與測(cè)井參數(shù)的測(cè)井曲線響應(yīng)關(guān)系Fig.5 Relationship between measured porosity and logging parameter response in study area

根據(jù)式(9)預(yù)測(cè)回歸孔隙度與實(shí)測(cè)孔隙度相關(guān)關(guān)系，多元回歸結(jié)果的精度高于單一測(cè)井曲線孔隙度模型的(見(jiàn)圖6)。

圖6 研究區(qū)實(shí)測(cè)孔隙度與回歸孔隙度關(guān)系

4.2 含油飽和度測(cè)井模型

計(jì)算儲(chǔ)層含水飽和度的模型采用Archie公式：

(10)

式中：F為地層因素；I為電阻增大率；Sw為地層水飽和度；Rw為地層水電阻率；Rt為地層電阻率；a、b、m、n為巖電參數(shù)。

對(duì)非均質(zhì)性較強(qiáng)的非常規(guī)儲(chǔ)層，Archie公式不適用于含油飽和度測(cè)井評(píng)價(jià)[22-23]。由于Archie公式具有簡(jiǎn)潔性、實(shí)用性及科學(xué)性，被廣泛應(yīng)用于碳酸鹽、變質(zhì)巖、火成巖、泥頁(yè)巖等非純砂巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)[24]。荊萬(wàn)學(xué)解析Archie公式的物理模型，表明Archie公式不是經(jīng)驗(yàn)公式而是理論模型，重新定義巖電參數(shù)是隨儲(chǔ)層特性變化的變量，證明公式的合理性[25]。

瑪湖凹陷百口泉組礫巖巖電實(shí)驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表2。由表2可以看出，瑪18井區(qū)和瑪131井區(qū)反映飽和度性質(zhì)的參數(shù)b、n相當(dāng)，表明潤(rùn)濕性對(duì)飽和度微觀分布非均質(zhì)性影響的差異性不大；反映巖性和膠結(jié)指數(shù)的參數(shù)a、m差異明顯，表明兩個(gè)井區(qū)礫巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)和曲折度差異性較大?，?31井區(qū)3個(gè)斷塊的巖電參數(shù)差異不顯著，表明3個(gè)斷塊的儲(chǔ)層性質(zhì)相似。

Archie公式中，除4項(xiàng)巖電參數(shù)外，Rw也是確定地層含水(油氣)飽和度的重要參數(shù)。不同區(qū)域/層序地層水水型和礦化度存在差異，不同層位的Rw不同，不可以用同一Rw評(píng)價(jià)某一區(qū)域或整個(gè)層段的含水飽和度。

表2瑪湖凹陷百口泉組礫巖巖電參數(shù)

Table2ElectricalexperimentalparametersofconglomeraterocksfromBaikouquanformationinMahusag

井區(qū)abmn瑪18井區(qū)1.741.101.6321.89瑪131井區(qū)瑪131斷塊4.431.261.2511.89瑪133斷塊4.291.151.1661.80夏72斷塊3.741.081.2571.84

4.3 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

基于地質(zhì)“甜點(diǎn)”分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合單井孔隙度和含油飽和度測(cè)井評(píng)價(jià)，描繪目的層段含油孔隙度和不同類(lèi)型地質(zhì)“甜點(diǎn)”垂向分布特征(見(jiàn)圖8)。

瑪18井區(qū)(以瑪602井為例)的Ⅰ類(lèi)“甜點(diǎn)”集中發(fā)育于T1b1層段。該層段是瑪18井區(qū)的主力油層，單井日產(chǎn)量為6.02～43.17 t，11口井日產(chǎn)量平均為21.67 t；T1b2層段是瑪18井區(qū)的重要含油層段，主要發(fā)育Ⅱ類(lèi)“甜點(diǎn)”，單井日產(chǎn)量為0.38～13.19 t，5口井日產(chǎn)量平均為6.66 t。

瑪131井區(qū)(以夏723井為例)“甜點(diǎn)”層段主要發(fā)育于T1b3和T1b21層段。T1b3層段主要發(fā)育Ⅱ類(lèi)“甜點(diǎn)”，夾薄層發(fā)育Ⅰ類(lèi)“甜點(diǎn)”；T1b21層段發(fā)育Ⅱ類(lèi)“甜點(diǎn)”和低效油層互層；T1b22+3和T1b1層段基本為非油層。單井產(chǎn)能與“甜點(diǎn)”層段發(fā)育程度密切相關(guān)，T1b3層段單井日產(chǎn)量為0.13～10.56 t，10口井日產(chǎn)量平均為5.39 t；T1b2層段單井日產(chǎn)量為0～9.05 t，10口井日產(chǎn)量平均為3.49 t，低于T1b3層段的。

圖7 瑪湖凹陷百口泉組地層水電阻率與地層電阻率關(guān)系Fig.7 Relationship between formation water resistivity and real formation resistivity of Baikouquan formation in Mahu sag

圖8 瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密油地質(zhì)“甜點(diǎn)”垂向分布

整體上，瑪18井區(qū)“甜點(diǎn)”的發(fā)育程度優(yōu)于瑪131井區(qū)的，瑪18井區(qū)的產(chǎn)能高于瑪131井區(qū)的。根據(jù)“甜點(diǎn)”垂向發(fā)育特征，瑪18井區(qū)開(kāi)發(fā)目標(biāo)首選T1b1層段，其次為T(mén)1b2層段；瑪131井區(qū)開(kāi)發(fā)目標(biāo)首選T1b3層段，其次為T(mén)1b2層段。

以瑪18井區(qū)T1b1層段為例，基于研究區(qū)18口評(píng)價(jià)井的地質(zhì)“甜點(diǎn)”測(cè)井識(shí)別，Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)“甜點(diǎn)”厚度的平面分布見(jiàn)圖9。由圖9可以看出，Ⅰ、Ⅱ類(lèi)“甜點(diǎn)”厚度相當(dāng)，Ⅰ類(lèi)“甜點(diǎn)”厚度為0～16.0 m，平均為

圖9 瑪18井區(qū)T1b1層段礫巖致密油地質(zhì)“甜點(diǎn)”厚度的平面分布Fig.9 Horizontal distribution of conglomerate tight oil geological "sweet spots" of T1b1 member in Ma18 well area

8.5 m，厚度較高區(qū)位于研究區(qū)的中央部位，向南和東北方向逐漸變薄；Ⅱ類(lèi)“甜點(diǎn)”厚度為4.0～18.0 m，平均為9.6 m，厚度沿南北方向逐漸增加，沿東西方向逐漸變薄。

地質(zhì)“甜點(diǎn)”厚度影響單井產(chǎn)能，隨總甜點(diǎn)厚度的增加，單井日產(chǎn)量逐漸增加(見(jiàn)圖10(a))。Ⅰ類(lèi)“甜點(diǎn)”的發(fā)育程度對(duì)單井產(chǎn)能的影響顯著(見(jiàn)圖10(b))，Ⅱ類(lèi)“甜點(diǎn)”厚度對(duì)單井產(chǎn)能影響不明顯，但當(dāng)Ⅱ類(lèi)“甜點(diǎn)”厚度超過(guò)6.0 m時(shí)，單井日產(chǎn)量超過(guò)15.0 t(見(jiàn)圖10(c))，表明Ⅱ類(lèi)“甜點(diǎn)”的厚度在一定程度上彌補(bǔ)含油性的不足。

圖10 瑪18井區(qū)T1b1層段地質(zhì)“甜點(diǎn)”厚度與單井產(chǎn)能關(guān)系

5 結(jié)論

(1)受溫度、壓力的改變及流體的揮發(fā)性影響，巖心樣品實(shí)測(cè)含油飽和度損失量為0.7%～10.0%，主要集中在5.0%左右?；诨謴?fù)后的原始含油飽和度與實(shí)測(cè)含油飽和度良好的線性關(guān)系，可恢復(fù)后續(xù)樣品飽和度。

(2)在地層原始含油飽和度恢復(fù)基礎(chǔ)上，綜合考慮儲(chǔ)層物性、含油性及產(chǎn)能信息，根據(jù)采油強(qiáng)度隨含油孔隙度階梯式的變化關(guān)系，建立礫巖致密儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密油藏可劃分為4類(lèi)，其中前兩類(lèi)油藏為Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)“甜點(diǎn)”，是礫巖致密油層勘探開(kāi)發(fā)的首選。

(3)建立孔隙度和含油飽和度測(cè)井模型，刻畫(huà)瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密儲(chǔ)層含油孔隙度垂向分布，識(shí)別礫巖致密油層地質(zhì)“甜點(diǎn)”發(fā)育層段?，敽枷莶煌畢^(qū)“甜點(diǎn)”發(fā)育層系有較大的差異，瑪18井區(qū)“甜點(diǎn)”層段主要發(fā)育于T1b1層段，單井產(chǎn)能最高，其次為T(mén)1b2層段；瑪131井區(qū)“甜點(diǎn)”層系主要發(fā)育于T1b2層段，其次為T(mén)1b3層段。