東坪地區(qū)基巖潛山風(fēng)化殼裂縫性儲(chǔ)層的主控因素及有效性分析

李娜，鄭慶偉，陳莉，劉春雷，張程恩，徐永發(fā)，郭逸，李世毅

1.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司地質(zhì)研究院，陜西 西安 710077 2.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司大慶分公司，黑龍江 大慶 163000 3.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長慶分公司，陜西 西安 710077 4.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司青海分公司，甘肅 敦煌 736202

眾多學(xué)者對(duì)柴達(dá)盆地阿爾金山前東坪地區(qū)基巖潛山風(fēng)化殼儲(chǔ)層孔隙及裂縫發(fā)育的主控因素[1-5]、巖性識(shí)別[6-8]、基質(zhì)與裂縫孔隙度的確定[9-12]、氣藏儲(chǔ)蓋組合[13-15]等方面均開展了較詳細(xì)的研究。但是，針對(duì)現(xiàn)階段東坪地區(qū)氣藏開發(fā)領(lǐng)域的測(cè)井解釋評(píng)價(jià)技術(shù)研究尚少。為此，筆者從東坪地區(qū)基巖潛山風(fēng)化殼裂縫性儲(chǔ)層實(shí)際開發(fā)中的測(cè)井評(píng)價(jià)需求出發(fā)，建立了巖性定量識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了裂縫孔隙度模型和基質(zhì)孔隙度模型，分析了基巖潛山風(fēng)化殼裂縫性儲(chǔ)層的主控因素，綜合評(píng)價(jià)了基巖潛山風(fēng)化殼裂縫性儲(chǔ)層的有效性。

1 地質(zhì)概況

東坪地區(qū)位于柴達(dá)木盆地阿爾金山前東段，西面為茫崖凹陷，東面為昆特依地區(qū)，東南面緊鄰一里坪生烴凹陷。東坪鼻隆構(gòu)造內(nèi)部被一系列小斷層切割形成斷背斜、斷塊等圈閉形態(tài)。受坪東、坪西、東坪一號(hào)及小斷層的控制形成了東坪1號(hào)和東坪2號(hào)斷背斜構(gòu)造。通過對(duì)東坪1號(hào)構(gòu)造取心的觀察分析，巖性為片麻巖類變質(zhì)巖，主要包括花崗片麻巖、斜長片麻巖、鈣質(zhì)片麻巖3種類型。巖石顏色多種，主要為棕黑色、深灰色、灰白色、雜色等深色調(diào)?；◢徠閹r主要由斜長石、鉀長石、石英、云母等組成，是主要巖性之一，主要分布在風(fēng)化殼下部。斜長片麻巖主要由斜長石、石英、黑云母、角閃石等組成，多分布在風(fēng)化殼中上部。鈣質(zhì)片麻巖由長石、石英、方解石、暗色礦物等組成。儲(chǔ)集空間為構(gòu)造縫、基質(zhì)縫和基質(zhì)孔3類，巖心孔隙度主要分布在2.0%～6.0%之間，均值為4.5%；滲透率主要分布范圍0.1～0.5mD，平均滲透率為2.63mD。

2 巖性識(shí)別方法

2.1 M-N-GR三變量巖性識(shí)別

對(duì)于未采集成像測(cè)井資料的開發(fā)井，由于花崗片麻巖、斜長片麻巖、鈣質(zhì)片麻巖3種主要巖性的礦物組分有差異，造成中子孔隙度、密度及聲波時(shí)差測(cè)井基線值不同(斜長片麻巖中子孔隙度基線值大于花崗片麻巖，鈣質(zhì)片麻巖密度基線值小于花崗片麻巖)。利用中子孔隙度、密度及聲波時(shí)差構(gòu)建參數(shù)M、N(式(1))，再結(jié)合反映變質(zhì)巖放射性強(qiáng)度的自然伽馬曲線(GR)，建立了反映骨架巖性的M-N-GR三變量巖性識(shí)別方法(見圖1(a))。

(1)

式中：Δtf為流體聲波時(shí)差，μs/m；Δt為聲波時(shí)差測(cè)井值，μs/m；ρb為密度測(cè)井值，g/cm3；ρf為流體密度，g/cm3；φNf為流體中子孔隙度，%；φN為中子孔隙度測(cè)井值，%。

2.2 鋁-硅-鈣三元素巖性識(shí)別

研究區(qū)基巖潛山風(fēng)化殼裂縫性儲(chǔ)層巖性主要有花崗片麻巖、斜長片麻巖、鈣質(zhì)片麻巖3種類型?；◢徠閹r的暗色礦物含量少，石英、長石含量高，硅元素含量高，鋁元素、鈣元素含量較低；斜長片麻巖的暗色礦物(黑云母、角閃石)含量超過50%，元素特征表現(xiàn)為鋁元素含量高，硅元素、鈣元素含量較低；鈣質(zhì)片麻巖的暗色礦物、石英長石和碳酸鹽巖各占1/3，鈣元素的含量高。依據(jù)上述巖性分析，通過電成像動(dòng)靜態(tài)圖像與巖心進(jìn)行對(duì)比分析，構(gòu)建了鋁-硅-鈣三元素巖性識(shí)別方法(見圖1(b))。

注：紅色樣點(diǎn)代表花崗片麻巖，藍(lán)色樣點(diǎn)代表斜長片麻巖，綠色樣點(diǎn)代表鈣質(zhì)片麻巖。圖1 研究區(qū)巖性識(shí)別方法Fig.1 Lithology identification methods in the study area

通過M-N-GR三變量巖性識(shí)別法與鋁-硅-鈣三元素巖性識(shí)別法建立了適用于研究區(qū)基巖潛山風(fēng)化殼裂縫性儲(chǔ)層的巖性識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)(見表1)。

表1 研究區(qū)基巖潛山風(fēng)化殼裂縫性儲(chǔ)層主要巖性的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Identification criteria of main lithology of fractured reservoirs in weathering crust of bedrock buried-hill in the study area

3 裂縫孔隙度及基質(zhì)孔隙度模型

3.1 裂縫孔隙度模型

裂縫既有儲(chǔ)集能力，又是油氣滲流的主要通道，因此裂縫孔隙度等參數(shù)的計(jì)算極其重要。若采集了電成像測(cè)井資料，可以通過人工拾取裂縫方式，得到裂縫密度、裂縫寬度、裂縫孔隙度等裂縫參數(shù)；若沒有電成像測(cè)井資料，研究區(qū)多采用塔里木油田碳酸鹽巖裂縫孔隙度模型，但受巖性、泥漿及流體性質(zhì)影響，該方法不適用于柴達(dá)木盆地的基巖潛山風(fēng)化殼裂縫性儲(chǔ)層。為此，筆者通過對(duì)取心井的裂縫發(fā)育情況進(jìn)行觀察，標(biāo)定電成像測(cè)井人工拾取裂縫方法，結(jié)合反映深、淺側(cè)向電阻率幅度差的泥漿濾液電阻率，進(jìn)而依據(jù)全井連續(xù)的電成像裂縫拾取結(jié)果，重構(gòu)了適用于研究區(qū)基巖潛山風(fēng)化殼裂縫性儲(chǔ)層的雙側(cè)向電阻率測(cè)井裂縫孔隙度模型(式(2)、(3))。該模型計(jì)算的裂縫孔隙度與電成像測(cè)井計(jì)算的裂縫孔隙度(式(4))對(duì)比，二者一致性較好(見圖2)。

圖2 雙側(cè)向電阻率測(cè)井計(jì)算裂縫孔隙度與電成像測(cè)井計(jì)算裂縫孔隙度對(duì)比Fig.2 Comparison of fracture porosity calculated by double lateral resistivity logging and fracture porosity computedby electric imaging logging

(2)

(3)

(4)

式中：φ1為裂縫孔隙度，1；ρlld為深側(cè)向電阻率，Ω·m；ρlls為淺側(cè)向電阻率，Ω·m；ρmf為泥漿濾液電阻率，Ω·m；W為裂縫張開度，mm；c、 b為系數(shù)，取決于成像測(cè)井儀器的具體結(jié)構(gòu)，無量綱；A為由裂縫造成的電導(dǎo)異常面積，mm2；ρxo為裂縫巖石骨架電阻率，Ω·m；ρm為裂縫中流體電阻率，Ω·m。

3.2 基質(zhì)孔隙度模型

由于基巖裂縫性儲(chǔ)層中物性較好的取心段巖樣易破碎，因此通過巖心孔隙度回歸模型計(jì)算的基質(zhì)孔隙度誤差大、代表性不強(qiáng)。為此，在東坪地區(qū)基巖潛山風(fēng)化殼儲(chǔ)層氣藏實(shí)際開發(fā)中，筆者利用聲波時(shí)差測(cè)井結(jié)合元素測(cè)井，建立了變聲波骨架值及分巖性聲波骨架值的基質(zhì)孔隙度模型。該模型計(jì)算的基質(zhì)孔隙度與核磁總孔隙度相關(guān)性較高。

Δtma=Δtqua×Vqua+Δtfeld×Vfeld+Δtbiot×Vbiot+Δthorn×Vhorn+Δtcalc×Vcalc

(5)

(6)

式中：φ2為基質(zhì)孔隙度，1；Δtma為巖石骨架聲波時(shí)差，μs/m；Δt為聲波時(shí)差，μs/m；Δtf為流體聲波時(shí)差，μs/m；Δtqua為石英的聲波時(shí)差，μs/m；Vqua為石英的體積分?jǐn)?shù)，%；Δtfeld為長石的聲波時(shí)差，μs/m；Vfeld為長石的體積分?jǐn)?shù)，%；Δtbiot為黑云母的聲波時(shí)差，μs/m；Vbiot為黑云母的體積分?jǐn)?shù)，%；Δthorn為角閃石的聲波時(shí)差，μs/m；Vhorn為角閃石的體積分?jǐn)?shù)，%；Δtcalc為方解石的聲波時(shí)差，μs/m；Vcalc為方解石的體積分?jǐn)?shù)，%。

4 裂縫發(fā)育及物性的主控因素

4.1 裂縫發(fā)育與斷層距離的關(guān)系

研究區(qū)東、西部受坪東、坪西斷層的控制形成隆起，局部被小斷層復(fù)雜化。分析發(fā)現(xiàn)，井到坪西斷層距離越大，裂縫孔隙度越低，井到坪東斷層距離越大，裂縫孔隙度亦越低；兩者對(duì)裂縫孔隙度的控制作用均很明顯(見圖3)。圖3中裂縫孔隙度從小至大的變化分別用藍(lán)色、綠色、黃色、紅色表示，藍(lán)色樣點(diǎn)代表基巖潛山風(fēng)化殼儲(chǔ)層中具有較低裂縫孔隙度的井，其主要分布在井到坪東斷層距離大于500m及到坪西斷層距離大于1000m的范圍內(nèi)。

圖3 井到坪西斷層距離及到坪東斷層距離 圖4 三維曲率與裂縫孔隙度關(guān)系與裂縫孔隙度的關(guān)系Fig.3 The relationship between fracture porosity and the distance from well to Pingxi and Pingdong faults Fig.4 Relationship between three-dimensional curvature and fracture porosity

4.2 裂縫發(fā)育與地層變形程度的關(guān)系

東坪鼻隆地層變形程度大，對(duì)裂縫發(fā)育也起著關(guān)鍵作用。以平行于坪西斷層的每3口井作為計(jì)算單元(近似忽略坪西斷層影響)，計(jì)算中間井平行于坪西斷層的二維曲率，再計(jì)算中間井平行于坪東斷層的二維曲率，最后對(duì)上述兩個(gè)曲率取算術(shù)平方根，得到該井的三維曲率：

(7)

式中：x代表橫坐標(biāo)，即為兩口井之間的距離，m；y代表縱坐標(biāo)，即為該井基巖層頂部的海拔，m；A是過x1和x2基巖頂部延長線的所形成的夾角，(°)；R為二維曲率半徑，m；κtwo為二維曲率，m-1；κthree為三維曲率，m-1；κtwo-e為平行于坪東斷層的二維曲率，m-1；κtwo-w為平行于坪西斷層的二維曲率，m-1。

通過分析三維曲率與裂縫孔隙度的關(guān)系(見圖4)發(fā)現(xiàn)，地層曲率越大，裂縫孔隙度越大。

4.3 物性與巖性的關(guān)系

不同的巖石因礦物構(gòu)成和結(jié)構(gòu)差異性，決定了巖石脆性指數(shù)、抗風(fēng)化性、可基質(zhì)性和孔隙性的差異，方解石、石英等淺色礦物含量高，脆性指數(shù)高，易破裂，導(dǎo)致裂縫孔隙度增大，黑云母、角閃石等暗色礦物含量高，易發(fā)生綠泥石化現(xiàn)象，導(dǎo)致儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙度增大。如圖5所示，斜長片麻巖黑云母含量最高，對(duì)應(yīng)的基質(zhì)孔隙度也最高；鈣質(zhì)片麻巖方解石與石英的總含量最高，對(duì)應(yīng)的裂縫孔隙度也最高。

圖5 研究區(qū)3種主要巖性的基質(zhì)孔隙度與裂縫孔隙度對(duì)比 Fig.5 Comparison of matrix porosity and fracture porosityof three kinds of main lithology in the study area

4.4 物性與風(fēng)化淋濾作用的關(guān)系

風(fēng)化殼受長時(shí)間的風(fēng)化與剝蝕，導(dǎo)致巖石元素遷移，活潑性元素更易流失。風(fēng)化指數(shù)是穩(wěn)定元素(鋁元素+硅元素+鐵元素)含量與活潑性元素(鉀元素+鈉元素+鈣元素)含量的比值，風(fēng)化指數(shù)值越大，表明儲(chǔ)層受風(fēng)化淋濾作用越強(qiáng)。從圖6中可以看出，自上而下活潑性元素含量增高，穩(wěn)定性元素含量相對(duì)減小，風(fēng)化指數(shù)降低，風(fēng)化淋濾作用減弱，裂縫孔隙度與基質(zhì)孔隙度都明顯減??；礦物含量自上而下，碳酸鹽含量增高，石英長石、暗色礦物含量明顯減少；電成像動(dòng)態(tài)圖自上而下，亮色逐漸增多，反映裂縫溶蝕發(fā)育情況逐漸減少。

圖6 風(fēng)化程度強(qiáng)弱與基質(zhì)孔隙度及裂縫孔隙度變化關(guān)系(東坪X井)Fig.6 Variation relationship between the degree of weathering and matrix porosity and fracture porosity (Well Dongping X)

5 儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)及成果驗(yàn)證

圖7為東坪X井基巖潛山風(fēng)化殼裂縫性儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)效果圖，可以看出，依據(jù)不同巖性的聲波骨架值計(jì)算的基質(zhì)孔隙度(變骨架基質(zhì)孔隙度、固定骨架基質(zhì)孔隙度)與核磁總孔隙度相關(guān)性較高；通過雙側(cè)向電阻率測(cè)井資料計(jì)算的裂縫孔隙度與電成像裂縫孔隙度相關(guān)性也較高, 并且都指示3550～3557m段儲(chǔ)層物性最好(見圖7)。

PoroTex技術(shù)是一種通過人機(jī)交互方式，去除井壁崩落、鉆井誘導(dǎo)縫等假像，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫及溶蝕孔隙定量評(píng)價(jià)的電成像測(cè)井分析技術(shù)。通過PoroTex技術(shù)處理電成像測(cè)井資料，也顯示3550～3557m段裂縫及溶蝕發(fā)育最好；核磁測(cè)井τ2(橫向弛豫時(shí)間)譜分布寬、幅度大，時(shí)間各向異性及時(shí)差各向異性明顯增強(qiáng)；電成像測(cè)井拾取的高導(dǎo)縫的走向與誘導(dǎo)縫走向一致，也就是與現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向一致，指示該層段的裂縫開啟性較好(見圖7)。

圖7 多方法評(píng)價(jià)基巖潛山風(fēng)化殼裂縫性儲(chǔ)層有效性(東坪X井)Fig.7 Multi-method evaluation of the effectiveness of fractured reservoirs in weathering crust ofbedrock buried-hill (Well Dongping X)

綜合上述分析，3550～3557m段裂縫及溶蝕孔隙度發(fā)育最好，儲(chǔ)層有效性最高。后期該層段壓裂投產(chǎn)后，日產(chǎn)氣24×104m3。

6 結(jié)論

1)利用地層元素測(cè)井、電成像測(cè)井及常規(guī)測(cè)井資料，依據(jù)M-N-GR三變量巖性識(shí)別法與鋁-硅-鈣三元素巖性識(shí)別法，建立了適用于柴達(dá)盆地阿爾金山前東坪地區(qū)基巖潛山風(fēng)化殼裂縫性儲(chǔ)層的巖性定量識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。

2)依據(jù)開發(fā)測(cè)井系列的不同，重構(gòu)了雙側(cè)向電阻率測(cè)井的裂縫孔隙度模型，建立了變聲波骨架值及不同巖性骨架值的基質(zhì)孔隙度模型。

3)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，明確了斷層距離、地層變形程度、巖性及風(fēng)化淋濾作用對(duì)東坪地區(qū)基巖潛山風(fēng)化殼裂縫性儲(chǔ)層的控制作用。

4)在精確識(shí)別巖性及求取物性參數(shù)的基礎(chǔ)上，綜合PoroTex技術(shù)、核磁譜型分析、裂縫與地應(yīng)力走向分析等方法，評(píng)價(jià)了東坪地區(qū)基巖潛山風(fēng)化殼裂縫性儲(chǔ)層的有效性。