準噶爾盆地瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密油藏地質“甜點”分級標準及應用

李映艷， 錢根葆， 高 陽， 覃建華， 黃文彪， 盧雙舫， 朱 鍵，王英偉， 張代燕

( 1. 中國石油新疆油田分公司 勘探開發研究院，新疆 克拉瑪依 834000； 2. 中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000； 3. 中國石油大學(華東) 非常規油氣與新能源研究院，山東 青島 266580 )

0 引言

繼頁巖氣之后，致密油成為全球非常規油氣勘探開發的重要領域。我國9個重點陸相盆地的致密油地質資源約為146.60億t，技術可采資源約為14.54億t，主要發育于碳酸鹽、砂巖、混積巖和沉凝灰巖4類儲層[1]。準噶爾盆地瑪湖地區發現約為10.00億t礫巖油田[2]，礫巖致密油藏的勘探開發成為研究熱點。

準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，泥質含量高，導致儲層成分成熟度和結構成熟度低、非均質性強、含油飽和度差異大、油氣分布復雜、產能差異性大[3-9]。開展油藏地質“甜點”識別，對提高致密油藏勘探開發精度、降低生產成本具有重要意義。目前，有關致密油“甜點”的研究主要基于儲層的微觀結構，包括有效致密儲層上下限的厘定及分級標準的建立[10-14]。致密油層的地質“甜點”不僅包含儲層的物性“甜點”，還要考慮儲層的含油性及產能特征。因此，需要建立一套綜合體現儲層物性、含油性及產能信息的致密油藏“甜點”分級標準，為“甜點”測井識別和地震預測提供依據。

以瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密儲層樣品的的孔隙度和含油性實驗數據為基礎，筆者構建地質“甜點”評價參數——含油孔隙度，結合單井產能信息，實現礫巖致密油藏地質“甜點”的識別，預測瑪18井區和瑪131井區“甜點”的分布。

1 地質概況

瑪湖凹陷位于準噶爾盆地西北緣，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，東南鄰達巴松—夏鹽凸起，東至英西凹陷(見圖1)，面積約為5 000 km2，是準噶爾盆地 “三大新基地”之一。準噶爾盆地西北緣三疊系表現為前陸盆地性質，伴隨區域構造運動，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域不整合接觸，與上覆克拉瑪依組為區域整合接觸[17]。

圖1 瑪湖凹陷構造區域及沉積相分布

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(見圖1)。碎屑水道和辮狀水道構成扇三角洲平原亞相，表現為粗礫混雜堆積、分選較差、儲層致密，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集相帶，巖性主要為細礫巖和中礫巖，分選、磨圓較好，近岸水下分流河道儲層物性最好，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，儲集空間類型主要為剩余粒間孔和粒間/粒內溶孔，為油氣高產提供儲集條件[18-20]。

2 原始含油飽和度恢復

含油性評價和儲量評估使用的含油飽和度為儲層的原始含油飽和度。由于保壓密閉取心費用昂貴，大量含油飽和度實驗檢測的巖心未實施保壓密閉，受溫度、壓力及原油揮發作用的影響，實驗測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，儲層含油性評價時，應先恢復被檢測樣品的含油飽和度[21]。

假設油、水的剩余率分別為αo和αw，則

(1)

由于So+Sw=1，可得

(2)

圖2 研究區不同流體飽和度區間實測含油、含水飽和度關系

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)

根據式(2)計算各流體飽和度區間油、水參數，對原始飽和度參數進行恢復。原始含油、含水飽和度分別為

),

(4)

(5)

由原始含油飽和度恢復結果可以看出，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(見圖3(a))；原始含油飽和度與實測含油飽和度關系良好，呈典型線性關系(見圖3(b))，基于兩者關系進行其他樣品的原始含油飽和度恢復。

圖3 研究區原始含油飽和度恢復結果Fig.3 Recovery results of original oil saturation in study area

3 地質“甜點”分級標準

致密油“甜點”是指在現有經濟技術條件下、具有實際開發效益的致密油地質單元，包括地質“甜點”和工程“甜點”。與頁巖油氣藏不同，致密油藏儲層中脆性礦物含量高、可壓性強，在致密油“甜點”預測中，地質“甜點”的識別和評價尤為重要。致密油藏地質“甜點”是儲層物性“甜點”和含油性“甜點”的綜合體現，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”的核心參數。由于So包含儲層成藏時的滲流信息，滲透率越大，So越大。因此，φo綜合反映儲層孔隙度、滲透率和含油性。

建立φo與采油強度關系，隨φo增大，采油強度呈階梯式增長(見圖4(a))。根據階梯式變化，將礫巖油層劃分為4種類型：Ⅰ類油層、Ⅱ類油層、Ⅲ類油層和Ⅳ類油層。由φo與So、φ關系，判定不同類型油層地質參數界限(見圖4(b-c))，建立準噶爾盆地瑪湖凹陷礫巖致密油藏地質“甜點”分級標準(見表1)。根據不同類別油層的油氣顯示特征，油層類型從Ⅰ類至Ⅳ類，儲層的油氣顯示級別逐漸降低(見圖4(b))。Ⅰ類油層主要為油層和油氣同層，Ⅱ類油層為差油層、油水同層和含油層，Ⅲ類油層主要為含油層和含油水層，Ⅳ類油層測井解釋為干層。

考慮礫巖致密儲層的物性、含油性和產能信息，該分級標準體現原油的富集程度和采出程度。因此，該分級標準中，定義Ⅰ類油層為礫巖致密油藏的Ⅰ類地質“甜點”，定義Ⅱ類油層為Ⅱ類地質“甜點”，定義Ⅲ類油層為低效油層，定義Ⅳ類油層為非油層。Ⅰ、Ⅱ類“甜點”具有高孔隙度、高含油飽和度和高采油強度，在勘探開發過程中作為首選目標。

圖4 瑪湖凹陷百口泉組油層分類及地質參數判定

Table1Gradingcriterionforconglomeratetightreservoirgeological"sweetspots"ofBaikouquanformationinMahusag

地質參數Ⅰ類“甜點”Ⅱ類“甜點”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“甜點”測井評價及標準應用

由于巖心樣品數量有限，實測物性和含油飽和度數據無法精細描述礫巖致密油藏地質“甜點”垂向非均質性。以實驗分析數據為基礎，建立瑪湖凹陷百口泉組孔隙度和含油飽和度測井模型，實現含油孔隙度的測井解釋和“甜點”層段的優選。

4.1 孔隙度測井模型

整理瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密儲層巖心樣品孔隙度測試資料，建立實測孔隙度與測井參數的測井曲線響應關系(見圖5)。由圖5可以看出，研究區實測孔隙度與補償中子CNL曲線相關關系較差，與聲波時差AC曲線和地層密度DEN曲線相關關系較好，與偽測井曲線AC/DEN曲線相關關系更好。

為了提高測井孔隙度評價模型的精度，建立與實測孔隙度相關關系較好的3種測井曲線孔隙度模型：

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)

通過實測孔隙度與3種測井曲線孔隙度的多元線性回歸，建立研究區孔隙度測井模型為

φ=0.48φAC+0.53φDEN+0.20φAC/DEN-1.79。

(9)

圖5 研究區實測孔隙度與測井參數的測井曲線響應關系Fig.5 Relationship between measured porosity and logging parameter response in study area

根據式(9)預測回歸孔隙度與實測孔隙度相關關系，多元回歸結果的精度高于單一測井曲線孔隙度模型的(見圖6)。

圖6 研究區實測孔隙度與回歸孔隙度關系

4.2 含油飽和度測井模型

計算儲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。

對非均質性較強的非常規儲層，Archie公式不適用于含油飽和度測井評價[22-23]。由于Archie公式具有簡潔性、實用性及科學性，被廣泛應用于碳酸鹽、變質巖、火成巖、泥頁巖等非純砂巖儲層評價[24]。荊萬學解析Archie公式的物理模型，表明Archie公式不是經驗公式而是理論模型，重新定義巖電參數是隨儲層特性變化的變量，證明公式的合理性[25]。

瑪湖凹陷百口泉組礫巖巖電實驗參數見表2。由表2可以看出，瑪18井區和瑪131井區反映飽和度性質的參數b、n相當，表明潤濕性對飽和度微觀分布非均質性影響的差異性不大；反映巖性和膠結指數的參數a、m差異明顯，表明兩個井區礫巖儲層的孔隙結構和曲折度差異性較大。瑪131井區3個斷塊的巖電參數差異不顯著，表明3個斷塊的儲層性質相似。

Archie公式中，除4項巖電參數外，Rw也是確定地層含水(油氣)飽和度的重要參數。不同區域/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評價某一區域或整個層段的含水飽和度。

表2瑪湖凹陷百口泉組礫巖巖電參數

Table2ElectricalexperimentalparametersofconglomeraterocksfromBaikouquanformationinMahusag

井區abmn瑪18井區1.741.101.6321.89瑪131井區瑪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 標準應用

基于地質“甜點”分級標準，結合單井孔隙度和含油飽和度測井評價，描繪目的層段含油孔隙度和不同類型地質“甜點”垂向分布特征(見圖8)。

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

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

整體上，瑪18井區“甜點”的發育程度優于瑪131井區的，瑪18井區的產能高于瑪131井區的。根據“甜點”垂向發育特征，瑪18井區開發目標首選T1b1層段，其次為T1b2層段；瑪131井區開發目標首選T1b3層段，其次為T1b2層段。

以瑪18井區T1b1層段為例，基于研究區18口評價井的地質“甜點”測井識別，Ⅰ類和Ⅱ類“甜點”厚度的平面分布見圖9。由圖9可以看出，Ⅰ、Ⅱ類“甜點”厚度相當，Ⅰ類“甜點”厚度為0～16.0 m，平均為

圖9 瑪18井區T1b1層段礫巖致密油地質“甜點”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，厚度較高區位于研究區的中央部位，向南和東北方向逐漸變薄；Ⅱ類“甜點”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“甜點”厚度影響單井產能，隨總甜點厚度的增加，單井日產量逐漸增加(見圖10(a))。Ⅰ類“甜點”的發育程度對單井產能的影響顯著(見圖10(b))，Ⅱ類“甜點”厚度對單井產能影響不明顯，但當Ⅱ類“甜點”厚度超過6.0 m時，單井日產量超過15.0 t(見圖10(c))，表明Ⅱ類“甜點”的厚度在一定程度上彌補含油性的不足。

圖10 瑪18井區T1b1層段地質“甜點”厚度與單井產能關系

5 結論

(1)受溫度、壓力的改變及流體的揮發性影響，巖心樣品實測含油飽和度損失量為0.7%～10.0%，主要集中在5.0%左右。基于恢復后的原始含油飽和度與實測含油飽和度良好的線性關系，可恢復后續樣品飽和度。

(2)在地層原始含油飽和度恢復基礎上，綜合考慮儲層物性、含油性及產能信息，根據采油強度隨含油孔隙度階梯式的變化關系，建立礫巖致密儲層“甜點”分級標準；瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密油藏可劃分為4類，其中前兩類油藏為Ⅰ類和Ⅱ類“甜點”，是礫巖致密油層勘探開發的首選。

(3)建立孔隙度和含油飽和度測井模型，刻畫瑪湖凹陷百口泉組礫巖致密儲層含油孔隙度垂向分布，識別礫巖致密油層地質“甜點”發育層段。瑪湖凹陷不同井區“甜點”發育層系有較大的差異，瑪18井區“甜點”層段主要發育于T1b1層段，單井產能最高，其次為T1b2層段；瑪131井區“甜點”層系主要發育于T1b2層段，其次為T1b3層段。