東濮凹陷濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4有效儲層分布及有效孔隙演化史

隋筱銳，張世奇

(1.陜西延長石油(集團)有限責任公司，陜西西安 710000；2.中國石油大學，山東青島 266580)

濮衛(wèi)地區(qū)構(gòu)造上位于東濮凹陷中央隆起帶北部，北至文明寨地區(qū)，南至文留地區(qū)(圖1)。該區(qū)鉆遇的地層有古近系沙河街組(沙四段—沙一段)和東營組，新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組及第四系平原組[1]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造及重點井位Fig.1 Structure units and key wells of the study area

隨著東濮凹陷濮衛(wèi)地區(qū)的中淺層勘探逐漸進入高成熟階段，古近系深層已經(jīng)成為提高油田產(chǎn)量的重要接替領(lǐng)域；但由于濮衛(wèi)地區(qū)深層經(jīng)過復雜的成巖演化，有效儲層的分布規(guī)律認識不清，另外深層儲層的鉆采周期較長，開發(fā)成本較高，因此只有對深層有效儲層的演化規(guī)律以及分布進行研究才能找到具有經(jīng)濟價值的勘探目標。本文的研究目的層為古近系沙三段和沙四段(其中沙三段自下而上又可劃分為Es3下、Es3中和Es3上)，在有效儲層物性下限研究的基礎(chǔ)上，探討了深層有效儲層的橫向分布范圍以及有效孔隙的演化規(guī)律。

1 Es3-Es4有效儲層物性下限的計算及檢驗

結(jié)合Es3-Es4的深度分布范圍，選取合適的深度區(qū)間，對有效儲層的物性下限和電性下限進行計算和檢驗。

1.1 有效儲層物性下限的計算

有效儲層是指已經(jīng)存在烴類流體并且在現(xiàn)有的經(jīng)濟、技術(shù)條件下可以開采的儲集層。有效儲層的物性下限是指儲集層能夠成為有效儲層應具有的某個明確數(shù)值的最小有效孔隙度和最小有效滲透率。有效儲層的物性下限是直接關(guān)系到油田勘探、開發(fā)決策的重要問題[2-3]。濮衛(wèi)地區(qū)古近系Es3-Es4屬于低孔滲地層[4]，深層有效儲層的物性下限值與地層的溫度、壓力、組成特點以及開采技術(shù)水平有關(guān)。隨著現(xiàn)在采油技術(shù)的不斷提高以及開發(fā)水平的不斷上升，有效儲層物性下限逐漸降低[5-6]。

根據(jù)濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4儲層縱向上的分布范圍，將深度劃分為2 800～3 000 m、>3 000～3 200 m、>3 200～3 400 m、>3 400～3 600 m、>3 600～3 800 m等5個深度區(qū)間，并使用不同方法求取不同深度區(qū)間的有效儲層物性下限。

1.1.1 分布函數(shù)曲線法

分布函數(shù)曲線法是在不同的層段內(nèi)選取合適的物性分布區(qū)間，分別繪制有效儲集層(包括油層、油水層及水層)與非有效儲集層(干層)的孔隙度和滲透率的頻率分布曲線，兩條曲線的交匯點所對應的孔隙度和滲透率值即為有效儲層的物性下限值[7-8]。研究區(qū)目的層的取芯實測物性資料較多，用分布函數(shù)曲線法分別求取了不同深度段有效儲層的物性下限，其孔隙度下限值分別為14.1%、13.2%、11.4%、9.5%、9.1%(圖2)；lgK分別為0.52、0.40、0.05、-0.15、-0.40，因此對應的滲透率下限值為3.35 mD、2.54 mD、1.13 mD、0.717 mD、0.403 mD (圖3)。

圖2 濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4儲層孔隙度頻率分布曲線特征Fig.2 Porosity frequency of Es3-Es4 reservoir in Puwei area

圖3 濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4儲層滲透率頻率分布曲線特征Fig.3 Permeability frequency of Es3-Es4 reservoir in Puwei area

1.1.2 試油法

試油法是根據(jù)試油結(jié)果，將不同深度段的非有效儲層(單位產(chǎn)液量小于1 t/d)和有效儲層(單位產(chǎn)液大于或等于1 t/d)對應的孔隙度、滲透率繪制在同一坐標系內(nèi)，有效儲層和非有效儲層的分界處對應的物性值為有效儲層的物性下限值[9]。根據(jù)濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4的試油結(jié)論以及對應的儲層物性，確定了不同深度區(qū)間的孔隙度下限值依次為14.3%、13.3%、11.2%、9.4%、9.0%，滲透率下限值依次為3.2 mD、2.5 mD、1.1 mD、0.7 mD、0.4 mD(圖4)。

圖4 濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4儲層孔隙度—滲透率關(guān)系Fig.4 The relationship between porosity-permeability of Es3-Es4 reservoir in Puwei area

1.2 有效儲層物性下限值驗證

分布函數(shù)曲線法和試油法求取的物性下限值總體比較相近。通過不同方法求取的濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4有效儲層的孔隙度和滲透率物性下限值相互比較可知(表1)，相對誤差最低為0.4%，最高為3.32%，平均誤差為1.32%，計算結(jié)果可靠。

表1 濮衛(wèi)地區(qū)不同方法求取有效儲層物性下限驗證Table 1 Comparison of the property limits using different methods

將分布函數(shù)曲線法的不同深度區(qū)間的中深((深度區(qū)間的頂深+底深)/2)代表計算物性參數(shù)下限的深度，通過回歸方程分析可得到有效儲層孔隙度下限與深度的關(guān)系和滲透率下限與深度的關(guān)系方程(圖5)：

Ф=-22.52lnH+193.83，R2=0.969 0

(1)

K=10 654e-0.003H，R2=0.984 6

(2)

式中 Ф——孔隙度，%；

K——滲透率，mD；

H——深度，m；

R2——回歸方程的確定系數(shù)。

可以看出，有效儲層的孔隙度和滲透率下限值與深度呈良好的線性關(guān)系，可以根據(jù)物性下限關(guān)系方程確定有效儲層的縱向深度分布范圍。

圖5 濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4有效儲層物性下限與深度的關(guān)系Fig.5 The relationship between property limits and depth in Es3-Es4 reservoir of Puwei area

1.3 有效儲層發(fā)育帶

根據(jù)濮衛(wèi)地區(qū)的物性化驗分析資料，作出孔隙度和滲透率垂向變化趨勢圖(圖6)，在圖中作出上述計算出的有效儲層孔隙度下限值與深度的關(guān)系和滲透率下限值與深度的關(guān)系的回歸方程，將濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4的有效儲層劃分為4個有效孔隙帶，各有效孔隙帶的深度區(qū)間依次為2 800～2 925 m(第Ⅰ有效孔隙發(fā)育帶)、3 050～3 150 m(第Ⅱ有效孔隙發(fā)育帶)、3 525～3 600 m(第Ⅲ有效孔隙發(fā)育帶)、3 650～3 725 m(第Ⅳ有效孔隙發(fā)育帶)。由圖6可以看出，由淺到深的有效儲層發(fā)育帶的孔隙度和滲透率均逐漸降低，孔隙發(fā)育程度減低。

圖6 濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4有效儲層帶垂向分布Fig.6 The distribution of vertical effective reservoirs in Es3-Es4 reservoir of Puwei area

由圖6可知，第Ⅰ有效孔隙發(fā)育帶發(fā)育在2 800～2 900 m，有效孔隙度多分布在15%～20%之間，溶蝕孔隙發(fā)育，孔隙度和滲透率均相對較高，儲層物性較好。由鏡下觀察可知，該有效孔隙發(fā)育帶成巖作用類型以長石和碳酸鹽礦物的溶蝕作用以及石英的次生加大為主，成巖環(huán)境為酸性環(huán)境，主要孔隙類型以少量殘余原生孔及次生溶蝕粒間孔為主(圖7)。

第Ⅱ有效儲層發(fā)育帶深度為3 050～3 150 m，有效孔隙度為12%～18%。儲集空間以混合孔隙為主，主要為溶蝕粒間孔和溶蝕粒內(nèi)孔；交代作用以含鐵碳酸鹽交代早期的方解石膠結(jié)及其他礦物顆粒為主(圖8)。

圖7 第Ⅰ有效孔隙帶成巖現(xiàn)象及孔隙發(fā)育Fig.7 Diagenetic phenomenon and development of porosity in the first effective porosity zone

圖8 第Ⅱ有效孔隙帶成巖現(xiàn)象及孔隙發(fā)育Fig.8 Diagenetic phenomenon and development of porosity in the second effective porosity zone

第Ⅲ有效儲層發(fā)育帶深度位于3 500～3 600 m之間，有效孔隙度主要集中在10%～15%。通過鑄體薄片觀察，該有效孔隙發(fā)育帶的成巖作用以強膠結(jié)作用和強交代作用為主，含鐵碳酸鹽大量發(fā)育，孔隙類型以少量長石被溶蝕形成的粒間孔隙為主。

第Ⅳ有效儲層發(fā)育帶位于3 700～3 750 m之間，有效孔隙度多分布于8%～12%。該孔隙發(fā)育帶的儲存空間為石英及其次生加大邊被溶蝕形成的次生孔和微裂縫(圖9)。

圖9 第Ⅲ(a)和第Ⅳ(b)有效孔隙帶成巖現(xiàn)象及孔隙發(fā)育Fig.9 Diagenetic phenomenon and development of porosity in the third and fourth effective porosity zone

2 Es3-Es4有效儲層孔隙演化分析

采用反演法對濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4的有效儲層孔隙演化進行恢復，即依據(jù)現(xiàn)今的鏡下特征，結(jié)合各種成巖事件的發(fā)生時間，統(tǒng)計不同時期的膠結(jié)物含量并對儲層的孔隙度進行計算、統(tǒng)計和恢復，逐步回推壓實、膠結(jié)、溶蝕作用等成巖事件導致的孔隙度的變化，得出儲層的孔隙演化特征[10-17]。

(1)初始孔隙度Ф1。

Ф1=20.91+22.90/S0

(3)

式中S0——分選系數(shù)。

(2)壓實后剩余孔隙度Ф2。

Ф2=Ct+(Фpm+Фca)/Фt×Фp

(4)

式中Ct——方解石、白云石的含量，%；

Фpm——粒間孔面孔率，%；

Фca——碳酸鹽溶孔面孔率，%；

Фt——總面孔率，%；

Фp——現(xiàn)今孔隙度，%。

壓實損失孔隙度

ФL=Ф1-Ф2

(5)

壓實孔隙度損失率

fL=(Ф1-Ф2)/Ф1

(6)

(3)早期膠結(jié)后的剩余孔隙度Ф3。

Ф3=Фpm/Фt×Фp

(7)

早期膠結(jié)后的損失孔隙度

ФC=Ф2-Ф3

(8)

早期膠結(jié)后的孔隙度損失率

fC=(Ф2-Ф3)/Ф2

(9)

(4)溶蝕后的剩余孔隙度Ф4。

Ф4=Фd/Фt×Фp+Ф3

(10)

式中 Фd——溶蝕孔面孔率，%。

(5)晚期膠結(jié)后的剩余孔隙度Ф5。

Ф5=Ф4-Cf

(11)

式中Cf——鐵方解石、鐵白云石的含量，%。

晚期膠結(jié)后的損失孔隙度

Фw=Ф4-Ф5

(12)

晚期膠結(jié)后的孔隙度損失率

fw= (Ф4-Ф5)/Ф4

(13)

濮衛(wèi)地區(qū)的分選系數(shù)為2.53左右[1]，根據(jù)公式計算得Ф1=29.96%。根據(jù)鏡下鑄體薄片和掃描電鏡觀察，可以得到相關(guān)數(shù)據(jù)(表2)。

表2 濮衛(wèi)地區(qū)各成巖階段數(shù)據(jù)統(tǒng)計Table 2 The data of different diagenetic stages in Puwei area

根據(jù)表2中的相關(guān)數(shù)據(jù)和反演法公式，可以得出各種成巖作用后剩余的孔隙度(表3)。壓實作用后剩余的孔隙度為11.90%～19.97%，壓實作用造成的孔隙度損失率為：(初始孔隙度Ф1-壓實后的剩余孔隙度Ф2)/初始孔隙度Ф1，即從33.34%到60.28%不等，平均孔隙度為17.17%，平均壓實損失率為42.69%；早期膠結(jié)作用后剩余的孔隙度為2.80%～9.98%，早期膠結(jié)作用造成的孔隙度損失率為：(壓實后的剩余孔隙度Ф2-早期膠結(jié)后的剩余孔隙度Ф3)/壓實后的剩余孔隙度Ф2，范圍在40.86%～82.5%，平均孔隙度為6.84%，平均孔隙度損失率為60.93%；溶蝕作用剩余的孔隙度為7.00%～18.64%，平均孔隙度為13.36%；晚期膠結(jié)作用后剩余的孔隙度為5.80%～14.84%，晚期膠結(jié)作用造成的孔隙損失率為：(溶蝕作用后的剩余孔隙度Ф4-晚期膠結(jié)后的剩余孔隙度Ф5)/溶蝕作用后的剩余孔隙度Ф4，范圍在6.65%～24.32%，平均孔隙度為10.91%，平均孔隙度損失為18.34%。由此可以看出，在濮衛(wèi)地區(qū)造成孔隙減小的主要成巖作用為早期膠結(jié)作用，其次為壓實作用，晚期膠結(jié)作用造成的孔隙損失最小。根據(jù)計算得出的現(xiàn)存孔隙度和實際測量得到的孔隙度，可以計算出相對誤差，平均誤差為1.49%，最大誤差在3.57%，具有可信度。

表3 濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4儲層各成巖階段物性演化與誤差分析Table 3 Evolution of effective property and analysis of deviation different at different diagenetic stages in Es3-Es4 reservoir of Puwei area

統(tǒng)計表3中各種成巖作用后的剩余孔隙度的平均值(表4)，并根據(jù)孔隙度值繪制Es3和Es4有效儲層孔隙度的演化圖(圖10)。

表4 成巖過程中的孔隙度演化Table 4 Evolution of property during diagenetic process

根據(jù)前面4個有效孔隙帶的孔隙度演化分析和成巖作用類型，進行濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4有效儲層的孔隙演化分析：顆粒沉積后形成29.96%的初始孔隙度，經(jīng)過早期壓實作用，孔隙度降低為17.17%；早期方解石膠結(jié)、石英次生加大充填孔隙，孔隙度減小為6.84%；隨埋藏深度的加深，有機質(zhì)成熟形成的酸性環(huán)境使早期形成的方解石膠結(jié)溶蝕，形成次生孔隙，孔隙度提升為13.36%；晚期堿性成巖環(huán)境下，含鐵碳酸鹽膠結(jié)發(fā)育，物性條件變差，孔隙度降低為10.91%，即為目前孔隙度。

圖10 濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4有效儲層孔隙度演化Fig.10 Evolution of effective porosity in Es3-Es4 reservoir of Puwei area

3 結(jié)論

(1)利用測井以及取芯測試資料，按東濮凹陷濮衛(wèi)地區(qū)Es3-Es4有效儲層的分布深度，劃分為2 800～3 000 m、>3 000～3 200 m、>3 200～3 400 m、>3 400～3 600 m、>3 600～3 800 m等5個深度區(qū)間，并使用分布函數(shù)曲線法和試油法確定了孔隙度下限值為14.1%、13.2%、11.4%、9.5%、9.1%，滲透率下限值為3.35 mD、2.54 mD、1.13 mD、0.717 mD、0.403 mD。

(2)確定了物性下限值與深度的關(guān)系曲線并以此劃分了垂向上的4個有效孔隙帶，第Ⅰ有效孔隙發(fā)育帶的有效孔隙度多分布在15%～20%之間，第Ⅱ有效儲層發(fā)育帶的有效孔隙度為12%～18%，第Ⅲ有效儲層發(fā)育帶的有效孔隙度主要集中在10%～15%，第Ⅳ有效儲層發(fā)育帶的有效孔隙度多分布于8%～12%。

(3)濮衛(wèi)地區(qū)由壓實作用造成的平均孔隙度損失率為42.69%，早期膠結(jié)作用造成的孔隙度平均孔隙度損失率為60.39%，晚期膠結(jié)作用造成的孔隙損失平均為18.94%。造成孔隙減小的主要成巖作用為早期膠結(jié)作用，后期溶蝕作用使物性得到改善，平均增加6.51%。