松遼盆地三肇凹陷致密儲層地質評價

蔣瑞剛

大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江 大慶

1. 引言

致密儲層的成藏受圈閉和水動力條件控制不明顯，平面上呈現大面積連片分布，因此優選甜點作為致密油藏的優先開發區[1]。當前，針對致密儲層地質評價往往圍繞孔隙結構、巖性精細描述、粘土礦物含量、流體性質等展開，并取得了大量的研究成果[2]-[7]。但多參數致密儲層評價往往導致參數間互相矛盾，同時在實際開發過程中，為了提高致密儲層的滲流能力，一般對油井進行壓裂增產措施，原始的孔隙結構發生變化，導致基于孔隙結構等參數建立的致密儲層評價標準適用性變差。大慶長垣東部扶楊油層致密油探明未開發儲量達2.2 億噸，是大慶油田未來重要的產量接替區。本文從壓裂開發的地質條件入手，突破傳統孔喉特性、流固耦合、塑性礦物含量等多參數致密儲層地質評價方法，探索單井控制儲量和脆性指數雙參數對單井產能的控制作用，以供大慶長垣東部扶楊油層致密油的有效動用參考。

2. 地質概況

研究區位于大慶長垣東部三肇凹陷升平鼻狀構造南端，是扶楊油層的開發試驗區(圖1)，三肇凹陷扶楊油層具有致密油形成與聚集的得天獨厚的地質條件[8]。泉頭組三、四段沉積時期，氣候為半干旱向潮濕的過渡階段，研究區受北部拜泉-明水沉積體系、訥河-依安沉積體系和南部沉積體系的共同影響，沉積環境為三角洲平原和三角洲前緣，發育的砂體有分流河道、水下分流河道、前緣席狀砂等，砂巖厚度平均2.0 m。根據預探井和評價井巖心物性分析資料，扶楊油層孔隙度5.5%～17.5%，中值11.3%，滲透率0.01～11.2 mD，中值0.6 mD，屬于典型的致密儲層。

Figure 1. Top structure and study area location of Sanzhao sag圖1. 三肇凹陷頂面構造及研究區位置

Figure 2. Relationship between fracture morphology and brittleness index圖2. 裂縫形態與脆性指數關系示意圖

3. 致密油藏產能影響因素

對于非壓裂開發的致密氣藏，產能受致密儲層的泥質含量、孔隙度、滲透率、含油飽和度、有效厚度以及天然微裂縫的影響[9]。對于壓裂開發的致密油藏，儲層原始的孔隙結構和滲透性已經發生變化，因此采用脆性指數和單井控制儲量衡量儲層好差。致密砂巖儲層的脆性研究往往借鑒頁巖脆性的研究成果，并取得了較好的效果[10] [11]。Richman 在北美Barnett 頁巖壓裂現場試驗中發現，巖石的可壓性可用脆性指數表征，巖石脆性指數高，巖石越易于壓裂，壓后越易于形成復雜的裂縫(圖2)，單井產能越高[12] [13] [14] [15]，同時裂縫形態還受壓裂工藝的影響，常規壓裂技術只能形成水平的對稱雙翼裂縫，無法改善垂向滲流能力[16]?；跅钍夏Ａ亢筒此杀鹊拇嘈灾笖涤嬎隳Ｐ停?/p>

式中，BI——脆性指數；E——楊氏模量；u——泊松比；ρ——密度測井，g/cm3；DTS——橫波測井，us/m；AC——縱波測井，us/m。

楊氏模量是指巖石破裂后，巖石維持其形成的裂縫的能力，泊松比是指巖石受到力的作用時，其抵抗被破壞的能力。脆性指數大的頁巖具有較大的楊氏模量和較小的泊松比，脆性較小的頁巖一般具有較小的楊氏模量和較大的泊松比[17]。

3.1. 致密儲層脆性指數

通過巖心試驗的方法獲得脆性指數成本昂貴，不切實際，目前常用巖石力學參數法和脆性礦物表達法獲得脆性指數，受巖礦鑒定數據的限制，本文采用巖石力學參數法獲得脆性指數，即Richman 模型。

根據Richman 模型可知，計算致密儲層脆性指數需要用的測井數據有縱波速度、橫波速度和密度測井。研究區密度測井不全，只有20 口井有密度測井，橫波時差測井完全沒有，鑒于研究區的實際情況，需要通過其他測井數據計算出密度數據和橫波時差數據。

巖石的密度受孔隙度和礦物成分的控制，因此選擇能反映孔隙和巖礦特征的測井縱波聲波時差、自然伽馬、自然電位和深側向電阻率線性擬合密度數據。由于測井儀器、測井環境等的差異，選擇砂巖發育最差的FII3 為標準層(圖3)，選擇研究區中部的兩口井為標準井，對全區測井曲線進行直方圖法標準化處理。以其中10 口井作為擬合運算數井，剩余的10 口井作為后驗井，后驗井表明擬合效果很好，絕對誤差平均0.002，相對誤差平均2.5%。擬合公式如下：

式中，DEN——密度；AC——縱波時差；GR——自然伽馬；SP——自然電位；RD——深側向電阻率。

Figure 3. Histogram of sandstone layers and average single layer sandstone thickness圖3. 砂巖層數和平均單層砂巖厚度直方圖

橫波時差出現在聲波全波列測井中，如長源距聲波測井、陣列聲波測井、交叉偶極子陣列聲波測井等，本文采用肇平8 井的正交偶極子陣列聲波測井(XMAC)中的橫波時差，通過反映孔隙和巖礦特征的橫波時差、自然伽馬和密度測井進行線性擬合，以水平段(扶余油層)前半段作為擬合數據，后半段作為后驗數據，后驗數據表明擬合效果很好，絕對誤差平均-2.1，相對誤差平均1.5%。擬合公式如下：

式中，DTS——橫波時差；AC——縱波時差；Vsh——泥質含量；DEN——密度。

最后把縱波聲波時差、橫波聲波時差和密度帶入Richman 公式，即可計算出研究區各井扶楊油層的脆性指數，單井脆性指數采用砂巖厚度權衡法。

3.2. 單井控制儲量

單井控制儲量是油井產能的物質基礎，它受含油面積、有效厚度、有效孔隙度的控制，通過單井控制儲量這一參數，綜合起了以往致密儲層評價時采用的有效厚度、有效孔隙度等參數，不僅達到降維的目的，而且更綜合反映各參數間的互補作用。

結合注采井間流線分布[18] (圖4)，采用龜背圖法圈定含油面積，具體圈定原則是：以油井為中心，向四周擴展一個開發井距，如果一個開發井距內有斷層，則以斷層作為邊界；如果一個開發井距內有水井，則以水井作為邊界；如果一個開發井距內有別的油井，則以井距之半作為邊界(圖5)。

Figure 4. Streamline distribution between injection and production wells圖4. 注采井間流線分布圖

Figure 5. Turtle back of Fuyang reservoir圖5. 扶楊油層龜背圖

有效厚度采用等值線面積權衡法，有效孔隙度采用有效厚度權衡法，原始含油飽和度采用單位有效孔隙體積權衡法[19]，最后用容積法計算單井控制儲量[20] (表1)。

Table 1. Parameter calculation of single well controlled reserves表1. 單井控制儲量參數計算表

Continued

4. 致密儲層綜合地質評價

以油井產能為中心，分類評價致密儲層。研究區部分井是葡扶楊油層合采井，為了提高研究結果的準確性，剔除這部分井。由于壓裂開發的致密油藏，單井日產下降快(圖6)，所以采用油井壓裂投產后連續生產兩年的累積產油量來衡量致密儲層的好差，基于兩點考慮，一是連續生產兩年油井單井產量趨于穩定，二是注水尚未受效，規避開發因素對產量的影響。根據各井連續生產兩年累積產油量的累積頻率可以把累積產油量分為四段，即＜500，500～1050，1050～1500，＞1500，由于第四段井數太少，所以把第三段和第四段合并，這樣累積產油量分為三段，相應的致密儲層類別也分為三類，即I 類、II 類、III 類(圖7)。

Figure 6. Daily production curve of some oil wells in Fuyang reservoir圖6. 扶楊油層部分油井日產曲線

Figure 7. Histogram of cumulative oil production of oil wells in Fuyang reservoir圖7. 扶楊油層油井累積產油量直方圖

結合單井控制儲量、脆性指數和儲層類別，可知三類儲層的單井控制儲量和脆性指數標準(表2)。I類儲層單井控制儲量和脆性指數都高，III 類儲層單井控制儲量和脆性指數都低，II 類儲層單井控制儲量高、脆性指數低或單井控制儲量低、脆性指數高，說明單井控制儲量與脆性指數具有互補性，該分類標準的符合率達到85% (圖8)。

Table 2. Comprehensive geological evaluation criteria of reservoir表2. 儲層綜合地質評價標準表

Figure 8. Scatter diagram of single well controlled reserves and brittleness index圖8. 油層單井控制儲量與脆性指數散點圖

5. 結論

1) 升平鼻狀構造扶楊油層整體開發效果較差是由普通壓裂的壓裂工藝和扶楊油層脆性指數較小的特點共同決定的，兩者共同作用的結果是壓裂只能形成兩翼對稱的多縫，不能形成體積縫，無法在垂向上改善致密儲層的滲透性。

2) 對于壓裂開發的致密油藏，油井產能受單井控制儲量和脆性指數的共同控制，以油井產能為致密儲層的根本評價參數，以單井控制儲量和脆性指數為地質評價參數，把致密儲層分為I、II、III 類儲層，單井控制儲量與脆性指數具有互補性。

3) 在致密儲層評價中，首次采用單井控制儲量評價參數，不僅實現了評價參數的降維，而且評價結果較好。