摘 要

利用巖石物理相流動單元“甜點”篩選致密儲層含氣有利區(qū)　　　　　　　——以蘇里格氣田東區(qū)為例摘　要：針對蘇里格氣田東區(qū)致密儲層受多期不同類型沉積

利用巖石物理相流動單元“甜點”篩選致密儲層含氣有利區(qū)

　　　　　　　——以蘇里格氣田東區(qū)為例

摘　要：針對蘇里格氣田東區(qū)致密儲層受多期不同類型沉積、成巖作用及構造因素影響，儲層孔隙空間細小、孔隙類型結構和測井響應復雜等問題，分析致密儲層巖石物理相分類評價，提出利用巖石物理相流動單元“甜點，，來篩選致密儲層含氣有利區(qū)。選用反映致密儲層特征的流動層帶指標、儲能參數(shù)、單滲砂層能量厚度、氣層有效厚度、含氣層厚度、滲透率、孔隙度、含氣飽和度等多種參數(shù)，利用灰色理論從不同角度對儲層滲流、儲集及含氣特征進行全面分析，篩選出一、二類巖石物理相流動單元“甜點”，并圈定近期可開發(fā)或評價后可開發(fā)的多期疊置的一系列含氣有利區(qū)97個，其中下二疊統(tǒng)山西組山2段篩選圈定26個、山1段圈定27個、中二疊統(tǒng)下石盒子組盒8下亞段圈定30個、盒8上亞段圈定14個。該研究成果反映出鄂爾多斯盆地廣覆式生氣和滿盆子儲氣特色，為氣田增儲上產提供了更多的有利勘探目標。

關鍵詞：致密儲集層  巖石物理相分類  流動單元“甜點”  含氣有利區(qū)  分布規(guī)律  蘇里格氣田  鄂爾多斯盆地

Identification of tight gas play fairways according to flow unit sweet spots of petrophysical facies：A case study from the eastern Sulige Gas Field

Abstract：Influenced by multiple stage deposition and diagenesis of various types，the tight reservoirs in the eastern Sulige Gas Field are featured by tiny pore space，complex Pore strueture and logging response．In view of this，this paper classified petrophysical facies of tight reservoirs and identified tight gas play fairways according to flow unit sweet point of petrophysical facies．Various parameters reflecting the tight reservoir features were first selected，including flow zone index，reservoir capacity，single sand laver thickness, net gas pay,gross thickness，permeability，porosity and gas saturation，and then the grey theory was applied to analyze seepage flow,poroperm and gas-bearing characteristics of the reservoirs．Type-Ⅰand Ⅱ sweet spots of petrophysical facies were selected and used to identify 97 play fairways，among which 26 were identified in the 2^nd member of the Shanxi Fm，27 in the 1^st  member of the Middle Permian Shanxi Fm，30 in the lower 8^th member of the Shihezi Fm and l4 in the upper 8^th member of the Middle Permian Shihezi Fm.The resuhs reveal the perVasiveness of gas generation and the adequateness of gas preservation in the Ordos Basin．

Key words：tight reservoir，petrophysical facies classification，flow unit sweet spot，distribution pattern，Sulige Gas Field，Ordos Basin

蘇里格氣田東區(qū)致密儲層的沉積物分選性差，成巖作用復雜，壓實和膠結作用強烈，且儲層成巖階段終止于中成巖B期，沒有達到次生孔隙大規(guī)模發(fā)育的晚成巖階段，導致儲層致密且致密化時間早于大量生排氣期，形成的儲集目的層為下二疊統(tǒng)中石盒子組盒8上亞段、盒8下亞段、下二疊統(tǒng)山西組山l段和山2段^[1-3]。區(qū)內儲層微觀孔隙類型多樣，結構復雜，儲層中存在多種孔隙喉道類型，細小及無效喉道占喉道數(shù)量絕大部分，反映出孔喉分選系數(shù)、變異系數(shù)、均質系數(shù)范罔大，排驅壓力、中值壓力偏高，最大孔喉半徑和退汞效率低，導致儲層微觀孔隙結構差，形成以成巖溶孔為主多孔隙類型共存的復雜孔隙結構的巖石物理相儲層特征，儲層具有十分明顯的非均質、非線性分布和測井響應復雜特點^[3-5]。因此，有必要利用該區(qū)目的層段致密儲層各類測井、巖心和試氣資料，研究巖石物理相流動單元的多種信息，利用“甜點”分析篩選致密儲層含氣有利區(qū)。

1　致密儲層巖石物理相分類描述

分析該區(qū)致密儲層巖石物理相和測井響應特征的結果表明，巖石物理相分類集中體現(xiàn)m儲層巖性、物性、孔隙類型、孔隙結構和測井響應對儲層巖石物理相的控制作用，巖石物理相分類的測井儲層參數(shù)模式則主要是通過規(guī)則化處理孔隙流體影響。岡此，儲層巖石物理相是控制致密儲層“四性”關系和測井響應特征的主導因素^[6-8]。特別在其普遍存在早一中成巖期強烈的壓實壓溶及膠結作用，使得致密儲層原生孔隙損耗嚴重，大大改變了儲層原始孔隙結構，形成了以成巖溶孔為主、多孔隙類型共存的混合型致密氣儲集特征。儲層中大部分孔隙被限制性喉道所控制，造成儲層退汞效率低，難采體積大。為此，依據(jù)上述致密儲層巖石物理相形成的地質條件，分析該區(qū)目的層段致密儲層沉積、成巖作用和巖性、物性、孔隙類型、孔隙結構及測井響應特征，在研究區(qū)劃分出較好型、較差型、致密型的一、二、三類巖石物理相類型^[9-11](表1)。

 

1)一類石英支撐強溶蝕粒間孔、溶孔型巖石物理相儲層以中粗粒石英砂巖為主，含部分巖屑石英砂巖(碎屑組分中石英含量在90％以上)。石英顆粒是呈線—凹凸接觸，孔喉分選性較好，磨圓度呈次網狀。該類儲層處于心灘、邊灘淺水河道有利相帶中，水動力條件強，形成的中粗粒石英砂巖在成巖過程中抗壓實作用較強，使部分原生粒間孔得以保存，且中粗粒石英砂巖相對于細粒砂巖硅質膠結弱。從而使儲層易溶組分溶蝕得以改善，形成了較好的石英支撐強溶蝕粒間孔、溶孔型巖石物理相。

該類巖石物理相儲層具有較好的物性和孔隙結構特征，儲層滲透率一般大于l.0mD，面孔率大于4.0％，孔隙度大于l0％。壓汞曲線呈較寬平臺型，排驅壓力小于0.5MPa，中值壓力小于5.0MPa，分選系數(shù)、變異系數(shù)、均質系數(shù)居中，最大孔喉半徑大于l0mm，中值半徑大于0.1mm，退汞效率大于40％，孔隙結構綜合參數(shù)大于20。該類巖相測井響應主要呈現(xiàn)“六降低兩升高”特征，即自然電位低、自然伽馬低、光電吸收截面指數(shù)低、密度低、中子孑L隙度低、電阻率低和高聲波時差、井徑有增大特征，反映出是一種比滲透砂巖更為有利的有效儲層(主要指氣層)。

2)二類巖屑石英砂巖溶孔型巖石物理相儲層以中粗粒巖屑石英砂巖為主，但巖屑含量相對較低。石英及巖屑顆粒以線接觸為主，孔喉分選也較好，磨圓度呈次圓次棱狀。該類儲層處于心灘、邊灘及河道滯留充填砂體有利相帶中，儲層中石英加大及粒間自生石英發(fā)育，成巖壓實、石英次生加大及高嶺石充填使原生粒間孔隙明顯減少。但儲層中易溶的巖屑、雜基溶解形成的溶蝕孔隙和發(fā)育的蝕變高嶺石晶間孔，為該類儲層提供了較好的排出擴散條件，形成了研究區(qū)廣泛分布的溶孔型巖石物理相。

該類巖石物理相儲層發(fā)育溶蝕孔隙和自生高嶺石晶間孔，孔隙喉道變細，物性和孔隙結構有所變差。儲層滲透率為0.3～1.0mD，面孔率為1.0％～4.0％，孔隙度為7％～l0％。壓汞曲線呈緩坡型，排驅壓力為0.5～1.5MPa，中值壓力為5.0～l5.0MPa，分選系數(shù)、變異系數(shù)、均質系數(shù)相對較低，最大孔喉半徑為0.5～1.0mm，中值半徑為0.03～0.1mm，退汞效率為35％～45％，孔隙結構綜合參數(shù)為l0～20。該類巖相相對于石英支撐強溶蝕孔隙結構相呈現(xiàn)“六升高兩降低”變化，測井響應主要呈現(xiàn)“六較低兩較高”特征，即自然電位較低、自然伽馬較低、光電吸收截面指數(shù)較低、密度較低、中子孔隙度較低、電阻率較低和聲波時差較高、井徑微增大特征，反映出一種低滲透砂巖差儲層(主要指差氣層)的巖石物理相成因單元。

3)三類雜基微孔致密型巖石物理相儲層以細、中、粗粒巖屑砂巖為主，有含泥石英砂巖、塑性巖屑、雜基的各類雜砂巖。該類儲層處于河道邊緣天然堤、決口扇和分流間灣砂體中，儲層泥質含量高，受強烈成巖壓實和鈣質膠結交代，導致儲層形成雜基微孔型致密巖石物理相。

該類巖石物理相儲層孔隙類型以雜基微農牧民和零星分布的顆粒溶孔為主，儲層物性和孔隙結構差。儲層滲透率小于0.3mD，面孔率小于1.0％，孔隙度小于7.0％。壓汞曲線呈斜坡型，排驅壓力大于1.5 MPa，中值壓力大于l0.0MPa，分選系數(shù)、變異系數(shù)、均質系數(shù)分布范圍大，最大孔喉半徑小于0.5mm，中值半徑小于0.06mm，退汞效率小于35％，孔隙結構綜合參數(shù)小于10。該類巖相測井響應主要呈現(xiàn)“五升高三降低”特征，即自然電位高、自然伽馬較高、光電吸收截面指數(shù)高、密度高、電阻率高和聲波時差低、中子孔隙度低、井徑較低特征，反映出一種特別致密氣藏的干砂層(主要指氣顯示層和干層)巖石物理相成因單元。

從上述巖石物理相分類特征可以看出，巖石物理相分類集中地體現(xiàn)出巖性、物性、孔隙圖像、孔隙結構等地質因素對儲層巖石物理相的控制作用。同類巖石物理相儲層具有相似的巖石學和沉積—成巖作用特征，反映出微觀孔隙圖像、壓汞曲線及其物性特征趨于一致，測井響應及其巖電關系趨于吻合。3種不同類別巖石物理相具有不同巖性、物性、孔隙圖像、孔隙結構特征，反映出不同類別的儲層參數(shù)和測井響應參數(shù)分布的特征與差異^[11-13]。

2　致密儲層巖石物理相流動單元綜合評價指標體系

2．1　致密儲層巖石物理相流動單元“甜點”分類特征

在確定該區(qū)目的層段儲層巖石物理相流動單元“甜點”研究中，利用上述分析該區(qū)致密儲層地質條件對儲層巖石物理相分類的控制作用，深入分析砂體結構與微觀孔隙結構特征關系，利用砂體內部影響滲流的屏障和流體流動特征的差異，引入儲層微觀孔喉結構特征決定的巖石物理相流動單元流體流動特征。在同一巖石物理相流動單元內部，影響流體流動的地質參數(shù)相同，不同巖石物理相流動單元間則體現(xiàn)了巖性和巖石物理性質的差異性^[13-14]。

巖石物理相流動單元“甜點”研究在致密儲層開發(fā)中具有十分重要意義，一般致密氣層、差氣層主要富集于一、二類流動單元內，氣顯示層則賦存于分隔體中。研究分隔屏障的主要問題是要在剖面上將其劃分出來，即對相應儲集體進行細分巖石物理相流動單元，并盡可能描述出最小一級分隔體。為此，在該區(qū)致密儲層含氣有利區(qū)分布及非均質特征研究中，精細地表征儲層性質、分布及其對天然氣滲流的影響，結合巖石物理相流動單元“甜點”儲層特征與測井響應(含氣測全烴)特征，把該區(qū)巖石物理相流動單元“甜點”劃分為一、二、三類，即按滲流、儲集和含氣“甜點”控制能力及測井響應特征分為近期可開發(fā)(一類)、評價后可開發(fā)(二類)及勘探開發(fā)潛力區(qū)(三類)等三類含氣有利區(qū)(表2)。

 

所謂一類預測含氣有利區(qū)是指近期可開發(fā)氣藏，它們處于有利的成藏控制因素和成藏組合條件下，位于中粗粒石英砂巖和巖屑石英砂巖單滲砂層能量厚度在2m以上的心灘、邊灘有利沉積成巖相帶。該類儲層具一類巖石物理相流動單元“甜點”特征，不單具有較好物性及孔隙結構特征，儲層參數(shù)與測井響應參數(shù)“六低兩高”分布及標準趨于相對集中的較高范圍，而且氣測全烴曲線飽滿，試氣產量在1×10⁴m³／d以上，屬已基本控制或探明的有效儲層厚度、含氣面積和儲量。

二類預測含氣有利區(qū)是指評價以后可開發(fā)的氣藏，它們亦處于較為有利的成藏控制因素和成藏組合條件下，位于心灘、邊灘及其河道滯留充填砂體較為有利的沉積成巖相帶上。該類儲層具二類巖石物理相流動單元“甜點”特征，具有一定的物性及孔隙結構特征，儲層參數(shù)與測井響應參數(shù)“六較低兩較高”分布及標準趨于相對居中的較高范圍，氣測全烴曲線呈欠飽滿形，試氣產量在(0.10～1.O0)×10⁴m³／d，屬于較明顯控制因素的含氣面積和儲量。

三類預測含氣有利區(qū)是指氣藏滾動勘探開發(fā)潛力區(qū)，它們處于河道滯留充填砂體或天然堤、決口扇沉積成巖相帶上。該類儲層具三類巖石物理相特征，具有適當?shù)奈镄约翱紫督Y構特征，儲層參數(shù)與測井響應參數(shù)“五高三低”分布及標準區(qū)域處于相對集中的較低范圍，氣測全烴曲線呈欠飽滿齒形，試氣產量在(0.0l～0.10)×10⁴m³／d，屬基本控制的氣顯示層段厚度和面積。

上述一類預測含氣有利區(qū)為近期可開發(fā)氣藏，為氣田區(qū)塊部署滾動開發(fā)井提供依據(jù)；二類預測含氣有利區(qū)為評價后可開發(fā)氣藏，為氣田區(qū)塊部署開發(fā)準備井提供依據(jù)；三類預測含氣有利區(qū)作為氣田區(qū)塊部署滾動勘探開發(fā)的潛力區(qū)。

2．2　致密儲層巖石物理相流動單元“甜點”綜合評價參數(shù)及指標

利用上述致密儲層巖石物理相分類特征(表1)與流動單元“甜點”物性、測井響應、氣測、試氣及開發(fā)落實程度標準(表2)，結合該區(qū)致密儲層參數(shù)所反映的滲流、儲集及含氣特征，選用流動層帶指標、儲能參數(shù)、單滲砂層能量厚度、氣層有效厚度、含氣層厚度、滲透率、孔隙度、含氣飽和度等多種參數(shù)評價儲層巖石物理相流動單元基本特征^[14-15]。

根據(jù)巖石物理相流動單元的概念，儲集層采用流動層帶指標(FZI)表征^[14-16]。儲層巖石物理相流動單元往往受礦物成分和結構控制，可以根據(jù)儲層孔喉特征劃分流動特征不同的流動單元。其中以儲層平均流動單元半徑(rmh)為連接流動單元和孔隙度、滲透率的重要參數(shù)：

對于一個圓柱形的毛細管而言：

式中r為平均水力流動半徑。

利用平均水力流動半徑概念，應用Poisseuille和Darcy定律推導出孔隙度、滲透率之間的關系：

 

式中je為有效孔隙度；t為孔隙介質迂曲度；K為滲透率。

單位顆粒體積表面積sgv與平均流動單元半徑rmh的關系：

 

式（3）代入式（2）則有：

 

式中Fs為形狀系數(shù)，圓柱體時為2。

將式(4)兩邊除je，并取平方根得：

 

由此以滲透率定義出儲層質量指標：

 

標準化孔隙度指標：

 

儲層流動層帶指標：

 

式中tsgv是一個關于多孔介質地質特征的函數(shù)，隨孔喉特征及其性質變化。

因此，儲層流動層帶指標是一個把孔隙、礦物的地質特征和孔喉結構特征結合起來確定儲層微觀孔隙幾何相特征的參數(shù)，它可以集中反映儲層儲集特征、滲流特征及其非均質特征。

儲能參數(shù)是每口井在儲量計算取值層段內有效厚度、有效孔隙度和含氣飽和度的乘積，它反映了儲層中純氣層厚度；單滲砂層能量厚度代表小層骨架砂體及其微相帶的沉積能量；氣層有效厚度反映達到工業(yè)氣流下限標準的氣層；含氣層厚度反映氣層、差氣層及氣顯示層厚度；滲透率、孔隙度、含氣飽和度反映儲層物性特征。這些參數(shù)從不同角度顯示該區(qū)儲層滲流、儲集及含氣“甜點”等巖石物理相流動單元特征，采用灰色分析方法具體研究每類巖石物理相評價參數(shù)的界面以確定不同類別評價參數(shù)界限值，通過統(tǒng)計確定參數(shù)對不同類型巖石物理相的分布標準，并利用參數(shù)指標準確率與分辨率的組合分析，對各項參數(shù)賦予不同權值^[16-17]。從而，根據(jù)氣田具體地質特征進行參數(shù)統(tǒng)計分析與調整，建立起研究區(qū)目的層段致密氣藏儲層巖石物理相流動單元“甜點”綜合評價參數(shù)指標和權值(表3)。

 

表3中一、二、三類巖石物理相流動單元“甜點”明顯反映致密氣藏儲層巖性、物性、含氣性及流動層帶參數(shù)分布特征差異，其評價參數(shù)標準與該區(qū)巖石物理相分類特征及含氣有利區(qū)分類標準相吻合。

3　致密儲層含氣有利區(qū)綜合評價

利用上述目的層段測井解釋巖性、物性、含氣性及流動層帶參數(shù)，采用灰色理論巖石物理相流動單元“甜點”綜合評價指標體系，分別對流動層帶指標、儲能參數(shù)、單滲砂層能量厚度、氣層有效厚度、含氣層厚度、滲透率、孔隙度、含氣飽和度，進行被評價數(shù)據(jù)的綜合分析處理。采用矩陣分析、標準化、標準指標絕對差的極值加權組合放大技術，利用灰色理論集成和綜合上述致密氣藏儲層多種信息，實現(xiàn)目的層巖石物理相流動單元“甜點”的綜合評價和定量分析^[16-17]，確定和劃分致密氣藏儲層含氣有利區(qū)的分布和特征。

通過上述山2段、山1段、盒8下亞段、盒8上亞段主要含氣目的層段含氣有利區(qū)分析預測，分別層位篩選并劃分出一類、二類含氣有利區(qū)氣藏97個，其中在山2段篩選圈定26個，山1段圈定27個，盒8下亞段圈定30個，盒8上亞段圈定14個(表4)。這些含氣有利區(qū)處于十分有利的沉積成巖儲集相帶及其含氣圈閉和含氣富集條件下，測井解釋具有明顯較好的儲集、滲流和含氣特征，測井綜合評價為一、二類巖石物理相流動單元“甜點”，試氣具有工業(yè)氣流或較高產量，為該區(qū)致密氣藏儲層增儲上產提供有利目標和井區(qū)(圖1、2)。

 

 

 

4　致密儲層含氣有利區(qū)的篩選圈定

利用上述巖石物理相流動單元“甜點”圈定出該區(qū)致密儲層含氣有利區(qū)(表4)，以盒8下亞段辮狀河含氣有利區(qū)篩選圈定看，一、二類巖石物理相流動單元“甜點”與氣層有效厚度等值線分布趨于吻合(圖1)。其一類“甜點”發(fā)育在氣層有效厚度圈定范圍內，由西向東河道發(fā)育召64、召65、召31、召探1、蘇東21-58、召7、召l5、召4、召69、召52、召51、蘇東6-68、蘇東13-65、召80、統(tǒng)25、蘇東24-73、召79、統(tǒng)30、統(tǒng)28、統(tǒng)31等20個井區(qū)，氣層有效厚度在1.5m以上，試氣產量在1×l0⁴m³／d以上，成為該層段近期可開發(fā)的一類含氣有利區(qū)。二類“甜點”發(fā)育在含氣層或較差氣層圈定范圍內，由西向東沿河道發(fā)育召24、蘇東10-61、蘇東6-71、蘇東11-69、蘇東20-73、召29、蘇東18-84、統(tǒng)27、統(tǒng)22、統(tǒng)21等10個井區(qū)，氣層或差氣層厚度在1.5m以上，試氣產量在0.1×10⁴m³／d以上，成為該層段評價后可開發(fā)的二類含氣有利區(qū)(圖1)。

該層段一、二類巖石物理相“甜點”分布相對密集，主要呈大小不勻彎曲短條帶、串珠狀或豆莢狀分布發(fā)育。它們平面上因縱向砂體多期疊置，砂體橫向連片性較好，總體在平面上由西向東構成一系列規(guī)模相對較大“甜點”范圍，形成30個一、二類含氣有利區(qū)，一般寬度為1000～2000m，長度為2000～4000m。它們分別處于中粗粒石英砂巖的心灘微相中，沉積中水淺水動力作用強，巖性粗、流體滲流較好；成巖中抗壓實作用強，且硅質膠結弱，易于保存孔隙；廣覆式生氣提供了最大泄氣面積；穩(wěn)定的構造背景、砂巖致密性、非均質性有利于氣藏聚集保存。因而，該層段辮狀河含氣有利區(qū)具有明顯較好的沉積、成巖作用特征和成藏綜合控制因素條件。特別值得注意的該層段辮狀河道間發(fā)育一定規(guī)模分流堤岸對河道砂的封堵和分隔作用，同一“甜點”范圍疊置可形成不同的獨立氣藏，多個河道“甜點”范圍疊置可形成多個相對獨立氣藏并存，它們都為該區(qū)氣田區(qū)塊部署滾動開發(fā)井和開發(fā)準備井提供有利目標和井區(qū)(圖2)。

5　結論

1)致密儲層孔隙空間細小，儲層微觀孔隙結構差、非均質性強，儲層中不同巖石物理相流動單元孔隙結構差異體現(xiàn)出致密儲層巖性和巖石物理性質的差異性。一類、二類巖石物理相流動單元“甜點”主要指富集于儲層中的氣、差氣層帶，三類巖石物理相流動單元主要指賦存于滲流分隔屏障中的氣顯示層。篩選致密儲層含氣有利區(qū)，就是研究砂體內部滲流屏障和流體流動特征，細分和評價巖石物理相流動單元及圈定“甜點”含氣有利區(qū)。

2)選用反映致密儲層滲流特征的流動層帶指標、儲能參數(shù)、單滲砂層能量厚度、氣層有效厚度、含氣層厚度、滲透率、孔隙度、含氣飽和度等多種參數(shù)，利用灰色理論從不同角度對儲層滲流、儲集及含氣特征進行全面分析，分別據(jù)一、二類巖石物理相流動單元“甜點”圈定出近期可開發(fā)或評價后可開發(fā)的含氣有利區(qū)97個，集中地反映出研究區(qū)致密儲層含氣有利區(qū)的分布規(guī)律、延伸方向及非均質分布特征。

3)巖石物理相流動單元“甜點”是多種地質作用的綜合反映，具有相對優(yōu)質儲層的滲流、儲集及含氣性質特征。利用巖石物理相流動單元“甜點”圈定含氣有利區(qū)，進一步表征了致密儲層沉積、成巖、單斜構造、側向封堵和廣覆式生氣特色。從而，圈定出的含氣有利區(qū)具有十分有利的含氣圈閉和含氣富集條件，測井解釋具有明顯較好的儲集、滲流和含氣特征，測井評價為一、二類巖石物理相氣層，它們分別為該區(qū)氣田區(qū)塊部署滾動開發(fā)井和開發(fā)準備井提供依據(jù)，為該區(qū)致密儲層增儲上產提供有利目標和井區(qū)。

 

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本文作者：宋子齊  成志剛  孫迪  龐玉東  田新

作者單位：西安石油大學石油工程學院

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