碳酸盐岩复杂孔隙结构的测井识别和分类评价——以中东某油田H地层为例<br/>

碳酸盐岩复杂孔隙结构的测井识别和分类评价——以中东某油田H地层为例

2014-03-06倪国辉郭海峰徐星黄大琴中国石油长城钻探工程公司解释研究中心北京100101

石油天然气学报 2014年1期

倪国辉，郭海峰，徐星，黄大琴（中国石油长城钻探工程公司解释研究中心，北京100101）

中东某油田H地层为一套发育在台地边缘的潟湖－浅滩相生物灰岩地层，横向变化快，非均质性强。在前人的测井评价中，由于钻井未取心、缺少录井资料、测井仪器落后等原因，并没有获得油气发现。2011年，中国石油天然气集团公司接管该油田的开发后，开始在新钻井中系统采集岩心和测录试资料，并对该层进行了重新评价。2012年2月，在中国石油长城钻探工程公司解释中心的建议下，射开了A井H地层的13．5m厚地层，试油日产3000桶轻质油，取得了重大突破。

孔隙结构是岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系［1］。大量的勘探开发实践表明，储层的微观孔隙结构直接影响着储层的储集渗流能力，并最终决定着油气藏产能的差异分布［2，3］，而利用测井资料研究孔隙结构，尤其是碳酸盐岩储层时面临很多难题［4～9］。H地层灰岩成因类型多样、孔隙空间种类多，岩心分析揭示其孔隙度和渗透率相关性差，很难建立统一关系，这给H地层的储层测井识别、储层参数计算、油田开发方案制定都带来了很大的困难。笔者综合应用铸体薄片、扫描电镜等分析化验资料，对储层孔隙结构特征进行了研究，找到了该区孔隙度和渗透率的主控因素，对储层进行了分类。并分析了各储层类型在电成像和核磁测井资料上的响应，建立了储层测井识别和分类评价的典型图版，对H地层进行了测井储层评价，探寻了优质储层的分布规律，为下一步油田开发提供了重要依据。

1 孔隙微观结构分析

1．1 常规物性特征

在H地层17．8m取心段，共做了62块样品的常规物性分析，孔隙度为8．7%～34．7%，渗透率为0～164mD。孔渗大致呈正相关的关系，但相关性很差（如孔隙度为10%时，渗透率变化范围为0．01～4mD）。整体上孔渗关系多样，存在高孔低渗和低孔高渗等现象，孔隙结构复杂，无法直接建立孔隙度和渗透率的换算关系。

1．2 毛细管压力曲线特征

为了进一步剖析孔渗关系控制因素，首先对H地层的全部6块压汞样品进行了分析，见图1。毛细管压力曲线形态多样，体现了样品孔隙结构的强非均质性，比如165号样品，孔隙度和渗透率分别为20．4%和4．4mD，毛细管压力曲线特征为细歪度、分选好；177号样品，孔隙度和渗透率分别为21．2%和1．3mD，毛细管压力曲线特征为较粗歪度、分选较好；这2块样品的孔隙度大小差不多，但由于其孔隙结构的不同，导致渗透率相差3倍以上。总结6块样品的直观毛细管压力曲线特征为：165和159号样品分选好、细喉道；177和195号样品分选较好、粗喉道；189号样品分选差、粗喉道；162号样品分选差、极细喉道。

图1 H层压汞曲线特征（毛细管压力已转化为油柱高度）

1．3 岩石学特征

为了更好地弄清每条毛细管压力曲线所代表的孔隙结构特征，对14块样品的铸体薄片和扫描电镜（SEM）资料进行了研究，其中对6块样品同时进行了压汞试验。

通过对14个样品的铸体薄片和扫描电镜分析，结果表明H地层以生物碎屑粒泥灰岩、生物碎屑似球粒灰岩／粒泥灰岩为主，方解石晶体颗粒多小于5μm，泥质含量极少，镜下很难见到黏土矿物，是典型的以微孔隙为主的具白垩结构的碳酸盐岩［10，11］。孔隙大小不一，类型多样，原生孔隙主要包括晶间孔和粒间孔，次生孔隙包括铸模孔、化石内孔、溶孔，在2块样品里发现微裂缝，在部分薄片的大孔内可见不同大小的次生方解石晶体。

选取毛细管压力曲线上有代表性的4块样品（165、195、189、162号样品）进行岩石学分析（图2）发现：165号样品为生物碎屑粒泥灰岩，毛细管压力曲线特征为分选好、细喉道，铸体薄片可见颗粒细，分选较好，孔隙类型以晶间孔为主，铸模孔、溶蚀孔等次生孔隙发育，铸模孔内见极小的次生方解石晶体，孔隙度为20．4%，渗透率为4．4mD （图2（a））；195和189号样品均为生物碎屑似球粒颗粒／粒泥灰岩，毛细管压力曲线特征为分选较好、粗喉道，镜下可见颗粒较粗，分选较好－差，铸模孔等次生孔隙较发育，但189号样品里大的次生方解石晶体充填了大部分次生孔，195号样品孔隙度为15．1%，渗透率为0．72mD，而189号样品的孔隙度只有10．3%，渗透率只有0．19mD （图2 （b）、（c））；相比之下，162号样品属于最差的孔隙结构，镜下可见晶体颗粒极小，灰泥间的较大孔也已被次生方解石充填，因此该样品虽然孔隙度为18．7%，但并没有测到渗透率（图2（d））。

对其他10块样品进行分析，得到了同样的认识，即：颗粒分选、孔隙连通性是影响孔隙度和渗透率的微观因素，当颗粒分选不好时，即使喉道半径很大，也很难达到高渗透率。颗粒分选与岩性有关，该地区生物碎屑粒泥灰岩晶体较小，颗粒成分较单一，因此分选较好；而生物碎屑似球粒灰岩颗粒大小不一，分选较差，当胶结作用充填部分孔隙和喉道时，降低了孔隙连通性，从而使渗透率迅速降低。

1．4 储层分类及评价

鉴于H地层生物碎屑灰岩储层的特点及其复杂的孔隙结构特征，对6条毛细管压力曲线、14个样品的铸体薄片和扫描电镜资料、62个常规物性分析进行了综合评价。

图2 H层铸体薄片、电镜特征及喉道半径频率图

对于碳酸盐岩来说，颗粒大小、形状、分选、孔隙类型与连通性等都对渗透率产生直接影响。因此，单纯用孔隙度和渗透率的绝对值无法将储层进行有效分类，毛细管压力曲线特征参数和传统的物性指数法也无法表征储集性能好坏。因此，需要建立一套适合该地层的储层分类方法。该次研究对6块岩心测量了氦气孔隙度（Фt，相当于总孔隙度）和压汞换算孔隙度（Фf，相当于液相孔隙度），并进行了空气渗透率（Ka，即绝对渗透率）和液相渗透率（Kf）测量。为了定量分析孔隙结构对物性的影响，笔者提出了孔隙度损失率、渗透率损失率、渗透率敏感系数的概念。孔隙度损失率（Фs）是指一定压力下，液体无法进入的小孔隙（无效孔隙）占总孔隙度的比例；渗透率损失率（Ks）是指一定压力下，因液体无法通过某些喉道而造成的渗透率损失的比例；渗透率敏感系数（Km）是指不同孔隙度损失率下的渗透率损失率，代表了小孔隙对渗透率的贡献。

分选好、连通性好、以小孔隙为主的岩心，孔隙度损失率小，但往往小孔隙对渗透率贡献率大，因此渗透率敏感系数较大；而分选不好、连通性差、既有大孔隙也有小孔隙的岩心，孔隙度损失率大，渗透率敏感系数较小。对于分选好的、孔喉半径较小的165和159号样品，渗透率敏感系数就大；而对于177号样品，孔隙度损失率达到44．81%，但渗透率敏感系数只有0．72，反映出该样品渗透率多由大孔喉贡献，而小孔喉对渗透率并没有很大贡献。如果将6块压汞样品的孔喉半径和其对渗透率的贡献值做进一步分析，也得出同样的认识。

从物性特征、毛细管压力曲线特征、岩石学特征3个方面进行综合分析，提取储层物性和孔隙结构的多个特征描述参数，总结了不同储层类型的岩性、物性、孔隙结构特征等表现，对H地层储层进行了分类和评价，划分出3类储层：①生屑粒泥灰岩颗粒（晶粒）小，分选好，小孔隙为主，孔隙度在18%以上，渗透率在1mD以上，孔隙度损失率小于5%，渗透率敏感系数大于4，胶结作用弱，为好储层，但开发中如果压力降低，会使渗透率降低较快。②生屑似球粒颗粒／粒泥灰岩颗粒中－大，分选较好，大小孔隙均发育，孔隙度一般在15%～20%，渗透率在1mD左右，孔隙度损失率大于10%，渗透率敏感系数小于2，胶结作用弱，为较好储层，压力变化对渗透率影响较小。③当胶结作用导致方解石晶体充填孔隙空间时，会使储集性能变差，生屑粒泥灰岩小孔隙被堵塞而变成非储层，而生屑似球粒颗粒灰岩更容易保留部分大孔隙，而残留部分储集性，为差储层（表1）。在油田H地层现有状态下，Ⅰ－a和Ⅰ－b类可成为产层。

表1 A井H地层储层分类评价参数表

2 测井储层分类及预测

2．1 测井储层分类

由于H地层的泥质含量极少，且影响物性的主要是孔隙结构而非总孔隙度，而孔隙结构直接影响了测井响应特征，因此，用常规测井曲线进行储层识别和划分难度很大。为此，笔者利用电成像（FMI）和核磁共振（CMR）测井资料，总结不同储层类型在测井曲线上的特征，建立储层测井识别的典型图版，可以对整个井段储层进行分类和评价，并对有利储层进行预测。

电成像反映的是井壁四周的地层微电阻率，其静态平衡图像反映了整个测量井段的相对电阻率变化。在该区灰岩地层，电成像结合取心资料，可以识别岩性和沉积结构。核磁共振横向弛豫时间（τ2）分布反映了孔隙大小分布，大孔隙组分对应较大的τ2，小孔隙组分对应较小的τ2。显然，核磁τ2分布与孔隙结构有直接关系。将H地层电成像和核磁共振测井特征进行归纳，并用岩心分析资料进行约束和刻度，建立了H地层储层类型测井识别的图版（图3）。

图3 储层类型测井识别图版

用电成像和核磁共振测井相结合的方法识别岩性和组构，其优点在于：①区分了岩石骨架高阻和胶结充填方解石的高阻，如图3的Ⅱ类和Ⅲ类，虽然电成像图上都呈现明亮的高阻特征，但因为胶结作用使小孔喉充填而使电成像的亮斑分散分布，且核磁τ2谱只保留大孔单峰；②区分了溶洞、虫孔、分散泥质，如图3的Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ类，电成像图上均为暗斑，但暗斑形态不一样，核磁τ2谱的位置和高度不一样，因此可有效进行区分；③利用电成像测井和核磁共振测井资料对孔隙结构进行了测井识别和分类，弥补了常规测井的不足，在测井储层分类时充分考虑了岩性、物性、孔隙结构3方面的特征，最终给出了储层分类，从而可以有效地用测井资料对碳酸盐岩复杂孔隙结构储层进行分类评价。

2．2 测井储层预测

通过该区沉积相的研究，H地层是发育在碳酸盐岩台地的潟湖相、滩后相和滩相。如果将孔渗数据在纵向的沉积相背景下进行分析则会发现，不同沉积相下的岩心物性分析数据，会有规律地分布在孔渗交会图（图4）上：潟湖相和滩后相容易形成高孔渗，且孔渗关系较好，胶结作用使孔渗关系向下偏离，而微裂缝和溶洞等次生孔隙大大提高了渗透率；滩相孔隙度相对较低，一般低于20%，且呈现较强的渗透率非均质性，通过微裂缝改造可形成中低孔高渗。如果要建立孔隙度和渗透率关系，就必须先认识清楚沉积微相和成岩作用对孔渗关系的控制作用。

利用建立的测井储层识别图版对H地层进行了纵向的储层评价，结果发现：①潟湖相储集性能良好，发育分选好、细孔喉的Ⅰ－a类生物碎屑粒泥灰岩，储集性能只在部分井段因胶结作用而变差，部分井段因为溶蚀作用强烈而发育大孔洞；②滩相储集性能较好，主要为分选差、大孔喉的Ⅰ－b类生物碎屑似球粒泥灰岩，但如果发育微裂缝或者大孔洞，则会出现低孔高渗的情况；③滩后相为过渡相，岩性多样，但在该层内储集性能均较好，发育Ⅰ－a或Ⅰ－b类储层。