陈雨霖，唐 军

(1.长江大学 地球科学学院, 湖北 武汉 430100；2.长江大学 地球物理与石油资源学院, 湖北 武汉 430100)

1 引 言

在储层有效性评价中，主要是利用测井技术对储层的储渗能力进行定性和定量评价[1,2]，但碳酸盐岩储层的非均质性与砂泥岩地层差异很大，需要建立考虑储层均一性参数有效性的评价思路。裂缝是影响碳酸盐岩储层均质性的一个关键参数，虽然利用声电成像测井技术可以实现裂缝的识别与综合评价[3,4]，但成像测井成本高，中国大多数油井测井工作普遍仍以常规测井数据为主。同时考虑到钻井时间成本，常规测井采集速度远快于声电成像测井，所以从可利用数据量和普及率出发，研究基于常规测井的裂缝性碳酸盐岩储层评价仍有很大的实际意义。目前碳酸盐岩储层类型一般包括孔洞型、裂缝型、裂缝—孔洞型等[5-8]。储层类型的测井识别方法目前还需要进行进一步的深入研究，同时如何建立与生产关系更为密切的储层有效性评价方法也是当前碳酸盐岩地层评价的一个新的研究领域[9]。

塔里木盆地托甫台地区产气层位于奥陶系一间房组，该组为开阔碳酸盐岩台地，以台内浅滩沉积序列为主，晚期浅滩化明显，西南部发育台内点礁(海绵礁)，并与上奥陶统泥岩构成一套储盖组合[10-13]。虽然一间房组灰岩储集层在横向上厚度较稳定，但受断裂、局部构造以及岩溶期次作用的不同，储层类型及其对应的缝洞发育程度存在明显差异。另外，地层次生孔、洞、缝的发育及其组合也是储集空间复杂性及非均质性产生的主要原因，进而给储层的有效性评价带来了诸多困难[14-19]。

本文主要依据常规测井、声电成像测井等井筒岩石物理信息，对塔里木盆地托甫台地区碳酸盐岩储层孔隙类型进行精细划分，讨论了声电成像测井、电法测井以及孔隙度测井系列参数在储层类型评价中的应用原理及方法，在对比了基于常规测井参数划分碳酸盐储层类型的基础上，引入累计有效孔隙厚度和平均有效孔隙度参数来降低碳酸盐岩储层非均质性，以生产测试数据为依据，分两大类储层建立了适合托甫台地区碳酸盐岩储层的有效性评价方法，为丰富碳酸盐岩储层有效性评价提供了新思路。

2 裂缝溶洞碳酸盐岩储层测井响应特征

孔隙结构是碳酸盐岩储层非均匀性、储层类型复杂性的主要影响因素，其表征也主要是由不同微观孔隙类型的组合来完成的。微观孔隙类型主要为孔隙、溶洞及裂缝，根据它们发育程度的差异以及组合形式不同，可以对储层类型进行细分。

2.1 孔洞型储层特征及分类

2.1.1 碳酸盐岩孔洞类型

托甫台地区碳酸盐岩地层离散的孔隙类型大多为粒内溶孔和粒间溶孔，与裂缝比较，这一类孔隙形态上更接近于球形。根据孔隙平均直径的数值，同时考虑溶蚀作用，孔洞孔隙细分为溶蚀孔洞和洞穴。

1)溶蚀孔洞：是在较强的溶蚀作用之下，粒内溶孔、粒间溶孔、铸模孔等微小孔隙进一步扩大形成。根据孔径大小的差异，又进一步细分为小溶孔、大溶孔。但是不论孔径有多大的差异，它们在空间中都是孤立或者离散存在的。图1(a)为小溶孔的岩心照片，图1(b)为岩心出筒时有原油外渗现象的大溶孔。

图1 溶孔的岩心照片Fig.1 Pictures of carbonate vugs on drill core

2)洞穴：这类孔洞一般发育不多，但只要有，就能够证明研究地区存在强的溶蚀作用。孔洞的直径在百毫米数量级，甚至更大，一般被方解石或者砂泥充填、半充填。在钻井过程中，若发生了钻速明显增高、泥浆漏失的情形，就可以判定当前地层发育洞穴。

2.1.2 不同孔洞类型的测井响应特征

仅利用单条测井曲线对碳酸盐岩溶蚀孔洞进行识别时，存在不确定性和唯一性；若将多条测井曲线综合起来，采用归纳与对比的分析策略，就能达到区分不同孔洞类型的目标。

1)钻头尺寸与井径测井。钻头尺寸与井径曲线属于井眼工程质量监督曲线，若地层脆性适中，孔隙度不高时，井径曲线与钻头尺寸曲线应该重合。钻头一旦钻开孔洞很发育的地层，因填充在孔洞内的充填物得到释放，造成井径有一个变大的跃迁，且孔洞直径越大，井径变大的趋势则越明显。所以，利用井径曲线可以定性地判别储层孔洞大小。

2)自然伽马测井。伊利石、蒙脱石等黏土矿物容易吸附放射性物质，泥质含量越重，地层的天然放射性越强，自然伽马测井响应值就越高。小孔隙受溶蚀作用在变成大孔洞的过程中，因为黏土矿物密度小，更容易在孔隙之间流通，所以大的孔洞中更容易积淀黏土。若碳酸盐岩地层的自然伽马测井值高，则表明该地层泥质含量大，那么，孔洞直径就应该越大。当然，若孔洞中本身泥质含量就不大，利用这种方法就会存在偏差。

3)三孔隙度测井(密度测井、声波时差测井、中子测井)。密度测井依据康普顿效应探测井壁附近地层的密度值，若井眼没有发生扩径，孔隙越大，密度值越低，所以，密度测井曲线可以从宏观层面反映地层离散孔洞的大小。声波时差测井反映的是地层基质孔隙的大小，根据费马原理，声波会选择一条传播最快的路径，只有当避无可避之时，声波才会选择孔隙作为传播路径，且一般将这个避无可避的孔隙与地质上的基质孔隙划等号。所以，同样是反映基质孔隙，若声波时差偏高，则表明地层含较大孔隙的概率更大一些。中子测井是通过探测地层中的含氢量来进行孔隙度检测的。若地层有较大的孔洞存在，当被钻头钻开后，泥浆滤液就会流入，使得地层的含氢量大大提升，从而使得利用中子测井检测的孔隙度忽然变大。所以，利用中子测井相对于其他测井的这种异常变大趋势，可以进行地层孔隙大小的评价。

2.2 裂缝型碳酸盐岩储层特征及分类

2.2.1 碳酸盐岩裂缝类型

裂缝在岩石力学分析中被称为软弱面，是岩石在受力不均的状态下释放应力的结果，这个是构造缝的主要成因。当然，地下地质作用除了应力作用之外，还有成岩作用、溶蚀作用等，所以从成因上一般将裂缝分为构造缝、成岩缝和溶蚀缝。相比孔洞，裂缝的空间展布特征更为丰富，这样就增强了裂缝性地层的非均质性。

1)构造缝。如图2(a)所示的岩心照片，该块岩心被直劈为两半，裂缝倾向比较稳定，且缝宽上下基本一致，表明该裂缝在形成过程中，受到一个数值很大且作用时间比较短的一个构造应力作用。图2(b)显示该块岩心上有明显的X型共轭剪切缝。以上都表明，托甫台地区一间房组曾经受到很强的构造地质作用。

图2 构造缝的岩心照片Fig.2 Pictures of structural fractures on drill core

2)溶蚀缝。溶蚀缝是由构造运动期间产生的构造缝进一步发生溶蚀作用而形成的储集空间，该类型裂缝是托甫台区重要的有效储集空间。图3(a)为TP6井中发育的构造溶缝。

3)压溶缝(缝合线)。压溶缝主要是由沉积负荷引起的压溶作用形成。这和地层的压力、温度及灰岩中的泥质含量有关。产状多平行于层面，呈锯齿状。图3(b)显示的是TP7井6 547.02 m取心岩样处发育的缝合线，且充填铁质。

图3 溶蚀缝与缝合线Fig.3 Pictures of dissolution fractures and suture lines

2.2.2 不同裂缝的测井响应特征

碳酸盐岩地层中裂缝较发育，裂缝类型多，成因复杂，既有构造裂缝，也有岩溶风化裂缝和压溶缝合线，既有未充填裂缝，也有半充填裂缝和充填裂缝，多数裂缝被不同程度充填。若按充填成分，主要可以分为方解石充填缝、泥质充填缝等。

1)泥质充填缝。图4(a)为TP18井6 779～6 781 m井段为泥质充填裂缝的测井曲线图。在电成像图中可以清楚地观察到一条泥质充填裂缝。该裂缝对应处的常规测井曲线中，自然伽马测井曲线值在裂缝处略微增大，井径略有扩径，深浅双侧向曲线略有差异，且电阻率值较小。

图4 三种充填特征裂缝的测井响应Fig.4 Well logging responses of three types of fractures

2)方解石充填裂缝。图4(b)为TP20井6 665～6 666 m井段为方解石充填缝的常规测井曲线图。在最右侧电成像图中可以清楚的看到一条亮色高阻模式的方解石充填缝，另外第一道自然伽马值和去铀伽马值均较小，第五道深浅双侧向电阻率值较高，略微且呈正差异；三孔隙度曲线略有变化，其中声波时差值(AC)略有减小，密度测井值略有增大。

3)张开缝。图4(c)为TP32井6 521～6 522 m井段的一个溶蚀扩大张开缝的测井图。电成像图在该图最后一道，从图中可清晰地看到一条余弦黑色条纹，且黑色条纹的宽度是变化的，表明溶蚀作用对裂缝宽度的改造。常规测井响应中，深浅双侧向为正差异，纵波时差变大，密度值变小，也表明地层裂缝发育，且孔隙度有一定增大。

当碳酸盐岩地层发育有张开缝时，其对应的深浅双侧向曲线会有差异，且由于裂缝内一般会充填有高电导率钻井液，因此电阻率值会比较低，同时自然伽马值也会较低。由于裂缝内被钻井液、地层水或部分油气充填，声波测井值会有所增大，密度测井值会减小，中子测井值会增大。

根据孔洞大小、裂缝空间展布特征及其两者的组合效果，本文可将新疆托甫台奥陶系碳酸盐岩地层分为三类储层类型，即孔洞型储层、组合缝洞型储层和溶蚀缝洞型储层。

3 裂缝溶洞储层测井识别方法

除了利用钻井取心和成像图直观判别储层孔隙类型之外，利用各种测井曲线与孔隙类型之间的相关关系，也可以建立定性与定量的识别方法。

3.1 成像测井孔隙度谱

微电阻率成像测井(Formation Microscanner Image,FMI)具有分辨率高、井壁覆盖率高的特点，能较好地反映孔洞、裂缝。根据阿尔奇公式，根据每个测量点的电导率计算出该点的孔隙度值，确定下限值后，可以统计孔隙度的分布情况。若地层以孔洞为主，则孔隙度分布相对比较均一(图5a)；相反，若裂缝发育，则孔隙度大小的分布比较零散(图5b)。因此，孔隙度分布图就表征了图像中孔隙尺寸大小的分布情况。由孔隙度的分布情况可推测地层中溶蚀孔洞、裂缝视尺度的大小，从而为储层评价提供依据。

图5 孔隙度谱识别储层类型Fig.5 Reservoir type identification by porosity spectral

3.2 导电效率

若将含有一定连通孔隙的岩石两边加上电压，当电流在其中传输时，势必产生能量的耗散。岩石的导电效率定义式(1)为[20]：

E=Pt/Ps

(1)

其中：E为岩石的导电效率(无量纲)；Pt和Ps为在相同电势差下，岩石产生的平均功率(单位：W)和标准毛管(即全含水直毛管)产生的功率(单位：W)。若设岩石长为L，宽和高均为l，岩石中央有一边长为d的正方形洞(或孔)，有一宽度为hf的裂缝垂直穿过岩石，孔洞和裂缝中充满电阻率为Rw的地层水(图6)，则岩石中含水体积为

Vw=d3+(L-d)hfd+(l-d)hfL

(2)

标准毛细管电阻为

(3)

将式(2)代入式(3)得：

(4)

岩石中地层水的电阻为：

(5)

据导电效率的定义有：

图6 岩石中简化的裂缝和孔洞模型Fig.6 A simplified model of fracture and vug

(6)

将式(4)、式(5)代入得：

E=L2hfl(hfl-hfd+d2)/{(d3-d2hf+hflL)

[(L-d)(hfl-hfd+d2)+dhfl]}

(7)

为简便起见，令L=l=1(即L和l等于单位长度，岩石为单位体积立方体(此处hf与d无单位，其大小相对于单位长度而言)，则式(7)为：

(8)

根据式(8)，可以模拟出裂缝宽度、孔洞大小对岩石导电效率的影响，结果如图7所示。随着裂缝宽度增大，岩石导电效率会升高(图7a)；相同裂缝宽度下，孔洞越大，导电效率越小(图7b)。由式(5)可得到如下认识：若岩石中只存在裂缝，导电效率最高，数值为1；若岩石中只存在孔洞，导电效率最低，数值为0。所以，地层孔隙类型裂缝占比越大，导电效率越高，这也为利用导电效率识别裂缝为主的地层提供了理论依据。

图7 导电效率与裂缝宽度和孔洞边长的关系Fig.7 Relationship between electrical conductive efficiency and fracture thickness and between electrical conductive efficiency and between electrical side length of cave

3.3 常规电阻率测井

对于碳酸盐岩地层，只有当储集层存在连通的孔隙空间(缝、孔喉)时，深浅电阻率值才会降低，并且存在差异。一般来说，裂缝开度越好，孔喉半径越大，电阻率值下降得越多，深浅电阻率值差异也越大。根据前人研究成果[21]，在托甫台奥陶系地层高、低角度裂缝孔隙度计算公式如下。

当深侧向电阻率RD(单位：Ω·m)大于浅侧向电阻率RS(单位：Ω·m)时，有：

(9)

当深侧向电阻率RD小于浅侧向电阻率RS时，有：

(10)

式(9)、式(10)中，Rmf、Rw分别为泥浆滤液、地层水电阻率(单位：Ω·m)；mf为裂缝胶结指数(无量纲)，一般取值范围为(1.5～2.2)Rw，由分析水矿化度确定，取值范围0.014～0.020 Ω·m，一般取0.016 Ω·m。

除了裂缝孔隙度之外，在渗透性较好的地层上，井壁附近会发生泥浆侵入现象，电阻率值会降低；而在致密层段，由于背景值为纯灰岩，显示为高值。由此判断，越是渗透性好的地层，其电阻率值降低的幅度越大。引入深电阻率减小幅度曲线DD(无量纲),形式如下：

(11)

其中，RMXD为致密无裂缝地层电阻率值(单位：Ω·m)。

4 缝洞碳酸盐岩储层测井分类评价方法

碳酸盐岩储层缝、洞组合方式的差异直接影响储层有效性评价[22]。为达到储层精细评价的目的，需要在储层孔隙类型大类划分的基础上进行进一步的细分。

4.1 缝洞储层测井分类

根据上文建立的评价裂缝的方法，分别计算储层的导电效率、裂缝孔隙度、深电阻率减小幅度等参数，并按照储层进行参数提取，可以建立如图8所示的储层类型测井判别图版。利用该图版，能够将托甫台地区碳酸盐岩储层划分为孔洞型、溶蚀裂缝孔洞(简称溶蚀缝洞型)以及组合裂缝—孔洞(简称组合缝洞型)三种类型。

图8 储层类型测井判别图版Fig.8 Reservoir type identification by well logging plate

同时，为进一步判别碳酸盐岩储层的有效性，定义了以下几个参数：

AEH=∑φi×sd，φi>mf

(12)

其中，AEH为累积有效孔隙厚度(单位：m);sd为采样间隔(单位：m);mf为孔隙度下限(无量纲)。

EH=sd×N

(13)

其中，EH有效厚度(单位：m);N为孔隙度大于孔隙度下限的点数。

MEF=AEH/EH

(14)

其中，MEH为平均有效孔隙度(无量纲)。

利用累计有效孔隙厚度AEH和平均有效孔隙度MEF依次对孔洞型、裂缝孔洞型储层等级进行细分。

4.2 孔洞型储层等级细分方法

孔洞型储层的储集能力除了与影响储层的一些参数，如：孔隙度、渗透率相关外，还和储层的累计有效孔隙厚度有关。换言之，虽然某些储集层段的物性参数很好，但是如果储层的累计有效孔隙厚度达不到一定值时，该储层就有可能得不到很好的产量。累计有效孔隙厚度和平均有效孔隙度交会图孔洞型储层级别判别图版如图9所示。从图9中可以看出：孔洞型储层分为Ⅱ类储层和Ⅲ类储层两种，储层平均有效孔隙度大于0.7 %，累计有效孔隙厚度达到0.2 m以上时，储层才能达到Ⅱ类储层，其余的部分为Ⅲ类储层。

图9 孔洞型储层等级划分图版Fig.9 Well logging plate for level classification of vug-type reservoir

4.3 缝洞型储层等级细分方法

纯粹的裂缝性储层很少，一间房组裂缝—孔洞型储层中，孔洞型孔隙控制储层孔隙度，裂缝型孔隙控制储层渗透性，所以，对于该类储层的有效性评价，应该将两者进行综合考虑。一间房组裂缝以构造缝为主，后期在溶蚀改造过程中，裂缝越多的地层，溶蚀效果越好，平均有效孔隙度也应越大。孔洞大，则地层孔隙度越大，利用测井特征参数划分的碳酸盐岩储层就越厚。

图10为累积有效孔隙厚度和平均有效孔隙度交会所得的裂缝—孔洞型储层级别判别图版，从该图版可以看出：当储层的平均有效孔隙度达到4 %，累计有效孔隙厚度达到4 m时，储层达到I类储层的标准；当储层的平均有效孔隙度达到2 %，累计有效孔隙厚度达到2 m时，储层才能达到Ⅱ类储层；其余的部分为 Ⅲ类储层。

图10 裂缝—孔洞型储层等级划分图版Fig.9 Well logging plate for level classification of fracture-vug-type reservoir

5 结 论

通过对新疆塔里木盆地托甫台地区缝洞型碳酸盐岩储层测井响应特征的研究和储层划分效果的分析，可以得出以下几点结论：

1)托甫台地区奥陶系地层的微观孔隙空间类型以孔洞与裂缝为主，其中基质微观孔以发育粒内溶孔和粒间溶孔为主；裂缝倾角一般较高；储层类型以孔洞型、裂缝—孔洞型为主，裂缝—孔洞型储层又可以进一步划分为组合裂缝—孔洞和溶蚀裂缝—孔洞两小类。

2)基于常规测井数据计算的特征参数，如导电效率、裂缝孔隙度、孔洞孔隙度、电阻率减小幅度、孔隙度等曲线，可以对储层类型进行有效划分。实际资料处理结果表明，导电效率、裂缝孔隙度、深电阻率减小幅度交会可用于该区储层类型的识别。

3)为降低储层非均匀性对储层等级的影响，本文引入累计有效孔隙厚度、平均有效孔隙度，在划分储层类型的基础上进行储层等级划分更为合理。对于孔洞型储层，当储层的平均有效孔隙度大于0.46 %，累计有效孔隙厚度达到0.05 m以上时，储层才有效；储层平均有效孔隙度大于0.7 %，累计有效孔隙厚度达到0.2 m以上时，储层为Ⅱ类储层。对于裂缝—孔洞性储层，当储层的累计有效孔隙厚度达到4 m，且平均有效孔隙度达到4 %时，储层为I类储层；当储层的平均有效孔隙度达到2 %时，累计有效孔隙厚度达到2 m时，储层为Ⅱ类储层。利用以上标准能够实现托甫台地区碳酸盐岩地层精细评价的现场需求。