普光氣田礁灘相儲層表征方法

摘 要

摘要：針對普光氣田以礁灘相儲層為主，儲層巖相復雜、儲集空間類型多、儲層非均質性強、儲層特征參數難以定量或定性表征的特點，應用模式聚類識別技術開展單井儲層巖相識別，結合層
摘要：針對普光氣田以礁灘相儲層為主，儲層巖相復雜、儲集空間類型多、儲層非均質性強、儲層特征參數難以定量或定性表征的特點，應用模式聚類識別技術開展單井儲層巖相識別，結合層序地層研究成果，明確了儲層巖相橫向展布特征；采用聲密幅值比等識別儲集空間類型，并分類評價儲層特征參數；最終采用儲能系數等參數表征儲層儲集能力與展布，實現全面表征礁灘相儲層的目標。形成了一套適用于巖相、儲集空間類型復雜，物性特征多樣，儲層非均質性強的川東北礁灘相儲層表征方法。研究結果認為，沉積相是控制礁灘相儲層展布的主要因素，巖相對礁灘相儲層儲集空間類型影響明顯，儲集空間類型又制約了儲層參數特征，儲能系數能有效反映儲層的物性特征。實現了對儲層特征參數的定量或定性表征，為培育高產井創造了有利條件。
關鍵詞：四川盆地；東北部；普光氣田；礁灘相；模式聚類；地層層序；儲集空間；孔隙結構；儲能系數
    普光氣田位于四川省宣漢縣境內，區域構造位于川東斷褶帶東北段，緊鄰大巴山褶皺帶的南緣，主要目的層段為二疊系上統的長興組和三疊系下統飛仙關組，均為海相碳酸鹽巖地層。普光氣田主要包括普光主體和大灣區塊等(圖1、2)，已累計探明天然氣地質儲量4121×108m3。目前，普光主體產能建設工程已基本完成；大灣區塊產能建設工程正抓緊實施。

    普光氣田礁灘相儲層發育的主控因素多，主要包括沉積相、成巖后生作用、巖石類型和構造作用等。造成該類儲層巖相復雜，儲集空間類型多，儲層非均質性強的，難以定量或定性表征[1]。影響到井位部署方案設計和井身軌跡設計等。據此，開展了礁灘相儲層表征方法研究，確定了以巖相識別為基礎，以儲集空間識別為主線的研究思路，開展了孔隙結構、儲滲能力、成巖相等儲層特征研究，實現了對儲層特征參數的定量或定性表征，認清了有效儲層，特別是高孔滲儲層的發育特征和規律，為培育高產井創造了有利條件。
1 礁灘相儲層巖相表征
    大量研究成果表明，巖相的差異對儲層特征影響較大，而礁灘相儲層更為明顯，巖相不但與儲層分布有關，并且與儲層的孔隙結構、儲滲能力等關系密切[2]。在深入研究不同巖心及巖相樣品測井響應特征的基礎上，應用模式聚類識別技術開展單井儲層巖相研究，結
合層序地層研究成果，明確了儲層巖相橫向展布特征。
1.1 采用模式聚類識別技術，開展巖相識別
    由于取心資料有限，要深入研究巖相特征，需要利用測井資料來實現。其基本原理主要是：不同沉積環境形成的巖石類別，其礦物成分、結構、構造等存在差異，導致地球物理屬性的差異，可在各種測井系列上出現差別響應，因而可根據各種測井信息的集總，建立各類巖相測井響應歸一化模式庫(圖3)[3]。
    進一步將測井信息作為變量進行有序樣品分割并進行測井相自動分層，方法按多變量離差值進行最優分割統計，要求各分層內部樣本之間差異最小，各層段間差異最大。計算樣品段變差矩陣dij，其中Zαβ為樣本觀測值，為樣品第j項指標的平均值。
 
確定段內方差W及段間方差B，其中n為有序樣品個數，l為分段長度。
 
    各段的分界點取在使W/B為最小的地方，或規定一個分界系數(R)。即
 
    分界點取在R為最大的地方，由于R＜1，故R越接近于1時，取此分界點越佳，進一步采用聚類分析將測井相剖面轉化為巖相剖面，從而達到利用測井信息定量識別巖相誤差(MOD)的目的。
 
式中Pi表示該模式特征的權值，z表示樣品層對應模式特征值的數據，Zi表示模式的特征值。
1.2 結合地層層序沉積相特征，明確礁灘相儲層巖相展布
    儲層巖相的展布與沉積相特征關系密切，研究中結合單井巖相劃分與振幅-波阻抗特征等，采用層位拉平技術、古地貌恢復以及三維屬性分析等方法，明確礁灘相儲層巖相展布特征。
    在層序地層研究的基礎上，開展四級層序下的巖相分布研究，認為飛仙關組早期四級層序下的快速海侵導致灘體高部位水動力能量明顯增強，在致密的蒸發坪上形成高孔滲的顆粒灘(圖4)，內部明顯具有進積特征[4]，形成中強軸不連續反射，體現為可容空間增大的高位體系域特征(HST)，而灘體低部位在高位體系域中形成的顆粒灘被快速海侵沉積的泥晶灰巖覆蓋，體現為弱軸反射，形成了礁灘相獨特的巖相疊置模式。
 
2 儲層儲集空間表征
    由于礁灘相儲層儲集空間類型紛繁復雜，研究中對儲集空間類型進行了歸類，劃分出粒間、粒內、裂縫與礁相孔隙4種類型，并深入進行了識別方法與展布規律研究。
2.1 建立孔滲關系交會圖版，識別儲集空間類型
    通過對巖心分析孔隙度與滲透率交會，認為數據分布規律與儲集空間類型關系密切：粒間孔隙類型儲層表現為中高孔高滲；而粒內孔隙類型為中高孔低滲特征；礁相孔隙類型的樣品介于這兩種趨勢之間，其中也包括部分混合類型的樣品；裂縫主要對應孔隙度較差的樣品，正是由于裂縫的存在導致這些樣品滲透率明顯增大。
2.2 研究不同儲集空間儲層電性響應特征，明確識別方法
    上述儲集空間類型中主要的粒間與粒內類型，可以通過聲密幅度比進行區分(圖5)，聲波具有選擇性傳播的特征。粒間孔隙中，聲波傳播經過孔隙，整體聲速慢[5]；粒內孔隙中，聲波沿骨架進行傳播獲得更短的傳播時間，而通過密度測井可以獲得巖石整體的孔隙度。
3 孔隙結構特征表征
    礁灘相儲層由于儲集空間類型復雜，導致孔隙結構特征也較為復雜，故以儲集空間類型為主線開展研究工作。
    分析認為排驅壓力、中值壓力、飽和度中值油柱高度等孔隙結構特征參數對于不同的儲集空間類型，其與孔隙度的關系明顯不同，粒間孔隙儲層明顯好于粒內孔隙，粒間孔隙滲透率大，有利于流體流動，而粒內孔隙喉道狹小(圖6)。

    裂縫特征與此不同，裂縫樣品點分布較散。這可能與裂縫類型、裂縫與試驗巖心滲流測試方向等因素有關。特別是在壓力敏感型實驗中，當裂縫走向與最大主應力方向一致時，影響最小，敏感性最弱；而當走向與最大主應力方向垂直的時候，由于有效裂縫沒有或少有填充物支撐，應力敏感性最強，對滲流能力影響也最大。
4 儲層儲集能力表征
    孔隙度反映了儲層中流體可容空間的大小，而儲層厚度與展布面積反映了儲集體宏觀體積。采用儲能系數將上述二者結合起來研究儲層展布特征，儲能系數是儲層厚度與孔隙度的乘積，能夠反映儲層的厚度、規模、形態、物性和級別等特征，其大小決定了儲層的儲集能力，并與儲量和產能密切相關。

    通過建立四級層序下儲能系數平面分布圖，可以看到平面上長興組晚期的PSQ2 Ⅴ層序中礁體附近以及礁間灘體儲層對應儲能系數高(圖7)，相應的儲層厚度大、物性好。而在飛仙關組各四級層序中，對應儲能系數高的部位主要是層序多期灘核集中發育的區域，主要集中在飛仙關組早中期的層序TSQ1Ⅱ～Ⅴ中。
5結論
    1) 礁灘相儲層巖相的展布與沉積相特征關系密切，采用模式聚類法能夠有效識別單井巖相，結合層序劃分與地震響應特征，能夠確定巖相的展布，而巖相對礁灘相儲層儲集空間類型影響明顯，儲層粒內孔隙多發育在鮞粒云巖中，而中粗晶云巖、內碎屑云巖中只發育粒間孔隙。
    2) 儲集空間類型決定了儲層的孔滲關系以及孔隙結構等參數特征，并對聲波、密度等儲層地球物理特征影響顯著，采用聲密幅值比能夠有效識別儲集空間類型，粒內孔隙的聲密幅值比明顯偏大，而粒間孔隙儲層較小。
    3) 儲能系數能夠有效反映儲層的形態、物性和級別等特征，其大小與儲量和產能密切相關。
    4) 在巖相特征研究的基礎上，以儲集空間類型為主線，表征孔隙結構等儲層的特征，以儲能系數等參數為關鍵表征儲層展布，從而形成了一套適用于巖相、儲集空間類型復雜，物性特征多樣，儲層非均質性強的川東北礁灘相儲層表征方法。
參考文獻
[1] 福里格.碳酸鹽巖微相：分析、解釋及應用[M].馬永生，譯.北京：地質出版社，2006：128.
[2] 克萊德H莫爾.碳酸鹽巖儲層：層序地層格架中的成巖作用和孔隙演化[M].姚根順，沈安江，潘文慶，等譯.北京：石油工業出版社，2008：58.
[3] 康永尚，沈金松，諶卓恒.現代數學地質[M].北京：石油工業出版社，2005：82.
[4] 張延充，彭才，楊雨，等.四川盆地飛仙關組高能鮞灘儲層地震層序識別[J].天然氣工業，2010，30(3)：8-11.
[5] 靳秀菊，畢建霞，曾正清，等.普光地區儲層精細研究及儲層建模[R].濮陽：中國石油化工集團公司項目研究報告，2009.
 
(本文作者：曾大乾1 彭鑫嶺1 劉志遠2 宿亞仙2 1.中國石化中原油田普光分公司；2.中國石化中原油田分公司勘探開發科學研究院)