湖相碳酸鹽巖致密油主控因素及“甜點”刻畫

胡英杰

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

20世紀90年代，遼河油田在雷家地區沙四段儲層發現湖相碳酸鹽巖油藏，探明石油地質儲量為1 342×104t，并按常規油藏進行了開發。2012年以來，研究人員按照致密油理念對該油藏進行地質-工程一體化評價。截至目前，該油藏探明儲量僅開發動用40%，采出程度為5%。前人對湖相碳酸鹽巖致密油的研究多集中在油藏基本地質特征及地震資料處理解釋，缺少系統的巖石物理研究，對致密油的主控因素認識不清，也未制訂出致密油儲層定量分類標準及適用于老油田的“甜點”刻畫方法[1-5]。通過研究雷家地區沙四段構造、巖性、物性、含油性、地應力與油層產能之間的關系，明確巖性是致密油主控因素，建立了湖相碳酸鹽巖致密油儲層定量分類標準，利用測井資料精細刻畫了“甜點”分布，在 “甜點”區新增了億噸級規模儲量，并形成了一套利用測井資料刻畫致密油“甜點”的研究方法。

1 地質概況

雷家地區位于遼河坳陷西部凹陷中北部，面積約為200.0 km2。沙四段湖盆裂陷初期，區內缺少物源注入，形成以陳家洼陷為沉積中心的閉塞咸化湖盆[6-13]。巖石以粉晶、泥晶碳酸鹽巖為主，單層厚度為10～30 cm，紋層發育。礦物成分主要為白云石、方沸石及黏土，含有少量石英和長石。發育白云巖類、方沸石巖類、泥頁巖類及過渡類巖性，以過渡類巖性為主。沙四段烴源巖TOC普遍較高，為1.2%～8.3%，平均為2.7%；干酪根類型以Ⅰ—Ⅱ1型為主；成熟優質烴源巖(Ro為0.5%～1.3%)總面積達98.8 km2，平均厚度為90 m。儲層巖石孔隙直徑為0.3～40.0 μm，巖石儲集空間主要特點為中小孔、細喉—微細喉。儲層孔隙度為4.0%～16.0%，平均值為11.2%，巖心滲透率為0.100×10-3～32.000×10-3μm2，平均為3.760×10-3μm2，總體表現出中低孔、低滲的特點。沙四段優質烴源巖與碳酸鹽巖儲層緊密接觸，形成了源儲一體型的致密油[14-15]。第4次資源評價結果表明，雷家地區沙四段湖相碳酸鹽巖致密油資源量達2.3×108t，具有較大的勘探潛力。

2 致密油主控因素研究

對雷家地區沙四段湖相碳酸鹽巖巖心進行巖性(常規薄片、X-衍射、碳酸鹽含量等)、儲集空間及孔喉(鑄體薄片、掃描電鏡、壓汞、微孔隙分析等)、物性(覆壓孔滲、脈沖滲透率等)、含油性(核磁共振等)、巖石彈性力學等測試，累計分析測試樣品1 010塊次，研究了儲層參數之間的關系及對油層產能的影響。結果表明，巖性控制儲集空間類型、物性、含油性，進而影響油層產能，是沙四段致密油的主控因素。

2.1 巖性控制儲集空間類型及儲層物性

2.1.1 巖石礦物成分控制儲集空間類型

系統取心分析結果顯示，沙四段儲集空間類型主要包括原生粒間孔、次生溶孔、層間縫及收縮縫4種(圖1)。儲集空間類型主要受礦物成分控制：白云巖類儲集空間以原生及次生溶蝕孔隙為主，泥頁巖類或方沸石巖類儲集空間以裂縫為主。隨著巖心中泥質或方沸石含量增大，儲集空間由以孔隙為主向以裂縫為主變化。

圖1 雷家地區沙四段主要儲集空間類型

2.1.2 巖石礦物成分控制儲層物性

巖石礦物成分與儲層物性關系密切。隨著白云石含量降低、泥質或方沸石含量升高，儲層物性變差[16-20]：白云石含量高的巖石面孔率大，泥質或方沸石含量高的巖石面孔率小(圖1)；隨著泥質含量增大，儲層滲透率降低(在相同的孔喉半徑條件下，泥質白云巖滲透率小于白云巖滲透率)；隨著方沸石含量增大(儲層中方沸石多以充填孔隙形式存在)，孔喉變小，儲層物性變差。

2.2 巖性控制含油性

沙四段目的層鉆井取心的巖性、物性及含油性測試結果顯示，含油性受巖性控制，進而受物性影響。以L84井3個巖心取樣點為例，取樣深度分別為2 635.40、2 635.68、2 636.22 m，巖性分別為云質泥巖、含方沸石泥質泥晶云巖、泥質泥晶云巖。隨著白云石含量升高(白云石含量從28.6%升至62.1%)，物性變好(孔隙度從1.9%升至7.3%)，巖心油氣顯示級別從熒光變為油斑，含油性明顯變好(表1)。

表1 L84井鉆井取心巖性、物性與含油性測試統計

2.3 巖性控制產能

對沙四段目的層17塊鉆井取心開展微觀孔隙及巖石比表面測量。分析認為，巖石礦物成分影響孔喉，進一步影響產能。隨著巖石比表面積減小(白云石含量增大、泥質含量降低)，吸附油氣的平均孔徑增大，巖石含油飽和度增大，突破壓力降低，巖石中油氣更容易產出。

探井試油試采統計結果證實，油層產能與巖石礦物成分關系密切，隨著白云石含量增大，產能變好。工業油流井白云石含量一般大于40%，高產工業油流井白云石含量一般大于50%。

3 致密油儲層分類標準研究

以巖心測試為基礎，以試油投產資料為驗證，研究致密油儲層中流體賦存狀態、儲層物性及含油性下限，綜合確定湖相碳酸鹽巖致密油分類標準。

3.1 致密油儲層物性下限研究

受目前實驗條件限制，利用常規毛管壓力資料無法研究孔喉半徑小于50×10-3μm的儲層。利用工區內7口井17塊巖心微觀孔隙分析結果及45塊巖心毛管壓力曲線，繪制了孔喉直(半)徑與含氣飽和度(圖2、3)、孔喉直徑與滲透率關系曲線(圖4)，研究孔喉直徑與滲透率、含油氣飽和度之間的關系，根據油氣在孔隙中的賦存狀態確定儲層物性下限：①根據巖心微觀孔隙分析，孔喉直徑小于7×10-3μm時，油氣在孔隙中以吸附狀態存在，油氣飽和度小于0.1%(圖2)，巖心滲透率臨界值為0.001×10-3μm2(圖4)。②孔喉直徑約為15×10-3μm時，油氣在孔隙中開始以吸附+游離狀態存在，此時吸附油氣飽和度為2.0%(圖2)，游離油氣飽和度小于10.0%(圖3)，巖心滲透率為0.040×10-3μm2(圖4)。根據實驗①和②研究結果確定儲層滲透率下限：孔喉直徑為15×10-3μm，滲透率為0.040×10-3μm2，含油氣飽和度為10.0%。③孔喉直徑超過20×10-3μm后，油氣在孔隙中以游離狀態為主，此時吸附油氣飽和度為3.0%(圖2)，游離油氣飽和度為10.0%(圖3)，巖心滲透率為0.100×10-3μm(圖4)。根據實驗③研究結果確定油層滲透率下限：孔喉直徑為20×10-3μm，滲透率為0.100×10-3μm2，總含油氣飽和度約為13.00%。

圖2 吸附氣飽和度與孔喉直徑關系

圖3 平均孔喉半徑與最大進汞飽和度關系

根據沙四段13口井101塊儲層巖心分析測試，繪制了物性與含油性關系曲線(圖5)，以油斑作為油層含油性下限，則最小滲透率為0.086×10-3μm2，與上述確定的油層滲透率下限0.100×10-3μm2接近，因此，將0.100×10-3μm2作為油層的滲透率下限。

統計沙四段14口井、35層試油產能及物性資料，對油層的物性標準進一步細化(圖5)：當孔隙度不小于10%，滲透率不小于20.000×10-3μm2，油層一般有自然產能；孔隙度為6%～10%，滲透率為1.000×10-3～20.000×10-3μm2，一般壓裂后才能獲得工業油流；孔隙度小于6%或滲透率為0.100×10-3～1.000×10-3μm2，壓裂后投產效果差。

圖4 巖心分析平均孔喉半徑與滲透率關系

圖5 儲層物性與試油產能關系

3.2 致密油儲層含油飽和度研究

在巖性鑒定及巖心孔隙度測試基礎上，根據巖心核磁共振、毛管壓力測量結果，研究不同巖性、孔隙度條件下的致密油含油飽和度。結果表明，隨著白云石含量增加、孔隙度增大，巖石的含油飽和度增大(圖6)，當巖心孔隙度為10.0%時，致密油含油飽和度約為60%；當巖心孔隙度為6.0%時，致密油含油飽和度約為40%。

圖6 巖心孔隙度與含油飽和度關系

3.3 致密油儲層分類標準

根據上述致密油主控因素、物性、含油性研究結果，結合區內試油投產井的產能情況，綜合制訂雷家沙四段湖相碳酸鹽巖致密油分類評價標準(表2)。

Ⅰ類儲層：白云石含量大于50%，泥質含量小于40%；地層厚度大于40 m；孔隙度大于10%，滲透率大于20.000×10-3μm2；巖心含油級別在油斑以上，含油飽和度大于80%；巖石脆性指數為40%～75%；試油有自然產能，直井累計產油量大于2 000 t，或壓裂后累計產油量大于5 000 t。

Ⅱ類儲層：白云石含量大于40%，泥質含量小于50%；地層厚度大于30 m；孔隙度大于6%，滲透率為1.000×10-3～20.000×10-3μm2；巖心含油級別以油斑、油跡為主，含油飽和度為60%～80%；巖石脆性指數為40%～75%；壓裂后獲工業油流，直井累計產油量低于2 000 t。

Ⅲ類儲層：白云石含量大于40%，泥質含量小于50%；地層厚度大于20 m；孔隙度大于6%，滲透率為0.100×10-3～1.000×10-3μm2；巖心含油級別在熒光以上，含油飽和度為40%～60%；巖石脆性指

數為30%～60%，壓裂后可獲工業油流，投產后產量遞減快，累計產油量低于1 000 t；Ⅳ類儲層：白云石含量小于40%，泥質含量大于60%；地層厚度大于20 m；孔隙度小于6%，滲透率為0.040×10-3～0.100×10-3μm2；含油飽和度小于40%；巖石脆性指數小于35%，壓裂后低產量或干層。

表2 雷家沙四段湖相碳酸鹽巖致密油分類評價標準

4 湖相碳酸鹽巖致密油測井“甜點”刻畫

針對該區致密油勘探實際，根據上述致密油分類標準開展測井資料精細解釋，確定“甜點”縱向分布，利用多井測井處理解釋確定“甜點”平面分布，并建立了致密油利用測井資料進行 “甜點”刻畫研究方法：①在致密油巖心聯測基礎上，利用Geolog 等軟件對測井資料精細處理，得到巖石礦物成分、物性、含油性、脆性等儲層參數，結合巖心分析測試結果，得到致密油測井處理解釋成果(圖7)；②根據致密油分類評價標準，確定單井縱向上油層有效厚度；③在多井測井處理解釋基礎上，確定巖石礦物成分、油層有效厚度、原油密度、單井穩定日產油量平面分布；④在油層頂界構造圖上疊合白云石、方沸石、泥質含量、油層有效厚度、原油密度、產能平面分布；⑤根據致密油分類評價標準，圈定致密油平面“甜點”分布(圖8)。

圖7 L84井致密油測井處理解釋成果與巖心分析對比

按照上述研究方法，對雷家地區沙四段49口探井開展了測井精細處理解釋，確定了雷家沙四段湖相碳酸鹽巖致密油“甜點”分布范圍，其中，杜家臺油層Ⅰ類+Ⅱ類“甜點”區為27.2 km2；高升油層Ⅰ類+Ⅱ類“甜點”區為77.5 km2。2014至2017年，沙四段I類+II類致密油“甜點”區累計新增三級石油地質儲量近億噸，取得了較好的勘探成效。針對Ⅲ、Ⅳ類“甜點”區，需加強儲層改造工程的工藝攻關，提升其經濟效益。

圖8 雷家沙四段致密油測井“甜點”分布

5 結 論

(1) 針對雷家地區沙四段湖相碳酸鹽巖巖性細、礦物成分復雜、中小孔、細喉—微細喉、儲層相對致密等特點，研究了巖性、物性、孔喉、含油性、脆性、地應力與油層產能之間的關系，研究結果表明巖性是致密油的主控因素。

(2) 根據儲層中油氣賦存狀態，巖性、物性、含油性及產能之間的關系，確定儲層物性及含油性下限，綜合確定湖相碳酸鹽巖致密油定量分類標準。

(3) 利用測井資料刻畫了致密油“甜點”分布，并形成了配套的致密油測井評價工作流程，為老油田開展致密油評價提供了技術借鑒。