塔中奥陶系碳酸盐岩储层缝洞特征

唐 洪,谢 琳,苏 波,韩 涛

(1.西南石油大学资源与环境学院,四川成都 610500；2.四川省高校天然气地质重点实验室,四川成都 610500； 3.中国石油测井有限公司油气评价中心,陕西西安 710054；4.塔里木油田开发事业部油藏部,新疆库尔勒 841000)

塔中奥陶系碳酸盐岩储层缝洞特征

唐 洪1,2,谢 琳1,苏 波3,韩 涛4

(1.西南石油大学资源与环境学院,四川成都 610500；2.四川省高校天然气地质重点实验室,四川成都 610500； 3.中国石油测井有限公司油气评价中心,陕西西安 710054；4.塔里木油田开发事业部油藏部,新疆库尔勒 841000)

利用岩心、FMI成像和常规测井资料,采用统计分析和随机建模的方法对塔中奥陶系碳酸盐岩储层缝洞特征进行分析、定量计算和预测。结果表明:研究区奥陶系碳酸盐岩缝洞发育层段,电阻率出现明显低值,深浅幅度差最大,声波时差增大,密度降低；鹰山组裂缝比较发育,其储层裂缝渗透率远高于基质渗透率,表明缝洞对于改善奥陶系储层渗流特性非常明显。

储层；裂缝描述；随机建模；碳酸盐岩储层；奥陶系

塔河油田位于塔里木盆地沙雅隆起阿克库勒凸起的西南部,阿克库勒凸起是在前震旦系变质基底上发育的一个长期发展的、经历了多期构造运动和变形叠加的古凸起,它先后经历了加里东期、海西期、印支—燕山期及喜马拉雅期等多次构造运动[1-4],其中海西早期运动较为强烈,发育多个不整合面。在奥陶系鹰山组和一间房组风化壳之上,形成了与不整合有关的岩溶缝洞型碳酸盐岩油气藏[5-7]。奥陶系油藏是经过多期构造运动和古岩溶共同作用形成的岩溶缝洞型碳酸盐岩油藏。其中一间房组和鹰山组储层以灰岩、白云岩和泥晶灰岩为主,是典型的超低孔超低渗储层。储集空间以缝洞、溶蚀孔洞为主,而基质孔隙度和渗透率非常低,基本不具储渗作用,但由于缝洞的存在,使得储层非均质性变强,它既是油气水的存储空间,又是沟通缝洞的主要通道[8-10]。因此,笔者对缝洞在鹰山组和一间房组发育特征和分布特征进行描述,利用常规测井资料和FMI成像资料对缝洞进行定量分析,并采用随机建模的方法,对缝洞进行三维建模。

1 储层基本特征

根据鹰山组和一间房组的岩心描述、岩石薄片、铸体薄片、荧光薄片和扫描电镜等各项资料观察分析,塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层除生物礁(滩)相孔隙型储层外,岩石基质孔隙度很低,平均孔隙度约为1.69%,渗透率约为1.93×10-3μm2。无疑仅靠原生孔隙几乎不能形成有效的储集层,储集空间要依赖于地层岩石中次生孔隙和裂缝的发育程度。次生孔隙、裂缝及其在空间上的相互配置决定了储层储集和渗流能力,同时决定着储层的产出能力。所以缝洞和溶蚀孔洞必然成为本区储层的主要储集空间和运移通道。储集空间类型按不同的方式及规模组合,可分为缝洞型、缝洞-孔隙型及缝洞-孔洞型等储集类型。

缝洞型储层是研究区内最普遍发育的一类储层,主要包括构造缝、压溶缝和溶蚀缝等。根据研究区岩心观察统计表明,缝洞以中—高角度缝为主,张开度较小。表1给出了鹰山组和一间房组部分岩心裂缝观察描述结果。

表1 岩心缝洞描述Table 1 Description of fractures and vugs of core

缝洞-孔隙型储层的孔隙既有原生的,也有次生的,包括晶间孔、晶间溶孔、晶内溶孔、粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔等多种类型。原生孔隙因受到胶结充填、压实压溶等成岩作用的破坏,几乎消失殆尽,孔径一般在几微米至几百微米。这类储层既有孔隙又有缝洞,两者对储集性能均有相当大的贡献,是奥陶系碳酸盐岩储层普遍存在的储集空间类型[1,11-13]。其中孔洞主要由孔和小洞组成,无巨洞。荧光资料可见晶间孔、溶孔等发暗黄绿光、黄光荧光显示,取芯资料可见孔隙含油。此类储层储集性能较好,产能较高且较稳定,主要分布于中上奥陶统尖灭线以下一间房组。

缝洞-孔洞型储层的储集空间为大型洞穴和缝洞,前者储集空间巨大,后者对沟通洞穴和改善渗流性能作用大。溶蚀孔洞是沿缝洞或微裂隙发生溶蚀作用形成的孔洞,孔径为2.0～100.0 mm,孔洞内有时会被粉砂-泥质、方解石等部分或全部充填。大型洞穴直径大于100.0 mm,它往往被地下暗河沉积物、砂泥岩、角砾岩、巨晶方解石等物质充填。

2 岩心物性特征

图1 鹰山组储层基质渗透率分布直方图Fig.1 Permeability histogram of Yingshan group matrix

首先,对鹰山组和一间房组33口井的取芯资料进行统计。鹰山组共543块样品测量完整的孔隙度、渗透率参数,其中基质渗透率分析参数包括水平渗透率k1,水平渗透率k2和垂直渗透率k3,针对这3个参数,分别做直方图(图1)。其中水平渗透率k1主要的分布在(0.001～0.1)×10-3μm2,占84.34%,其最大渗透率为2.174×10-3μm2,最小为0.001×10-3μm2,平均渗透率为0.052×10-3μm2。水平渗透率k2主要的分布在(0.01～0.1)×10-3μm2,占67.21%,其最大渗透率为1.801×10-3μm2,最小为0.001×10-3μm2,平均渗透率为0.065×10-3μm2。垂直渗透率主要的分布在(0.001～0.1)× 10-3μm2,占74.70%,其最大渗透率为8.47×10-3μm2,最小为0.001×10-3μm2,平均渗透率为0.123× 10-3μm2。

统计表明,鹰山组孔隙度大部分小于2%,占样品数的84.23%。平均孔隙度为1.19%。一间房组有样品217块,其孔隙度大部分小于2%,占样品数的87.35%。其中最大孔隙度为21.389%,最小为0.01%,平均孔隙度为1.55%,属于特低孔。孔隙度分布情况如图2所示。

以上统计数据表明,基质的孔隙度和渗透率都非常低,难以形成有效的储集空间和油气渗流通道。

图2 基质孔隙度分布直方图Fig.2 Porosity histogram of matrix

3 缝洞特征

3.1 岩心和成像测井资料缝洞统计

研究区的裂缝并不是十分发育,对其中8口取芯井321块岩心详细描述总结后,统计出121个明显的缝洞,其中裂缝以构造缝为主,以单组系充填或半充填缝的中小斜交缝为主。鹰山组有效缝79条,一间房组发育有效缝43条,鹰山组的有效缝洞比例高于一间房组,鹰山组缝洞比一间房组相对发育。

3.2 缝洞特征

3.2.1 溶洞的响应特征

对于较大的溶洞,常规曲线的特征表现为:低电阻率(深侧向一般小于100 Ω·m)且深浅电阻率正差异很大(一般Rt/Rxo大于3)；三孔隙度曲线为高时差、高中子、低密度,时差远大于50 μs/ft,有的甚至更高,密度测井值低于2.55 g/cm3,中子值也远大于3%；井径明显增大；自然伽马曲线中有的呈高值响应特征(大于5 API),有的变化不明显,呈低值响应。以Tz1井为例,其井径曲线在5.374～5.376 km处表现为扩径,井径最大值约0.21 m,自然伽马和去铀伽马曲线为低值；三孔隙度明显增大,贴井壁测的密度为异常低值,密度最小值为1.55 g/cm3,中子增大,声波增大约为55.2～60.6 μs/ft,双侧向电阻率在高阻背景下有了明显降低,深侧向电阻率为20～600 Ω·m,浅侧向电阻率为7.5～210 Ω·m,双侧向电阻率呈明显正差异(图3)。

3.2.2 裂缝在常规曲线和成像测井上的特征

高角度裂缝,双侧向测井曲线呈“正差异”；低角度裂缝,双侧向测井曲线呈“负差异”；裂缝在60°～75°时,双侧向差异较小或无差异；45°裂缝时,双侧向“负差异”,且差异幅度最大；裂缝双侧向测井曲线读值,随着裂缝发育程度的增加而降低,裂缝越发育,即裂缝张开度、裂缝密度、裂缝孔隙度、裂缝径向延伸深度越大,双侧向测井电阻率相对基质岩石电阻率下降幅度也更大一些。三孔隙度曲线相对上下围岩有明显响应,密度值降低,声波、中子增大,推断可能存在裂缝。结合井周声波成像图(CBIL)一起判断,是否与三孔隙度综合推断一致。岩性、地层含气、泥质薄互层、井眼不规则,裂缝和溶(孔)洞发育程度不同都可能影响三孔隙度识别裂缝的准确度。

以Tz2井为例,该井在5.5075～5.5106 km段的特征为:总自然伽马值相对较高,由能谱曲线可知,此层段的高伽马主要是富含铀矿物引起的,不是泥质原因,结合三孔隙度和双侧向,推断为裂缝发育段。FMI成像图上显示5.5075～5.5106 km段发育多条裂缝,与伽马能谱判断的裂缝结果一致,而双侧向曲线相应不明显,由对应的成像图上,可以判断裂缝张开度较小。其特征如图4所示。

图3 Tz1井测井曲线特征Fig.3 Logging plot character of well Tz1

图4 Tz2井测井曲线和FMI成像Fig.4 Log plot FMI map of well Tz2

3.3 裂缝的定量计算

要准确地把握鹰山组和一间房组储层裂缝的发育特征,必须对裂缝进行定量计算。要计算的参数通常包括裂缝的张开度、裂缝发育密度、裂缝孔隙度和裂缝渗透率等。结合成像资料编写了裂缝参数计算程序,首先判断裂缝或发动存在的位置,然后对该区测井资料进行处理,如图5所示。

图5 X1测井成果图Fig.5 Comprehensive plot of well X1

4 储层缝洞建模

根据本区54口井逐点裂缝参数的计算结果,对裂缝的孔隙度、渗透率和张开度等参数的采用随机模拟的方法,对裂缝空间分布规律进行井间模拟(图6)。根据探索颜色缝洞的发育特征,采用序贯高斯模拟的方法[14-17],首先设定参数计算半径,然后计算各节点条件分布函数的累积概率,再从累积概率中提取模拟值,最后将模拟好的点加入到被模拟参数中,这样做可以充分利用已知条件去模拟地质参数三维空间的变化规律以及各参数之间的关系,选择条件函数,并要求符合高斯分布,其数学期望和方差可以采用克里金方程组求解获得。已有的应用表明,这种方法能较好地模拟非均质性严重的储层参数分布,真实地再现低孔低渗储层参数复杂的变化规律和非均质性特征。

图6 鹰山组缝洞参数数值模拟Fig.6 Numerical simulation of fractures and vugs of Yingshan group

从图6中可以看出,塔河油田鹰山组缝洞发育非均质性很强。缝洞渗透率主要分布在(0.001～ 58.2)×10-3μm2,占89.37%。最大渗透率为627.41×10-3μm2,平均渗透率为63.992×10-3μm2。渗透率极差达到了5个数量级,说明裂缝的渗透率差异很大。

缝洞孔隙度主要的分布在0.01%～0.3%,占72.31%。其中最大孔隙度为0.922%,最小为0.016%,平均孔隙度为0.105%。孔隙度的极差变化不大。

缝洞张开度主要分布在100～890 μm,占67.51%。其中最大张开度为2394.544 μm,最小为1.338 μm,平均张开度为263.815 μm。展开度极差较大,它主要影响裂缝的渗透率。

5 结 论

(1)在缝洞发育层段,电阻率出现明显低值,且深浅幅度差最大,声波时差增大,密度降低。对裂缝的识别,应该配合FMI或FMS等成像图综合分析。

(2)根据常规电阻率测井曲线可以计算裂缝孔隙度、渗透率和张开度等参数,鹰山组裂缝比较发育,裂缝渗透率可以达到几十个毫达西,平均孔隙度约为0.105%,平均张开度约为263.815 μm。

(3)鹰山组储层裂缝渗透率远高于基质渗透率,说明缝洞对于改造奥陶系储层渗流特性非常明显,也是该碳酸盐岩储层产能较好的主要原因。

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(编辑 徐会永)

Fracture and vug character of Ordovician carbonate reservoir in Tazhong Oilfield

TANG Hong1,2,XIE Lin1,SU Bo3,HAN Tao4

(1.School of Resource and Environment,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China；
2.Sichuan Province University Key Laboratory of Natural Gas Geology,Chengdu 610500,China；
3.Oil&Gas Evaluation Center of CPL,Xiıan 710054,China；
4.Reservoir Section of Exploitation Department of Tarim Oilfiled,Kuerle 841000,China)

Statistical and stochastic modeling methods were adopted to analyze,quantitatively calculate and predict carbonate reservoir fracture and vug character of Ordovician reservoir in Tazhong Oilfield based on core,FMI and normal wireline logging data.The results show that fractures and vugs developed intervals are characterized by obvious low resistivity and maximum amplitude difference,high interval transit time and low logging density.Fractures are developed in Yingshan formation, which makes fracture permeability become largely higher than matrix permeability.Fractures and vugs have obvious effects on reservoir reconstruction and flowing proterties.

reservoir；fracture description；stochastic modeling；carbonate reservoir；Ordovician

TE 122.2

A

1673-5005(2013)02-0007-07

10.3969/j.issn.1673-5005.2013.02.002

2012-09-06

油气藏地质及开发工程国家重点实验室开放项目(国重科研G2)

唐洪(1973-),女,副教授,博士,主要从事开发地质、油气藏描述等教学和科研工作。Email:thswpu@126.com。