砂砾岩有效储层物性下限及其控制因素研究——以埕南断裂带沙三下亚段为例

孙 锂，邱隆伟，宋雪梅

（中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛266580）

埕南断裂带砂砾岩主要包裹于沙四上和沙三下段的烃源岩中。砂砾岩体是埕南断裂带下一步勘探的主攻方向和“十三五”的重要增产增储领域。埕南断裂带砂砾岩体主要为扇三角洲和近岸水下扇，主体为砾岩和含砾砂岩；扇中亚相以砾状砂岩和含砾砂岩为主，物性较好，扇根亚相岩性粗、物性差、可形成致密带。砂砾岩体是在近源快速堆积的条件下形成的，储层的非均质性强，而且由于构造复杂，砂砾岩体叠置关系复杂多变，因此研究埕南断裂带砂砾岩体有效储层的分布和预测有重要的理论和经济意义[1-3]。在现有的开采技术下，开采储层所花费的资金在企业所承受的范围内，能够开采并且在物性下限以上的储层便是有效储层，能够成为有效储层的标准便是有效储层物性下限，通过孔隙度和渗透率来计算，两个参数必须是储层储集和渗滤流体的最小值[4-5]。为了实现油田增储上产，需要分析出有效储层产量的决定因素，本文根据埕南断裂带碎屑岩油气综合地质解释结果（油层、油水同层、干层等）、试油成果数据及测井解释物性资料，首先以相同间隔采集不同深度段的储层，通过试油法以及分布函数曲线法计算储层的有效储层物性下限，之后通过线性回归拟合出不同储层深度段与有效储层物性下限的物理关系。

1 地质背景

埕南断裂带具体位置如图1所示，受早期的燕山运动的间接影响，使埕南断裂带整体呈弧形分布，埕南断层的地势为北高南低，经历了一系列的地壳变化，造就了现在复杂的地形和断层构造，除了早期的燕山活动，还受到喜山和之后的东营期的山体运动的不断影响，不同的断裂层的活动强度，每个位置的物性也不相同，使断裂带的结构呈义109、古 13鼻状构造[6]。

图1 研究区构造Fig.1 Study area structure

主要跨越的区域包括两大部分：车镇凹陷北部陡坡带以及渤南洼陷北部陡坡带。由于断层走向的多次改变，使车镇、沾化凹陷衍生出8条冲沟，沾化凹陷的冲沟位于北部的陡坡，冲沟的对面是多期砂砾岩扇体，与断剥面互相重叠[7]。

因不同时期水进范围不同，各期砂砾岩体的分布也不相同[8]。埕南断裂带的中部和西部主要位于车镇凹陷北部陡坡带，沙三下亚段在古近纪时期经历了剧烈的断裂，沉积的湖盆正好位于最剧烈的断陷部位。车镇凹陷在这一时期也发生变化，由于湖盆的塌陷，当地的气候比较湿润，降雨量也很大，湖盆大面积积水，随着水平面的不断上升，湖水面积不断变大，湖的北部是最深的部位[9]。

2 有效储层物性下限的确定

有效储层物性下限的确定是有效储层评价研究中的一个难点问题，对储层的勘探和开采方式起决定性作用[10]，要想对有效储层进行正确地评价和预测，就需要合理而客观的确定有效储层的物性下限值。我国的科研工作者对求取物性下限不断研究，总结出许多有效的科研方法，本文采用的是分布函数曲线法及试油法，通常也会使用经验统计法、孔隙度渗透率交会法等数学方法，也有一些化学方法，比如测试法[11-17]。根据前人研究及现有资料情况，采用分布函数曲线法对研究区内各区块沙三下物性下限进行研究。

2.1 分布函数曲线法

分布函数曲线法是一种数学方法，从统计学的角度进行分析，分别计算出有效储层和非有效储层的物性频率分布，有效储层包括所有的含液体的储层，包括油层、水层、油水层和油水同层，非有效储层便是干层，将两条频率分布曲线绘制到同一个坐标系内，交点的函数值便是有效储层的物性下限值[13]。

取埕南断裂带沙河街组沙三下亚段不同深度的储层，计算物性下限的方法是分布函数曲线法（见图2），得出5组计算结果，每组数据依次表示深度段范围、孔隙度下限、渗透率下限。5组结果分别为 3 000～3 300 m、6.20%、0.62×10-3μm2；3 300～3 600 m、5.98%、0.46×10-3μm2；3 600～3 900 m、5.6%、0.40× 10-3μm2；3 900～4 200 m、5.20%、0.33×10-3μm2；4 200～4 500 m、2.90%、0.26×10-3μm2。

图2 分布函数曲线法确定不同深度有效储层物性下限Fig.2 Lower limit of effective reservoir at different depths determined by using the distribution function method

2.2 试油法

首先通过试油将不同储层的属性数据计算出来，通过单层产液量来划分有效储层和非有效储层，划分的标准数据为1 t/d，若大于该值，那么储层为有效储层，小于就划分为非有效储层，计算单层产液量需要同时包括油和水，在同一个坐标系内将有效储层和非有效储层的渗透率和孔隙度绘制出来，标注出两者分界处的位置，通过求取该处的孔隙度、渗透率，便能够求出有效储层物性下限值[15]。

根据埕南断裂带沙河街组沙三下亚段测井解释物性资料及油气地质综合解释结果，采用试油法分别确定了研究区3 000～3 300 m、3 300～3 600 m、3 600～3 900 m、3 900～4 200 m、4 200～4 500 m深度段的物性下限值（见图3），不同深度储层的孔隙度下限和渗透率下限分别为：6.5%、0.71×10-3μm2；5.85%、0.51× 10-3μm2；5.49%、0.39× 10-3μm2；5.18%、0.37× 10-3μm2；4.32%、0.31× 10-3μm2。

图3 试油法确定不同深度有效储层物性下限Fig.3 Lower limit of effective reservoir at different depths deter mined by using the oil testing method

2.3 有效储层物性下限检验

通过分析分布函数曲线法和试油法所得到曲线，可以看出有效储层的物性下限与储层深度成反比，孔隙度下限相对误差在0.4%～10.8%，其平均值为 4.04%；渗透率下限相对误差在2.5%～18.2%，其平均值为13.06（见表1）。两种方法所得的物性下限相差不大，考虑到试油法人为刻画的误差较分布函数曲线法更大，以下主要用分布函数曲线法所得数据来拟合出物性下限随深度变化的函数公式：

式中，Φ为孔隙度下限，%；K为渗透率下限，10-3μm2；H 为深度，m。

同时，应用埕南断裂带10口井的试油成果数据对求得的物性下限随深度变化的公式进行检验。试油结果为有效储层的，其对应的孔渗数据应大于其对应深度所求得的物性下限值；试油结果为非有效储层的，其对应的孔渗数据应小于其对应深度所求得的物性下限值[18]。对于物性数据大于其深度带入公式所求得的物性下限的井段，将其判别为正确的井段，否则判别为错误的井段。对于孔隙度随深度变化式（1）带入试油成果数据，有效储层的识别精度为79%；对于渗透率随深度变化式（2）带入试油成果数据，有效储层的识别精度为83%，当孔隙度和渗透率均大于有效储层物性下限时，识别精度为89%，可见其识别精度较高，所求得的物性下限与深度的函数具备较高的可信度。

表1 分布函数曲线法与试油法检验Table1 Calculation r esults of the distr ibution function and the oil testing methods

3 有效储层物性控制因素

研究区主要发育的沉积相类型为近岸水下扇和扇三角洲沉积，为陡坡带附近近源快速堆积形成的较粗粒的碎屑岩沉积，其储层质量受控于埋深、岩性、沉积相以及成岩作用等因素的影响。

3.1 埋深

通过对埕南断裂带沙河街组砂砾岩储层物性数据统计分析发现，孔隙度与渗透率呈现出较好的正相关关系。储层孔渗分布图表明，车镇凹陷2 300～2 800 m以中高孔储层为主；2 800 m以下以低孔-特低孔储层为主（见图4），沾化凹陷1 500～2 000m以中高孔储层为主；2 000～2 800 m以中低孔为主；2 800 m以下以低孔-特低孔储层为主（见图5）。埕南断裂带整体渗透率主要小于50 mD。按照碎屑岩储层物性分类标准，工区储层属于中低孔特低渗级别。

图4 埕南断裂带车镇凹陷孔渗分布Fig.4 The distribution map of hollow hole in chengnan fault zone

埋深对储层物性具有较大影响，储层的孔隙度和渗透率随埋深增加呈现逐渐降低的变化趋势，不同粒度的岩石存在较大差异。通过分析发现，砾岩、含砾砂岩和砾状砂岩等随埋深的增加物性变化迅速。自埋深2 400～3 200 m，储层整体孔隙度由20%变为不足10%，而渗透率则由100 mD变为1 mD左右，物性变化幅度较大。从图4、5中可以看出，细砂岩和粉砂岩孔隙度和渗透率随埋藏深度的变化相对较小，孔隙度和渗透率基本保持在10%～15%和1～10 mD，储层物性相对较好，它与次生溶蚀作用有关。

3.2 沉积作用

沉积作用对深层的储层结构有很大的影响，是深层砂体特征变化的内因，包括储层的成分类型、结构组成、粒度大小等结构特征。一般情况下，在强水动力及较长搬运距离的条件下，结构成熟度和成分成熟度高，同时分选好且泥质含量较低的砂体沉积往往能保持较高的原始孔隙度，同时孔隙的连通性较好，渗透性好，具有较好的原始孔隙结构。

图5 埕南断裂带沾化凹陷孔渗分布图Fig.5 The distribution map of hollow hole in chengnan fault zone

通过大量的岩芯观察发现，埕南断裂带沙河街组砂砾岩含油性好的储层粒度相对较细，以中砂岩、细砂岩和粉砂岩为主，不含油层段粒度则很粗、或者很细，如杂基支撑砾岩、颗粒支撑砾岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩等，沉积因素是研究区储层物性的主要控制因素。从理论上来说，粒度对储层的孔隙度没有太大影响，但埕南断裂带砂砾岩储层的实际情况是中砂岩、分选好、杂基含量低的粉细砂岩的储层物性要优于其它粒度的砂岩。影响储层物性的因素，还包括砂岩的粒度。粒度大的砂岩，其对应的渗透率也越高，在研究区的浅层储层可以明显地得出结论[19]。统计并分析区沙河街组砂砾岩物性资料可知，随着粒度的增大，孔隙度、渗透率先增大后减小，在中间粒度处储层孔隙度较优。

通过对埕南断裂带沙河街组砂砾岩200余块样品统计发现，样品的分选度越高，粒度的分布越均匀，同时分选系数越高，样品的孔隙度越大，颗粒之间的填隙物含量越低，原生孔隙发育，为后期油气或酸的注入提供了通道。

除此之外，利用数据分析软件IPSS针对研究区内四期砂砾岩体孔隙度与泥质含量相关性进行研究（见图6），结果表明，四期砂体孔隙度与泥质含量相关关系系数均小于-0.7。为显著的负相关关系，即：泥质含量越高，孔隙度越低。

图6 埕南断裂带孔隙度与泥质含量相关关系Fig.6 The porosity of chengnan fault zone is r elated to the content of shale

岩石特征方面，通过对研究区不同类型岩石进行物性分析（见图7），按照荧光、油迹、油斑、油浸四个等级对全区岩石类型进行大量统计，结果表明，荧光样品中，优势岩相为含砾砂岩、砾岩和泥质砂岩；油迹样品中优势岩性为含砾砂岩、粉砂岩和砂岩；油斑样品中优势岩性为泥质砂岩和砂岩；油浸样品较少，不便统计。

图7 埕南断裂带含油性与岩性关系图Fig.7 The relationship between oil and lithology in chengnan fault zone

综上所述，研究区物性较好的优势岩相为细砾岩和砾状砂岩，其共同点是物性分布范围广泛，有相当部分物性数据高于优质储层物性下限值。

沉积相方面，埕南断裂带沙三段发育三种沉积相，近岸水下扇、扇三角洲和湖底扇。整体上，近岸水下扇的发育规模要大于扇三角洲和湖底扇。孔隙度与渗透率柱状图如图8所示。

图8 埕南断裂带沙三段不同沉积相孔隙度、渗透率关系Fig.8 The porosity and permeability of three different sedimentary facies in chengnan fault zone

由图8可以看出，两种沉积相的物性分布较为广泛，但是扇三角洲好于近岸水下扇。不同的沉积相中发育有不同的沉积微相，其中，近岸水下扇中发育有辫状沟道、沟道前缘、沟道侧缘和沟道间沉积微相，扇三角洲中主要的两种沉积微相，分别为水下分流河道和分流河口砂坝，通过统计不同沉积微相的物性柱状图，发现近岸水下扇中，辫状河道侧缘相对较好，其次为辫状沟道，扇端较好，沟道间的物性分布最差。扇三角洲中，扇三角洲前缘水下分流河道渗透率较好，扇三角洲平原和前扇三角洲都较差。湖底扇中，辫状水道具有明显的优势。

3.3 成岩作用

按照成岩作用对储层物性的影响，将成岩作用主要划分为两类，即破坏性成岩作用及建设性成岩作用。破坏性成岩作用主要为压实作用和胶结作用，压实作用是使储层物性降低的最主要的成岩作用，其次为胶结作用。这是由于研究区所选层位普遍埋深较大，压实作用强烈。选取研究区较为典型的样品，通过对储层孔隙度演化的恢复发现，压实减孔量为40%～80%，不同沉积微相存在较大差异，近岸水下扇内扇主水道微相压实减孔量最大，由于胶结作用导致的减孔量为10%～40%，以扇三角洲前缘分流河口砂坝的胶结减孔量最大（见图9）。建设性成岩作用主要为溶蚀作用，溶蚀作用的发育深度与异常高孔带具有较好的对应关系，其中主要为次生溶蚀作用，裂缝仅在车66及车660等存在异常高压的井区较为常见，其它井区出现较少。从薄片观察中可以看出(见图10），研究区储层有效孔隙主要为溶蚀作用产生的次生孔隙，可以说次生溶蚀作用是改善储层物性的直接因素。此外，通过薄片鉴定发现，火山岩岩屑和长石含量相对较高，为次生溶蚀作用的发生提供了良好的物质基础，使得储层的储集物性得到较大的提高。

图9 埕南断裂带沙河街组砂砾岩储层压实胶结对粒间孔隙体积的影响Fig.9 The effect of consolidation on the por e volume in the sand conglomerate reservoir in chengnan fault zone

图10 埕南断裂带沙河街组砂砾岩储层溶蚀作用Fig.10 Dissolution of glutenite reservoirs in the Shahejie formation in the Chengnan fault zone

同时，砂砾岩有效储层受原始组分后期改造作用共同控制，不同沉积微相受后期成岩流体改造强度不同，扇三角洲前缘水下分流河道和近岸水下扇扇中辫状水道经建设性成岩作用影响，形成有效储层。不同沉积相岩相和成岩作用的差异使其储集物性有所不同[20]，由于扇根的结构较差，以杂基支撑和颗粒支撑的砾岩为主，压实作用和灰泥重结晶作用等破坏型成岩作用较发育，造成储层的物性较差，无法发育为有效储层；扇中亚相溶蚀作用较为发育，储集物性得到很好地改善，有效储层比例较高；扇缘亚相以胶结作用为主，使物性变差，局部溶蚀作用发育，可成为有效储层。扇三角洲砂体入湖前通常先经过冲积扇过渡，扇三角洲水下分流河道砂体分选变好，杂基含量变低，经过早期压实后，原始孔隙较发育，有利于后期成岩流体进入；但是扇三角洲前缘分流河道间，泥质含量仍然较高，早期快速压实后，绝大多数孔隙消失，因此受后期成岩改造作用不明显。

总的来说，近岸水下扇储层分选差，杂基含量高，颗粒间以线接触为主，原生孔隙损失殆尽，后期次生溶蚀作用对储层的改造相对有限，以粒内弱溶蚀为主。相对较细的岩性物性较好。扇三角洲储层粒度相对较细，中-细砂岩为主。分选中等至较好，颗粒间点接触或点-线接触。发育原生粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔及铸模孔，水下分流河道下部和河口砂坝上部溶蚀作用较强。湖底扇以中扇为主体,内扇不发育；体积上，80%左右的砂砾岩发育于中扇。因此，湖底扇约有80%的相带为有利储集相带。储层物性和含油性的差异是沉积和成岩共同作用的结果。沉积相的不同导致其沉积物的岩石组分、岩屑类型、杂基含量、粒度以及分选性等存在差异，而这些差异使这些沉积物具有不同的成岩作用发育特征，这就使有效储层可以更好地发育在湖底扇辫状水道沉积中。但是研究区沙三段广泛发育近岸水下扇沉积部分发育扇三角洲沉积，湖底扇仅有少量发育，所以扇三角洲的水下分流河道和近岸水下扇的辫状水道也是有效储层发育的位置。同时对于浅层和深层的有效储层也具有不同的发育特征。对浅层的砂砾岩体，由于埋深较浅，近岸水下扇的内扇也具有较好的物性，也会有少量的有效储层发育；对于深层的砂砾岩体，扇根物性很差，已很难作为有效储层的载体，但是可以很好地发挥扇根幅度作用使上覆的辫状水道发育有效储层。所以研究区沙三段有效储层的发育是埋深、沉积作用、成岩作用共同作用的结果。

4 结论

（1）运用分布函数曲线法和试油法求取了埕南断裂带沙河街组沙三下亚段砂砾岩储层不同深度段的物性下限，通过线性回归的方法将有效储层的物性下限和储层的深度之间的关系拟合出来。有效储层孔隙度下限与深度的函数关系为Φ=-6.459ln(H)+58.497，渗透率下限与深度的函数关系为K=y=-1.04ln(H)+8.968 9。

（2）埕南断裂带有效储层物性下限随深度增加而降低，优势岩相为细砾岩和砾状砂岩，成岩作用中的溶蚀作用为有效储层形成的直接因素，而成岩作用形成的条件由深度和沉积作用等因素共同控制，沉积相是主要控制因素。