基于测井孔隙类型识别技术的成岩相研究

郭瑞，张东越，马旭飞，张靖雨，陈晨

基于测井孔隙类型识别技术的成岩相研究

郭瑞，张东越，马旭飞，张靖雨，陈晨

（重庆科技学院，重庆 401331）

以川东北普光气田长兴组-飞仙关组碳酸盐岩储层为例，利用测井资料全井段、高分辨率的特点，运用声波密度比值来识别储层孔隙类型，研究不同类型的孔隙在垂向及平面上的展布特征，是极为有效的成岩相研究方法。在平面成岩相命名中，用某一种或多种成岩环境下发生的主要成岩作用为其命名，将长兴组-飞仙关组碳酸盐岩储层成岩相划分为地表水侵蚀相、地表水侵蚀+有机酸溶蚀相、有机酸溶蚀相、灰云转化成岩相和压实胶结相。它们可以直观地得出储层孔隙的形成过程与演化成因。

碳酸盐岩；普光气田；孔隙类型；成岩相

普光气田主体位于四川省达州市宣汉县境内，构造上属于川东断褶带东北段双石庙—普光NE向构造带上的一个鼻状构造。该气田共探明天然气地质储量共计2 782.95×108m3，属超深、高含硫、大型构造—岩性气藏，主要目的层段飞仙关组、长兴组均为海相碳酸盐岩地层。与碎屑岩储层相比，碳酸盐岩储层的展布和物性等除受沉积环境控制外，更多地受成岩后生作用的影响。该作用对孔、缝、洞的形成和演化既起破坏作用又起进行改造，使该类储层的储集空间类型复杂，储层物性在纵、横向上变化大，致使对高孔渗储层发育带分布认识不清，影响到开发井位设计和产能评价等。

自上世纪80年代开始，国外研究人员逐渐认识到储层演化对油气成藏的重要性，特别是在深层地层，主要的油气储集空间和运移通道都是由成岩作用产生的次生孔、裂隙等组成。在对储层演化的不同类型、期次、强度的研究过程中，也给油气藏开发及成藏规律提供了大量全新启示。储层演化的期次和作用强度由于受到地层非均质性影响，不同区域变化较大。L.B.Railsback提出了成岩相的概念来针对碳酸盐岩成岩的作用做研究，主要是为了反应储层经过多期次、多类型成岩作用改造后的最终状态。国内外对岩石物理相划分的标准现在还未有统一的认识，分类的参考因素可归结为沉积、成岩环境、事件、代表性矿物及储层微观结构等。但无论按照何种标准划分，最终目的是为表述储层孔隙的形成与消失及储层演化的最终状态。

现阶段国内外关于成岩相的研究尚处于初始探索阶段，对于成岩相的划分及评价还没有一个统一的方案。国内外一些研究者曾采用了不同的方案来划分成岩相。他们划分的结果可以直接反映成岩作用的特征，并在一定程度上利用成岩相进行储层识别和评价，但是他们所得到的结果仍然不能很完美的反映成岩相与油气勘探的决定性关系。所以如何形成一套可以预测及指导油气勘探的评价方法，使得成岩相与油气勘探可以紧密结合，更有效的进行油气勘探开发，还需要进行大量的研究工作。

1 成岩环境与孔隙类型关系

1.1 灰云转化对孔隙的影响

灰云转化（灰岩转化为白云岩）作用可以控制碳酸盐岩储层的发育。它直接影响孔隙的发育，不仅可以使储层空间增大，也可以使其空间减少。这跟原始灰岩的沉积环境、性质以及白云岩化的过程有密切关系。经过灰云转化作用而形成的碳酸盐岩，他的成岩过程会发生很大的变化，因而其孔隙的形成演化方式也会存在很明显的差异。

灰云转化作用可以从多个方面影响储层的物性。流体的溶蚀对孔隙的形成意义不是很大，但是Ca、Mg离子等摩尔交代对孔隙的形成起着决定性作用。对孔隙的形成起破坏作用的是外来流体的过白云岩化。白云石等体积交代方解石对于岩石的孔隙体积和自身的体积基本上不会产生大的影响。灰云转化作用主要是对渗透率的提高有着明显的作用。

1.2 地表水侵蚀对孔隙的影响

碳酸盐岩存在很多的的不稳定组分，很容易被溶解。如文石、高镁方解石的生物骨骼、文石质的鲕粒方解石等都易受溶解，来自文石中溶解的CaCO3通常要从溶解的地方搬运走。地表存在大量淡水，它通过流动、侵蚀会将文石、方解石颗粒等进行溶解搬运，导致文石颗粒的内部构造遭到破坏，进而形成鲕模孔和粒内溶孔，影响着孔隙的发育。

1.3 有机酸溶液对孔隙的影响

碳酸盐岩遇到淡水可以发生微弱溶解，随着水的流动可以带走一些碳酸盐岩颗粒。在水的流动过程中会经过一些烃类物质和由烃类降解而产生的有机酸溶液，使得它们和水一起侵入储层，改变了孔隙中水的性质使其呈现为弱酸性，并且抑制碳酸盐岩的胶结。有机酸溶液进一步沿粒间孔溶蚀扩大形成大量粒间溶孔，并在孔壁留下标志性的沥青膜。原生粒间孔的鲕滩储层是在鲕粒沉积环境中由原生粒间孔隙发育而来。它们受水流动侵蚀的影响较小，受浅埋藏期烃类降解排出的有机酸溶液的改造较大，对孔隙发育存在较大影响。

2 孔隙类型分类

普光地区碳酸盐岩孔隙结构类型丰富多样，但相似孔隙类型的孔渗规律相差不大。为便于研究孔渗关系，可根据孔隙类型特征进行分类。其中将晶间溶孔、晶间孔与粒间溶孔合并为粒间孔，粒内溶孔、鲕模孔，溶洞合并为粒内孔，裂缝、微裂缝为裂缝类。因此可将碳酸盐岩储层分为两大类，孔隙型和裂缝型。孔隙型又分为粒内孔隙、粒间孔隙和混合孔隙，混合孔隙主要是介于粒间孔隙与粒内孔隙之间。观察不同孔隙类型的薄片资料（图1），从图中可见粒间孔、粒内孔、混合孔隙及裂缝的孔隙结构形态具有明显差别，物理性质也有很大不同。

图1 普光地区碳酸盐岩不同的孔隙类型

2.1 粒间孔隙

粒间孔隙总体上可分为两种孔隙类型，分别为与溶蚀无关的孔隙和与溶蚀有关的孔隙。与溶蚀无关的粒间孔隙主要为粒间孔、晶间孔。作为主要的储集空间，晶间孔的发育非常丰富，晶体大小可分为粉晶、细晶、中晶、粗晶等。与溶蚀有关的粒间孔隙主要为粒间溶孔、晶间溶孔等。粒间溶孔主要由颗粒间胶结物或部分颗粒溶蚀扩大形成，常发育于鲕粒白云岩及砂屑白云岩中。晶间溶孔普遍发育于各种残余鲕粒白云岩、砂屑白云岩和结晶白云岩中。

2.2 粒内孔隙

粒内孔隙是由于地层水的性质发生变化，导致鲕粒内部的易溶物质发生溶解而形成的孔隙。岩心观察结果显示，由鲕粒部分或全部溶蚀形成的粒内溶孔和鲕模孔保留了岩石颗粒形态，多数鲕模孔未被充填，少数充填少量沥青。通过对岩性分析并观察岩心薄片资料，发现粒内孔隙主要发育于鲕粒白云岩，如泥晶鲕粒白云岩、粉晶鲕粒白云岩、亮晶鲕粒白云岩等。溶蚀作用会形成大量的溶洞，这种孔隙发育非常丰富，是主要的储集空间，主要分布于飞一到飞二段之间的鲕粒滩白云岩中。岩心观察发现，溶洞形态不规则，多数直径2～5cm，大的直径可达10cm，洞壁大部分未被充填，少数部分被少量的方解石、白云石及石英填充。

图2 普光主体气田飞仙关-长兴组主要岩石孔渗关系图

图3 声波密度幅值比判定孔隙类型

2.3 混合孔隙

混合空隙类型是介于粒间孔隙与粒内孔隙之间的一种两者混合的孔隙类型。在这一类岩石当中，它同时具有粒间孔隙和粒内孔隙，不存在单一的粒内孔隙与粒间孔隙，其孔隙结构较复杂，多发育在一些鲕粒白云岩中。

2.4 裂缝

碳酸盐岩中因构造或溶蚀作用可形成相应的构造缝和溶蚀缝。从岩心观察和电阻率成像测井等资料表明，该研究区块裂缝整体不发育，且大部分被充填，主要发育有三期裂缝：第一期裂缝形成于浅埋藏阶段，为张性缝，比较少见；第二期裂缝形成于中－深埋藏阶段，大部分被沥青充填，为压性缝，比较常见，宽度一般0.01～0.04mm；第三期裂缝形成于深埋藏环境的气烃阶段，缝壁很干净，大多数未被充填，为张性缝，非常常见，宽度一般0.05～1mm。该研究区裂缝主要发育于粉晶白云岩和细晶白云岩中。

3 储层孔隙类型识别

3.1 建立储层孔渗关系图版，识别储层孔隙类型

表1 孔隙类型定量判别表

通过对研究区多口取心井岩芯分析其孔隙度与渗透率关系（图2），经过薄片鉴定对比，分析数据点分布规律，认为数据点分布规律与储集空间类型存在密切关系，同时对不同的孔隙类型进行合理归类，共分４类。图中红色标志部分的样品储集空间类型主要为粒间孔隙类型，相对应的灰色标志的样品一般为粒内孔隙类型，混合孔隙类型样品的分布则介于这两种类型之间。裂缝的样品较少，但是渗透率相对较大。由裂缝的孔隙度和渗透率分布可看出，正是由于裂缝的存在导致这些样品渗透率明显增大。将孔隙类型分类后建立相应的孔渗关系。由此可看出不同的孔隙类型明显具有不同的孔渗关系，说明在该地区通过划分不同孔隙类型的方法研究碳酸盐岩孔渗关系相对是合理的。

整体上各孔隙类型的岩心渗透率随岩心孔隙度增大而增大，但不同孔隙类型表现出不同的孔渗规律。将粒间孔与粒内孔相比较，粒间孔的岩心渗透率随岩心孔隙度增加而增加的速率更大，粒间孔具有低孔高渗特性，而粒内孔则具有高孔低渗特性。混合孔的孔渗特性则介于粒间孔和粒内孔之间，存在多种孔隙类型及相互之间组合的情况，孔渗规律相对复杂，但整体上其岩心渗透率也是随岩心孔隙度增大而增大。研究区裂缝发育较少，且主要发育于致密岩性段，虽然岩石总孔隙度较小，但岩心渗透率随岩心孔隙度增加速率比其他孔隙类型要大很多，从而导致岩心渗透率明显增大。

3.2 研究不同储集空间储层电性响应特征，识别孔隙类型

在测井曲线上，粒间孔隙与粒内孔隙的储层大体上是可以区分的。声波有选择性传播的特性。在粒内孔隙结构中声波传播时间较短，因为在粒内孔隙结构中声波可以沿着岩石的骨架进行传播，从而减少传播所用的时间。相对而言，在粒间孔隙之中声波传播的时间则相对较长，因为在粒间孔隙之中，声波的传播需要经过颗粒之间的孔隙，声波传播路径相对较复杂，导致声波的整体传播速度较慢，传播时间较长。因此，当孔隙足够大时通过两者的比较是可以对孔隙类型进行区分的。

对取芯井测井曲线资料进行整理，利用声波时差与密度的比值（AC/DEN）进行区分孔隙类型（图3）。由建立的分布图可以看出，粒间孔隙的AC/DEN明显小于粒内孔隙的AC/DEN。设定当值介于16～18.5时认定为粒间孔隙，大于19.5时则认定为粒内孔隙，介于18.5～19.5之间时认定为是混合孔隙，同时，粒间孔具有低孔高渗特性，粒内孔则具有高孔低渗特性。因此可以由AC/DEN比值结合孔渗关系对孔隙类型进行综合判定。

各孔隙类型形成于不同的岩性，对应不同的孔渗关系，根据声波时差与密度的相对比值进行定量划分孔隙类型（表1）。

3.3 孔隙识别方法的验证与应用

提取普光302-1井测井曲线资料（图4）进行判别，可以看出在5 370m左右处，测井曲线与孔隙特征参数曲线存在明显的变化，此处下方声波与密度的相对幅度比值较大，并且岩性主要呈现高孔低渗特性，属于典型的粒内孔隙类型。而在5 370m上部，此处的声波与密度的相对幅度比值较小，并且在岩性上主要呈现低孔高渗特性，属于粒间孔隙类型。产生这种原因的因素一般是由于粒间孔隙渗透能力好于粒内孔隙渗透能力。

图4 普光302-1井孔隙类型识别成果图

图5 普光102-1井孔隙类型识别成果图

对普光102-1井飞仙关组TSQ1Ⅲ～Ⅳ部分井段孔隙类型进行识别（图5）。提取5 580～5 665m之间部分测井曲线进行孔隙识别，可以看出声波与密度的相对幅度比值存在多样性，判断其可能是存在多段粒间、粒内孔隙以及混合孔隙结构特征的储层。根据识别出的结果与孔渗关系相对比，可以看出识别结果与粒间、粒内孔隙孔渗特性基本吻合。再与取芯物性分析对比，与判断结果一致。说明由AC/DEN作为孔隙识别的方法是相对可行的。

分析普光102-1井产生这一现象的原因，认为是由于普光102-1井处于滩缘部位，在TSQ1Ⅲ层序之后，海侵频繁，导致鲕粒未充分发生混合水白云化，后期埋藏溶蚀作用较弱，形成了具有粒内孔隙结构的鲕粒滩体。

4 储层孔隙类型分布特征

同储集空间类型储层分布具有一定规律性。分层序建立普光地区储层孔隙度和渗透率关系，并根据声波-密度比值识别孔隙结构类型，进一步研究不同储集空间类型储层在垂向及平面上的分布特征。

长兴组PSQ2Ⅲ中混合孔隙与粒间孔隙比较发育；PSQ2Ⅳ、PSQ2Ⅴ中除混合孔隙较发育外，亦存在粒内孔隙类型。同时，统计显示长兴组各层序储层中发育裂缝。

飞仙关组中TSQ1Ⅱ层序粒内孔隙发育， TSQ1Ⅲ时期储层主要为粒间孔隙结构，在TSQ1Ⅳ、TSQ1Ⅴ层序时期海侵作用增强，孔隙结构复杂，粒间孔、粒内孔、裂缝以及混合孔隙等均较发育，孔渗关系相关性差；TSQ1Ⅴ时期以后层序主要为粒间孔隙结构。

通过各层序孔隙结构分析，可以认为粒间孔发育于飞仙关沉积中晚期，此时水体明显变浅，沉积样式以加积为主，就鲕滩而言，它获得了充分时间发生混合水白云化作用，从而形成鲕滩。而粒内孔发育于长兴组晚期以及飞仙关组沉积早中期，这一时期沉积样式主要以进积特征为主，这些鲕粒可能由于快速堆积，未充分发生混合水白云化就被埋藏。相对而言，层序末期潮坪、蒸发坪沉积主要发育细粉晶白云岩，此岩石层薄、性脆、较易发育裂缝。

表 2 成岩相定性、定量判别表

5 成岩相平面分布特征

根据孔隙类型与成岩相关系的研究，根据岩石成岩环境和孔渗级别可以总结出识别成岩相的定性和定量指标（表2）。

结合孔隙类型的分布，对研究区平面上成岩相进一步划分，一般可划分为：地表水侵蚀相、地表水侵蚀+有机酸溶蚀相、有机酸溶蚀相、灰云转化成岩相、压实胶结相等5种基本成岩相，针对这5种基本成岩相，可以结合不同的孔渗级别以及沉积环境的影响强弱来对成岩相进行更深一步的划分。

长兴组PSQ2Ⅴ因处于三级海平面下降末期，受混合水和地表水的影响较多，主要发育灰云转化＋地表水侵蚀相；飞仙关组TSQ1Ⅲ因受有机酸溶蚀作用的影响主要发育有机酸溶蚀相；飞仙关组TSQ1Ⅵ成岩相（图6）总体上可分为4类，分别为灰云转化中孔中渗成岩相，有机酸溶蚀＋灰云转化高孔高渗成岩相，地表水侵蚀+有机酸溶蚀相，压实胶结相。

6 结论

1）碳酸盐岩成岩环境相对较复杂，不同的成岩环境会对碳酸盐岩孔隙的发育产生不同类型的影响。其中灰云转化、地表水侵蚀以及有机酸溶蚀这几种不同沉积环境从不同方面、不同程度上对碳酸盐岩孔隙的发育产生着影响。这些不同的沉积环境使得孔隙的发育呈现多样化，大致上可以划分为粒间孔隙、粒内孔隙、混合孔隙和裂缝这四类。这四种孔隙类型在孔渗关系上有着明显的差别，相对来说粒间孔隙有着低孔高渗特性，粒内孔隙有着高孔低渗特性，混合孔隙则介于两者之间，裂缝则对岩石渗透率的提高有着明显的作用。

2）声波有选择性传播的特性。声波从不同孔隙类型传播所需要的时间不同。利用声波时差与密度测井的比值（AC/DEN）来进行定性划分岩石孔隙的类型。可以有效的识别出粒间孔隙、粒内孔隙以及混合孔隙。

3）针对孔隙类型的分布，可以看出在不同时期发育不同的孔隙类型。产生这种分布的原因主要是因为各种沉积环境的影响。总体上可以把成岩相分为以下5种基本成岩相：地表水侵蚀相，地表水侵蚀+有机酸溶蚀相，有机酸溶蚀相，灰云转化成岩相，压实胶结相。针对这5种基本成岩相，可以结合不同的孔渗级别以及沉积环境的影响强弱来对成岩相进行更深一步的划分。

图6 飞仙关组TSQ1Ⅵ成岩相图

[1]张学丰, 刘波, 蔡忠贤,等. 白云岩化作用与碳酸盐岩储层物性[J]. 地质科技情报, 2010, 29（3）:79-85.

[2]刘世平, 马登峰. 建南气田长兴组生物滩气藏储层特征及评价[J]. 江汉石油职工大学学报, 2014, 27（4）:1-4.

[3]靳秀菊, 姜贻伟, 刘志远,等. 礁滩相碳酸盐岩气藏气层下限标准研究[J]. 断块油气田, 2010, 17（5）:571-574.

[4]夏明军, 邓瑞健, 姜贻伟,等. 普光气田鲕滩储层形成的物质基础和保存成因[J]. 断块油气田, 2009, 16（6）:5-9.

[5]强文明, 谭海芳, 秦昌伟,等. 普光气田碳酸盐岩储层测井解释方法[J]. 内蒙古石油化工, 2012（11）:134-137.

[6]夏明军, 曾大乾, 邓瑞健,等. 普光气田长兴组台地边缘礁、滩沉积相及储层特征[J]. 天然气地球科学, 2009, 20（4）:549-556.

[7]李鹏飞, 李建明, 艾博. 渝东武隆地区中上寒武统储层成岩作用及孔隙演化[J]. 四川地质学报, 2011, 31（1）:16-19.

[8]马永生, 郭彤楼, 赵雪凤,等. 普光气田深部优质白云岩储层形成机制[J]. 中国科学:, 2007（A02）:43-52.

[9]姜楠, 范凌霄, 刘卉,等. 普光气田滩相储层特征及白云化成因[J]. 天然气地球科学, 2013, 24（5）:923-930.

[10]黄勇, 张汉荣, 范小军. 元坝地区长兴组生物孔隙特征及控制因素[J]. 西南石油大学学报（自然科学版）, 2013, 35（1）:79-85.

[11]肖东, 李力, 陶夏妍. 塔西南古近系卡拉塔尔组碳酸盐岩储层特征及主控因素[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2014（10）:120-120.

[12]包凯. 川东北地区高压气井溢流机理研究[D]. 西南石油大学, 2015.

[13]张雪松, 夏明军, 杨祖贵,等. 普光气田礁滩相储层成岩相划分[J]. 内蒙古石油化工, 2011, 37（5）:156-157.

[14]蔺效勇, 刘志远, 孙利,等. 川东北台地边缘浅滩孔隙结构对孔渗关系影响与测井识别[J]. 内蒙古石油化工, 2009（8）:205-207.

[15] 陈魏巍, 王华, 符迪,等. 鄂尔多斯盆地郑庄油区长6储层孔隙结构特征及影响因素[J]. 四川地质学报, 2011, 31（2）:176-179.

[16] 张永寿，孙立勋，仓索南尖措. 青海尕什江铅锌矿硫同位素组成及成矿物质来源[J]. 四川地质学报，2017，37（4）：565-567.

A Study of Diagenetic Facies Based on the Identification of Log Pore Type

GUO Rui ZHANG Dong-yue MA Xu-fei ZHANG Jing-yu CHEN Chen

（Chongqing Institute of Science and Technology, Chongqing 401331）

The diagenetic history of carbonate rock is very complicated. It is usually formed by various diageneses in different diagenetic environments. The pore evolution, main pore types and distribution of diagenetic facies are usually controlled by one or several main diageneses. By the example of carbonate reservoir of the Changxing Formation-Feixianguan Formation in northeastern Sichuan, this paper has a discussion on pore type, distribution characteristics of different pore types of the reservoir by means of full well section, high resolution logging data and acoustic density ratio. The diagenetic facies of the Changxing Formation-Feixianguan Formation carbonate reservoir are divided into surface water erosion facies, surface water erosion with organic acid dissolution facies, organic acid dissolution facies, limestone transformed dolomite diagenetic facies and compacted and cemented facies based on which formation process and genesis of reservoir porosity may be obtained intuitively.

carbonate rock; Puguang gas field; pore type; diagenetic facies

2018-04-11

郭瑞（1997-），男，山东菏泽人，本科，主要从事与油气藏成藏方面相关的研究

P618.13；

A

1006-0995（2018）04-0599-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.04.015