东濮凹陷濮卫地区Es3-Es4有效储层分布及有效孔隙演化史

隋筱锐，张世奇

(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司，陕西西安 710000；2.中国石油大学，山东青岛 266580)

濮卫地区构造上位于东濮凹陷中央隆起带北部，北至文明寨地区，南至文留地区(图1)。该区钻遇的地层有古近系沙河街组(沙四段—沙一段)和东营组，新近系馆陶组、明化镇组及第四系平原组[1]。

图1 研究区构造及重点井位Fig.1 Structure units and key wells of the study area

随着东濮凹陷濮卫地区的中浅层勘探逐渐进入高成熟阶段，古近系深层已经成为提高油田产量的重要接替领域；但由于濮卫地区深层经过复杂的成岩演化，有效储层的分布规律认识不清，另外深层储层的钻采周期较长，开发成本较高，因此只有对深层有效储层的演化规律以及分布进行研究才能找到具有经济价值的勘探目标。本文的研究目的层为古近系沙三段和沙四段(其中沙三段自下而上又可划分为Es3下、Es3中和Es3上)，在有效储层物性下限研究的基础上，探讨了深层有效储层的横向分布范围以及有效孔隙的演化规律。

1 Es3-Es4有效储层物性下限的计算及检验

结合Es3-Es4的深度分布范围，选取合适的深度区间，对有效储层的物性下限和电性下限进行计算和检验。

1.1 有效储层物性下限的计算

有效储层是指已经存在烃类流体并且在现有的经济、技术条件下可以开采的储集层。有效储层的物性下限是指储集层能够成为有效储层应具有的某个明确数值的最小有效孔隙度和最小有效渗透率。有效储层的物性下限是直接关系到油田勘探、开发决策的重要问题[2-3]。濮卫地区古近系Es3-Es4属于低孔渗地层[4]，深层有效储层的物性下限值与地层的温度、压力、组成特点以及开采技术水平有关。随着现在采油技术的不断提高以及开发水平的不断上升，有效储层物性下限逐渐降低[5-6]。

根据濮卫地区Es3-Es4储层纵向上的分布范围，将深度划分为2 800～3 000 m、>3 000～3 200 m、>3 200～3 400 m、>3 400～3 600 m、>3 600～3 800 m等5个深度区间，并使用不同方法求取不同深度区间的有效储层物性下限。

1.1.1 分布函数曲线法

分布函数曲线法是在不同的层段内选取合适的物性分布区间，分别绘制有效储集层(包括油层、油水层及水层)与非有效储集层(干层)的孔隙度和渗透率的频率分布曲线，两条曲线的交汇点所对应的孔隙度和渗透率值即为有效储层的物性下限值[7-8]。研究区目的层的取芯实测物性资料较多，用分布函数曲线法分别求取了不同深度段有效储层的物性下限，其孔隙度下限值分别为14.1%、13.2%、11.4%、9.5%、9.1%(图2)；lgK分别为0.52、0.40、0.05、-0.15、-0.40，因此对应的渗透率下限值为3.35 mD、2.54 mD、1.13 mD、0.717 mD、0.403 mD (图3)。

图2 濮卫地区Es3-Es4储层孔隙度频率分布曲线特征Fig.2 Porosity frequency of Es3-Es4 reservoir in Puwei area

图3 濮卫地区Es3-Es4储层渗透率频率分布曲线特征Fig.3 Permeability frequency of Es3-Es4 reservoir in Puwei area

1.1.2 试油法

试油法是根据试油结果，将不同深度段的非有效储层(单位产液量小于1 t/d)和有效储层(单位产液大于或等于1 t/d)对应的孔隙度、渗透率绘制在同一坐标系内，有效储层和非有效储层的分界处对应的物性值为有效储层的物性下限值[9]。根据濮卫地区Es3-Es4的试油结论以及对应的储层物性，确定了不同深度区间的孔隙度下限值依次为14.3%、13.3%、11.2%、9.4%、9.0%，渗透率下限值依次为3.2 mD、2.5 mD、1.1 mD、0.7 mD、0.4 mD(图4)。

图4 濮卫地区Es3-Es4储层孔隙度—渗透率关系Fig.4 The relationship between porosity-permeability of Es3-Es4 reservoir in Puwei area

1.2 有效储层物性下限值验证

分布函数曲线法和试油法求取的物性下限值总体比较相近。通过不同方法求取的濮卫地区Es3-Es4有效储层的孔隙度和渗透率物性下限值相互比较可知(表1)，相对误差最低为0.4%，最高为3.32%，平均误差为1.32%，计算结果可靠。

表1 濮卫地区不同方法求取有效储层物性下限验证Table 1 Comparison of the property limits using different methods

将分布函数曲线法的不同深度区间的中深((深度区间的顶深+底深)/2)代表计算物性参数下限的深度，通过回归方程分析可得到有效储层孔隙度下限与深度的关系和渗透率下限与深度的关系方程(图5)：

Ф=-22.52lnH+193.83，R2=0.969 0

(1)

K=10 654e-0.003H，R2=0.984 6

(2)

式中 Ф——孔隙度，%；

K——渗透率，mD；

H——深度，m；

R2——回归方程的确定系数。

可以看出，有效储层的孔隙度和渗透率下限值与深度呈良好的线性关系，可以根据物性下限关系方程确定有效储层的纵向深度分布范围。

图5 濮卫地区Es3-Es4有效储层物性下限与深度的关系Fig.5 The relationship between property limits and depth in Es3-Es4 reservoir of Puwei area

1.3 有效储层发育带

根据濮卫地区的物性化验分析资料，作出孔隙度和渗透率垂向变化趋势图(图6)，在图中作出上述计算出的有效储层孔隙度下限值与深度的关系和渗透率下限值与深度的关系的回归方程，将濮卫地区Es3-Es4的有效储层划分为4个有效孔隙带，各有效孔隙带的深度区间依次为2 800～2 925 m(第Ⅰ有效孔隙发育带)、3 050～3 150 m(第Ⅱ有效孔隙发育带)、3 525～3 600 m(第Ⅲ有效孔隙发育带)、3 650～3 725 m(第Ⅳ有效孔隙发育带)。由图6可以看出，由浅到深的有效储层发育带的孔隙度和渗透率均逐渐降低，孔隙发育程度减低。

图6 濮卫地区Es3-Es4有效储层带垂向分布Fig.6 The distribution of vertical effective reservoirs in Es3-Es4 reservoir of Puwei area

由图6可知，第Ⅰ有效孔隙发育带发育在2 800～2 900 m，有效孔隙度多分布在15%～20%之间，溶蚀孔隙发育，孔隙度和渗透率均相对较高，储层物性较好。由镜下观察可知，该有效孔隙发育带成岩作用类型以长石和碳酸盐矿物的溶蚀作用以及石英的次生加大为主，成岩环境为酸性环境，主要孔隙类型以少量残余原生孔及次生溶蚀粒间孔为主(图7)。

第Ⅱ有效储层发育带深度为3 050～3 150 m，有效孔隙度为12%～18%。储集空间以混合孔隙为主，主要为溶蚀粒间孔和溶蚀粒内孔；交代作用以含铁碳酸盐交代早期的方解石胶结及其他矿物颗粒为主(图8)。

图7 第Ⅰ有效孔隙带成岩现象及孔隙发育Fig.7 Diagenetic phenomenon and development of porosity in the first effective porosity zone

图8 第Ⅱ有效孔隙带成岩现象及孔隙发育Fig.8 Diagenetic phenomenon and development of porosity in the second effective porosity zone

第Ⅲ有效储层发育带深度位于3 500～3 600 m之间，有效孔隙度主要集中在10%～15%。通过铸体薄片观察，该有效孔隙发育带的成岩作用以强胶结作用和强交代作用为主，含铁碳酸盐大量发育，孔隙类型以少量长石被溶蚀形成的粒间孔隙为主。

第Ⅳ有效储层发育带位于3 700～3 750 m之间，有效孔隙度多分布于8%～12%。该孔隙发育带的储存空间为石英及其次生加大边被溶蚀形成的次生孔和微裂缝(图9)。

图9 第Ⅲ(a)和第Ⅳ(b)有效孔隙带成岩现象及孔隙发育Fig.9 Diagenetic phenomenon and development of porosity in the third and fourth effective porosity zone

2 Es3-Es4有效储层孔隙演化分析

采用反演法对濮卫地区Es3-Es4的有效储层孔隙演化进行恢复，即依据现今的镜下特征，结合各种成岩事件的发生时间，统计不同时期的胶结物含量并对储层的孔隙度进行计算、统计和恢复，逐步回推压实、胶结、溶蚀作用等成岩事件导致的孔隙度的变化，得出储层的孔隙演化特征[10-17]。

(1)初始孔隙度Ф1。

Ф1=20.91+22.90/S0

(3)

式中S0——分选系数。

(2)压实后剩余孔隙度Ф2。

Ф2=Ct+(Фpm+Фca)/Фt×Фp

(4)

式中Ct——方解石、白云石的含量，%；

Фpm——粒间孔面孔率，%；

Фca——碳酸盐溶孔面孔率，%；

Фt——总面孔率，%；

Фp——现今孔隙度，%。

压实损失孔隙度

ФL=Ф1-Ф2

(5)

压实孔隙度损失率

fL=(Ф1-Ф2)/Ф1

(6)

(3)早期胶结后的剩余孔隙度Ф3。

Ф3=Фpm/Фt×Фp

(7)

早期胶结后的损失孔隙度

ФC=Ф2-Ф3

(8)

早期胶结后的孔隙度损失率

fC=(Ф2-Ф3)/Ф2

(9)

(4)溶蚀后的剩余孔隙度Ф4。

Ф4=Фd/Фt×Фp+Ф3

(10)

式中 Фd——溶蚀孔面孔率，%。

(5)晚期胶结后的剩余孔隙度Ф5。

Ф5=Ф4-Cf

(11)

式中Cf——铁方解石、铁白云石的含量，%。

晚期胶结后的损失孔隙度

Фw=Ф4-Ф5

(12)

晚期胶结后的孔隙度损失率

fw= (Ф4-Ф5)/Ф4

(13)

濮卫地区的分选系数为2.53左右[1]，根据公式计算得Ф1=29.96%。根据镜下铸体薄片和扫描电镜观察，可以得到相关数据(表2)。

表2 濮卫地区各成岩阶段数据统计Table 2 The data of different diagenetic stages in Puwei area

根据表2中的相关数据和反演法公式，可以得出各种成岩作用后剩余的孔隙度(表3)。压实作用后剩余的孔隙度为11.90%～19.97%，压实作用造成的孔隙度损失率为：(初始孔隙度Ф1-压实后的剩余孔隙度Ф2)/初始孔隙度Ф1，即从33.34%到60.28%不等，平均孔隙度为17.17%，平均压实损失率为42.69%；早期胶结作用后剩余的孔隙度为2.80%～9.98%，早期胶结作用造成的孔隙度损失率为：(压实后的剩余孔隙度Ф2-早期胶结后的剩余孔隙度Ф3)/压实后的剩余孔隙度Ф2，范围在40.86%～82.5%，平均孔隙度为6.84%，平均孔隙度损失率为60.93%；溶蚀作用剩余的孔隙度为7.00%～18.64%，平均孔隙度为13.36%；晚期胶结作用后剩余的孔隙度为5.80%～14.84%，晚期胶结作用造成的孔隙损失率为：(溶蚀作用后的剩余孔隙度Ф4-晚期胶结后的剩余孔隙度Ф5)/溶蚀作用后的剩余孔隙度Ф4，范围在6.65%～24.32%，平均孔隙度为10.91%，平均孔隙度损失为18.34%。由此可以看出，在濮卫地区造成孔隙减小的主要成岩作用为早期胶结作用，其次为压实作用，晚期胶结作用造成的孔隙损失最小。根据计算得出的现存孔隙度和实际测量得到的孔隙度，可以计算出相对误差，平均误差为1.49%，最大误差在3.57%，具有可信度。

表3 濮卫地区Es3-Es4储层各成岩阶段物性演化与误差分析Table 3 Evolution of effective property and analysis of deviation different at different diagenetic stages in Es3-Es4 reservoir of Puwei area

统计表3中各种成岩作用后的剩余孔隙度的平均值(表4)，并根据孔隙度值绘制Es3和Es4有效储层孔隙度的演化图(图10)。

表4 成岩过程中的孔隙度演化Table 4 Evolution of property during diagenetic process

根据前面4个有效孔隙带的孔隙度演化分析和成岩作用类型，进行濮卫地区Es3-Es4有效储层的孔隙演化分析：颗粒沉积后形成29.96%的初始孔隙度，经过早期压实作用，孔隙度降低为17.17%；早期方解石胶结、石英次生加大充填孔隙，孔隙度减小为6.84%；随埋藏深度的加深，有机质成熟形成的酸性环境使早期形成的方解石胶结溶蚀，形成次生孔隙，孔隙度提升为13.36%；晚期碱性成岩环境下，含铁碳酸盐胶结发育，物性条件变差，孔隙度降低为10.91%，即为目前孔隙度。

图10 濮卫地区Es3-Es4有效储层孔隙度演化Fig.10 Evolution of effective porosity in Es3-Es4 reservoir of Puwei area

3 结论

(1)利用测井以及取芯测试资料，按东濮凹陷濮卫地区Es3-Es4有效储层的分布深度，划分为2 800～3 000 m、>3 000～3 200 m、>3 200～3 400 m、>3 400～3 600 m、>3 600～3 800 m等5个深度区间，并使用分布函数曲线法和试油法确定了孔隙度下限值为14.1%、13.2%、11.4%、9.5%、9.1%，渗透率下限值为3.35 mD、2.54 mD、1.13 mD、0.717 mD、0.403 mD。

(2)确定了物性下限值与深度的关系曲线并以此划分了垂向上的4个有效孔隙带，第Ⅰ有效孔隙发育带的有效孔隙度多分布在15%～20%之间，第Ⅱ有效储层发育带的有效孔隙度为12%～18%，第Ⅲ有效储层发育带的有效孔隙度主要集中在10%～15%，第Ⅳ有效储层发育带的有效孔隙度多分布于8%～12%。

(3)濮卫地区由压实作用造成的平均孔隙度损失率为42.69%，早期胶结作用造成的孔隙度平均孔隙度损失率为60.39%，晚期胶结作用造成的孔隙损失平均为18.94%。造成孔隙减小的主要成岩作用为早期胶结作用，后期溶蚀作用使物性得到改善，平均增加6.51%。