川东北YB地区钙屑砂岩储层测井评价方法

袁 龙，吴思仪，贺彤彤，青 松

(1．中国石油集团测井有限公司 测井应用研究院，陕西 西安 710000；2.中国石油集团测井有限公司 长庆分公司，陕西 西安 710000；3.中国石油长庆油田 第九采油厂，宁夏 银川 750000；4.中国石油长庆油田 第五采气厂，内蒙古 鄂尔多斯 017300)

1 引 言

近几年，我国低渗透(致密)储层油气产能建设的规模已达总产量的70 %以上，成为我国油气田开发研究和建设的主战场，也是目前测井解释评价的主要对象之一[1,2]。然而，致密砂岩储层的岩石类型复杂多样，影响储层测井参数的因素复杂，储层测井综合评价与研究面临新的困难[3-5]。因此，对致密砂岩储层的研究具有非常重要的现实及研究意义。

2008年以来，川东北A、B等区块的中浅层须家河组勘探相继获重大突破(多口井在须家河组钻遇到良好油气显示，且测试获得工业气流)，展示了川东北YB地区陆相须家河组良好的勘探前景，使得中浅层陆相致密砂岩储层正逐渐成为勘探的接替领域[6-8]。但是，对于钙屑砂岩储层的储层参数特征、岩性识别及流体性质评价方面依旧存在的一些现象与问题，值得思考与研究[9-11]。

本文在明确致密砂岩储层成因与地质控制因素的基础上，根据致密砂岩储层成因与地质控制因素的不同，选择针对钙屑砂岩储层的测井精细解释评价技术研究，如在储层特征、岩性识别、储层参数评价方法及流体性质识别等方面研究。因此，加强储层综合评价和测井解释评价等方面的研究是致密钙屑砂岩气藏勘探开发与研究的工作重点。

2 区域构造背景

川东北YB地区位于四川省巴中市、广元市区域，北与米仓—大巴断褶带相接，南为川中平缓带，东起川东高陡断褶带，西至龙门山断褶带，总面积约占1 571 km2。

研究区处于川北坳陷境内，内陆相层系主要经历了三个时期的构造演变运动，即印支期、燕山期、喜山期[12]，其中低速沉降期主要为印支中晚期；燕山期为快速沉降期；隆起剥蚀期为喜山期。研究区陆相地层发育相对完整，其主要表现为河湖相沉积，沉积厚度相对较大，一般为4 800～5 100 m。

3 储层特征

3.1 岩性特征

由于岩性十分复杂，根据16口关键井的岩心资料和大量文献分析[13,14]，川东北YB地区须家河组三段钙屑砂岩储层的岩性主要为岩屑砂岩(图1)，其次为钙屑砂砾岩、岩屑砂岩及少量石英砂砾岩。研究区须家河组三段储层中的钙屑砂岩与岩屑砂岩最大的差异是前者的岩屑成分以碳酸盐

图1 须家河组三段(T3x3)岩性组分特征Fig.1 Lithology component characteristics of the third member of Xujiahe formation (T3x3)

岩为主，且岩屑含量一般大于50 %，由于岩性致密的特点常被误划为非储集岩类。

钙屑砂岩的矿物组分特征：石英含量5 %～60.5 %；岩屑含量25 %～85 %，成分以碳酸盐岩为主；长石含量一般为2 %～10 %；杂基包含黏土矿物(主要为高岭石、伊利石等)和铁质等；胶结物以碳酸盐岩为主，硅质、黏土矿物胶结次之。另外，白云石、方解石为主要的碳酸盐岩胶结物，含少量硅质胶结物，方解石胶结物含量5 %～15 %，白云石胶结物含量1 %～10 %，硅质胶结物含量0.2 %～1 %，明显特征表现为碳酸盐岩岩屑含量较多(图2a、2b)。

钙屑砂砾岩的砂砾成分以钙屑为主，其含量25～50 %，石英、长石次之，含有少量的暗色矿物，偶见燧石砾、泥岩砾，最大砾径为10 mm,通常为1～3 mm，主要为粗砂，含少量细砂，棱角状-次棱角状，泥质胶结为主，灰质胶结次之，较致密(图2c、2d)。

岩屑砂岩的主要组成部分为石英，石英含量大于50 %，此外，还有少量燧石和长石，燧石含量小于2 %，长石含量小于10 %，岩屑主要成分为砂岩，含少量碳酸盐岩，黏土含量在5 %～10 %(图2e、2f)。

石英砂砾岩：颜色为灰白色，砂、砾成分以石英为主，长石次之，见少量灰岩及泥岩岩块，含少量暗色矿物，砾径最大10 mm,一般1～3 mm，砂以粗砂为主，细砂次之，棱角状-次棱角状，泥质胶结为主，灰质胶结次之，较致密。主要发育须四段，须三段发育较少。

图2 须家河组三段(T3x3)岩性特征Fig.2 Lithology characteristics of the third member of Xujiahe Formation(T3x3)

3.2 物性特征

研究区内须家河组三段物性分析资料92个。其中岩心基质孔隙度最小值为0.99 %，最大值为7.16 %，孔隙度主要分布在1 %～2.5 %之间，平均值为1.72 %(图3a)；基质渗透率最小值为0.001 2 mD，最大值为533.587 mD，渗透率大于200 mD的样品仅有两个，而孔隙度大部分都不超过3 %，依据经验分析，渗透率大于200 mD可能为裂缝影响，将干扰样品排除后，渗透率主要分布在0.001～0.5 mD，平均值为0.188 mD(图3b)。依据国内外致密及非常规储层的区分标准(渗透率≤1 mD、孔隙度≤10 %)，川东北YB地区须家河组三段为特低孔、渗致密储层，但发育的裂缝能较大地提高储集岩的储渗能力。

图3 储层取心段的岩心孔隙度和渗透率分布特征Fig.3 Distribution characteristics of core porosity and permeability in core section of reservoir

表1 须家河组三段气藏储集空间类型划分

3.3 储集空间类型

储集空间是储层的重要组成部分之一，包括储层中各种孔隙空间。由于不同类型储层的成因、演化历史不同，所以其储集空间的类型也有不同。在前人基础上[15]提出以储集空间成因为主的分类方法，把碎屑岩储层孔隙空间划分为原生孔隙、次生孔洞和裂缝。沉积因素主要控制着原生孔隙的发育程度，成岩作用主要控制着次生孔洞的发育程度，而构造运动主要控制裂缝的发育。

对四川盆地YB地区须家河组三段气藏储层岩心描述、铸体薄片、扫描电镜、缝洞统计资料以及电成像资料开展综合分析，认为研究区须三气藏储集空间受沉积环境、成岩作用和构造运动的综合影响，发育着粒间溶孔、粒内溶孔、杂基孔以及微裂缝等多种储集空间类型(表1)。其中，粒间溶孔和粒内溶孔为YB地区须三段最为主要的孔隙类型。

4 岩性识别方法研究

4.1 常规测井识别岩性

收集到的常规测井资料一般有井径曲线、自然伽马、自然电位、中子、声波、岩性密度、深、浅双侧向以及微球形聚焦测井曲线。根据各种测井信息对不同岩石的测井响应值并结合地区解释经验，可以基本确定YB地区须家河组三段地层的岩性。

4.1.1 钙屑砂岩测井响应特征

钙屑砂岩是本次研究最重要的岩性。钙屑砂岩中碳酸盐岩含量高，研究区须三段碳酸盐岩含量一般在70 %～80 %左右，自然伽马GR低值，一般在30～65 API之间；钙屑砂岩岩性致密，电阻率RT为高值，一般在300～75 000 Ω·m之间；补偿中子CNL低值，一般在1～7 p.u之间；密度DEN中高值，一般在2.60～2.80 g/cm3之间；声波时差AC低值，一般在45～65 μs/ft之间(图4)。

4.1.2 钙屑砂砾岩测井响应特征

钙屑砂砾岩在须三段有分布，砾石中碳酸盐岩含量高。在成像测井上呈现出与石英砂砾岩相似的特征，在电性特征上与钙屑砂岩相似。自然伽马GR值比钙屑砂岩更低，一般在30 API左右，电阻率RT为高值，一般在1 000～20 000 Ω·m之间；补偿中子CNL较低，一般小于4 p.u；密度DEN为高值，一般大于2.70 g/cm3；声波时差AC比钙屑砂岩稍低，一般为45～55 μs/ft(图4)。

图4 钙屑砂岩(上)和钙屑砂砾岩(下)的测井响应特征图(YB10井)Fig.4 Log response characteristic diagram of calcareous sandstone (upper) and calcareous sandstone and conglomerate (lower) (well YB10)

通过分析了钙屑砂岩、钙屑砂砾岩两种岩性的常规测井曲线特征后，结合实际情况总结出岩屑砂岩和石英砂砾岩的测井响应特征值(表2)，根据此表可以较好地识别出储层岩石类型。

表2 不同岩性测井响应特征值

4.2 改进的交会法识别岩性

利用常规测井曲线识别方法只能将电阻率小的岩屑砂岩区分开来，不能用交会图版法很好地区分电性和物性相似的钙屑砂岩、钙屑砂砾岩和石英砂砾岩。因此，结合已有的普通薄片、铸体薄片、扫描电镜及测井曲线等基础资料，综合分析后筛选出能够反映各岩性特征的敏感参数。

通过岩心资料刻度测井资料发现，研究区主要储层的岩性为钙屑砂岩和钙屑砂砾岩。通过改进后的深探测电阻率能够较好地识别不同岩性，且改进后的深探测电阻率公式为：

(1)

式中,RT为深探测电阻率值(Ω.m)；RTmin为深探测电阻率最小值(Ω·m)；RTmax为深探测电阻率最大值(Ω·m)。

最终优化M-ΔLG(RT)交会图识别图版来进行岩性识别(图5)。对研究区主要的储集岩性：钙屑砂岩、钙屑砂砾岩和石英砂砾岩，来进行识别度分析。M计算公式：

图5 M-ΔLG(RT)交会图识别图版Fig.5 M-ΔLG (RT) intersection map recognition board

(2)

式中，Tf为在泥浆滤液中，声波单位距离传播时间(189 μs/ft)；AC为声波时差值(μs/ft)；DEN为岩性密度值(g/cm3)；Df为泥浆密度值(在淡水泥浆中为1 g/cm3)。

综上分析表明：通过常规交会法(岩心孔隙度-电阻率交会法)和M-ΔLG(RT)交会法来综合应用识别不同岩性(岩屑砂岩、钙屑砂岩、钙屑砂砾岩和石英砂砾岩)。

4.3 结合成像测井识别岩性

4.3.1 钙屑砂岩

将常规岩心分析实验得到的碳酸盐岩含量与深探测电阻率曲线建立关系进行研究，发现两者存在正相关性，即碳酸盐岩含量越高，其电阻率值亦为高值(300～80 000 Ω·m之间)；钙屑砂岩的补偿密度一般比石英砂砾岩高，DEN值一般在2.6 ～2.8 g/cm3之间。电成像测井图上特征主要呈现为亮色且均匀分布，几乎不见颗粒，容易形成裂缝(图6a)。

4.3.2 钙屑砂砾岩

在常规曲线上表现为与钙屑砂岩相似的特征，其电阻率RT为高值，一般在几百到七万五千欧姆米；补偿密度为高值，一般大于2.70 g/cm3；声波时差值一般较钙屑砂岩稍低；中子值一般低于4 p.u；电成像测井上呈现亮色斑点(粗砾)或均匀分布亮点(细砾)，常伴随着裂缝发育(图6b)。

4.3.3 岩屑砂岩

在常规曲线上的电阻率值、补偿密度值比钙屑砂砾岩、钙屑砂岩低(RT值一般在几十～几百之间；密度DEN值一般在2.5～2.68 g/cm3之间)；电成像测井图上表现为静态图的颜色要比钙屑砂砾岩、钙屑砂岩的深，有层状特征，偶见微裂缝特征(图6c)。

4.3.4 石英砂砾岩

自然伽马GR低值，一般在30～45 API之间；声波时差AC相对较低，一般在46～68 μs/ft之间；补偿中子CNL低值，一般在2～6 p.u；密度DEN一般在2.61～2.77 g/cm3之间；电阻率RT高值，一般在500～25 000 Ω·m之间；电成像测井图上呈现为清晰可辨的颗粒、颜色较浅和斑点状的亮点零序分布，在储集层段中可以观察到少量的不规则裂缝(图6d)。

图6 结合成像测井识别岩性Fig.6 Identification of lithology with imaging logging

5 钙屑砂岩储层参数评价

5.1 改进的孔隙度评价模型

大量文献调研得到，司马立强[16]曾发现致密砂岩的深探测电阻率和补偿密度测井值受储层中碳酸盐岩含量多少的影响较大，因此提出了改进的双矿物孔隙度计算模型。本文采用相类似的思路对研究区钙屑砂岩致密层进行参数评价，其方法步骤为：

首先，采用深侧向电阻率或者密度值计算出第一种矿物的相对含量。其中，RT1、DEN1、Δt1代表第一种矿物的深探测电阻率值、密度值和声波时差值，RT2、DEN2、Δt2代表第二种矿物的深探测电阻率值、密度值和声波时差值。

(3)

或者

Vca=(DEN-DEN1)/(DEN2-DEN1)

(4)

其次，根据得到的矿物相对含量，按体积物理模型对混合矿物骨架值进行计算。

Δtma=Δt1×Vca+Δt2×(1-Vca)

(5)

最后，根据通过根据混合矿物骨架值来对基质孔隙度进行计算。

(6)

其中，φ为岩石孔隙度；Vsh为地层泥质的体积含量；分别为Δt、Δtf、Δtma、Δtsh为地层、流体、骨架矿物及泥质的补偿声波时差值(μs/ft)。

5.2 渗透率评价模型

首先对研究区目的层段的岩心实验分析数据进行筛选，主要来排除部分明显的异常点；然后，分层段对岩心孔隙度与渗透率进行相关性分析；最后，根据实际情况分不同储层类型来建立岩心渗透率与孔隙度的关系式，即为钙屑砂岩渗透率计算模型(图7(a)对应式(7)，图7(b)对应式(8))。同时也发现岩心样品中存在高孔低渗和低孔高渗的现象。孔隙型储层主要以高孔低渗岩样为主，受复杂岩性和孔隙结构的影响，导致孔隙与喉道的连通性较差，造成储层渗透率低。裂缝-孔隙型储层主要以低孔、高渗岩样为主，由于受微裂缝的影响，使岩心渗透率得到了明显的改善。

K=0.001 5×e0.338 6φ

(7)

K=0.000 3×e3.619 3φ

(8)

式中，K为岩石渗透率(mD)；φ为岩石孔隙度(%)。

图7 须家河组须三段不同储层类型的孔隙度与渗透率交会图Fig.7 Intersection diagram of porosity and permeability of different reservoir types in the third member of Xujiahe formation

5.3 改进的饱和度评价模型

根据研究区钙屑砂岩在测井曲线上反映的实际情况来看，储层中油气对电阻率曲线的影响程度将小于高含量钙屑成分对电阻率的贡献。因此，采用未经校正的电阻率曲线来计算含气饱和度会受到钙屑含量的影响。电阻率增大主要是油气性质和钙屑含量双重作用下的结果。因此，采用基于毛管理论来改进Archie经典公式计算方法，以减少预测地层含水饱和度的不确定性，通过采用改进后的传统饱和度模型，让准确数据应用在钙屑砂岩中，再精确估算其含水饱和度。

以含水岩石为研究对象，将岩石骨架看成是绝缘的，岩石导电是由地层水形成的；从毛管结构的角度上看，每条含有水的毛管结构都具有导电性，那么，整个岩石的电阻是由无限多条的毛管电阻并联来组成的。假设任一条毛管的半径为rci，而毛管的条数为Fi，岩石体积模型中T=LC/LR为毛管孔隙弯曲度；An=A/ΣF为视毛管平均截面。

根据普赛尔和毛管经典理论，推导改进饱和度模型：

(9)

(10)

τ2=(1+dlnφ)-1

(11)

式中，Rw为地层水电阻率(Ω·m)；RT为深探测电阻率值(Ω·m)；φ为岩石孔隙度(%)；Sw为含水饱和度(%)；C2、d为地区性常数。

6 现场应用及效果验证

为了验证本文提出的钙屑砂岩储层测井评价方法，将实例井解释处理得到的孔隙度、渗透率和饱和度与岩心分析数据进行对比，来证明储层参数评价模型的可靠性，对YB地区YB108井的现场实际测井资料进行处理，利用式(6)～(9)计算了钙屑砂岩储层的孔隙度、渗透率及含水饱和度(图8)。图8中第七道中显示了两种方法与岩心分析数据的对比分析，可以看出改进的孔隙度计算模型要比常规理论公式计算孔隙度模型的计算精度高；第九道中利用基于毛管理论来改进的Archie经典公式来计算含气饱和度与岩心分析得到的含气饱和度的匹配性好，从孔隙度和饱和度计算准确性的角度上看，采用改进的新方法提高了钙屑砂岩储层测井解释评价精度。

图8 须家河组须三段钙屑砂岩储层参数计算模型成果对比Fig.8 Comparison of the calculation results for the calcareous sandstone reservoir parameters in the third member of Xujiahe formation

7 结 论

1)川东北YB地区须家河组三段钙屑砂岩储层属于特低孔、特低渗，储层类型以裂缝-孔隙型为主，孔隙型次之。

2)在测井响应特征分析基础上，结合电成像测井资料和改进交会图版法建立了钙屑砂岩储层岩性识别模式，有效地识别出了YB地区钙屑砂岩储层的发育区域。

3)优化钙屑砂岩中孔隙度和饱和度参数计算模型，其结果与岩心分析实验数据之间存在较好的吻合度，提高了钙屑砂岩储层测井解释评价精度。