深层含沥青白云岩储层岩石物理特征与测井评价方法

王跃祥 谢 冰 赖 强 何绪全 杨 满 赵艾琳 彭 骁 韩 冰 白 利

1.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 2.斯伦贝谢有限公司

0 引言

近年来四川盆地泥盆系观雾山组发现大套白云岩储层，多口井获得工业气流，展示出川西地区泥盆系观雾山组存在巨大的勘探潜力[1-2]。观雾山组岩性以白云岩为主，条带状和团块状黄铁矿较发育，储集空间复杂，溶蚀孔洞发育，孔洞充填沥青严重。沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的混合物，在常温下呈固体（焦沥青）、半固体或黏稠液体状态（软沥青）。沥青充填在储层中使孔隙度和渗透率降低，非均质性增强[3-7]。沥青在储层中属于难以开发的不流动的“死油”，对储层的影响主要为填充孔隙（减小有效孔隙度）、堵塞孔隙喉道（降低渗透率）、改变润湿性和储层储集性能[8-12]。纪友亮等对东濮凹陷含沥青井段研究发现，沥青占据储集层空间高达60%以上[13]。陈世加等以鄂尔多斯盆地华庆地区为例，通过含沥青储集层有机溶剂浸泡前后的物性对比实验分析发现，沥青类似于充填在储集层孔隙中的胶结物及自生黏土，使储集层孔隙度和渗透率急剧降低，非均质性增强[14]。沥青充填导致孔隙度受影响，储层参数定量计算及有效性评价难[15]。用常规实验方法岩心沥青很难完全溶解，无法准确测量沥青含量。国内外很多学者对沥青的研究主要集中在沥青质砂岩储集层方面[16-17]，但对于深层含沥青白云岩储层测井评价的适用性具有局限性。笔者采用沥青溶解实验新方法，即高温循环沥青溶解技术进行沥青溶解实验。选取川西地区观雾山组15块含沥青白云岩岩心样品，进行沥青溶解前后物性、声波时差、电阻率等实验，分析含沥青白云岩储层的岩石物理特征，提出一种基于沥青实验的白云岩储层测井评价方法，并应用于川西地区观雾山组白云岩储层评价[18]。

1 沥青溶解实验

1.1 样品来源

为研究沥青在碳酸盐储层中的充填状态，定量评价沥青对储层物性、密度、电阻率、声波时差等测井参数的影响，需建立沥青测井识别图版。主要采用青川何家梁剖面野外露头软沥青样品和S3井焦沥青样品。野外露头观雾山组碳酸盐岩溶蚀孔洞发育，孔洞中见大量软沥青充填，采集大量含沥青样品，钻取柱塞样5块，并对其进行编号G-1～G-5；S3井观雾山组岩性主要以白云岩为主，溶孔发育，孔洞中见大量焦沥青，选取沥青含量较多样品，对其进行钻样10个，并编号G-6～G-15。根据野外露头样品、井下样品岩样照片发现，川西北地区观雾山组沥青主要呈团块状、脉状以及不规则状充填于溶蚀孔洞和裂缝中。野外露头观雾山组溶蚀孔洞和裂缝发育，孔洞大小不一，沥青演化程度较低，具有一定的可流动性，主要呈团块状充填于溶蚀孔洞（图1-a）、浸染状附于白云岩表面（图1-b）以及脉状充填于裂缝之中（图1-c）。井下岩心观察发现，沥青主要呈团块状充填于形状不一的溶蚀孔洞中（图1-d，图1-e）以及脉状充填于裂缝中（图1-f）。通过野外和井下样品镜下薄片分析也同样可以看出，沥青主要充填在溶蚀孔洞（图1-g，图1-h）和裂缝中（图1-i）。

图1 川西北地区观雾山组沥青充填组图

1.2 实验方法

关于固体沥青的溶解技术，国内外大多数学者的研究主要集中于低演化沥青，主要采用二硫化碳、三氯甲烷、苯以及环己烷等单一溶剂进行溶解，溶解效果较好。而有关高演化的焦沥青溶解方面的研究相对较少， 采用超强混合溶剂（二硫化碳与N-甲基-2-吡咯烷酮）对高演化焦沥青具有一定的溶解效果，但不能高温循环溶解，且成本较高。针对高演化焦沥青难以溶解，采用了N-甲基-2-吡咯烷酮和N.N-二甲基甲酰胺混合溶剂，用新型耐高温循环溶解技术方法，在高温条件下（200～500℃）对高演化沥青进行循环溶解，溶解效果较好，并且安全性较高，极大地降低了实验成本。

2 沥青对储层物性和测井参数的影响

固体沥青属于不可流动、富含沥青质的碳氢化合物，固体沥青充填在储层中使孔隙度和渗透率降低，非均质性增强。沥青不仅对储层物性具有严重的影响，而且对测井参数也具有一定的影响，并且利用常规测井手段很难识别，严重影响有效试油（气）层的选择。为了定量评价沥青对储集层的物性、密度以及相关测井参数（声波时差、电阻率）的影响，对研究区野外露头和井下含沥青样品溶解前后对比实验分析，评价沥青对储集层物性和测井参数的影响程度，建立定量关系式，为沥青测井识别以及试油（气）层的选择提供理论依据。

2.1 沥青对储层物性的影响

基于沥青溶解前后岩心样品的物性实验表明：沥青会破坏储集层的孔隙结构，导致储集层孔隙度减小、渗透性减小（图2）。

图2 沥青溶解前后岩心物性直方图

2.2 沥青对声波时差的影响

声波时差除了受沉积地层的岩性、物性以及孔隙中的流体性质等因素影响之外，还与沥青在岩石孔隙中的充填状态有关[7-9]。对样品进行沥青溶解前后的声波时差进行测定，发现沥青溶解后岩样声波时差均有增加，但是不同类型样品、其纵、横波的声波时差变化均有不同，未找到统计学规律（图3）。野外露头软沥青演化程度较低，具有一定的可流动性，主要呈团块状充填于溶蚀孔洞以及脉状充填于裂缝之中，氯仿沥青“A”含量偏高，但族组成中饱和烃却较少，沥青等效镜质体反射率为1.1%，处于成熟阶段。井下岩心焦沥青主要呈团块状充填于形状不一的溶蚀孔洞中，可溶有机质含量较少，族组成中具有一定的饱和烃含量，等效镜质体反射率为2.2%，处于过成熟阶段。井下样品焦沥青（G-6—G-15）声波时差增加值比野外样品软沥青（G-1—G-5）大，同时横波时差相对于纵波时差而言变化更加明显。

图3 沥青溶解前后声波波时差直方图

通过野外剖面5块软沥青样品沥青溶解前后实验分析发现，沥青溶解后声波时差增加，并且横波时差比纵波时差变化更加明显（图4，表1）。溶解前纵波时差介于46.5～50.7 μs/ft，平均48.6 μs/ft。沥青溶解后纵波时差介于 47.9 ～ 54.2 μs/ft，平均50.9 μs/ft。沥青溶解后，纵波时差平均增加2.3 μs/ft，增加比例4.7%。溶解前横波时差介于84.6 ～ 89.0 μs/ft，平均 86.84 μs/ft。溶解后横波时差介于 88.9 ～ 92.7 μs/ft，平均 91.24 μs/ft，平均增加 4.4 μs/ft，增加比例 5.1%。

图4 沥青溶解量与声波时差变化值关系图

表1 井下样品沥青溶解前后声波时差统计表

通过井下10块焦沥青样品溶解前后实验分析发现，沥青溶解后声波时差同样增加，横波时差增加更大（图4，表1）。溶解前井下样品纵波时差介于 47.60 ～ 53.00 μs/ft，平均 50.01 μs/ft。溶解后纵波时差介于 51.40 ～ 55.50 μs/ft，平均 53.54 μs/ft。沥青溶解后，纵波时差平均增加3.53 μs/ft，增加比例7.1%。溶解前横波时差介于79.3～96.8 μs/ft，平均88.45 μs/ft，溶解后横波时差介于95.3～107.6 μs/ft，平均99.79 μs/ft。沥青溶解后，横波时差平均增加11.34 μs/ft，增加比例12.8%。

2.3 沥青对电阻率的影响

沥青具有很高的电阻率，充填在岩心中使得测量的电阻率增大，用电阻率计算出的含油饱和度往往偏高，使得测井解释符合率偏低。通过沥青溶解量与电阻率变化值定量评价分析发现，电阻率减小值与沥青溶解量呈指数相关（图5）。野外剖面软沥青样品沥青溶解1个百分点，电阻率减小239.0 Ω·m，减少比例47.1%。井下焦沥青样品溶解1个百分点，电阻率减小19.2 Ω·m，减少比例30.7%。沥青溶解量越多，电阻率变化值越明显（表2）。

图5 沥青溶解量与电阻率变化值关系图

表2 川西北地区观雾山组沥青溶解前后电阻率数据统计表

2.4 沥青对各类参数的影响

通过以上实验数据分析表明，软沥青与焦沥青对各类参数的影响具有一定的差异（图6）。在各类参数中，软沥青和焦沥青对电阻率、岩心孔隙度和渗透率影响均较大；而低演化软沥青对核磁共振孔隙度影响明显强于高演化焦沥青对核磁共振孔隙度影响，这与不同演化程度沥青在核磁共振上的响应强度息息相关；此外，无论是焦沥青还是软沥青，对纵波时差影响较小，对横波时差的影响却较大，但在焦沥青溶解量少于软沥青的情况下，焦沥青对声波时差的影响反而更大，因此，随着沥青演化程度的增加，对声波时差影响可能越来越大。以上沥青对各类参数的影响特点，对沥青的定性识别和沥青的定量计算具有重要参考价值。

图6 沥青对各类参数的影响示意图

3 测井评价方法

3.1 沥青定性识别

3.1.1 纵波时差—横波时差交会图

对研究区观雾山组野外、井下碳酸盐岩含沥青储层样品溶解前后进行声波时差实验测定。研究结果表明，无论是野外低演化软沥青，还是井下演化程度较高的焦沥青，沥青导致纵波时差减小，沥青溶解后纵波时差平均增加3.53 μs/ft，增加比例7.1%，沥青导致横波时差减小更明显，溶解后横波时差增大，增加11.34 μs/ft，增加比例12.8%（图7）。

3.1.2 电阻率-声波时差交会图

综合以上分析，沥青的存在会对声波时差产生一定影响[16-17]。岩样中沥青溶解的越多，声波时差增加值越大，并且横波时差变化更加明显。同时，沥青的电阻率非常大，属于不导电的碳氢化合物，沥青导致储层电阻率增加，电阻率增加值与沥青溶解量呈指数相关。溶解前后电阻率—声波时差进行交会图显示，沥青溶解前样品主要分布在交会图左上方，沥青溶解后主要分布在交会图的右下方（图8）。结果表明利用电阻率—声波时差交会图可以识别沥青层。

图8 沥青溶解前后电阻率—声波时差交汇图

3.2 沥青含量定量计算

由于沥青的存在会导致电阻率和声波时差增加，并且沥青在测井上表现为自然伽马高值，沥青含量与自然伽马具有正相关关系[19]。基于测井参数多元回归法建立了沥青质量百分含量与自然伽马、电阻率对数值及纵波时差的关系式：

式中Y1表示沥青质量百分含量；X1表示自然伽马，API；X2表示纵波时差，μs/ft；X3表示电阻率对数值；R表示相关系数。

通过该模型计算的沥青含量与实测的沥青含量符合程度较高。

4 应用实例

A1井为观雾山组的一口探井，储层中见大量焦沥青充填在溶蚀孔洞和裂缝中。焦沥青的存在，不仅使储层物性降低，还导致电阻率偏大，使得测井解释孔隙度和含气饱和度偏高，图9为A1井观雾山组储层沥青校正后测井评价成果图。从图上可以看出，7 564.1～7 614.2 m层段利用声波时差与电阻率交会判识为沥青富集层段。经计算沥青含量介于0.11%～4.20%，平均值为2.12%，沥青校正前，孔隙度3.41%，储层厚度29.3 m；沥青校正后，孔隙度3.1%，储层厚度15.6 m，校正后的孔隙度与岩心实验孔隙度基本吻合，测井解释2个气层，1个差气层。对层段7 569.1～7 602.5 m酸化压裂测试，日产气11.6×104m3，试气结论为气层。

图9 A1井观雾山组储层沥青校正后测井解释成果图

5 结论

1）川西北地区观雾山组储集层主要发育粒内溶孔、粒间溶孔、晶间溶孔和溶洞，沥青主要呈团块状、脉状以及不规则状充填于溶蚀孔洞和裂缝中。沥青占据着储集层的部分储集空间，不仅减小储集层的孔隙度，还破坏储集层孔隙结构，并大大降低储集层的渗透性，严重影响了储集层的物性及产能。

2）沥青溶解后，电阻率显著减小，声波时差增加，且横波时差变化更加明显，沥青量与电阻率减小值呈指数相关，与声波时差增加值呈线性相关。

3）基于声波时差—电阻率的测井参数多元回归法可以有效地计算出储层中沥青的含量，在实际生产应用中，经岩心资料验证，经沥青校正后测井评价结果可靠，效果较好，可有效指导测井采集系列优化及试气选层，为气藏井位部署提供依据。