东坪地区基岩潜山风化壳裂缝性储层的主控因素及有效性分析

李娜，郑庆伟，陈莉，刘春雷，张程恩，徐永发，郭逸，李世毅

1.中国石油集团测井有限公司地质研究院，陕西 西安 710077 2.中国石油集团测井有限公司大庆分公司，黑龙江 大庆 163000 3.中国石油集团测井有限公司长庆分公司，陕西 西安 710077 4.中国石油集团测井有限公司青海分公司，甘肃 敦煌 736202

众多学者对柴达盆地阿尔金山前东坪地区基岩潜山风化壳储层孔隙及裂缝发育的主控因素[1-5]、岩性识别[6-8]、基质与裂缝孔隙度的确定[9-12]、气藏储盖组合[13-15]等方面均开展了较详细的研究。但是，针对现阶段东坪地区气藏开发领域的测井解释评价技术研究尚少。为此，笔者从东坪地区基岩潜山风化壳裂缝性储层实际开发中的测井评价需求出发，建立了岩性定量识别标准，构建了裂缝孔隙度模型和基质孔隙度模型，分析了基岩潜山风化壳裂缝性储层的主控因素，综合评价了基岩潜山风化壳裂缝性储层的有效性。

1 地质概况

东坪地区位于柴达木盆地阿尔金山前东段，西面为茫崖凹陷，东面为昆特依地区，东南面紧邻一里坪生烃凹陷。东坪鼻隆构造内部被一系列小断层切割形成断背斜、断块等圈闭形态。受坪东、坪西、东坪一号及小断层的控制形成了东坪1号和东坪2号断背斜构造。通过对东坪1号构造取心的观察分析，岩性为片麻岩类变质岩，主要包括花岗片麻岩、斜长片麻岩、钙质片麻岩3种类型。岩石颜色多种，主要为棕黑色、深灰色、灰白色、杂色等深色调。花岗片麻岩主要由斜长石、钾长石、石英、云母等组成，是主要岩性之一，主要分布在风化壳下部。斜长片麻岩主要由斜长石、石英、黑云母、角闪石等组成，多分布在风化壳中上部。钙质片麻岩由长石、石英、方解石、暗色矿物等组成。储集空间为构造缝、基质缝和基质孔3类，岩心孔隙度主要分布在2.0%～6.0%之间，均值为4.5%；渗透率主要分布范围0.1～0.5mD，平均渗透率为2.63mD。

2 岩性识别方法

2.1 M-N-GR三变量岩性识别

对于未采集成像测井资料的开发井，由于花岗片麻岩、斜长片麻岩、钙质片麻岩3种主要岩性的矿物组分有差异，造成中子孔隙度、密度及声波时差测井基线值不同(斜长片麻岩中子孔隙度基线值大于花岗片麻岩，钙质片麻岩密度基线值小于花岗片麻岩)。利用中子孔隙度、密度及声波时差构建参数M、N(式(1))，再结合反映变质岩放射性强度的自然伽马曲线(GR)，建立了反映骨架岩性的M-N-GR三变量岩性识别方法(见图1(a))。

(1)

式中：Δtf为流体声波时差，μs/m；Δt为声波时差测井值，μs/m；ρb为密度测井值，g/cm3；ρf为流体密度，g/cm3；φNf为流体中子孔隙度，%；φN为中子孔隙度测井值，%。

2.2 铝-硅-钙三元素岩性识别

研究区基岩潜山风化壳裂缝性储层岩性主要有花岗片麻岩、斜长片麻岩、钙质片麻岩3种类型。花岗片麻岩的暗色矿物含量少，石英、长石含量高，硅元素含量高，铝元素、钙元素含量较低；斜长片麻岩的暗色矿物(黑云母、角闪石)含量超过50%，元素特征表现为铝元素含量高，硅元素、钙元素含量较低；钙质片麻岩的暗色矿物、石英长石和碳酸盐岩各占1/3，钙元素的含量高。依据上述岩性分析，通过电成像动静态图像与岩心进行对比分析，构建了铝-硅-钙三元素岩性识别方法(见图1(b))。

注：红色样点代表花岗片麻岩，蓝色样点代表斜长片麻岩，绿色样点代表钙质片麻岩。图1 研究区岩性识别方法Fig.1 Lithology identification methods in the study area

通过M-N-GR三变量岩性识别法与铝-硅-钙三元素岩性识别法建立了适用于研究区基岩潜山风化壳裂缝性储层的岩性识别标准(见表1)。

表1 研究区基岩潜山风化壳裂缝性储层主要岩性的识别标准Table 1 Identification criteria of main lithology of fractured reservoirs in weathering crust of bedrock buried-hill in the study area

3 裂缝孔隙度及基质孔隙度模型

3.1 裂缝孔隙度模型

裂缝既有储集能力，又是油气渗流的主要通道，因此裂缝孔隙度等参数的计算极其重要。若采集了电成像测井资料，可以通过人工拾取裂缝方式，得到裂缝密度、裂缝宽度、裂缝孔隙度等裂缝参数；若没有电成像测井资料，研究区多采用塔里木油田碳酸盐岩裂缝孔隙度模型，但受岩性、泥浆及流体性质影响，该方法不适用于柴达木盆地的基岩潜山风化壳裂缝性储层。为此，笔者通过对取心井的裂缝发育情况进行观察，标定电成像测井人工拾取裂缝方法，结合反映深、浅侧向电阻率幅度差的泥浆滤液电阻率，进而依据全井连续的电成像裂缝拾取结果，重构了适用于研究区基岩潜山风化壳裂缝性储层的双侧向电阻率测井裂缝孔隙度模型(式(2)、(3))。该模型计算的裂缝孔隙度与电成像测井计算的裂缝孔隙度(式(4))对比，二者一致性较好(见图2)。

图2 双侧向电阻率测井计算裂缝孔隙度与电成像测井计算裂缝孔隙度对比Fig.2 Comparison of fracture porosity calculated by double lateral resistivity logging and fracture porosity computedby electric imaging logging

(2)

(3)

(4)

式中：φ1为裂缝孔隙度，1；ρlld为深侧向电阻率，Ω·m；ρlls为浅侧向电阻率，Ω·m；ρmf为泥浆滤液电阻率，Ω·m；W为裂缝张开度，mm；c、 b为系数，取决于成像测井仪器的具体结构，无量纲；A为由裂缝造成的电导异常面积，mm2；ρxo为裂缝岩石骨架电阻率，Ω·m；ρm为裂缝中流体电阻率，Ω·m。

3.2 基质孔隙度模型

由于基岩裂缝性储层中物性较好的取心段岩样易破碎，因此通过岩心孔隙度回归模型计算的基质孔隙度误差大、代表性不强。为此，在东坪地区基岩潜山风化壳储层气藏实际开发中，笔者利用声波时差测井结合元素测井，建立了变声波骨架值及分岩性声波骨架值的基质孔隙度模型。该模型计算的基质孔隙度与核磁总孔隙度相关性较高。

Δtma=Δtqua×Vqua+Δtfeld×Vfeld+Δtbiot×Vbiot+Δthorn×Vhorn+Δtcalc×Vcalc

(5)

(6)

式中：φ2为基质孔隙度，1；Δtma为岩石骨架声波时差，μs/m；Δt为声波时差，μs/m；Δtf为流体声波时差，μs/m；Δtqua为石英的声波时差，μs/m；Vqua为石英的体积分数，%；Δtfeld为长石的声波时差，μs/m；Vfeld为长石的体积分数，%；Δtbiot为黑云母的声波时差，μs/m；Vbiot为黑云母的体积分数，%；Δthorn为角闪石的声波时差，μs/m；Vhorn为角闪石的体积分数，%；Δtcalc为方解石的声波时差，μs/m；Vcalc为方解石的体积分数，%。

4 裂缝发育及物性的主控因素

4.1 裂缝发育与断层距离的关系

研究区东、西部受坪东、坪西断层的控制形成隆起，局部被小断层复杂化。分析发现，井到坪西断层距离越大，裂缝孔隙度越低，井到坪东断层距离越大，裂缝孔隙度亦越低；两者对裂缝孔隙度的控制作用均很明显(见图3)。图3中裂缝孔隙度从小至大的变化分别用蓝色、绿色、黄色、红色表示，蓝色样点代表基岩潜山风化壳储层中具有较低裂缝孔隙度的井，其主要分布在井到坪东断层距离大于500m及到坪西断层距离大于1000m的范围内。

图3 井到坪西断层距离及到坪东断层距离 图4 三维曲率与裂缝孔隙度关系与裂缝孔隙度的关系Fig.3 The relationship between fracture porosity and the distance from well to Pingxi and Pingdong faults Fig.4 Relationship between three-dimensional curvature and fracture porosity

4.2 裂缝发育与地层变形程度的关系

东坪鼻隆地层变形程度大，对裂缝发育也起着关键作用。以平行于坪西断层的每3口井作为计算单元(近似忽略坪西断层影响)，计算中间井平行于坪西断层的二维曲率，再计算中间井平行于坪东断层的二维曲率，最后对上述两个曲率取算术平方根，得到该井的三维曲率：

(7)

式中：x代表横坐标，即为两口井之间的距离，m；y代表纵坐标，即为该井基岩层顶部的海拔，m；A是过x1和x2基岩顶部延长线的所形成的夹角，(°)；R为二维曲率半径，m；κtwo为二维曲率，m-1；κthree为三维曲率，m-1；κtwo-e为平行于坪东断层的二维曲率，m-1；κtwo-w为平行于坪西断层的二维曲率，m-1。

通过分析三维曲率与裂缝孔隙度的关系(见图4)发现，地层曲率越大，裂缝孔隙度越大。

4.3 物性与岩性的关系

不同的岩石因矿物构成和结构差异性，决定了岩石脆性指数、抗风化性、可基质性和孔隙性的差异，方解石、石英等浅色矿物含量高，脆性指数高，易破裂，导致裂缝孔隙度增大，黑云母、角闪石等暗色矿物含量高，易发生绿泥石化现象，导致储层基质孔隙度增大。如图5所示，斜长片麻岩黑云母含量最高，对应的基质孔隙度也最高；钙质片麻岩方解石与石英的总含量最高，对应的裂缝孔隙度也最高。

图5 研究区3种主要岩性的基质孔隙度与裂缝孔隙度对比 Fig.5 Comparison of matrix porosity and fracture porosityof three kinds of main lithology in the study area

4.4 物性与风化淋滤作用的关系

风化壳受长时间的风化与剥蚀，导致岩石元素迁移，活泼性元素更易流失。风化指数是稳定元素(铝元素+硅元素+铁元素)含量与活泼性元素(钾元素+钠元素+钙元素)含量的比值，风化指数值越大，表明储层受风化淋滤作用越强。从图6中可以看出，自上而下活泼性元素含量增高，稳定性元素含量相对减小，风化指数降低，风化淋滤作用减弱，裂缝孔隙度与基质孔隙度都明显减小；矿物含量自上而下，碳酸盐含量增高，石英长石、暗色矿物含量明显减少；电成像动态图自上而下，亮色逐渐增多，反映裂缝溶蚀发育情况逐渐减少。

图6 风化程度强弱与基质孔隙度及裂缝孔隙度变化关系(东坪X井)Fig.6 Variation relationship between the degree of weathering and matrix porosity and fracture porosity (Well Dongping X)

5 储层有效性评价及成果验证

图7为东坪X井基岩潜山风化壳裂缝性储层有效性评价效果图，可以看出，依据不同岩性的声波骨架值计算的基质孔隙度(变骨架基质孔隙度、固定骨架基质孔隙度)与核磁总孔隙度相关性较高；通过双侧向电阻率测井资料计算的裂缝孔隙度与电成像裂缝孔隙度相关性也较高, 并且都指示3550～3557m段储层物性最好(见图7)。

PoroTex技术是一种通过人机交互方式，去除井壁崩落、钻井诱导缝等假像，实现对裂缝及溶蚀孔隙定量评价的电成像测井分析技术。通过PoroTex技术处理电成像测井资料，也显示3550～3557m段裂缝及溶蚀发育最好；核磁测井τ2(横向弛豫时间)谱分布宽、幅度大，时间各向异性及时差各向异性明显增强；电成像测井拾取的高导缝的走向与诱导缝走向一致，也就是与现今最大主应力方向一致，指示该层段的裂缝开启性较好(见图7)。

图7 多方法评价基岩潜山风化壳裂缝性储层有效性(东坪X井)Fig.7 Multi-method evaluation of the effectiveness of fractured reservoirs in weathering crust ofbedrock buried-hill (Well Dongping X)

综合上述分析，3550～3557m段裂缝及溶蚀孔隙度发育最好，储层有效性最高。后期该层段压裂投产后，日产气24×104m3。

6 结论

1)利用地层元素测井、电成像测井及常规测井资料，依据M-N-GR三变量岩性识别法与铝-硅-钙三元素岩性识别法，建立了适用于柴达盆地阿尔金山前东坪地区基岩潜山风化壳裂缝性储层的岩性定量识别标准。

2)依据开发测井系列的不同，重构了双侧向电阻率测井的裂缝孔隙度模型，建立了变声波骨架值及不同岩性骨架值的基质孔隙度模型。

3)结合区域地质资料，明确了断层距离、地层变形程度、岩性及风化淋滤作用对东坪地区基岩潜山风化壳裂缝性储层的控制作用。

4)在精确识别岩性及求取物性参数的基础上，综合PoroTex技术、核磁谱型分析、裂缝与地应力走向分析等方法，评价了东坪地区基岩潜山风化壳裂缝性储层的有效性。