塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩储层孔隙特征刻画

成锁，简世凯，3，谭杨，窦齐丰，刘云祥

（1.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000；2.中国石油超深层复杂油气藏勘探开发技术研发中心，新疆 库尔勒 841000；3.深层油气全国重点实验室（中国石油大学（华东）），山东 青岛 266580；4.长江大学，湖北 武汉 430000）

0 引言

塔里木盆地近40%的石油和天然气储量发现于碳酸盐岩储层， 其中塔北-塔中地区是重要的勘探地区。奥陶系良里塔格组、一间房组和鹰山组为重要的勘探层系。在多期次的构造和岩溶作用的叠加下，形成了具有基质孔隙、 溶蚀孔隙及裂缝等不同孔隙类型的碳酸盐岩储层［1-4］。 这些地质特征，尤其孔隙结构的变化引起复杂的孔隙度与地震波速度的关系， 给地震表征储层孔隙类型造成很大挑战。 表征储层孔隙类型变化的岩石物理模型较多， 如最早的Wood 公式， 其对浅层、弱成岩高孔隙度碎屑岩储层的孔隙度-地震波速度关系刻画效果较好，可反映单一粒间孔的孔隙类型［5］。目前最常用的是威利公式刻画速度-孔隙度关系，进而刻画孔隙类型，且该模型对浅—中埋深地层、岩性较纯的砂岩储层晶间孔的刻画效果比较好［5］。 为了刻画复杂孔隙结构储层，Robert 等［6］对威利公式进行了修改，修改的威利公式对粒内孔、 晶间孔及裂缝等3 种孔隙类型进行刻画， 在碎屑岩储层孔隙类型刻画中取得了一定的效果［7］。

上述3 种方法都是针对比较单一、 岩性较纯的碎屑岩孔隙类型的刻画，没有针对碳酸盐岩储层。通过对Biot 理论模型进行修改和延展，Saleh 等［7-8］提出了一个新的岩石物理模型， 在该模型中孔构参数被引入来表征孔隙类型的变化，该参数是纵波速度、横波速度及密度等地震弹性参数的函数， 该模型为碳酸盐岩储层孔隙类型表征的岩石物理模型， 并在岩心尺度得到应用和验证［5］。 在Sun 等研究的基础上，Dou 等［9-11］在测井尺度实现了孔构参数的反演， 并在美国二叠系盆地碳酸盐岩储层孔隙结构变化刻画中得到很好的应用，将该模型从数学模型建立到实际应用推进了一步。

塔里木盆地缝洞型碳酸盐岩储层矿物成分、 孔隙类型复杂多样，导致其体积-剪切模量与孔隙度交会图十分发散，即其体积-剪切模量在孔隙度恒定时，体积-剪切模量存在较大差异， 传统的岩石物理模型不能准确刻画二者之间的关系［12-21］。 因此，基于研究区大量的常规测井、偶极声波测井、成像测井及岩心分析数据，本次研究利用Sun 岩石物理模型对研究区碳酸盐岩储层的孔隙类型、溶洞直径、溶洞充填程度、溶洞面孔率及裂缝进行表征， 为研究区复杂缝洞体优质储层的预测奠定基础。

1 方法原理

地震波在地层中传播的速度是油藏地球物理中重点研究的一个参数， 它是连接油藏参数和岩石声学特征的桥梁。 Sun 岩石物理模型是目前进行储层孔隙类型变化表征的定量模型之一， 相对于常规的岩石物理模型能较好地定量表征碳酸盐岩储层孔隙类型变化，该模型中孔构参数相对独立于孔隙度参数， 同时表征在孔隙度不变的条件下纵波速度、横波速度的变化，进而表征孔喉半径及孔隙的形态变化。 该模型可简化为

式中：vp，vs分别为纵、横波波速；ρ 为体积密度；K，μ 分别为体积模量和剪切模量；ρs为固体基质的密度；Ks为体积模量；ρf为流体密度；Kf为流体体积模量；ϕ 为孔隙度；ϕk为孔隙弹性参数；f，γ，fu，γu分别为骨架刚度和柔度的不同参数。

式（6）中γ 不仅独立于孔隙度大小，而且跟孔隙的形态有关。 理论上，γ 是孔隙长短轴的比值，即圆的孔隙γ 低，扁的孔隙γ 高，线状的裂缝γ 值最高。 因此，这个孔隙弹性理论模型在岩心和测井尺度可以很好表征储层内部不同孔隙结构类型的变化及孔隙间的连通性。 因为它是纵波速度、横波速度及密度的函数，可以将储层孔隙类型的变化和地球物理弹性参数联系起来，达到地震反演的目的。测井尺度的孔构参数γ 的计算式为

2 实例分析

2.1 成像测井二次处理及解释

对于溶蚀及裂缝油气藏， 成像测井是计算与评价其定量评价参数的有效手段之一。 通过对成像测井数据的处理，首先得到了孔洞储层的孔洞数量、直径、面孔率，裂缝储层长度、宽度、孔隙度等定量参数，这些是利用Sun 岩石物理模型进行孔隙类型表征的重要数据。 本次研究利用电阻率成像测井， 测井仪器记录的150 条微电阻率曲线为阵列数据。 首先，这些阵列数据经过处理（具体包括深度校正、加速度校正、均衡处理等）， 就把全部微电阻率值进行了灰度或彩色刻度，将每个电极的每个采样点电阻率变成一个色元；然后，采用色板（通常的色板为黑—棕—黄—白，暗色代表低电阻率，浅色或亮色代表高电阻率）进行配色，形成彩色图像，图像颜色代表所测地层电阻率的高低。利用图像色彩变化将电阻率的高低转化为地层特征变化的地质信息，即根据地层电阻率的变化，来进行裂缝、孔洞发育程度及孔洞充填等的定量和定性解释。 图1 为研究区内A 井成像测井二次处理解释结果。

图1 研究区A 井裂缝段成像测井二次处理解释成果Fig.1 Interpretation result of imaging logging secondary processing of fracture sections of Well A in study area

由图1 可以看出：在6 177 m 时裂缝最为发育。 裂缝长度为17 m，裂缝密度为2 条/m，裂缝宽度为0.017 mm，裂缝孔隙度为0.025，在该深度都达到最大。

2.2 Sun 岩石物理模型储层评价

由于孔隙类型及岩相等地质因素影响， 地震波速度与地层孔隙度表现出十分复杂的关系。 由研究区A井的孔隙度和纵波速度的相关研究可知， 随孔隙度的增大，纵波速度在降低。这与威利公式里刻画的孔隙度与纵波速度的关系一致。但在孔隙度不变的情况下，纵波速度表现出很大的变化。 如孔隙度为8%左右的样品，纵波速度变化范围为3 900～5 900 m/s。这种恒定孔隙度下速度的差异是受不同地区地质因素的影响造成的。 地质因素主要为矿物组分、岩性及孔隙类型等。 本次研究综合岩心分析数据及成像测井二次定量解释结果， 利用Sun 岩石物理模型反演孔构参数分析孔隙类型、溶洞特征及裂缝的变化。

成像结果分析表明， 孔构参数大于7 的层段基本是泥质充填的孔洞（见图2）。 图2a 是纵波速度和孔隙度的交会图， 粉色框内的点是孔构参数在7 以上的层段。 分析这些数据点在FMI 上的特征可以得出，该段为溶蚀孔洞段，孔洞内有片状的泥质条带分布，溶蚀孔隙虽然规模很大，但都被泥质充填，为无效孔隙。 这说明溶蚀孔隙储层内，模型中高孔构参数反映的是溶蚀、充填的孔隙类型。

图2 测井孔隙度-纵波速度交会图及成像特征Fig.2 Well logging porosity-P-wave velocity crossplot and image characteristics

孔构参数小于5 的样品， 推测溶洞直径在70 mm以上，溶洞面孔率在0.15 以上。

孔构参数在5～6 的样品，孔隙度在10%～15%。 根据成像测井解释，确定其为半充填、弱充填溶洞，孔洞数量平均为15 个， 最大可达25 个， 最大溶洞直径约160 mm，平均在80 mm，成像面孔率最大达0.6，平均在0.15。 这说明该段溶洞比较发育，具体成像见图3。

图3 孔隙度-纵波速度交会图及孔构参数5～6 段的成像处理特征Fig.3 Porosity-P-wave velocity crossplot and image processing characteristics of 5-6 structure parameter sections

孔构参数在6～7 的样品， 孔隙度在4.5%～10.0%。根据成像测井，确定其为半充填溶洞，且其规模发育中等偏小，孔洞数量平均为4 个，最大可达15 个，最大溶洞直径约为70 mm，均值在15 mm，最大成像面孔率约为0.05，平均在0.025。相对于孔构参数大于7 的层段，孔构参数在6～7 的层段是溶蚀孔洞相对发育较弱的溶洞段（见图4）。

图4 孔构参数6～7 段的成像处理特征Fig.4 Image processing characteristics of 6-7 structure parameter sections

对于具有高孔隙度的溶洞型储层， 孔构参数可以 刻画溶洞发育的规模。 孔隙度2.0%～4.5%的基质孔隙段，孔构参数基本在7 以上，随着其增大，孔隙类型从晶间孔变化到微晶孔， 储层变得更致密； 孔隙度小于2%、孔构参数大于12 的层段，表现为裂缝特征。 最终解释图版见图5。

图5 孔隙类型及溶洞大小孔构参数解释图版Fig.5 Interpretation chart of pore type,vug size and pore structure parameter

3 结论

1） 针对塔里木奥陶系具有复杂的孔隙类型的储层，本文提出的基于Sun 岩石物理模型表征方法，基本达到在溶蚀孔隙、 基质孔隙及裂缝段的溶蚀孔径尺度及充填程度、孔隙类型表征的目的。

2）对于孔隙度大于4.5%的溶蚀孔隙，在孔构参数大于7 的样品，基本为泥质充填的孔隙。 对于弱充填、半充填或未充填的溶蚀孔， 孔构参数能达到表征溶蚀孔隙半径、面孔率的目的，即随着孔构参数的降低，面孔率及溶蚀孔隙半径增大，溶蚀储层的质量变好。对于孔隙度2.0%～4.5%基质孔隙， 孔构参数也能表征孔隙类型的变化，即孔构参数增大，孔隙类型具有从晶间孔到晶间微孔及微裂缝的发育特征。 裂缝基本发育于孔隙度小于2% 的非储层段， 表现为低速及高孔构参数的特征。

3）本文的研究成果对类似区储层孔隙类型的刻画有一定的指导意义。 虽然该模型一定程度实现了孔隙类型的刻画，但没有考虑各向异性，对裂缝的刻画需要进行深入的研究。