准噶尔盆地中部4区块致密砂岩有效储集层物性下限

王建东，王 昌，曹海防，李 静，马 骥，郑金凯

（1.中国石化 胜利油田分公司 a.油气勘探中心；b.勘探开发研究院，山东 东营 257017；2.中国石油大学 地质力学与工程研究所，山东 青岛 266580）

有效储集层是指能够储集和渗流流体（烃类或地层水），在现有工艺技术条件下具有工业价值产液量的储集层[1]。物性下限的确定是识别有效储集层的关键，用能够储集和渗滤流体的最小孔隙度和最小渗透率来度量[2]。影响有效储集层物性下限的因素可以分为外在因素（主要包括试油工艺和测井技术）和内部因素（主要包括储集层岩性、孔隙结构和地层压力）[3]。

有效储集层物性下限的分析方法众多，文献［2］根据实践经验，对国内外部分油田的物性下限进行了类比研究；文献［4］通过对气藏研究，提出了用相关公式法确定有效孔隙度下限；文献［5］从统计学角度，提出了用分布函数曲线法确定有效储集层与非有效储集层物性界限；文献［6］—文献［9］综合多种方法，对不同埋深储集层的物性下限及其控制因素进行了研究；文献［10］—文献［12］提出了试油法、束缚水饱和度法和能谱仪测定法等分析储集层物性下限的方法。

有效储集层物性下限的确定是储集层划分、有效厚度统计和油藏储量计算的基础[13]。准噶尔盆地中部4区块中侏罗统头屯河组致密砂岩储集层埋藏深，孔隙度和渗透率低，有效储集层物性下限缺少系统性研究。本文针对研究区致密砂岩储集层特点，综合运用经验统计法、分布函数曲线法、试油法、孔渗关系法、正逆累计法和泥质含量法，确定了研究区有效储集层物性下限，以期为研究区储集层评价提供依据。

1 地质概况

中部4区块位于准噶尔盆地阜康凹陷东部北斜坡，阜康凹陷北邻白家海子凸起，南邻阜康断裂带，东接北三台凸起，西北连莫索湾凸起（图1）。研究区面积2 891.7 km2，自下而上发育石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系和白垩系，地层发育齐全，总体较为平缓，构造相对简单，整体为向南西倾的单斜，断层主要为侏罗系层间断层，以逆断层为主[14-15]。研究区处于油源中心，是油气运聚的有利指向区，油气丰度高。

图1 研究区构造位置

目的层中侏罗统头屯河组发育了以河流相和三角洲相为主的碎屑岩，埋深3 700～5 200 m，储集层较发育，岩性以泥质粉砂岩、粉砂岩和细砂岩为主。碎屑颗粒主要为石英、长石和火成岩岩屑，少量变质岩和沉积岩岩屑。填隙物杂基主要为黏土矿物，胶结物为方解石、石英、硅质、硬石膏和沸石。颗粒组成以粉细粒、粉粒结构为主，部分为中细粒结构，分选中等，支撑类型为颗粒支撑，以线接触和点接触为主，部分为凹凸接触，胶结类型以孔隙式为主。

2 有效储集层物性下限的确定

2.1 经验统计法

经验统计法是以岩心测试孔隙度和渗透率为基础，分别绘制孔隙度和渗透率分布频率直方图，计算储集层储能和产能[2，13]。该方法综合考虑了储集层储能和产能2个方面，但储集层累计储能（产能）丢失界限和样品累计丢失界限的确定具有主观性。根据研究区头屯河组实际情况，以储集层累计储能（产能）丢失频率5.0%或样品累计丢失频率15.0%作为有效储集层的划分界限[11，13]，统计分析了研究区150块岩心样品的孔隙度和渗透率，绘制了物性分布频率直方图及储集层累计储能（产能）丢失频率曲线（图2）。储集层累计储能丢失频率和累计产能丢失频率的计算公式分别为

式中 hi——第i个岩心样品长度，m；

Ki——第i个岩心样品渗透率，mD；

m——丢失界限对应的岩心样品数，个；

n——岩心样品总数，个；

qK——储集层累计产能丢失频率，%；

qϕ——储集层累计储能丢失频率，%；

ϕi——第i个岩心样品孔隙度，%.

图2 研究区头屯河组储集层物性分布频率直方图及储集层累计储能（产能）曲线

当储集层累计储能丢失频率达5.0%时，孔隙度下限为3.9%，此时孔隙度样品累计丢失频率为15.2%，在可接受范围，故取3.9%作为研究区孔隙度下限。当储集层累计产能丢失频率达5.0%时，渗透率下限为0.88 mD，此时渗透率样品累计丢失频率为41.9%，样品丢失过多，因此将渗透率样品累计丢失频率15.0%作为界限，确定渗透率下限为0.09 mD.

综上所述，通过经验统计法确定了研究区头屯河组有效储集层孔隙度下限为3.9%，渗透率下限为0.09mD.

2.2 分布函数曲线法

分布函数曲线法是在同一坐标系内分别绘制有效储集层（包括油层、油水层和水层）与非有效储集层（干层）的孔隙度和渗透率的分布频率曲线，将两条曲线交点所对应的数值作为有效储集层的物性下限[5，16]。该方法能够直观地看出有效储集层和非有效储集层的物性分布规律，在两类储集层物性存在交叉且样品较多时准确度高。利用测井解释中的物性资料，对研究区7口油井707.9 m储集层进行统计分析，得到孔隙度和渗透率的分布频率曲线（图3）。通过分布函数曲线法确定了研究区头屯河组有效储集层孔隙度下限为4.9%，渗透率下限为0.15 mD.

图3 研究区头屯河组储集层物性分布频率曲线

2.3 试油法

试油结果可以综合反映流体与储集层物性特征，是研究储集层流体性质的直接资料[17]。对试油层段所对应的孔隙度和渗透率按照油层、含油水层、水层和干层进行分类，在同一坐标系下绘制渗透率—孔隙度交会图，有效储集层与非有效储集层的分界处所对应的数值即为有效储集层物性下限[18-19]。该方法直观、简单，但要求研究区单层试油资料丰富。根据研究区试油层段资料，结合测井解释，绘制渗透率—孔隙度交会图（图4），分析确定了研究区头屯河组有效储集层孔隙度下限为4.5%，渗透率下限为0.14 mD.

2.4 孔渗关系法

根据研究区岩心实测的物性资料，确定研究区储集层孔隙度与渗透率关系（图5），通过拟合得出孔隙度与渗透率呈幂函数：

图4 研究区头屯河组试油层段渗透率—孔隙度交会图

图5 研究区头屯河组储集层孔隙度与渗透率的关系

从图5可以看出，孔渗曲线可以分为三段：第一段孔隙度迅速增加，渗透率增加幅度较小，该段主要为无渗透能力的孔隙；第二段孔隙度和渗透率都明显增加，该段为具有一定渗透能力的有效孔隙；第三段孔隙度增加幅度较小，渗透率急剧增加，该段的渗流能力非常强，且达到了相对稳定状态[2，20-21]。通常取第一段和第二段转折点为有效储集层的物性下限值。该方法操作简单，但曲线的转折点不易确定。通过孔渗关系法确定了研究区头屯河组有效储集层孔隙度下限为4.0%，将其代入（3）式，得出渗透率下限为0.12 mD.

2.5 正逆累计法

将有效储集层和非有效储集层岩心样品的物性参数按照相反的方向做累计曲线，有效储集层正向累计，非有效储集层反向累计，正逆累计曲线的交点即为有效储集层与非有效储集层的界限。该方法与分布函数曲线法类似，需要有效储集层和非有效储集层物性存在交叉。根据研究区头屯河组测井和录井资料，共统计有效储集层511.3m，非有效储集层196.6m，绘制正逆累计曲线（图6）。由正逆累计法确定研究区头屯河组有效储集层孔隙度下限为4.8%，渗透率下限为0.16mD.

2.6 泥质含量法

通过测井解释及部分岩心样品的X射线衍射得到研究区砂岩的泥质含量，一般认为，当泥质含量大于40%时，储集层多为非有效储集层[2]。随着砂岩泥质含量升高，孔隙度和渗透率呈减小的趋势。该方法的难点在于泥质含量界限的确定。根据研究区资料，绘制泥质含量—物性交会图（图7）。以泥质含量40%为界，分析得到研究区头屯河组有效储集层孔隙度下限为4.4%，渗透率下限为0.15 mD.

图6 研究区头屯河组储集层物性正逆累计曲线

图7 研究区头屯河组储集层泥质含量—物性交会图

2.7 综合确定物性下限

根据上述6种方法的分析结果，确定研究区头屯河组孔隙度下限为3.9%～4.9%，渗透率下限为0.09～0.16 mD.

综合考虑研究区现有资料及各方法可靠性，对于能够直接反映物性特征的试油法分析结果赋予权重0.3，对于受主观因素影响较小且数据丰富的分布函数曲线法和正逆累计法分析结果赋予权重0.2，对需要确定丢失比、转折点和泥质含量界限的经验统计法、孔渗关系法和泥质含量法分析结果赋予权重0.1.对6种方法所得结果加权平均，最终确定研究区头屯河组致密砂岩有效储集层孔隙度下限为4.52%，渗透率下限为0.14 mD.

3 物性下限与深度的关系

通过分析研究区3 000～6 000 m共338个试油及测井层段资料，绘制了孔隙度和渗透率随深度的变化图，以有效储集层和非有效储集层为界限，得到孔隙度下限曲线和渗透率下限曲线（图8）。

图8 研究区3 000～6 000 m储集层物性随深度的变化

可以看出，随着深度的增加，孔隙度和渗透率的下限呈减小的趋势。其主要原因是，随着油层埋藏深度增加，地层作用于孔隙流体的压力也不断增加，流体能进出的孔喉半径越来越小，因而储集层物性下限变小[2]。

4 结语

（1）综合6种方法确定了准噶尔盆地中部4区块中侏罗统头屯河组有效储集层物性下限，其中孔隙度下限为4.52%，渗透率下限为0.14 mD.研究区头屯河组有效储集层物性下限随深度的增加呈降低的趋势。

（2）针对研究区现有资料及各方法可靠性，对各方法分析结果赋予不同权重，有效地避免了单一方法的随机性和不确定性，为油气藏勘探开发、储量计算和储集层评价等提供可靠的参考依据。