超深层裂缝—孔隙型致密砂岩储层特征与属性建模——以库车坳陷克深8气藏为例

王 珂 张荣虎 方晓刚 王俊鹏 张同辉

（ 1 中国石油勘探开发研究院；2 中国石油塔里木油田公司；3 中国石油杭州地质研究院；4 贵州省非常规油气资源工程技术研究中心 ）

随着常规砂岩储层油气田的勘探开发逐渐走向成熟，低渗透的致密砂岩储层已成为中国油气增储上产的重要领域，在鄂尔多斯盆地上三叠统延长组、四川盆地上三叠统须家河组、塔里木盆地下白垩统巴什基奇克组等致密砂岩储层中均发现了工业规模性的油气藏[1-8]。在这类储层中，由于强烈的压实作用和胶结作用，岩石的基质物性通常都很差，孔隙度一般低于10%，渗透率低于0.1mD[9]。因此，构造裂缝是改善致密砂岩储层渗流能力的关键因素，往往控制了油气藏的高产；而储层基质孔隙度虽然较低，但与裂缝孔隙度相比仍要高出1～3个数量级，孔隙仍然是油气的主要储集空间，控制了油气藏的稳产[10-13]。对于这种裂缝—孔隙型的双重介质储层，通过属性建模的方式预测基质孔隙和构造裂缝发育带，寻找油气高产稳产区，是这类油气藏高效开发的重要手段[14-15]。

克深8气藏是塔里木盆地库车坳陷近年来探明的一个大型断背斜天然气藏，总地质储量约1600×108m3，含气储层下白垩统巴什基奇克组为典型的致密砂岩储层，具有埋深大、基质物性差、构造裂缝发育的特征。开发资料表明，构造裂缝控制气藏高产，基质孔隙控制气藏稳产，属于典型的超深层裂缝—孔隙型双重介质致密砂岩储层[16]。系统开展克深8气藏双重介质储层特征分析及属性建模的相关研究，可为该气藏高产稳产开发井的部署以及开发措施的制定提供地质依据。因此，本文综合利用岩心、薄片、成像测井、扫描电镜、激光共聚焦和电子探针分析等资料和方法，对库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组储层基质特征和构造裂缝特征进行分析；在此基础上，采用Petrel建模软件和序贯高斯模拟方法，分别建立克深8气藏巴什基奇克组的储层基质属性模型和构造裂缝属性模型；最后将两个模型叠加建立双重介质模型，并据此指出天然气的高产、稳产区和高产、稳产层段，以期为克深8气藏的开发工作提供一定的理论支持，并为其他裂缝—孔隙型油气藏的双重介质储层属性建模工作提供参考。

1 地质背景

库车坳陷位于塔里木盆地北部，是一个自海西晚期开始发育，经历了多期构造运动，在古生代被动大陆边缘基础上发育起来的中—新生代叠合前陆盆地，自北向南分为北部单斜带、克拉苏构造带、依奇克里克构造带、拜城凹陷、阳霞凹陷、乌什凹陷、秋里塔格构造带和南部斜坡带8个次级构造单元（图1）[17]。克深气田是继克拉2气田和大北气田之后，近年来在库车坳陷克拉苏构造带上新探明的万亿立方米级大气田，总地质储量约12000×108m3，是在中生代燕山运动和新生代喜马拉雅运动背景下形成的前展式叠瓦冲断构造，目前已发现克深2、克深5、克深6、克深8、克深9、克深13、克深24等大中型天然气藏（图1），天然气主要来源于中—下侏罗统和中—上三叠统的煤系地层和湖沼相泥岩[18]。克深气田钻遇地层自上而下依次为第四系（Q），新近系库车组（N2k）、康村组（N1-2k）、吉迪克组（N1j），古近系苏维依组（E2-3s）、库姆格列木群（E1-2km），白垩系巴什基奇克组（K1bs）和巴西改组（K1bx），其中巴什基奇克组为克深气田的主力含气层系。晚白垩世的构造抬升剥蚀使克深地区普遍缺失上白垩统，下白垩统巴什基奇克组也遭受不同程度的剥蚀，造成与上覆古近系库姆格列木群之间为角度不整合接触。巴什基奇克组沉积期北山南盆的古构造格局决定了沉积物源主要来自北部的南天山造山带，碎屑物质冲出山口后能量减弱并快速入湖沉积，形成了一套底部为扇三角洲前缘沉积、上部为辫状河三角洲前缘沉积的砂岩储层[19]，岩性以粉砂岩、细砂岩为主，夹有少量的中砂岩和泥岩薄层，自上而下可划分为3个岩性段，第1岩性段包含1～2两个砂层组，第2岩性段包含4～6三个砂层组，第3岩性段包含7～8两个砂层组。

克深8气藏位于克深气田的中部，是一个近东西走向的长轴背斜，与北部的克深2气藏和南部的克深9气藏以北倾的大型逆冲断层相隔（图1），为克深气田目前最高产的气藏，探明天然气地质储量约1600×108m3。主力含气储层下白垩统巴什基奇克组埋深大于6700m，岩石致密且构造裂缝发育，属于超深层裂缝—孔隙型致密砂岩储层。

图1 库车坳陷克深气田构造位置与气藏分布

2 储层基质特征与属性建模

岩石薄片观察表明，克深8气藏巴什基奇克组以岩屑长石砂岩为主，少量为长石岩屑砂岩，分选中—好，磨圆中等，多为次棱角—次圆状，颗粒以点—线接触为主，成分成熟度低—中等，胶结物包括白云石、方解石、硬石膏、自生钠长石和少量硅质，平均含量约7.5%，胶结类型普遍为孔隙—加大式，偶见压嵌—孔隙式胶结。测井解释巴什基奇克组储层基质孔隙度为1.0%～14.2%，平均约5.8%，基质渗透率为 0.001～1.016mD，平均约 0.092mD（图 2），属于典型的超深层特低孔特低渗透致密砂岩储层。通过铸体薄片观察、扫描电镜、激光共聚焦、电子探针等图像观察分析（图3），克深8气藏储层储集空间以粒间孔为主，包括粒间溶蚀孔和残余原生粒间孔，占孔隙总量的70%～90%；其次为粒内溶孔，主要为长石质颗粒发生表生溶蚀形成，占孔隙总量的10%～30%。

图2 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组储层基质物性

图3 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组储层储集空间类型

基于Petrel的储层基质属性建模分为构造建模、岩相建模、孔渗属性建模3个主要步骤。①构造建模：依据地震解释得到的断面数据，建立断层模型，然后根据构造数据，在断层模型的基础上建立完整的构造模型，由于克深8气藏的多数井未钻至第7～8砂层组，因此模型的构建主要考虑了第1～6砂层组（图4）；②岩相建模：将单井岩性数据导入到构造模型中，以单井岩相为约束，结合沉积微相分布特征，采用序贯指示模拟方法进行井间插值，建立岩相模型（图5）；③孔渗属性建模：在岩相模型建立的基础上，进行孔渗数据分析，明确基质孔渗与岩相之间的关系，然后以单井测井解释的基质孔隙度为约束，采用序贯高斯模拟方法建立基质孔隙度属性模型（图6a）；最后通过孔渗数据的统计分析，建立基质孔渗关系曲线方程（图7），并利用该曲线方程建立基质渗透率属性模型（图6b）。

图4 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组构造模型

图5 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组岩相模型

图6 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组储层基质属性模型

图7 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组储层基质孔渗关系

储层基质属性模型（图6）表明，基质孔渗的高值区呈不连续的片状分布，主要包括KS8-11井区、KS8-5井区和KS8-8—KS806井区南部3个基质孔渗发育区，孔隙度大于7%，渗透率高于0.15mD。

3 构造裂缝特征与属性建模

岩心及成像测井资料表明（图8、图9），克深8气藏的宏观构造裂缝以直立缝和高角度缝为主，线密 度 为 0.2～1.2条 /m， 开 度 为 0.1～1.5mm。 其中直立缝多数为剪切性质，缝面平直光滑，纵向切深距离较大，一般未被充填；高角度缝以张性缝为主，缝面常凹凸不平，纵向切深距离相对较小，部分高角度缝中含有硬石膏和白云石等充填物，平均充填率约27%。在成像测井图像上，构造裂缝多以平行式组合和斜交式组合为主，且常切穿层理面（图9）。微观构造裂缝通常切穿岩石颗粒和胶结物，缝宽0.02～0.1mm，早期形成的裂缝通常被硬石膏、白云石等矿物或渗流砂颗粒充填，在后期构造应力和异常流体高压作用下，早期充填的裂缝可能沿裂缝走向或渗流砂颗粒边缘重新裂开，再次成为有效裂缝（图8i）。

结合构造应力场演化史和储层沉积埋藏史[20-22]，认为克深8气藏的构造裂缝主要形成于喜马拉雅运动中晚期近南北向的构造挤压作用。根据成像测井解释的构造裂缝走向，可将构造裂缝分为两组，一组近似垂直于背斜长轴，以剪切裂缝为主，主要形成于近南北向构造挤压应力的直接剪切作用；另一组近似平行于背斜长轴，以张性裂缝为主，主要形成于近南北向构造挤压应力作用下的背斜弯曲拱张作用和异常流体高压作用。

图8 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组岩心及薄片构造裂缝

图9 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组成像测井裂缝特征

图10 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组ANSYS地质模型

克深8气藏的构造裂缝分布主要受控于南天山造山带向南推覆形成的挤压构造应力场，因此可基于构造应力场的有限元数值模拟，结合构造应力场和构造裂缝的关系，对构造裂缝参数进行数值模拟计算，并以此为基础建立构造裂缝属性模型，主要包括以下4个步骤：①地质建模：将地震解释得到的构造数据，导入到ANSYS有限元分析软件中，建立克深8气藏的地质模型（图10）；②力学建模：综合采用三轴岩石力学实验和测井数据解释[23]，确定数值模拟所用的岩石力学参数（表1），通过岩石力学参数赋值与网格划分，建立有限元力学模型；③构造应力场数值模拟：利用声发射实验及测井资料解释确定单井构造应力[18]，结合克深8气藏的构造背景，通过数值模拟反演确定边界应力条件（表1），进行构造应力场的数值模拟；④构造裂缝数值模拟：依据构造应力场与构造裂缝参数之间的数学关系[24-25]，对构造裂缝的孔隙度和渗透率进行数值模拟，将模拟结果以节点坐标相对应的方式导入到Petrel构造模型中，并以单井成像测井裂缝解释成果和试井渗透率数据为约束，采用序贯高斯模拟方法进行修正插值，从而得到符合实际的构造裂缝属性模型（图11）。

表1 库车坳陷克深8气藏构造裂缝数值模拟岩石力学参数及边界应力条件

图11 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组构造裂缝属性模型

构造裂缝属性建模结果（图11）表明，构造裂缝的孔隙度主要包括气藏西侧、KS8-11井区、KS8—KS8-1井区南部和气藏东侧4个高值区，孔隙度值高于0.09%；渗透率主要包括KS807—KS802井 区、KS805—KS8-5井 区、KS8—KS8-1—KS8-3井区、KS8-8—KS806井区及气藏东侧的局部区域5个高值区，渗透率值高于95mD。

4 双重介质储层属性建模

裂缝—孔隙型双重介质储层的总孔隙度和总渗透率可根据公式(1)进行计算[26]：

式中 φt、φm、φf——分别为总孔隙度、基质孔隙度和裂缝孔隙度，%；

Kt、Km、Kf——分别为总渗透率、基质渗透率和裂缝渗透率，mD。

依据公式(1)，将前述已建立的储层基质属性模型与构造裂缝属性模型进行加和运算，从而得到总孔隙度模型和总渗透率模型（图12）。

从平面上看，总孔隙度的高值区主要集中在KS8-11—KS801—KS807井区、KS8-5—KS8004井区、KS8-8—KS806井区以及气藏东西两侧的局部区域，这些区域多为天然气稳产区，例如KS807井在16个月内的日产量一直稳定在60×104m3左右，KS8004井在27个月内的日产量一直稳定在70×104m3左右；总孔隙度的低值区产量下降较快，例如KS805井在24个月内日产量由75×104m3下降至40×104m3。总渗透率的高值区多为天然气高产 区， 其 中 KS8—KS8-1—KS8-2—KS8-3井 区 最高，开发测试数据表明该部位的单井无阻流量可达（450～530)×104m3/d，日产量为（60～85)×104m3；其次为KS807—KS802井区，无阻流量为（430～500)×104m3/d，日产量为（50～80)×104m3；再次为 KS805—KS8-5井区和KS8-8—KS806井区，无阻流量为（370～400)×104m3/d，日产量为（40～75)×104m3；其他位于翼部和构造低部位的井总渗透率较小，无阻流量为（270～350)×104m3/d，日产量为（30～60)×104m3。

通过上述对比表明，双重介质属性建模结果与实际的开发测试数据可以较好地对应，因此可以采用该建模结果对克深8气藏的高产稳产区进行预测。从总孔隙度和总渗透率的平面分布来看，KS807井区、KS8-5井区和KS8-8—KS806井区同时具有较高的总孔隙度和总渗透率，是克深8气藏的高产稳产区。

图12 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组双重介质属性模型

纵向上（图13），储层中上部（第1～5砂层组）的总孔隙度和总渗透率明显高于储层下部（第6砂层组），因此天然气产能也明显较高。例如KS8-11井在第1～3砂层组射开98m的地层，10mm油嘴生产制度下平均比产气指数可达2797.7m3/(MPa·d·m)；在第6～7砂层组射开65m的地层，10mm油嘴生产制度下平均比产气指数仅为612.0m3/(MPa·d·m)。同时由图13可以发现，在第1～5砂层组内部，第1～3砂层组的总孔隙度相对较高，为稳产层段，而第3～5砂层组的总渗透率相对较高，为高产层段，综合考虑认为第3砂层组同时具有较高的总孔隙度和总渗透率，是克深8气藏的高产稳产层段，在开发中应优先考虑。

5 结论

克深8气藏巴什基奇克组为超深层特低孔特低渗透致密砂岩储层，以岩屑长石砂岩为主，储层储集空间类型以粒间孔为主，其次为粒内溶孔；储层基质属性建模结果表明克深8气藏主要包括KS8-11井区、KS8-5井区和KS8-8—KS806井区南部3个基质孔渗发育区。

图13 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组双重介质属性剖面分布

克深8气藏的构造裂缝主要形成于喜马拉雅运动中晚期近南北向的构造挤压作用，以直立剪切缝和高角度张性缝为主，在成像测井图像上表现为平行式组合和斜交式组合，部分高角度张性缝被硬石膏和白云石等矿物充填；构造裂缝属性建模结果表明构造裂缝的孔隙度主要包括气藏西侧、KS8-11井区、KS8—KS8-1井区南部和气藏东侧4个高值区，渗透率主要包括KS807—KS802井区、KS805—KS8-5井区、KS8—KS8-1—KS8-3井 区、KS8-8—KS806井 区及气藏东侧的局部区域5个高值区。

总孔隙度高值区为天然气稳产区，总渗透率高值区为天然气高产区，KS807井区、KS8-5井区和KS8-8—KS806井区同时具有较高的总孔隙度和总渗透率，是克深8气藏天然气的高产稳产区；第1～3砂层组的总孔隙度相对较高，为稳产层段，第3～5砂层组的总渗透率相对较高，为高产层段，第3砂层组同时具有较高的总孔隙度和总渗透率，是克深8气藏的高产稳产层段，在开发中应优先考虑。