鄂尔多斯盆地定边油田长4+5致密油藏有效储层参数下限评价

张 彬, 张 刚, 李春生

(延长油田股份有限公司定边采油厂, 陕西 定边 718699)

0 引 言

陆相致密油储层具有纵向上多油层叠加、横向上复合连片的特点[1-5]。致密砂岩储层的纵向及平面非均质性非常强, 储层特征及有效储层下限评价是进行建产有利区预测的关键[6-9]。有效储层下限是物源、孔隙特征、沉积环境、矿物组分及成岩作用等因素的综合体现, 可以为寻找有效储层靶区提供科学指导[10-16]。前人关于有效储层下限的研究方法主要包括实验、生产测试、测井解释等[2-4]。实验方法主要包括物性、薄片、压汞实验等, 利用储层孔喉及物性下限来判断储层有效厚度下限; 生产测试方法利用动态生产曲线及函数拟合来确定储层有效厚度下限; 测井解释方法则根据储层“四性”关系来判断储层有效厚度下限。综合多种方法进行综合判定才可以提高有效厚度下限的判定精度。

定边油田樊学油区是定边采油厂的一个重要产能建设区[1-2]。该地区具有地质条件比较复杂、含油层系多、砂体纵横向变化大、非均质性强、油藏天然能量不足、生产井产能低、含水上升快、稳产困难等问题[2-3]。该地区三叠系延长组长4+5、长6、长8等发育多个含油层系[2-3]。其中, 定资4063井在长4+5油层试油产量9.58 t/d, 显示了长4+5在本油区良好的勘探开发前景。但是, 目前该地区长4+5油层组的勘探程度较低。

本文以定边油田乔崾岘区延长组长4+5油层组为研究对象, 从地层对比及划分基础上, 对储层岩石学特征、物性特征及“四性”关系进行了详细描述。在此基础上, 结合大量岩性、含油性、物性、测井及压汞测试及解释结果, 构建了有效孔隙度解释方法, 同时, 厘定了长4+5储层的物性、岩性、含油性质及有效厚度参数的下限标准。该研究对长4+5有效储层靶区预测具有重要参考价值。

1 区域地质概况

一般认为, 陕北斜坡的构造形态最终定形于早白垩世[14]。该地区的构造形态为一平缓的西倾单斜, 地层的倾伏角通常小于1°, 平面上每千米的构造起伏度为6～8 m。研究区(乔崾岘区)位于陕北斜坡中西部 (图1), 工区研究面积约106.6 km2。由于差异压实作用, 形成了一系列轴向为北东-南西方向的鼻状构造。长4+5油层组以岩性圈闭为主。

图1 樊学油区乔崾岘区地理位置Fig.1 Location of Qiaoyaoxian district in Fanxue oil region

定边樊学乔崾岘区域所钻遇的地层依次包括: 第四系， 下白垩统洛河组， 中、下侏罗统安定组、直罗组、延安组， 上三叠系延长组(未穿)。三叠系延长组是该区主要的勘探开发目的层系。油田主力生产层位为长4+5和长7油层组。本次研究的层位为延长组长4+5油层组(图2)。

图2 研究区地层单元综合柱状图Fig.2 Comprehensive histogram of stratigraphic units in study area

长4+5沉积环境为以三角洲沉积为主的还原-弱还原环境。其测井曲线以正自然电位曲线、高自然伽马曲线和锯齿状、高电阻率曲线为特征, 是三叠系延长组划分对比的区域性辅助标志层。长4+5厚71～116 m。

按照标志层及沉积旋回将长4+5油层组进一步细分为长4+51、长4+52油层亚组。 K5标志层位于长4+52顶部, 该标志层电性特征为高声波时差、高自然伽马、高自然电位、低电阻率及尖刀状扩径, 一般会出现3～5个厚度小于1 m的尖峰或尖刀状声速、电阻曲线。

研究区长4+5油层的形成主要受三角洲前缘水下分流河道砂体控制,油藏主要受岩性尖灭和物性变差控制。长4+5油藏的油层埋深2 042～2 434 m。

2 乔崾岘区长4+5储层特征

2.1 岩石学特征

乔崾岘区长4+5砂岩主要为岩屑长石砂岩, 少量长石岩屑砂岩(图3)。长4+5岩性整体表现为浅灰色细砂岩、深灰色泥岩互层, 夹有灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩, 区域分布较为稳定, 岩性以细为主, 与上下相邻的长3、长6较粗的岩性成较明显的对比。长4+5岩石颗粒的粒径主要分布在0.1～0.25 mm, 最大颗粒的粒径则在0.25～0.45 mm。岩石颜色主要呈灰、灰绿及灰白色。砂体具有薄层状到中厚层状的块状构造, 裂缝相对不发育。砂岩中各成分含量均值分别为: 石英42.0%, 长石34.2%, 岩屑7.9%(图4a)。岩屑包括石英岩、千枚岩、片岩、喷发岩、燧石等。目的层砂岩的矿物成熟度相对较低, 内部结构成熟度为好—中等, 分选中等—较好, 磨圆度中等。填隙物主要有硅质、方解石、白云石、铁白云石、菱铁矿、绿泥石、高岭石、伊利石和伊/蒙间层矿物等(图4b)。

图3 长4+5砂岩成分分类图Fig.3 Composition classification of Chang 4+5 sandstone

图4 长4+5砂岩的矿物组成Fig.4 Mineral composition of Chang 4+5 sandstone

2.2 储层物性及孔隙结构特征

长4+5砂岩储集层同时拥有原生孔隙和次生孔隙, 其中原生孔隙主要类型为残余粒间孔, 次生孔隙主要类型为溶蚀孔(粒间溶孔、长石溶孔、岩屑溶孔)及晶间孔。根据本区19口井92块的岩心分析资料统计, 长4+5砂岩孔隙度最小值为0.09%, 最大值为19.4%, 平均8.7%, 主要分布在6%～17%, 其占总样品数的95%(图5a); 长4+5砂岩渗透率分布在(0.02～8.9)×10-3μm2, 主要分布区间为(0.1～1.0)×10-3μm2, 这类样品大约占92.3%(图5b)。 而其中70.8%的样品的孔隙度大于9%, 其均值为14.43%; 89.3%的样品的渗透率大于0.1×10-3μm2, 均值为0.28×10-3μm2。观察结果发现, 岩屑长石砂岩的粒度越细, 其物性越好, 相应泥质组分的充填程度越低。

图5 长4+5孔隙度(a)与渗透率(b)分布直方图Fig.5 Histogram of porosity(a) and permeability(b)distribution of Chang 4+5

目的层致密砂岩中主要发育原生孔隙及次生孔隙, 原生孔隙主要为残余粒间孔(图6a), 其孔隙直径一般为0.03～0.15 mm。而次生孔隙以溶蚀孔为主(图6b), 还发育少量晶间微孔隙和微裂缝(图6c)。

图6 目的层(长4+5)致密砂岩孔隙结构特征显微照片Fig.6 Micrographs of pore structure characteristics of Chang 4+5 tight sandstonea—定探4801井, 残余粒间孔; b—定探4801井, 溶蚀粒间孔, 孔隙内被绿泥石、石英充填; c—6222井, 微裂缝

2.3 储层“四性”关系

油气储层“四性”关系主要指储层砂体内部岩性、物性、电性以及含油气性之间的关联[1]。该区非均质性强、渗透率好的储层段一般含油性较好。而且, 含油层的电性等曲线特征明显, 油水层的特征一般容易识别。 深感应电阻率值基本上反映了油层的含油情况[1，17], 受岩性的影响, 因此对于有深感应电阻率测井曲线的井, 将中、深感应电阻率两条曲线结合起来可以更真实地反映油层情况。

依据储层四性关系图(图7)及测井曲线, 首先识别出渗透层, 再在此基础上分别识别出含油层、水层。本区目的层储层砂体的测井响应特征如下:

图7 定40092-3井长4+5储层四性关系解释图Fig.7 Logging interpretation results of four-property relationship of Chang 4+5 reservoir in Well Ding 40092-3

(1)自然伽马曲线整体呈具有一定波动的箱型。砂岩纯度越高, 岩石颗粒越粗, 自然伽马值越低; 泥质含量越高, 颗粒越细, 自然伽马值越高。

(2)自然电位曲线呈偏向于低值区的箱型, 代表高渗透层。储层渗透性越好, 自然电位测井曲线的异常幅度则会愈大。

(3)微梯度和微电位两个电极曲线的幅度差反映了渗透层的质量。微电位电阻率值高于微梯度电阻率, 即呈现为正异常； 且两者之间的正差值相对较小, 反映出储层物性相对较好。

(4)本研究区大部分油层的声波时差值处于230 μs/m左右, 较好的储油层声波时差值则介于237.0～276.7 μs/m。物性较好的储层特征主要表现为: 电性上呈箱状或钟状, 低的自然伽马值, 低的自然电位数值, 及声波时差值较低等。

(5)感应曲线, 其表现为含油层的电阻率要明显高于含水层。

(6)视电阻率反映含油性, 受岩性影响很大。4、2.5 m视电阻率值, 随含油量增加而增大。

3 有效储层特征参数下限评价标准

3.1 有效孔隙度计算

对研究区内的14口井进行取心和常规物性分析, 长4+5油层组内有129块样品的孔隙度分析数据。通过四性关系研究, 以岩心归位及岩心测试孔隙度为基础, 根据现有测井系列所对应的声波时差曲线读值与实测值的对应关系, 建立地层岩石孔隙度计算模型。

岩石孔隙度与声波时差交会图见图8。经回归分析处理, 得到岩石孔隙度(φ)与声波时差(Δt)之间的关系式

图8 长4+5孔隙度与声波时差关系Fig.8 Relationship between porosity and acoustic wave time difference of Chang 4+5 reservoir

φ=0.118Δt-18.25。

(1)

计算得到的孔隙度与测试孔隙度之间的绝对误差小于1.5%, 相对误差在0.05%以内, 二者十分接近。

由此可见, 该孔隙度解释图符合本区的地质特征。

3.2 岩性、含油性及物性下限标准

通过对四性关系的研究, 证实了储油层的岩性、物性和含油性之间存在一定的内在联系。一般而言, 含油较好的油层, 其具有岩性较粗、分选性和物性较好, 含油级别相对较高的特征。

(1)岩性标准。所研究目的层主要为细-极细粒长石岩屑砂岩及岩屑长石砂岩。砂岩粒度细, 主要是细砂岩。根据粒度分析资料、薄片资料及含油级别综合统计发现, 粉砂岩、泥质砂岩、钙质砂岩一般不含油, 部分粉砂岩中仅仅可观察到油迹; 而细砂岩的含油性则为油斑及其以上级别。根据对本区已有压裂试油测试的单井, 研究区长4+5储层的工业油流井通常为细砂岩级。因此, 可以确定该区长4+5工业油流层的岩性下限为细砂岩。

(2)含油性分析。观察目的层中已经获得工业油流的层段可以看出, 岩心多为油迹级或者以上水平。因此确定本区长4+5储层的含油级别下限为油迹级。

(3)物性参数下限。通过对10口井长4+5工业油流井油层段151块岩心样品的数据进行处理, 作出长4+5层位的孔隙度、渗透率频率分布图, 并在图上绘制出孔隙度与渗透率的累积频率曲线和累积储油能力丢失曲线(图9)。

在长4+5渗透率频率分布图上, 渗透率的下限值取为0.10×10-3μm2, 此时累积产油量损失3.31%, 累积频率损失10.67%, 与该区取样长度基本一致, 即厚度损失为10.67%(图9a)。从孔隙度-渗透率图(图10)可以看出, 当渗透率下限为0.10×10-3μm2时, 孔隙度为9%。 依据孔隙度频率分布图可知, 当孔隙度下限为9%时, 累积储油能力损失2.48%, 累积频率损失12.00%(图9b)。因此, 当岩石孔隙度的下限取9%时, 岩石渗透率的下限即为0.10×10-3μm2, 储层砂体的储油能力及油层厚度的损失均较小, 该孔隙度和渗透率即可作为长4+5储层砂体的物性下限值。

图9 长4+5物性参数的累积频率曲线和累积储油能力丢失曲线Fig.9 Cumulative frequency curve and cumulative oil storage capacity loss curve of petrophysical property parameters of Chang 4+5 reservoir

图10 长4+5孔隙度与渗透率交汇图Fig.10 Relationship between porosity and permeability of Chang 4+5 reservoir

通过对研究区2口井13块岩样的长4+5层位的压汞资料分析可知, 当渗透率小于0.2×10-3μm2时, 排驱压力和中值压力迅速增加(图11), 说明渗透率小于0.10×10-3μm2时,很难成为有效储层, 因此确定长4+5层渗透率下限为0.10×10-3μm2是合理的。

图11 长4+5压汞参数与渗透率的关系Fig.11 Relationship between mercury intrusion parameters and permeability in Chang 4+5 reservoir

本文主要采用了基于物性资料及压汞测试结果进行物性下限的判定。这两种方法的差异在于前者主要基于岩石孔隙连通性来判断物性下限, 而后者主要依据孔隙吼道变化来判断物性下限。综合利用多种方法来判断物性下限才能提高预测结果的可靠性。

3.3 有效厚度下限标准

根据单层测试结果和现有测井系列中与岩性、物性、含油性对应较好的层段的关系图(由声波时差、视电阻率、测井解释孔隙度和含水饱和度组成), 得出测井参数的下限值。

通过对58口井74个长4+5层位试油或测井、取心等判识资料的处理, 绘制了精确度约为97.2%的深感应电阻率与含水饱和度交会、孔隙度交会图(图12), 得出各种测井参数的下限值分别为: 孔隙度≥7.0%; 含水饱和度≤60%; 电阻率≥10.0 Ωm; 声波时差≥220 μs/m。

图12 长4+5有效厚度电性标准图Fig.12 Electrical standard for effective thickness of Chang 4+5 reservoir

3.4 讨论

通过资料统计, 作出单井长4+5有效厚度与砂岩厚度的关系图(图13a)。其中, 样品点数为153个。定边油田砂岩厚度和有效厚度之间具有一定的关系, 即随着砂岩厚度的增加, 有效厚度趋于增大。且由图13b可以看出, 定边油田有效厚度和储层孔隙度之间也具有一定关系, 即随着有效厚度的增加, 储层孔隙度趋于变大。以上特征说明, 长4+5有效储层厚度受累积砂岩厚度及孔隙度的综合影响。当储层物性较好且砂体厚度较大, 才能分布有较好的油层, 这是岩性油藏的典型特征。

图13 长4+5有效厚度与砂岩厚度及孔隙度的关系Fig.13 Relationship between effective thickness and sandstone thickness and porosity of Chang 4+5

在有效储层下限的判别及油层识别基础上, 绘制了长4+5油层的连井油藏剖面(图14)。可看出, 油层主要分布在该小层的下部, 油、水分子的分异程度相对较差, 因而该油藏通常没有典型的边、底水。定40136-1井长4+5底部发育多个薄油层,因而, 本文通过对有效储层下限的识别, 实现了致密油藏分布的精细刻画。对于单井纵向分布的多个薄油层, 可以合并开采, 这样可以降低层间干扰并提高采出程度。

图14 研究区长4+5油层的连井油藏剖面Fig.14 Cross-well reservoir profile of Chang 4+5 oil layer in the study area

4 结 论

(1)综合利用钻、录井、实验及测井资料确定了定边油田乔崾岘区延长组长4+5油层组有效储层下限, 判别结果可靠。

(2)利用累积频率曲线和累积储油能力丢失曲线关系及压汞资料确定了长4+5工业油流层的岩性下限为细砂岩、含油级别下限为油迹级、渗透率下限为0.10×10-3μm2。

(3)依据深感应电阻率、含水饱和度和孔隙度三者之间的交汇关系, 得出各种测井参数的下限值分别为孔隙度7.0%、含水饱和度60%、电阻率10.0 Ωm、声波时差220 μs/m。

(4)定边油田砂岩厚度和储层孔隙度均与有效厚度呈正相关。即随着砂岩厚度的增加, 有效厚度趋于增大, 储层孔隙度也趋于变大。该研究实现了致密油藏分布的精细刻画, 对类似油藏精细描述有借鉴意义。