兴隆台潜山基岩油藏储层分类评价

2022-05-09郭子南

特种油气藏 2022年2期

郭子南

(中国石油辽河油田分公司，辽宁盘锦 124010)

0 引言

近年来，随着成藏理论的完善以及钻采技术水平的提高，基岩油气藏逐渐成为油田开发热门领域[1-3]。研究表明，除南极洲情况不明外，各大陆的基底结晶岩石中均有油气藏发现，基岩油气藏储量约占全球已发现油气储量的15%，逐渐受到重视，其产量已成为全球原油产量的重要组成部分[4]。基岩油气藏储集空间以裂缝为主，因此，准确刻画裂缝展布形态、厘清储层发育主控因素是基岩油气藏勘探开发的核心和难题[5-12]，储层分类评价是实现基岩油气藏高效开发的前提，其实质是对裂缝发育段的半定量识别，预测优质储层，指导生产。

目前，储层分类评价的主要手段多以测井资料为基础，在油、水层一次解释的基础上按照试油、试采资料重新界定油、水层四性关系，进而识别有效厚度并进行针对性开发。但基岩油气藏储层非均质性强，影响裂缝发育的因素多，单纯应用测井资料无法准确识别有利储层。为此，此次研究以辽河油田兴隆台潜山为例，综合应用钻井、录井、测井及地震等多种资料，多参数、多手段开展潜山内幕储层分类评价，明确裂缝三维展布形态，有利储层预测符合率提升至85%以上，为兴隆台潜山高效建产提供技术保障。

1 研究区概况

兴隆台潜山构造上位于辽河坳陷西部凹陷中南部、兴隆台构造带的北端，整体呈北东—南西向展布，被清水洼陷、盘山洼陷和陈家洼陷包围，生烃成藏条件极为优越[13-15]。东侧以台安-大洼断裂为边界，西侧则为兴西断层，内部发育多组近东西向断层，自南向北可划分为马古潜山、兴古潜山以及陈古潜山3个部分，整体为以兴古7块为核部向两翼倾没的背斜构造(图1)。

图1 兴隆台潜山太古界顶面构造图Fig.1 The tectonic diagram of Archaeozoic caprock in Xinglongtai buried hill

兴隆台潜山是中生界和太古界构成的复合型潜山，下第三系沙河街组披覆于中生界之上，呈角度不整合接触，形成披覆构造，而潜山带属于复合式残留山，中生代后，构造运动趋于停止，地层近似填平，而新生界地层沉积幅度基本一致。

兴隆台潜山中生界和太古界均有油气显示，但其储量主要集中在太古界地层，中生界仅在潜山两翼地层较厚部位局部发育油层。太古界地层岩性主要为混合花岗岩、混合片麻岩、黑云母斜长片麻岩以及晚期侵入的酸性、中性和基性岩脉。储集空间类型主要为构造裂缝、破碎粒间孔及溶解缝、溶孔等，孔隙度主要为2.0%～8.0%，平均孔隙度为4.6%，渗透率为0.06～4.00 mD，平均渗透率为4.10 mD，油品性质为稀油。受构造、岩性组合差异影响，各断块油层发育有一定差异，主体兴古潜山呈现块状油藏特点(图2)，两翼低潜山则具有一定层状特征，具有统一油水界面，油水界面的深度为-4 670 m[16]。

图2 兴隆台潜山带地层综合剖面(南北向)Fig.2 The comprehensive stratigraphic profile of Xinglongtai buried hill zone (in NS direction)

兴隆台潜山油藏主要特点：①地层古老，单颗粒锆石LA-ICP-MS原位U-Pb测年结果表明，其变质岩基底地层年代达2 388～2 586 Ma，为太古代地层，后期侵入的岩浆岩地层年代为202～229 Ma，为中生代侵入；②岩性组成多样，依据岩石薄片鉴定结果可分为变质岩和岩浆岩2大类7亚类25种岩石类型；③内幕构造复杂，兴隆台潜山整体发育4条边界断层和15条内部分块断层，其中潜山内幕发育2组反向逆冲断层，新老地层交叠；④含油幅度大，自-2 335～-4 670 m(统一油水界面)均有油气显示，含油幅度最大可达2 335 m。兴隆台潜山内幕岩性变化快、储层非均质性极强、断层识别与组合难度大、裂缝发育和充填情况差别大、含油井段长且埋深较大、地震资料品质差，导致裂缝预测难度极大，而且区块地处城区，钻井环境受限，实现少井高产的关键就是准确刻画有利储层展布形态。因此，有必要开展储层分类评价，识别不同类别储层响应特征，才能针对性的指导钻井，实现巨厚油藏的整体动用。

2 储层分类评价

2.1 岩性识别与划分

岩性的准确识别与划分是储层精细评价的必要前提[17-18]，变质岩潜山油藏大多岩性组成复杂，不同岩性发育裂缝的能力各不相同，甚至同种岩性在不同构造位置发育裂缝的能力亦有不同。因此，建立准确而精细的岩性模型是开展潜山内幕储层精细表征的基础。以钻井取心资料为基础，统计兴隆台太古界潜山岩石的主要造岩矿物为碱性长石、斜长石、石英、黑云母、角闪石等。开展岩心刻度测井，将岩性鉴定结果与测井电性资料有机结合，总结各类岩性的测井响应特征，由于矿物的组成元素不同，因而各自的电性响应也不相同，基于此原理，选择测井资料中对元素组成敏感的密度、中子、自然伽马和光电截面指数来进行岩性判别。

由于暗色矿物如黑云母、橄榄石等岩石中镁、铁、钙等离子较多，对应的岩石密度较高，而受结构水影响，普遍具有羟基，因此，对氢离子浓度敏感的补偿中子曲线值亦较高；浅色矿物的阳离子主要为钾、钠离子，密度值较低，普遍不含氢离子，补偿中子值较低；自然伽玛与铀、钍、钾等放射性元素有关，对于含钾离子的矿物如正长石、微斜长石、黑云母等，其自然伽马值较高。综上所述，兴隆台潜山岩石中浅色矿物的主要电性表现是“两低一高”，即相对低岩石密度、低补偿中子、高自然伽马的特征；而暗色矿物的主要表现为“两高一低”，即相对高密度、高中子、低自然伽马特征，但暗色矿物中的黑云母由于钾离子含量较高，而表现出自然伽马高值的特点。

在各矿物对应的电性特征值分析清楚后，即可根据不同的矿物组成来判断对应岩性所表现的测井曲线形态。如黑云母斜长片麻岩的石英含量为10%～25%、斜长石含量为40%～70%、黑云母含量为10%～30%，表现为高密度、高中子、中低伽马特征，补偿密度测井响应值为2.7～2.9 g/cm3、补偿中子测井响应值为6%～12%、自然伽马测井响应值大于50 API(表1)。

表1 兴隆台潜山太古界岩性测井定量识别划分标准Table 1 The quantitative identification and classification standard of Archaeozoic lithology logging in Xinglongtai buried hill

利用岩心分析结果计算各种岩性的岩石骨架理论测井值，结合测井曲线的组合形态，即可对矿物组成相近的岩石类型进行分类识别。利用该方法将兴隆台潜山岩石薄片鉴定的25种岩石类型转化为测井可识别的7类岩石类型，即变质岩中的混合花岗岩类、混合片麻岩类、片麻岩类、角闪岩类，岩浆岩中的酸性岩浆岩类、中性岩浆岩类、基性岩浆岩类。各类岩性特征见表2、图3。

图3 兴隆台潜山岩性划分示意图Fig.3 The schematic diagram of lithologic division of Xinglongtai buried hill

表2 兴隆台潜山测井岩性分类及典型的响应特征Table 2 The lithological classification and typical response characteristics of logging in Xinglongtai buried hill

在完成岩性识别与划分后，通过岩石力学实验，明确岩性与储层的配置关系，建立优势岩性序列，对后续的储层综合评价至关重要。表3为不同岩性的岩石力学实验结果，由表3可以看出，混合花岗岩和斜长浅粒岩的单轴抗压强度超过100.0 MPa，斜长浅粒岩的抗拉强度达到9.0 MPa，角闪质岩类的泊松比较高，混合花岗岩的弹性模量值最高(表3)。

表3 兴隆台潜山不同岩石力学参数统计Table 3 The statistics of different rock mechanics parameters of Xinglongtai buried hill

随着暗色矿物含量的增加，岩石的塑性变强，脆性减弱，同等条件下发育裂缝的能力降低。根据不同岩性的矿物组成和岩石力学实验结果，潜山内幕的优势岩性序列由高到低依次为：酸性侵入岩、混合花岗岩、混合片麻岩与中性侵入岩、片麻岩、基性侵入岩、角闪岩；以裂缝发育能力来衡量，酸性侵入岩最好，混合花岗岩次之，基性侵入岩和角闪岩最差。

2.2 裂缝识别技术

在储层评价过程中，可利用岩心描述、成像测井、常规测井和地震资料4种手段描述裂缝发育特征，岩心描述和成像测井可对裂缝表征的各项参数进行定量描述，常规测井和地震资料需要其他数据的辅助才能进行定性刻画。岩心的宏观参数表征是基础，通过精细的岩心描述可以准确得知每条裂缝的倾角、走向、开度、密度、间距、切深、形态和充填情况，这些表征裂缝的关键参数不仅可用于裂缝预测和建模，也对研究裂缝的导流能力、岩石力学参数的定量测定发挥关键作用，同时以岩心刻度成像测井，也可帮助成像测井解释建立FMI图像识别裂缝标准。

井壁微电阻率图像会受到钻井、施工等诸多因素的影响，因而要通过岩心、录井等资料进行刻度和标定。从岩心描述的结果来看，兴隆台潜山主要发育中高角度斜交缝和网状缝，其图像特征为正弦波或余弦波以及相互切割的网状形态。统计研究区成像测井解释资料可知，裂缝集中分布在中、高角度范围，倾向为北西—南东向，走向为近东—西方向，这也与现今地应力场方向一致(图4)。

图4 兴隆台潜山部分成像测井解释裂缝倾向与走向玫瑰图Fig.4 The rose diagram of imaging logging interpretation on fracture tendency and strike in Xinglongtai buried hill

相比成像测井，常规3700测井系列资料识别裂缝效果差，根据前人的研究成果及开发经验，总结出裂缝发育段的测井响应特征为：双侧向电阻率升高，且深、浅侧向电阻率之间出现较大的幅度差，声波时差升高且呈现周波跳跃特征，补偿中子升高，补偿密度局部降低，裂缝发育较好且集中井段出现明显井径增大，甚至出现“大肚井”现象。

综合分析成果，兴隆台潜山有利储层具有以下特征：岩性为酸性侵入岩、混合花岗岩以及混合片麻岩；电阻率值为30～2 000 Ω·m，曲线形态为“高阻背景下的相对低阻”；时差值为180 μs/m以上，曲线形态呈现明显周波跳跃；中子和密度降低。如xg7-10井，该井在4 586～4 634 m井段酸性侵入岩段进行压裂试油，日产油为60 m3/d，日产气为31 245 m3/d，取得良好效果，证实油层识别准确可靠。

地震数据无法精确反应裂缝三维形态，借助地震波横向分辨率远优于纵向分辨率的特性，结合成像测井和常规测井可准确刻画有利储集体的展布。依据裂缝评价成果对地震响应特征进行聚类分析，应用地质地震统计法并综合钻、录、测多种资料预测井间有利储层展布形态。

根据弹性波理论，当纵波入射到波阻界面时会发生发射，反射波振幅与反射系数呈正比，在致密岩层内部，物性差异小，反射振幅一般很低，当岩层中发育裂缝时，由于波阻抗降低，岩石块体与裂缝体系之间波阻抗差增加，反射振幅明显增大。因此，致密岩层中振幅突然增大是存在裂缝的直观显示，如图5、6所示。地震波在传播过程中，能量频随率的增大被吸收，高频部分被吸收导致能量衰减，而地震波衰减与含油气存在一定的关系，含油气后对地震波能量产生更强烈的吸收作用，能量吸收衰减的程度更高。岩性变化会直接影响振幅属性发生变化，结合单井岩性划分成果，即可对优势岩性段的展布进行刻画，进而预测裂缝发育情况。

图5 宏观裂缝正演模型(无裂缝情况)Fig.5 The forward modeling of macroscopic fractures (without fractures)

2.3 储层分类评价

综合多种资料量化有利储层段特征，建立储层分类识别标准。兴隆台潜山储层可细分为3类。一类储层岩性为酸性侵入岩、混合花岗岩，储集空间以宏观裂缝为主，油气显示级别为油斑以上，电阻率为30～500 Ω·m，声波时差在190 μs/m以上，成像测井反映裂缝多为中高角度网状缝，均方根振幅属性阈值为15 000～22 000、形态为强振幅的连续反射，xg7-10-16、cg1、mg12等井投产效果证实一类储层日产油可达20～80 t/d，水平井甚至可达到日产百吨以上；二类储层岩性为混合片麻岩、中性侵入岩，储集空间以微裂缝、微孔隙为主，油气显示级别为油迹以上，电阻率为300～1 000 Ω·m，声波时差为183～203 μs/m，成像测井反映裂缝多为中高角度斜交缝，均方根振幅属性阈值为8 000～12 000、形态为中强振幅的较连续反射，以xg7-H231、cg3等井的投产效果分析，二类储层日产油可达15～40 t/d；三类储层岩性为片麻岩，储集空间类型为显微裂缝和微孔型，油气显示级别荧光以上，电阻率为800～2 000 Ω·m，声波时差为180～187 μs/m，发育中低角度缝，均方根振幅属性阈值为6 000以下或26 000以上、形态为弱振幅的较连续反射或空白反射，三类储层投产效果较差，日产油均低于10 t/d(表4)。基性侵入岩和角闪岩由于塑性强，对于地层形变导致的应力释放难以形成裂缝，划分为非储层，不予研究。

表4 兴隆台潜山储层分类特征统计Table 4 The statistics of classification and characteristics of reservoirs in Xinglongtai buried hill

图6 宏观裂缝正演模型(顶面裂隙间距50m)Fig.6 The forward modeling of macroscopic fractures (the top fracture spacing is 50m)

应用以上划分标准对研究区开展储层综合评价，研究表明兴隆台潜山内幕整体一、二类储层均有发育，不同部位储层发育程度有一定差异，其中一类储层以兴古潜山最为发育，陈古潜山次之，马古潜山仅局部发育，二类储层则广泛发育。各断块储层展布形态有所不同，平面上陈古潜山以逆断层为中心向南、北两侧发育，成层性较为明显，体现了岩浆主要沿先期断层向应力释放区侵入，兴古潜山储层发育受兴古7逆断层影响，整体为块状，纵向上各段均有发育，马古潜山由于埋藏较深，裂缝发育程度较差，一类储层仅在马古1块局部发育。

以储层综合评价成果为基础，相继在兴古9、马古6、兴古7-10、马古3、兴古12等区块部署各类开发井50余口，完钻投产34口，初期日产油均在30 t/d以上，最高单井日产油达85 t/d，建产能38.76×104t，阶段累产油88.18×104t。同时依据储层划分成果，优选一批老井调层，均取得较好效果，如兴古9-5井上返一类储层发育段射孔，投产初期日产油达80 t/d，目前日产油为60 t/d，阶段累产油16.00×104t。