郭子南

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

近年來，隨著成藏理論的完善以及鉆采技術水平的提高，基巖油氣藏逐漸成為油田開發(fā)熱門領域[1-3]。研究表明，除南極洲情況不明外，各大陸的基底結(jié)晶巖石中均有油氣藏發(fā)現(xiàn)，基巖油氣藏儲量約占全球已發(fā)現(xiàn)油氣儲量的15%，逐漸受到重視，其產(chǎn)量已成為全球原油產(chǎn)量的重要組成部分[4]?；鶐r油氣藏儲集空間以裂縫為主，因此，準確刻畫裂縫展布形態(tài)、厘清儲層發(fā)育主控因素是基巖油氣藏勘探開發(fā)的核心和難題[5-12]，儲層分類評價是實現(xiàn)基巖油氣藏高效開發(fā)的前提，其實質(zhì)是對裂縫發(fā)育段的半定量識別，預測優(yōu)質(zhì)儲層，指導生產(chǎn)。

目前，儲層分類評價的主要手段多以測井資料為基礎，在油、水層一次解釋的基礎上按照試油、試采資料重新界定油、水層四性關系，進而識別有效厚度并進行針對性開發(fā)。但基巖油氣藏儲層非均質(zhì)性強，影響裂縫發(fā)育的因素多，單純應用測井資料無法準確識別有利儲層。為此，此次研究以遼河油田興隆臺潛山為例，綜合應用鉆井、錄井、測井及地震等多種資料，多參數(shù)、多手段開展?jié)撋絻?nèi)幕儲層分類評價，明確裂縫三維展布形態(tài)，有利儲層預測符合率提升至85%以上，為興隆臺潛山高效建產(chǎn)提供技術保障。

1 研究區(qū)概況

興隆臺潛山構造上位于遼河坳陷西部凹陷中南部、興隆臺構造帶的北端，整體呈北東—南西向展布，被清水洼陷、盤山洼陷和陳家洼陷包圍，生烴成藏條件極為優(yōu)越[13-15]。東側(cè)以臺安-大洼斷裂為邊界，西側(cè)則為興西斷層，內(nèi)部發(fā)育多組近東西向斷層，自南向北可劃分為馬古潛山、興古潛山以及陳古潛山3個部分，整體為以興古7塊為核部向兩翼傾沒的背斜構造(圖1)。

圖1 興隆臺潛山太古界頂面構造圖Fig.1 The tectonic diagram of Archaeozoic caprock in Xinglongtai buried hill

興隆臺潛山是中生界和太古界構成的復合型潛山，下第三系沙河街組披覆于中生界之上，呈角度不整合接觸，形成披覆構造，而潛山帶屬于復合式殘留山，中生代后，構造運動趨于停止，地層近似填平，而新生界地層沉積幅度基本一致。

興隆臺潛山中生界和太古界均有油氣顯示，但其儲量主要集中在太古界地層，中生界僅在潛山兩翼地層較厚部位局部發(fā)育油層。太古界地層巖性主要為混合花崗巖、混合片麻巖、黑云母斜長片麻巖以及晚期侵入的酸性、中性和基性巖脈。儲集空間類型主要為構造裂縫、破碎粒間孔及溶解縫、溶孔等，孔隙度主要為2.0%～8.0%，平均孔隙度為4.6%，滲透率為0.06～4.00 mD，平均滲透率為4.10 mD，油品性質(zhì)為稀油。受構造、巖性組合差異影響，各斷塊油層發(fā)育有一定差異，主體興古潛山呈現(xiàn)塊狀油藏特點(圖2)，兩翼低潛山則具有一定層狀特征，具有統(tǒng)一油水界面，油水界面的深度為-4 670 m[16]。

圖2 興隆臺潛山帶地層綜合剖面(南北向)Fig.2 The comprehensive stratigraphic profile of Xinglongtai buried hill zone (in NS direction)

興隆臺潛山油藏主要特點：①地層古老，單顆粒鋯石LA-ICP-MS原位U-Pb測年結(jié)果表明，其變質(zhì)巖基底地層年代達2 388～2 586 Ma，為太古代地層，后期侵入的巖漿巖地層年代為202～229 Ma，為中生代侵入；②巖性組成多樣，依據(jù)巖石薄片鑒定結(jié)果可分為變質(zhì)巖和巖漿巖2大類7亞類25種巖石類型；③內(nèi)幕構造復雜，興隆臺潛山整體發(fā)育4條邊界斷層和15條內(nèi)部分塊斷層，其中潛山內(nèi)幕發(fā)育2組反向逆沖斷層，新老地層交疊；④含油幅度大，自-2 335～-4 670 m(統(tǒng)一油水界面)均有油氣顯示，含油幅度最大可達2 335 m。興隆臺潛山內(nèi)幕巖性變化快、儲層非均質(zhì)性極強、斷層識別與組合難度大、裂縫發(fā)育和充填情況差別大、含油井段長且埋深較大、地震資料品質(zhì)差，導致裂縫預測難度極大，而且區(qū)塊地處城區(qū)，鉆井環(huán)境受限，實現(xiàn)少井高產(chǎn)的關鍵就是準確刻畫有利儲層展布形態(tài)。因此，有必要開展儲層分類評價，識別不同類別儲層響應特征，才能針對性的指導鉆井，實現(xiàn)巨厚油藏的整體動用。

2 儲層分類評價

2.1 巖性識別與劃分

巖性的準確識別與劃分是儲層精細評價的必要前提[17-18]，變質(zhì)巖潛山油藏大多巖性組成復雜，不同巖性發(fā)育裂縫的能力各不相同，甚至同種巖性在不同構造位置發(fā)育裂縫的能力亦有不同。因此，建立準確而精細的巖性模型是開展?jié)撋絻?nèi)幕儲層精細表征的基礎。以鉆井取心資料為基礎，統(tǒng)計興隆臺太古界潛山巖石的主要造巖礦物為堿性長石、斜長石、石英、黑云母、角閃石等。開展巖心刻度測井，將巖性鑒定結(jié)果與測井電性資料有機結(jié)合，總結(jié)各類巖性的測井響應特征，由于礦物的組成元素不同，因而各自的電性響應也不相同，基于此原理，選擇測井資料中對元素組成敏感的密度、中子、自然伽馬和光電截面指數(shù)來進行巖性判別。

由于暗色礦物如黑云母、橄欖石等巖石中鎂、鐵、鈣等離子較多，對應的巖石密度較高，而受結(jié)構水影響，普遍具有羥基，因此，對氫離子濃度敏感的補償中子曲線值亦較高；淺色礦物的陽離子主要為鉀、鈉離子，密度值較低，普遍不含氫離子，補償中子值較低；自然伽瑪與鈾、釷、鉀等放射性元素有關，對于含鉀離子的礦物如正長石、微斜長石、黑云母等，其自然伽馬值較高。綜上所述，興隆臺潛山巖石中淺色礦物的主要電性表現(xiàn)是“兩低一高”，即相對低巖石密度、低補償中子、高自然伽馬的特征；而暗色礦物的主要表現(xiàn)為“兩高一低”，即相對高密度、高中子、低自然伽馬特征，但暗色礦物中的黑云母由于鉀離子含量較高，而表現(xiàn)出自然伽馬高值的特點。

在各礦物對應的電性特征值分析清楚后，即可根據(jù)不同的礦物組成來判斷對應巖性所表現(xiàn)的測井曲線形態(tài)。如黑云母斜長片麻巖的石英含量為10%～25%、斜長石含量為40%～70%、黑云母含量為10%～30%，表現(xiàn)為高密度、高中子、中低伽馬特征，補償密度測井響應值為2.7～2.9 g/cm3、補償中子測井響應值為6%～12%、自然伽馬測井響應值大于50 API(表1)。

表1 興隆臺潛山太古界巖性測井定量識別劃分標準Table 1 The quantitative identification and classification standard of Archaeozoic lithology logging in Xinglongtai buried hill

利用巖心分析結(jié)果計算各種巖性的巖石骨架理論測井值，結(jié)合測井曲線的組合形態(tài)，即可對礦物組成相近的巖石類型進行分類識別。利用該方法將興隆臺潛山巖石薄片鑒定的25種巖石類型轉(zhuǎn)化為測井可識別的7類巖石類型，即變質(zhì)巖中的混合花崗巖類、混合片麻巖類、片麻巖類、角閃巖類，巖漿巖中的酸性巖漿巖類、中性巖漿巖類、基性巖漿巖類。各類巖性特征見表2、圖3。

圖3 興隆臺潛山巖性劃分示意圖Fig.3 The schematic diagram of lithologic division of Xinglongtai buried hill

表2 興隆臺潛山測井巖性分類及典型的響應特征Table 2 The lithological classification and typical response characteristics of logging in Xinglongtai buried hill

在完成巖性識別與劃分后，通過巖石力學實驗，明確巖性與儲層的配置關系，建立優(yōu)勢巖性序列，對后續(xù)的儲層綜合評價至關重要。表3為不同巖性的巖石力學實驗結(jié)果，由表3可以看出，混合花崗巖和斜長淺粒巖的單軸抗壓強度超過100.0 MPa，斜長淺粒巖的抗拉強度達到9.0 MPa，角閃質(zhì)巖類的泊松比較高，混合花崗巖的彈性模量值最高(表3)。

表3 興隆臺潛山不同巖石力學參數(shù)統(tǒng)計Table 3 The statistics of different rock mechanics parameters of Xinglongtai buried hill

隨著暗色礦物含量的增加，巖石的塑性變強，脆性減弱，同等條件下發(fā)育裂縫的能力降低。根據(jù)不同巖性的礦物組成和巖石力學實驗結(jié)果，潛山內(nèi)幕的優(yōu)勢巖性序列由高到低依次為：酸性侵入巖、混合花崗巖、混合片麻巖與中性侵入巖、片麻巖、基性侵入巖、角閃巖；以裂縫發(fā)育能力來衡量，酸性侵入巖最好，混合花崗巖次之，基性侵入巖和角閃巖最差。

2.2 裂縫識別技術

在儲層評價過程中，可利用巖心描述、成像測井、常規(guī)測井和地震資料4種手段描述裂縫發(fā)育特征，巖心描述和成像測井可對裂縫表征的各項參數(shù)進行定量描述，常規(guī)測井和地震資料需要其他數(shù)據(jù)的輔助才能進行定性刻畫。巖心的宏觀參數(shù)表征是基礎，通過精細的巖心描述可以準確得知每條裂縫的傾角、走向、開度、密度、間距、切深、形態(tài)和充填情況，這些表征裂縫的關鍵參數(shù)不僅可用于裂縫預測和建模，也對研究裂縫的導流能力、巖石力學參數(shù)的定量測定發(fā)揮關鍵作用，同時以巖心刻度成像測井，也可幫助成像測井解釋建立FMI圖像識別裂縫標準。

井壁微電阻率圖像會受到鉆井、施工等諸多因素的影響，因而要通過巖心、錄井等資料進行刻度和標定。從巖心描述的結(jié)果來看，興隆臺潛山主要發(fā)育中高角度斜交縫和網(wǎng)狀縫，其圖像特征為正弦波或余弦波以及相互切割的網(wǎng)狀形態(tài)。統(tǒng)計研究區(qū)成像測井解釋資料可知，裂縫集中分布在中、高角度范圍，傾向為北西—南東向，走向為近東—西方向，這也與現(xiàn)今地應力場方向一致(圖4)。

圖4 興隆臺潛山部分成像測井解釋裂縫傾向與走向玫瑰圖Fig.4 The rose diagram of imaging logging interpretation on fracture tendency and strike in Xinglongtai buried hill

相比成像測井，常規(guī)3700測井系列資料識別裂縫效果差，根據(jù)前人的研究成果及開發(fā)經(jīng)驗，總結(jié)出裂縫發(fā)育段的測井響應特征為：雙側(cè)向電阻率升高，且深、淺側(cè)向電阻率之間出現(xiàn)較大的幅度差，聲波時差升高且呈現(xiàn)周波跳躍特征，補償中子升高，補償密度局部降低，裂縫發(fā)育較好且集中井段出現(xiàn)明顯井徑增大，甚至出現(xiàn)“大肚井”現(xiàn)象。

綜合分析成果，興隆臺潛山有利儲層具有以下特征：巖性為酸性侵入巖、混合花崗巖以及混合片麻巖；電阻率值為30～2 000 Ω·m，曲線形態(tài)為“高阻背景下的相對低阻”；時差值為180 μs/m以上，曲線形態(tài)呈現(xiàn)明顯周波跳躍；中子和密度降低。如xg7-10井，該井在4 586～4 634 m井段酸性侵入巖段進行壓裂試油，日產(chǎn)油為60 m3/d，日產(chǎn)氣為31 245 m3/d，取得良好效果，證實油層識別準確可靠。

地震數(shù)據(jù)無法精確反應裂縫三維形態(tài)，借助地震波橫向分辨率遠優(yōu)于縱向分辨率的特性，結(jié)合成像測井和常規(guī)測井可準確刻畫有利儲集體的展布。依據(jù)裂縫評價成果對地震響應特征進行聚類分析，應用地質(zhì)地震統(tǒng)計法并綜合鉆、錄、測多種資料預測井間有利儲層展布形態(tài)。

根據(jù)彈性波理論，當縱波入射到波阻界面時會發(fā)生發(fā)射，反射波振幅與反射系數(shù)呈正比，在致密巖層內(nèi)部，物性差異小，反射振幅一般很低，當巖層中發(fā)育裂縫時，由于波阻抗降低，巖石塊體與裂縫體系之間波阻抗差增加，反射振幅明顯增大。因此，致密巖層中振幅突然增大是存在裂縫的直觀顯示，如圖5、6所示。地震波在傳播過程中，能量頻隨率的增大被吸收，高頻部分被吸收導致能量衰減，而地震波衰減與含油氣存在一定的關系，含油氣后對地震波能量產(chǎn)生更強烈的吸收作用，能量吸收衰減的程度更高。巖性變化會直接影響振幅屬性發(fā)生變化，結(jié)合單井巖性劃分成果，即可對優(yōu)勢巖性段的展布進行刻畫，進而預測裂縫發(fā)育情況。

圖5 宏觀裂縫正演模型(無裂縫情況)Fig.5 The forward modeling of macroscopic fractures (without fractures)

2.3 儲層分類評價

綜合多種資料量化有利儲層段特征，建立儲層分類識別標準。興隆臺潛山儲層可細分為3類。一類儲層巖性為酸性侵入巖、混合花崗巖，儲集空間以宏觀裂縫為主，油氣顯示級別為油斑以上，電阻率為30～500 Ω·m，聲波時差在190 μs/m以上，成像測井反映裂縫多為中高角度網(wǎng)狀縫，均方根振幅屬性閾值為15 000～22 000、形態(tài)為強振幅的連續(xù)反射，xg7-10-16、cg1、mg12等井投產(chǎn)效果證實一類儲層日產(chǎn)油可達20～80 t/d，水平井甚至可達到日產(chǎn)百噸以上；二類儲層巖性為混合片麻巖、中性侵入巖，儲集空間以微裂縫、微孔隙為主，油氣顯示級別為油跡以上，電阻率為300～1 000 Ω·m，聲波時差為183～203 μs/m，成像測井反映裂縫多為中高角度斜交縫，均方根振幅屬性閾值為8 000～12 000、形態(tài)為中強振幅的較連續(xù)反射，以xg7-H231、cg3等井的投產(chǎn)效果分析，二類儲層日產(chǎn)油可達15～40 t/d；三類儲層巖性為片麻巖，儲集空間類型為顯微裂縫和微孔型，油氣顯示級別熒光以上，電阻率為800～2 000 Ω·m，聲波時差為180～187 μs/m，發(fā)育中低角度縫，均方根振幅屬性閾值為6 000以下或26 000以上、形態(tài)為弱振幅的較連續(xù)反射或空白反射，三類儲層投產(chǎn)效果較差，日產(chǎn)油均低于10 t/d(表4)。基性侵入巖和角閃巖由于塑性強，對于地層形變導致的應力釋放難以形成裂縫，劃分為非儲層，不予研究。

表4 興隆臺潛山儲層分類特征統(tǒng)計Table 4 The statistics of classification and characteristics of reservoirs in Xinglongtai buried hill

圖6 宏觀裂縫正演模型(頂面裂隙間距50m)Fig.6 The forward modeling of macroscopic fractures (the top fracture spacing is 50m)

應用以上劃分標準對研究區(qū)開展儲層綜合評價，研究表明興隆臺潛山內(nèi)幕整體一、二類儲層均有發(fā)育，不同部位儲層發(fā)育程度有一定差異，其中一類儲層以興古潛山最為發(fā)育，陳古潛山次之，馬古潛山僅局部發(fā)育，二類儲層則廣泛發(fā)育。各斷塊儲層展布形態(tài)有所不同，平面上陳古潛山以逆斷層為中心向南、北兩側(cè)發(fā)育，成層性較為明顯，體現(xiàn)了巖漿主要沿先期斷層向應力釋放區(qū)侵入，興古潛山儲層發(fā)育受興古7逆斷層影響，整體為塊狀，縱向上各段均有發(fā)育，馬古潛山由于埋藏較深，裂縫發(fā)育程度較差，一類儲層僅在馬古1塊局部發(fā)育。

以儲層綜合評價成果為基礎，相繼在興古9、馬古6、興古7-10、馬古3、興古12等區(qū)塊部署各類開發(fā)井50余口，完鉆投產(chǎn)34口，初期日產(chǎn)油均在30 t/d以上，最高單井日產(chǎn)油達85 t/d，建產(chǎn)能38.76×104t，階段累產(chǎn)油88.18×104t。同時依據(jù)儲層劃分成果，優(yōu)選一批老井調(diào)層，均取得較好效果，如興古9-5井上返一類儲層發(fā)育段射孔，投產(chǎn)初期日產(chǎn)油達80 t/d，目前日產(chǎn)油為60 t/d，階段累產(chǎn)油16.00×104t。

3 結(jié) 論

(1)利用巖心分析結(jié)果計算各種巖性的巖石骨架理論測井值，結(jié)合測井曲線的組合形態(tài)，進行巖石類型的識別，將興隆臺潛山巖石薄片鑒定的25種巖石類型轉(zhuǎn)化為測井可識別的7類巖石類型，即變質(zhì)巖中的混合花崗巖類、混合片麻巖類、片麻巖類、角閃巖類，巖漿巖中的酸性巖漿巖類、中性巖漿巖類、基性巖漿巖類。

(2)根據(jù)儲層分類評價標準，興隆臺潛山儲層可劃分為3類：一類儲層優(yōu)勢巖性為酸性侵入巖、混合花崗巖，具有良好的油氣儲集性能；二類儲層巖性為混合片麻巖、中性侵入巖，儲集性能稍差；三類儲層巖性為片麻巖，儲集性能最差?；郧秩霂r和角閃巖由于塑性強，對于地層形變導致的應力釋放難以形成裂縫，劃分為非儲層。

(3)以儲層分類評價為基礎，識別刻畫有利儲層展布特征為潛山高效開發(fā)奠定堅實基礎，同時指導后續(xù)開發(fā)方式轉(zhuǎn)換調(diào)整，有力支撐興隆臺潛山帶持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。