張大智 初麗蘭 李 鑫 王曉蓮

（ 中國石油大慶油田公司勘探開發(fā)研究院 ）

0 引言

致密氣是非常規(guī)天然氣勘探的重要領(lǐng)域，美國圣胡安、加拿大阿爾伯達等盆地致密氣勘探開發(fā)已取得較好成效[1-6]。中國致密氣勘探領(lǐng)域分布廣泛，“十三五”以來隨著工程改造技術(shù)的不斷進步，鄂爾多斯盆地蘇里格氣田、神府氣田等致密氣田，以及四川盆地須家河組、沙溪廟組與塔里木盆地阿合組等致密氣勘探領(lǐng)域也已取得較大進展，并提交規(guī)模儲量[7-15]。當(dāng)前國內(nèi)外研究多關(guān)注前陸盆地、坳陷盆地及克拉通盆地[1]，斷陷盆地關(guān)注較少，由于斷陷盆地一般具有物源較近、相變較快的特點，甜點發(fā)育控制因素更為復(fù)雜[16-18]。下白堊統(tǒng)沙河子組是徐家圍子斷陷的主要烴源巖層，巖性以黑色、灰色泥巖為主，與灰色細砂巖、砂礫巖互層發(fā)育[19-21]，具有自生自儲的致密氣成藏特點?！笆濉币詠?，大慶油田深層天然氣突出致密氣勘探，創(chuàng)新了斷陷盆地致密儲層先分類、后分型的甜點評價方法，明確了甜點體分布，為徐家圍子斷陷致密氣勘探不斷拓展提供了技術(shù)支撐，累計指導(dǎo)部署探井22口，獲工業(yè)氣流井15口，已提交探明儲量189×108m3。

1 沙河子組地質(zhì)特征

1.1 物源近，砂礫巖成分、結(jié)構(gòu)成熟度低

沙河子組沉積時處于徐家圍子斷陷強烈活動期，構(gòu)造活動較強[20]。受徐西控陷斷裂影響的東西短軸方向較窄，物源較近，砂礫巖快速堆積，分選、磨圓較差，礫石主要為基質(zhì)支撐，見棱角狀。砂巖類型主要為長石巖屑砂巖，其他類型較少，表明該時期沉降速度快、水動力強、物源較近。砂礫巖、砂巖母巖成分主要為兩類，一是來自其下伏火石嶺組凝灰?guī)r、流紋巖等火山巖成分，二是火石嶺組火山噴發(fā)間隙沉積的砂礫巖、砂巖。

1.2 相變快，巖性變化頻繁、氣層斷續(xù)分布

徐家圍子斷陷西側(cè)坡度較陡，東側(cè)坡度較緩，整體為西斷東超的斷陷結(jié)構(gòu)[19]。斷陷主要為粗碎屑三角洲沉積，西側(cè)為扇三角洲，東側(cè)為辮狀河三角洲，扇體呈裙帶狀疊置分布[21]。斷陷東西短軸方向上沉積相類型變化快，巖性變化頻繁，橫向非均質(zhì)性較強。同時，受砂礫巖分選、磨圓及支撐特征影響，同一相帶儲層具有不同的巖相特征，使得氣層橫向連續(xù)性變差，總體呈斷續(xù)分布。

1.3 單層薄，縱向氣層分布不集中

沙河子組氣層單層厚度相對較薄，一般為5～20m，單層平均厚度為10.3m，不同氣層之間存在泥巖隔夾層，縱向分布較分散。在物源相對穩(wěn)定的厚層砂礫巖儲層發(fā)育區(qū)，可發(fā)育多期河道的垂向連續(xù)疊置或間隔疊加，形成一個相對穩(wěn)定的氣層集中發(fā)育區(qū)。

2 致密砂礫巖儲層甜點綜合評價

2.1 儲層宏觀特征

2.1.1 儲層巖性特征

巖心、薄片、X-射線衍射資料等綜合分析表明，沙河子組發(fā)育含礫砂巖、礫質(zhì)砂巖、含砂礫巖、砂質(zhì)礫巖、純砂巖、純礫巖等巖石類型，含礫砂巖、砂質(zhì)礫巖含量較高。礫巖發(fā)育砂基顆粒支撐型和砂泥雜基支撐型兩種類型，成分成熟度、結(jié)構(gòu)成熟度總體較低，主要為中酸性噴發(fā)巖，分別來自沙河子組下伏地層火石嶺組火山巖、早期沉積的碎屑巖。礫石顆粒之間填隙物以泥質(zhì)為主，黏土礦物主要是伊/蒙混層、伊利石。砂礫巖中巖漿巖巖屑含量最高，平均為46.24%，鉀長石、石英含量較高，平均分別為21.5%、17.56%，斜長石、沉積巖巖屑、變質(zhì)巖巖屑等含量總體較低（圖1左）。砂巖中長石巖屑砂巖占絕大多數(shù)，少量為巖屑長石砂巖（圖1右）。

圖1 徐家圍子斷陷沙河子組砂礫巖巖石成分（左）及砂巖巖石類型（右）組成圖Fig.1 Rock composition of glutenite (left) and rock type ternary chart of sandstone (right) of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

2.1.2 儲層物性特征

沙河子組儲層孔隙度為0.3%～10.9%，多集中在0.3%～6%之間；滲透率為0.001～10mD，多集中在0.01～0.1mD之間，主要為致密儲層。含礫砂巖、礫質(zhì)砂巖、含砂礫巖物性相對較好，純砂巖及純礫巖物性相對較差。鏡下觀察表明，沙河子組發(fā)育3種儲集空間類型[22]：原生孔、次生溶蝕孔、微裂隙（圖2），其中，原生晶間孔、粒間孔、微裂隙等規(guī)模較小，局部發(fā)育；粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？椎却紊芪g孔較常見。鏡下常見微裂隙與粒間溶孔、粒間孔與粒內(nèi)溶孔等不同類型組合而成的復(fù)合孔隙結(jié)構(gòu)。

圖2 徐家圍子斷陷沙河子組儲集空間類型Fig.2 Reservoir space type of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

2.2 儲層上、下限確定

2.2.1 儲層下限

2.2.1.1 束縛水膜厚度法評價理論下限

儲層水在巖石顆粒表面可以形成水膜，在降低孔喉半徑的同時，對地層流體的滲流有較大影響[22]。當(dāng)孔喉半徑大于水膜厚度時，油氣可以在孔隙間運移。一般認為水膜厚度代表了臨界孔喉半徑的下限值[17]。采用此種方法對沙河子組24塊樣品進行分析，結(jié)果表明：地層壓力為34～47MPa，潤濕角為50°，氣水表面張力為0.02～0.028Pa，水膜厚度介于4.31～5.53nm、平均為4.67nm，即沙河子組致密儲層臨界孔喉半徑下限約為5nm。

2.2.1.2 最小流動孔喉法評價流動下限

油氣一般儲存于巖石孔隙中，而其是否能夠流出受孔喉半徑大小影響[22]。一般可以根據(jù)壓汞資料確定油氣能夠流出的最小孔喉半徑，結(jié)合孔滲關(guān)系分析可知儲層對應(yīng)的孔隙度、滲透率下限。最小孔喉法計算得到的徐家圍子斷陷沙河子組最小流動孔喉半徑為6.69～56.38nm，平均孔喉半徑為20nm，即儲層流動孔喉半徑下限為20nm，只有當(dāng)儲層孔喉半徑大于20nm時，天然氣才能有效滲流并運移出儲層。

2.2.2 儲層上限

天然氣能否向上運移主要受孔喉半徑影響，一般將天然氣不能向上運移時的孔喉半徑稱為臨界孔喉半徑，即為致密儲層上限[23]。利用恒速壓汞可以定量分析孔喉半徑、孔喉比等特征，分析測試數(shù)據(jù)表明，沙河子組孔喉比一般為50～250，平均為154。沙河子組致密儲層埋藏深度一般為2800～4000m，平均為3500m左右，氣水表面張力大約為0.03Pa，氣水密度差約為1000kg/m3。利用關(guān)鍵參數(shù)分別計算0.1°～90°等不同地層傾角下的臨界孔喉半徑，建立沙河子組致密儲層天然氣聚集物性臨界圖版（圖3）。沙河子組地層傾角一般為5°～20°，簡化取平均值12.5°進行分析。當(dāng)?shù)貙觾A角為12.5°時，臨界孔喉半徑為0.4μm，隨地層傾角增加，沙河子組致密儲層的臨界孔喉半徑逐漸減小。因此，推算沙河子組致密儲層成儲孔喉半徑上限為0.4μm。

圖3 徐家圍子斷陷沙河子組致密儲層天然氣聚集臨界圖版Fig.3 Critical condition for natural gas accumulation in tight reservoir of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

2.3 儲層分級評價

從沙河子組儲層樣品核磁共振與高壓壓汞兩個方面開展儲層甜點分級評價，一是利用核磁共振分析致密儲層的孔喉結(jié)構(gòu)與可動性關(guān)系，指導(dǎo)儲層分級；二是利用高壓壓汞資料確定儲層分級的物性界限。

沙河子組致密儲層樣品核磁共振分析表明，致密儲層孔喉半徑分布范圍為2nm～100μm，整體分布表現(xiàn)為雙峰狀，峰值分別集中在10～300nm、1～20μm，前者孔隙度分量明顯高于后者。總體上，孔喉半徑大于1μm的孔喉所占比例小于20%，孔喉半徑幾何均值多集中于50～150nm，揭示沙河子組致密儲層以納米級孔喉為主（圖4）。

圖4 徐家圍子斷陷沙河子組致密儲層孔喉半徑分布圖Fig.4 Distribution of pore throat radius in tight reservoir of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

對于致密儲層，控制巖石可動性的關(guān)鍵因素是整個孔喉系統(tǒng)中不同孔徑的孔隙度分量。當(dāng)平均孔喉半徑大于20nm時，沙河子組致密儲層流體可動性才有明顯改善。利用核磁共振分析統(tǒng)計出平均半徑大于20nm孔喉所占總孔喉的比例，建立其與儲層可動流體飽和度之間的關(guān)系（圖5）。圖5中三類儲層為無效儲層，指孔喉半徑小于儲層孔喉流動下限的儲層，這類儲層的最大連通孔喉半徑較小，流體可動性極差，可動流體飽和度不隨半徑大于20nm的孔喉占比而變化。其他儲層樣品的可動流體飽和度整體隨大于20nm孔喉占比的增加而增大，但存在著明顯變化的拐點，當(dāng)占比小于75%時，可動流體增速較緩，可動流體飽和度基本在25%之下；當(dāng)占比高于75%時，可動流體飽和度急劇增加，可動飽和度最高可達60%。整體而言，沙河子組致密儲層可動流體飽和度增速的變化主要受連通孔喉半徑的影響，隨可流動孔喉占比增加，儲層孔喉結(jié)構(gòu)明顯變好，連通孔喉半徑增大。

圖5 徐家圍子斷陷沙河子組致密儲層可動流體飽和度與半徑大于20nm孔喉關(guān)系圖Fig.5 Relationship between movable fluid saturation and pore throat with radius of greater than 20 nm in tight reservoir of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

基于高壓壓汞方法對致密儲層微米—納米孔喉進行分級評價，明確其微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征，建立儲層評價標準。沙河子組致密儲層樣品高壓壓汞實驗分析顯示，毛細管壓力曲線出現(xiàn)3個拐點，曲線形態(tài)表現(xiàn)為3種不同類型，分別對應(yīng)一類儲層、二類儲層、三類儲層。一類儲層在毛細管壓力較小時，汞開始迅速充注，在1.47MPa附近出現(xiàn)轉(zhuǎn)折（圖6a），其孔喉半徑一般大于0.01μm，主要分布于0.1～1μm之間（圖7a）。二類儲層汞開始迅速充注拐點出現(xiàn)在14.7MPa附近（圖6b），其孔喉半徑主要分布于0.01～0.1μm之間（圖7b）。三類儲層汞開始迅速充注拐點出現(xiàn)在58.8MPa附近（圖6c），其孔喉半徑一般小于0.1μm，主要分布于0.005～0.02μm之間（圖7c）。由一類儲層至三類儲層，孔喉半徑峰值逐漸降低，主峰分布逐漸變窄。

圖6 徐家圍子斷陷沙河子組致密儲層壓汞曲線圖Fig.6 Mercury injection curve of tight reservoir in Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

圖7 徐家圍子斷陷沙河子組不同類型儲層孔喉半徑分布圖Fig.7 Distribution of pore throat radius of different types in tight reservoirs of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

不同儲層之間有明顯的區(qū)分界線，其中一類儲層最好，平均孔喉半徑介于0.06～0.4μm，滲透率介于0.02～0.24mD；二類儲層中等，平均孔喉半徑介于0.02～0.06μm，滲透率介于0.005～0.02mD；三類儲層較差，平均孔喉半徑小于0.02μm，滲透率小于0.005mD（圖8a）。通過劃定的滲透率界線，結(jié)合孔隙度和滲透率圖版厘定出孔隙度界線。由于孔隙度受沉積物粒徑影響較大，需要通過區(qū)分巖性才能更好反映儲層特征，從而給出孔隙度界線。綜合分析，建立沙河子組致密砂巖、砂礫巖儲層物性劃分標準。其中砂巖類一類儲層孔隙度大于7.3%，二類儲層孔隙度介于4.8%～7.3%；砂礫巖類一類儲層孔隙度大于5.2%，二類儲層孔隙度2.7%～5.2%（圖8b）。砂巖類、砂礫巖類三類儲層孔隙度分別小于4.8%、2.7%，在目前技術(shù)手段下，屬于無效儲層。

圖8 徐家圍子斷陷沙河子組儲層分類圖版Fig.8 Classification chart in reservoir of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

2.4 儲層分型評價

整體上，從一類儲層到二類儲層，溶孔變小，儲層逐漸被膠結(jié)或顆粒逐漸變細，孔喉半徑峰值逐漸變小，裂縫變少，連通性變差。一類儲層中，沉積微相多為（水下）分流河道，孔隙度平均大于6%；二類儲層中，沉積微相多為分流河道間，孔隙度平均在4%左右。

單井日產(chǎn)量與各個影響因子交會圖分析可知，儲層累計厚度與單井日產(chǎn)量呈正相關(guān)，相關(guān)性中等，說明儲層規(guī)模對產(chǎn)能有一定影響（圖9a）。儲層測井孔隙度與單井日產(chǎn)量相關(guān)性較弱，表明當(dāng)孔隙度大于3%時，孔隙度大小與產(chǎn)量無關(guān)（圖9b）。泥質(zhì)含量與單井日產(chǎn)量呈負相關(guān)，相關(guān)性較弱，表明隨泥質(zhì)含量增加產(chǎn)量降低（圖9c）。致密儲層的有效滲透率基本小于1mD，無法用常規(guī)測井方法計算，因此單井試氣儲層滲透率采用該層段巖心滲透率，總體上巖心滲透率與產(chǎn)量相關(guān)性較弱，表明原始地層滲透性優(yōu)劣對致密儲層產(chǎn)能影響并不明顯（圖9d）。利用錄井歸檔的氣測曲線，讀取試氣單層的氣測值，加權(quán)平均定義單井氣測均值，分析表明氣測與單井日產(chǎn)量相關(guān)性較弱，當(dāng)氣測均值大于2.5%時，氣測大小不是決定產(chǎn)量的關(guān)鍵性因素（圖9e）。對于致密低滲透儲層，通常超壓區(qū)產(chǎn)量較高，通過交會圖可知，壓力系數(shù)與產(chǎn)量呈正相關(guān)（圖9f）。在產(chǎn)能影響因素分析基礎(chǔ)上，綜合分析各因素與產(chǎn)量關(guān)系，可知測井孔隙度乘以儲層厚度再除以泥質(zhì)含量，所獲得的數(shù)值與單井日產(chǎn)量正相關(guān)關(guān)系較強，表明單井產(chǎn)量受孔隙度、儲層厚度、泥質(zhì)含量等因素綜合影響（圖9g）。

圖9 徐家圍子斷陷沙河子組產(chǎn)能影響因子與單井日產(chǎn)量交會圖Fig.9 Cross plot of productivity influencing factors and daily production of single well of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

為了準確分析儲層類型與產(chǎn)能關(guān)系，需要進一步計算試氣層段單位產(chǎn)量。目前沙河子組已試氣層段巖性主要為砂礫巖類，如前文所述，對于砂礫巖而言，孔隙度小于2.7%為三類儲層，孔隙度介于2.7%～5.2%為二類儲層，孔隙度大于5.2%為一類儲層。將計算結(jié)果與產(chǎn)能影響因素交會分析可知（圖10）：當(dāng)孔隙度小于2.7%時，隨孔隙度增大，折算單位產(chǎn)量增加，但當(dāng)孔隙度大于或等于2.7%時，折算單位產(chǎn)量在孔隙度為3%～6%時存在高峰期。無論是哪種類型儲層，折算單位產(chǎn)量均隨泥質(zhì)含量的增加而下降，但當(dāng)泥質(zhì)含量大于20%后，下降速率變緩。試氣單層厚度與折算單位產(chǎn)量呈正相關(guān)，當(dāng)單層厚度大于15m時，相關(guān)性變?nèi)酢?類儲層的測井孔隙度乘以單層厚度再除以泥質(zhì)含量的值與折算單位產(chǎn)量正相關(guān)較強，當(dāng)值介于0～4時，產(chǎn)量增幅較大，大于4后，增幅變小。

圖10 徐家圍子斷陷沙河子組儲層類型與折算單位產(chǎn)量交會圖Fig.10 Cross plot of reservoir type and equivalent production per unit of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

沙河子組試氣產(chǎn)量與儲層厚度之間密切的關(guān)系表明，厚儲層、薄儲層均有可能獲得較高產(chǎn)量，因此，將砂礫巖儲層按照單層或組合厚度劃分為3類6亞類（圖11）?；有蛢涌紫抖群秃瑲庑院糜诤駥有?、薄層型，不同類型儲層物性與含氣性呈明顯正相關(guān)，物性越好，含氣飽和度越高，互層型、薄層型相關(guān)性更好，厚層型略差。

圖11 徐家圍子斷陷沙河子組砂礫巖組合類型劃分圖版Fig.11 Classification chart of combination type in glutenite reservoir of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

3 勘探成效

依據(jù)烴源巖分布、構(gòu)造位置、已有勘探效果等基礎(chǔ)條件，綜合砂礫巖厚度、砂地比、沉積體系展布等要素，明確了徐家圍子斷陷沙河子組不同類型砂礫巖甜點體的平面分布。厚層型砂礫巖累計厚度大于50m，砂地比大于70%，主要為扇三角洲平原分流河道或扇三角洲前緣水下分流河道?；有蜕暗[巖累計厚度為20～50m，砂地比為30%～70%，主要為（扇）辮狀河三角洲前緣水下分流河道+分流河道間或水下分流河道+席狀砂+河口沙壩。薄層型砂礫巖單層厚度小于5m，累計厚度小于20m，砂地比小于30%，主要為辮狀河三角洲平原河漫灘、湖泊相席狀砂。

將全區(qū)砂礫巖類型、儲層厚度，結(jié)合儲層物性分布疊合分析，明確四級層序下4類儲層甜點分布，其中，厚層型多發(fā)育二類甜點體，互層型一類、二類甜點體均發(fā)育。整體上，全區(qū)共識別230個甜點體，劃分為31個甜點區(qū)，以互層型二類為主，不同甜點區(qū)錯疊連片分布，奠定了沙河子組致密氣連續(xù)、準連續(xù)分布基礎(chǔ)（圖12）。斷陷北部安達地區(qū)一類甜點更發(fā)育，是首選有利區(qū)帶；該地區(qū)扇三角洲前緣水下分流河道微相、席狀砂微相、河口沙壩微相孔隙度和含氣性更好，甜點體更發(fā)育。在SS9H井區(qū)已提交探明儲量189×108m3，三級儲量近千億立方米，展示了沙河子組致密氣巨大的勘探潛力。

圖12 徐家圍子斷陷沙河子組生氣強度與甜點分布疊合圖Fig.12 Superimposed map of gas generation intensity and sweet spot distribution of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

4結(jié)論

本文提出了一種斷陷盆地致密砂礫巖儲層先分類、后分型的甜點評價方法，劃分了徐家圍子斷陷沙河子組甜點區(qū)、甜點段，在徐家圍子斷陷深層致密氣勘探中取得良好生產(chǎn)效果。

（1）徐家圍子斷陷沙河子組具有物源近、成熟度低、相變快的特點，儲層致密，基于微觀孔隙結(jié)構(gòu)分析，將沙河子組致密儲層劃分為3種類型，由一類儲層至三類儲層，平均孔喉半徑逐漸減小，滲透率逐漸降低。由于沙河子組儲層孔隙度與沉積物粒徑關(guān)系較大，按照砂巖、砂礫巖等不同巖性建立了儲層物性劃分標準。

（2）沙河子組已有試氣成果表明，厚度較大、物性較差的含氣層位，以及厚度較小、物性較好的含氣層位，均可以獲得工業(yè)氣流。

（3）目前沙河子組試氣層位巖性多為砂礫巖，純砂巖還未進行針對性試氣。同時松遼盆地深層致密氣勘探還處于起步階段，鉆井、試氣層位均較少，甜點評價方法還需要在以后的工作中進一步完善。