砂礫巖儲層研究現狀

昝 靈 (油氣資源與探測國家重點實驗室(中國石油大學),北京102249)

王順華 (中石化勝利油田分公司石油開發中心,山東東營257000)

張枝煥,張立生,邢 輝 (油氣資源與探測國家重點實驗室 (中國石油大學),北京102249)

目前陸相斷陷盆地在我國油氣組成中仍然占著很重要的地位,隨著勘探程度的不斷提高,以往容易發現的中淺層背斜、潛山油氣藏越來越少,我國東部油氣勘探進入隱蔽油氣藏勘探時代[1]。在全球范圍內,構造油氣藏、復合油氣藏和隱蔽油氣藏的儲量比例分別為35%、30%和35%[2],隱蔽油氣藏占有重要的地位。對渤海灣盆地按油氣藏類型統計表明,除構造以外的非構造油氣藏探明儲量總計約達31×108t,占總探明儲量的近40%,其中砂礫巖體油藏探明約6×108t,占7.63%[3]。砂礫巖油氣藏作為隱蔽油氣藏的一員,盡管所占比例較小,但在我國廣泛分布,如大慶油田徐家圍子地區[4-6]、遼河油田西部凹陷[7]、華北油田廊固凹陷[8-9]、大港油田灘海地區[10]、勝利油田的東營凹陷[11-12]、車鎮凹陷[13]和沾化凹陷[14]等地區均有分布。

砂礫巖體主要發育于斷陷陡坡帶,其形成的沉積過程和構造背景決定了砂礫巖體油氣藏的特殊性。砂礫巖具有近源、快速堆積的特征,由多期扇體疊置而成,縱向上沉積厚度變化大,巖相變化快,巖石結構成熟度和成分成熟度都很低,儲層非均質性極強,缺乏正常碎屑巖沉積的泥巖夾層,給后期油藏開發時的砂層組對比造成很大困難。同時其巖性組成復雜,對其油氣水層和識別和孔隙度、滲透率的準確測井解釋也存在較大困難。隨著高分辨的三維地震、成像測井和核磁共振測井技術的應用,國內對砂礫巖體成因、形成背景及砂礫巖儲層預測等方面取得許多研究成果,筆者對此進行了系統總結。

1 砂礫巖成因及形成背景

圖1 陡坡帶砂礫巖扇體發育模式

在斷陷湖盆發展的不同歷史時期和不同位置,由于古構造特征、湖平面升降變化及古氣候等條件的不同,砂礫巖體的沉積類型、形態、展布規模、巖性和物性會有所不同,受上述因素的控制,在陡坡帶不同部位分別發育了不同成因類型的砂礫巖體,主要包括沖積扇、近岸水下扇、扇三角洲、陡坡帶深水濁積扇和近岸砂體前緣滑塌濁積扇 (見表1和圖1)[15-16],各種成因的砂礫巖體的巖性組合、沉積構造、測井相和地震相特征均有較大差異。王秉海等[17]根據斷裂對砂體控制作用將濟陽坳陷的控砂模式分為板式、鏟式、馬尾式、座墩式和階梯式 (見圖2)。張善文等[18]在研究濟陽坳陷的陡岸沉積特征的基礎上,提出了斷蝕陡岸沉積模式、間歇陡岸沉積模式和持續陡岸沉積模式3種主要類型。鮮本忠等[19]根據盆地邊界斷層及相鄰次級斷層的剖面形態、平面展布和應變機制方面的差異性,將車鎮凹陷北部陡坡帶的斷裂結構分為簡單、復式半地塹和地塹式3類。

2 沉積期次劃分

砂礫巖體缺乏穩定的泥巖隔層,具有單層厚度大、橫向區域性對比困難的特點,同時也缺乏古生物化石,其測井曲線旋回特征不明顯。傳統的巖電關系劃分砂礫巖沉積期次存在較強的主觀性,并不能實現真正意義上的井間等時對比,因而對砂礫巖沉積期次的劃分一直是沉積學上的難點。對此,前人已嘗試多種方法,包括依據巖心觀察和成像測井圖像劃分期次、地震時頻分析等技術[20,21]、常規的自然伽馬測井[22]、自然伽馬能譜測井[23]和測井曲線小波變換時頻分析[13,14]等。其中,巖心觀察和成像測井圖像是最直接也是最準確的方式,但由于取心和成像測井成本高,且相關資料有限,因而只能對少量探井和探井的部分井段進行劃分。地震時頻分析等技術由于依賴于地震信號分辨率,對深層及砂礫巖等復雜巖性的分辨率很低,難以滿足油氣勘探開發的需要[13]。自然伽馬測井和自然伽馬能譜測井系列只能對特定地區適用,具有很強的局限性,在大多數地區應用效果并不好。在宏觀構造格架和地震層序解釋的基礎上,Fischer圖解將傳統的一維巖石柱狀圖通過高頻沉積旋回劃分,重繪在以旋回數為橫軸的二維圖解上,根據可容空間變化的周期性來劃分地層[14]。通過對特定測井曲線小波變換恢復其沉積基準面曲線,結合Fischer圖解,能進行砂礫巖體沉積期次的劃分和井間等時對比,可用于砂礫巖體等特殊巖體的沉積期次劃分。該方法受人為因素干擾小,其實用性和客觀性均較強。

3 砂礫巖儲層預測

砂礫巖儲層預測一直是砂礫巖油氣藏研究的核心問題,具體方法主要涉及以下幾個方面:①綜合利用取心、錄井、測井以及地震資料,采用三維可視化技術和三維地震水平切片等技術,對砂礫巖體的測井相、地震相、時間頻率特征、波形特征等進行細半定量分析,總結出適合于砂礫巖扇體的地震描述技術,對砂礫巖儲層進行預測與目標評價[24-28]。由于砂礫巖儲集體的電性特征一般表現為高電阻、高密度、低聲波時差,砂礫巖體低孔、低滲,且隨沉積相帶而異,只有大于地震勘探縱向和橫向分辨率極限的砂礫巖體 (如各種扇體)的地震反射特征才較為明顯,且縱、橫測線上的特征具有明顯差異[26]。②砂礫巖儲層由于粒度較大,分選性差,地震屬性表現為振幅較低、頻率較高、相干系數雜亂等特點,因而應充分利用地震波傳播速度、振幅、頻率、相干性等地震屬性信息進行砂體預測、沉積相劃分和油氣檢測[29-30]。③在應用三維可視化技術、地震屬性技術和相干分析技術對砂礫巖扇體的時空展布進行研究的基礎上,采用經高分辨率處理的純波帶地震數據,根據研究區地震速度與巖性的關系、時間與深度的關系,利用地震非線性反演方法,在測井實測的巖性約束下反演得到精確儲層厚度,計算出目的層礫巖體厚度在平面的變化,尋找出沉積厚度大、分布穩定的礫巖體儲層,從而形成砂礫巖體儲層預測及描述技術序列[31-34]。此外,還有研究者提出在利用隨機地震反演技術對砂礫巖儲層進行反演的基礎上,結合 “極值濾波”解釋技術對砂礫巖儲層進行有效描述[35]。④由于裂縫是控制特殊巖性油藏開發效果的關鍵性因素之一,對此提出砂礫巖儲層中裂縫的常規測井資料識別模式[36]。⑤儲層物性參數預測[37]。此外,還可利用粒度分析資料研究礫巖儲層有利沉積相帶[38]。

4 砂礫巖儲層測井解釋

砂礫巖體母巖類型多樣,結構成熟度和成分成熟度均較低,巖石骨架很難確定,電阻率受巖石骨架和孔隙結構影響嚴重,其反映儲層孔隙流體性質的信息弱,同時受儲層巖性、結構、粘土含量及含油性等因素的影響,油層、氣層、干層界限的電性特征極不明顯,流體識別難度大,使用常規的解釋圖版對油水層進行判別不能達到理想效果[16]。砂礫巖儲層非均質性強、孔隙結構復雜,儲層基質含量和儲層間非滲透性隔層含量均較多,很難建立儲層參數的計算模型,從而導致地質參數計算精度不高。針對上述情況,可以應用深側向、巖性密度、聲波時差等綜合評價參數交會圖法[39-40],分測井系列、巖性建立解釋模型[41-42],或者針對不同巖石物理相類型建立儲層參數解釋模型,采用主成分分析等數學方法,提取反映油水特征的綜合特征參數,進行油水層判別[43]。此外,還可以使用多礦物模型測井最優化法和BP神經網絡法等非參數數學建模方法,其效果要更好[44]。常規測井系列難以解決的問題,可以嘗試核磁共振測井,其對砂礫巖有效儲層劃分、流體識別、孔隙結構研究等方面作用巨大[45]。

5 結 語

砂礫巖常形成于斷陷盆地陡坡帶,具有近源、快速堆積的特征,儲層非均質性極強,主要發育于沖積扇、近岸水下扇、扇三角洲等相帶。以前該類油藏并未引起人們重視,隨著國際油價持續走高和石油工業技術的提高,該類儲層形成的油氣藏逐漸引起勘探家的關注。雖然經過不斷生產實踐,利用成像測井和核磁共振測井等新技術,在其儲層評價、油氣水層定性判別、構造和沉積相分析等方面都有了進展,但對其精細刻畫仍存在一系列技術難題,無論是對于其沉積期次劃分、儲層預測、含油氣性的測井解釋等都存在許多亟待解決的難題,需要不斷探索并總結經驗,充分利用新技術、新方法取得砂礫巖油氣藏勘探的更大突破。

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