基于分形理论、因子分析的储层分类评价依据——以苏北盆地溱潼凹陷阜三段为例.pdf

第41卷第3期2023年6月Vol.41 No.3Jun.2023沉 积 学 报ACTA SEDIMENTOLOGICA SINICA基于分形理论、因子分析的储层分类评价依据以苏北盆地溱潼凹陷阜三段为例程浩1，金振奎1，余文端2，李百强3，朱小二4，陈斌5，吴珍珍51.中国石油大学（北京）地球科学学院/油气资源与探测国家重点实验室，北京 1022492.中国石油化工股份有限公司华东分公司，南京 2100193.合肥工业大学资源与环境工程学院，合肥 2300094.中海油研究总院责任有限公司，北京 1000275.西安石油大学地球科学与工程学院/陕西省油气成藏地质学重点实验室，西安 710065摘 要 苏北盆地溱潼凹陷阜三段地层是一套浅水缓坡三角洲沉积，水体动荡水位变化频繁，岩性主要为泥页岩、泥质粉砂岩及细砂岩，分选差，非均质性强，常规单一物性参数难以准确表征储层性质。为明确苏北盆地溱潼凹陷阜三段储层物性及孔隙结构参数之间关系并总结储层分类依据，在明确地层主要孔隙类型的基础上，利用分形理论对地层物性参数及样品高压压汞实验数据加以分析，最终获得了砂体物性、孔隙结构与分形维数之间的相互关系。优选孔渗参数、孔隙结构系数、孔喉半径及孔喉分选系数5项参数作为主要参考因素，以此建立了以分形维数为基础的储层分类评价标准，并采用因子分析法对其适用性加以验证，将溱潼凹陷阜三段储层划分为3类：类中砂岩储层（D：2.312.42，-D=2.36）；类细粉砂储层（D：2.532.86，-D=2.75）；类泥质储层（D：2.942.99，-D=2.97）。该研究为研究区储层结构定量化表征及储层类型判别提供了一种新的参考依据。关键词 溱潼凹陷；阜三段；高压压汞实验；分形理论；因子分析第一作者简介 程浩，男，1993年出生，博士研究生，沉积学与储层地质学，E-mail:通信作者 金振奎，男，教授，E-mail:中图分类号 P618.13 文献标志码 A0 引言 随着油气资源勘探开发的不断深入，早期的以物性参数为主的储层描述方法已无法满足指导现代油气田开发生产的要求，储层的孔隙结构作为影响储层储集性及渗流性的重要因素1，对其进行精细刻画也逐渐成为储层描述的重要内容2。储层孔隙结构复杂且影响因素众多，难以进行定量描述，后经Katz et al.3，Wong et al.4，Pfeifer et al.5发现并证实：沉积岩孔隙结构具有分形特征，可作为表征储层物性、孔隙结构及非均质性的有效手段。分形概念在1977年由Mandelbrot6提出，是研究物体自相似性的一种数学统计理论，是反映地层的基本性质在三维空间分布的不均匀性的一个较为准确的量化表征7。目前该理论较为成熟，在建筑、物理、地质等多个行业得到了广泛应用8，在地质中主要应用在储层孔隙结构、节理或裂缝的定量表征及微观图像观察等方面9，多用于描述地质体结构，也可以作为微观尺度下复杂地质体不规则性的量度，反映地质体微观形态的有序性和复杂程度10。储层非均质性越强，分选性越差，储集空间越复杂，则储层储集性越差，分形维数值越高；储层均质性越好，分选性越好，则储集性越好，分形维数值越低1114。本文通过对岩石样品高压压汞实验数据进行计算获得储层分形维数。同时，将地层分形维数与地层物性、孔隙结构等特征进行对比，探讨不同类型岩石之间分形维数的关系以及岩石性质对分形维数的影响，旨在为研究区砂体结构定量化表征及砂体类型判别提供参考依据。收稿日期：20210610；修回日期：20210918；录用日期：20211015；网络出版日期：20211015基金项目：国家自然科学基金项目（41872018）；陕西省自然科学基础研究计划项目（2019JQ-151）；中央高校基本科研业务费专项资金（JZ2021HGQB0 284）Foundation：National Natural Science Foundation of China,No.41872018;Natural Science Foundation Research Project of Shaanxi Province,No.2019JQ-151;Fundamental Research Funds for the Central Universities,No.JZ2021HGQB0284DOI:10.14027/j.issn.10000550.2021.131文章编号：10000550（2023）03082811第3期程浩等：基于分形理论、因子分析的储层分类评价依据1 区域地质概况 溱潼凹陷位于苏北盆地东南部，面积为1 004.8 km2，属于东台坳陷次级构造单元，东临泰州凸起，西临吴堡低凸起，西南与苏南隆起相接，东北与小海子凸起相邻（图1a），是一个南断北超、中部开阔、东西收敛的新生代箕状断陷。由南往北可依次划分为：断阶带、深凹带、斜坡带3个构造单元15，发育有利的生储盖组合，是苏北盆地油气最富集的凹陷之一（图1a），古新世与始新世地层是主要勘探开发层段16，自下而上发育泰州组、阜宁组、戴南组及三垛组（图1b）。其中阜三段在阜宁组二段及四段烃源岩之间，是主力油层，主要发育浅水三角洲沉积，水位变化频繁17，因此本文以大规模湖泛面泥质沉积为界限将阜三段地层划分为四个砂组，其中砂组是一个全区稳定的相对较厚的“泥脖子”层段，对应了一次较长时间的大规模的湖侵，岩性主要为深灰色泥页岩；、砂组对应水位变化频繁阶段，砂泥多以互层形式存在，岩性多为灰色泥质粉砂岩、细砂岩及灰色泥岩，是主要的研究层段。2 储层岩矿特征 2.1岩石矿物组分通过对研究区地层54块样品的X衍射全岩分析和黏土矿物分析，溱潼凹陷阜三段砂质地层以含泥石英杂砂岩为主，粒级为粉砂中砂，黏土矿物、石英、钾长石、斜长石含量平均值分别为 20.35%，48.31%，6.0%，16.13%；其中黏土矿物以伊/蒙混层为主，平均含量达45.19%，伊利石、高岭石、绿泥石平均含量分别为10.64%，21.02%，20.26%。2.2岩石孔隙类型溱潼凹陷阜三段储层孔隙发育较差，多发育微小孔，主要有晶间微孔、粒内孔、粒间孔及微裂缝4种孔隙类型：晶间微孔一般发育在高岭石等黏土矿物之间，孔径小于50 m，连通性差（图2a，b）；粒内孔包括粒内溶孔和铸模孔，是由于颗粒间或颗粒内部经过溶蚀作用形成的孔洞，孔径约为50 m，连通性一般（图2c，d）；粒间孔是颗粒间相互支撑形成的连续空间，孔径50200 m（图2e），孔隙连通性好，分布广泛，是岩石主要的储集空间类型；裂缝主要为构造裂缝，是地层由于内外构造应力变化而发生形变所产生的断裂，分布范围小，宽度窄且延伸短（图2f）。2.3储层物性特征实验样品深度主要分布在2 297.332 982.63 m，物性测试孔隙度为4.4%26.5%，平均值为19.09%；渗透率为（0.06183.00）10-3 m，平均值为 22.7310-3 m；高压压汞实验测试显示储层孔隙结构系数图 1苏北盆地溱潼凹陷构造位置及岩性特征（a）溱潼凹陷构造位置及油气分布图；（b）溱潼凹陷岩性柱状图Fig.1The structural position and lithological characteristics of Qintong Sag,Subei Basin(a)tectonic location and hydrocarbon distribution map of Qintong Sag;(b)lithology histogram of Qintong Sag829第41卷沉 积 学 报为0.040.38，平均值为0.19；平均喉道半径为0.074.00 m，平均值为0.89 m；孔喉半径均值为0.043.02，平均值为0.57；孔喉分选系数为0.120.42，平均值为0.29（表1）。3 实验 3.1样品与实验方法本次实验选取苏北盆地溱潼凹陷阜三段18块岩石样品，进行了岩石物性测试、薄片鉴定、扫描电镜、高压压汞实验等一系列分析测试。其中扫描电镜实验，样 品 表 面 抛 光 喷 碳 处 理，测 试 仪 器 采 用Crossbeam-540 SEM图像采集仪，实验温度22，相对湿度26%，满足设备正常运行要求；高压压汞实验采用 Auto pore 9520 全自动压汞仪，仪器编号201211A，实验温度22，相对湿度30%，实验方法及数据处理均按照SY/T 53462005行业标准实行。以上所有实验的预处理及测试均在中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室完成。实验过程与数据处理均符合国际标准，相对标准偏差均在2%以下。3.2实验结果及处理3.2.1分形维数计算目前对于高压压汞毛管压力曲线求分形维数的方法主要有：基于含水饱和度（润湿相）和汞饱和度（非润湿相）两种方法。其中，采用汞饱和度计算的图 2苏北盆地溱潼凹陷岩石孔隙类型（a）晶间孔，华2井，2 994.92 m；（b）晶间孔，帅北1井，2 946.77 m；（c）溶蚀孔、粒间孔，鹤6井，2 179.99 m；（d）溶蚀孔，仓1井，2 264.61 m；（e）粒间孔，兴北3井，1 952.91 m；（f）微裂缝，帅西102井，2 623.20 mFig.2Types of rock pores in Qintong Sag,Subei Basin(a)intergranular pore,well Hua 2,2 994.92 m;(b)intergranular pore,well Shuaibei 1,2 946.77 m;(c)dissolution pores and intergranular pore,well He 6,2 179.99 m;(d)dissolution hole,well Cang 1,2 264.61 m;(e)intergranular pore,well Xingbei 3,1 952.91 m;(f)microfracture,well Shuaixi 102,2 623.20 m830第3期程浩等：基于分形理论、因子分析的储层分类评价依据表1溱潼凹陷阜三段储层参数及分形维数Table 1Stratum parameters and fractal dimension of Third member of Funing Formation,Qintong Depression样品编号123456789101112131415161718井名仓1-2井仓1-2井仓1-2井仓1-1井俞5井俞5井俞5井仓1-1井俞201井俞201井俞201井俞2井俞2井俞2井俞2井俞2井俞3井俞3井岩性泥质砂岩泥质砂岩泥质砂岩泥质砂岩中砂岩中砂岩中砂岩泥质砂岩泥质砂岩泥质砂岩泥质砂岩砂质泥岩砂质泥岩砂质泥岩砂质泥岩砂质泥岩含砂质泥岩含砂质泥岩砂层组Ef 33Ef 33Ef 33Ef 43Ef 33Ef 33Ef 33Ef 33Ef 33Ef 33Ef 33Ef 43Ef 43Ef 43Ef 43Ef 43Ef 23Ef 23样品深度/m2 297.332 298.822 300.582 380.052 771.012 771.112 776.212 410.512 870.352 874.702 875.382 949.272 951.222 951.502 951.662 952.382 982.632 981.02排驱压力/MPa0.070.110.070.290.180.180.180.731.101.161.830.731.161.831.832.941.832.94最大汞饱度/%89.3096.9999.9096.4174.0377.2584.5987.3585.2878.4077.9884.6083.4571.4180.7780.2677.4193.92孔隙度/%26.5025.7024.7023.3023.7722.7521.4120.0015.4917.5519.4618.1119.0717.671