塔河油田奧陶系生物擾動型碳酸鹽巖儲集層特征及其孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ?/h1>
2021-04-29 03:44:52趙佳如牛永斌王敏徐資璐崔勝利王培俊
沉積學(xué)報 2021年2期
趙佳如，牛永斌，王敏，徐資璐，崔勝利，王培俊
1.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南焦作 454003
2.中國石化勝利油田公司勘探開發(fā)研究院，山東東營 257015
3.中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒 841000
0 引言
塔河油田奧陶系碳酸鹽巖是典型的“縫—洞型”儲集體，裂縫、溶洞、小型溶蝕孔洞、等被認為是該油氣藏的主要儲集空間[1-7]。然而，早—中奧陶世適宜的生存環(huán)境使得（古）生物十分繁盛，這些（古）生物在碳酸鹽沉積物內(nèi)部或表面建造了許多形態(tài)各異的潛穴，在后期的成巖改造過程中（主要為白云化作用和溶蝕作用）這些潛穴充填物形成了厚度極大（高達300 m）的生物擾動碳酸鹽巖儲集體[7]。因此，這類生物擾動碳酸鹽巖儲集層的發(fā)育特征、孔隙結(jié)構(gòu)、儲集能力和分布規(guī)律對塔河油田奧陶系油氣藏的勘探意義重大，或許成為開啟碳酸鹽巖基質(zhì)儲層的一把關(guān)鍵“鑰匙”。但是，由于目前眾多研究和勘探開發(fā)重點仍然集中在“縫—洞型”儲集體；因此，對塔河油田奧陶系生物擾動型儲集層的研究成果還相對較少。
孔隙度是儲量估算、油藏描述和油氣勘探中綜合研究的重要儲層物性參數(shù)，在油氣儲層評價中占據(jù)重要地位；準(zhǔn)確獲取儲集層孔隙度是降低油氣勘探與開發(fā)風(fēng)險的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。生物擾動碳酸鹽巖儲集層非均質(zhì)性強，其孔隙度預(yù)測是一個世界級的難題[8]；因此，尋找有效的計算生物擾動碳酸鹽巖儲集層孔隙度的方法是當(dāng)前石油工作者的一項艱巨任務(wù)。目前，石油工作者獲取孔隙度的方法主要有兩種：直接測定法和間接計算法，前者包括巖芯和巖屑測定分析；后者利用測井?dāng)?shù)據(jù)通過經(jīng)驗公式擬合得到。直接測定法成本高且所獲取的巖石樣本資料往往比較單一不利于準(zhǔn)確估量儲層參數(shù)；間接計算法成本低、效率高，且在實際環(huán)境中直接測得的資料更能反映儲層的真實情況；因此，相對于直接測定法的應(yīng)用更經(jīng)濟，也更廣泛[9]。
目前，利用測井?dāng)?shù)據(jù)計算孔隙度的方法有密度測井法、聲波測井法和中子測井法[10-20]。然而，利用常規(guī)密度測井法、聲波測井法和中子測井法計算所得的塔河油田奧陶系生物擾動碳酸鹽巖儲集層孔隙度與實驗測試結(jié)果偏差較大。因此，急需新的孔隙度計算模型解決生物擾動碳酸鹽巖儲集層孔隙度的計算問題；新的孔隙度計算模型應(yīng)該有巖芯資料的儲集層段采用巖芯資料；無巖芯資料的儲集層段采用測井定量解釋成果經(jīng)巖芯校正后作為擬巖芯資料，再參與確定孔隙度計算[21]，因為只有這樣的孔隙度計算模型才是最經(jīng)濟和最有效的。由于生物擾動碳酸鹽巖儲集層非均質(zhì)性極強，測井曲線與儲層參數(shù)之間沒有明確的對應(yīng)關(guān)系，往往呈現(xiàn)出復(fù)雜的非線性關(guān)系；因此尋找一種能夠滿足特定的地質(zhì)環(huán)境，進而建立一種關(guān)于測井曲線與儲層參數(shù)的非線性智能模型是解決該問題的一個有效方法[9]。
前人基于線性回歸和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的致密砂巖儲集層孔隙度計算模型取得了較豐碩的研究成果，許多成果已在生產(chǎn)第一線成功應(yīng)用且經(jīng)濟效益顯著[22]；這可為生物擾動碳酸鹽巖儲集層的孔隙度計算模型提供很好的借鑒。但是，由于生物擾動碳酸鹽巖儲集層具有更強的非均質(zhì)性，要建立行之有效和實用的孔隙度計算模型是一項非常艱巨的挑戰(zhàn)，很難一蹴而就。因此，本文在總結(jié)前人測井孔隙度計算方法的基礎(chǔ)上，將生物擾動指數(shù)引入密度測井孔隙度計算模型中，提出了一種基于巖芯資料和常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)的儲集層孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ?，彌補現(xiàn)有常規(guī)孔隙度模型的不足，該模型的計算結(jié)果（巖芯+擬巖芯數(shù)據(jù)）可為下一步建立通用生物擾動碳酸鹽巖儲集層孔隙度計算模型提供可靠的樣本訓(xùn)練數(shù)據(jù)。
1 地質(zhì)概況
塔河油田位于新疆維吾爾自治區(qū)塔里木盆地北緣[7,23-28]，西北距庫車縣城70 km，東北距輪臺縣城約50 km（圖1a）。在地質(zhì)構(gòu)造上，塔河油田位于塔北隆起南側(cè)，東鄰草湖坳陷，西接哈拉哈塘坳陷，南依滿加爾坳陷，北靠阿克庫勒凸起[24,26,29]。目前，研究區(qū)根據(jù)油藏特征可以劃分為12個區(qū)塊（圖1b），探明油氣儲量達14.1×108t[30]；盡管三疊系、石炭系和奧陶系均為其含油氣層位，但占其總探明儲量近90%以上的油氣儲量位于奧陶系碳酸鹽巖中[7,31]，奧陶系地層由下到上發(fā)育有蓬萊壩組、鷹山組、一間房組、恰爾巴克組、良里塔克組和桑塔木組[32]。傳統(tǒng)認為塔河油田奧陶系油藏是典型的縫洞型碳酸鹽油氣藏，主要的儲集空間類型為溶洞和裂縫[7,24-27,29,33]，對其他儲集空間類型研究較少。
圖1 塔河油田地理位置、區(qū)域劃分及研究區(qū)地層柱狀圖（據(jù)牛永斌等修改[7]）（a）塔河油田構(gòu)造位置；（b）塔河油田區(qū)塊劃分；（c）塔河油田巖性柱狀圖Fig.1 Geographic position,regional division of Tahe oilfield and stratigraphic column of the study area(modified from Niu et al.[7])(a)structural location;(b)block division;and(c)lithological column
2 生物擾動型碳酸鹽巖儲集層特征
塔河油田奧陶系生物擾動型碳酸鹽巖儲集層主要分布在奧陶系中統(tǒng)的一間房組和中—下統(tǒng)的鷹山組（圖1c）。通過對研究區(qū)16口鉆井的奧陶系巖芯詳細觀測發(fā)現(xiàn)，這類儲集層巖芯上表現(xiàn)為不規(guī)則狀或綢帶狀分布的含油斑塊，顏色多呈深灰色和灰黑色，較基質(zhì)灰?guī)r顏色深，且斑塊邊界縫合線極為發(fā)育（圖2a）；偏光顯微鏡與陰極發(fā)光顯微鏡下觀察表明這些含油斑塊主要由白云石組成，晶體顆粒明顯較圍巖基質(zhì)部分粗。白云石晶體多為結(jié)晶程度較高的自形、半自形晶體，晶體粒徑一般小于200 μm，普遍為100～200 μm，以細晶結(jié)構(gòu)為主，少見粉晶結(jié)構(gòu)。白云石晶間孔發(fā)育，是這類儲集層的主要儲集空間，圍巖基質(zhì)主要為泥晶灰?guī)r（圖2b，c），儲集空間不發(fā)育。
圖2 塔河油田奧陶系云斑灰?guī)r巖芯照片和顯微照片（a）S80井，奧陶系云斑灰?guī)r巖芯上的白云石砂屑團塊；（b）S77井，5 566.27 m，單偏光顯微照片，生物擾動區(qū)白云石晶間孔發(fā)育，圍巖基質(zhì)為泥晶灰?guī)r，基質(zhì)孔隙不發(fā)育；（c）S77井，5 566.27 m，陰極發(fā)光顯微照片（視域同b），生物擾動區(qū)域白云石顆粒呈紫紅色的陰極發(fā)光，“亮邊霧心”現(xiàn)象明顯，揭示為成巖白云石化作用形成，晶間孔發(fā)育；圍巖基質(zhì)為泥晶灰?guī)r，不具有陰極發(fā)光，基質(zhì)孔隙不發(fā)育Fig.2 Ordovician core photo and micrograph of porphyritic limestone in Tahe oilfield(a)S80 well,dolomitic sand-clastic masses on the core of Ordovician porphyritic limestone;(b)S77 well,5 566.27 m,single polarized micrograph.Dolomite intercrystalline pores are developed in the bioturbated zone,the surrounding rock matrix is mudstone,and the matrix pores are not developed;(c)S77 well,5 566.27 m,cathodoluminescence micrograph(same field of view as figure b).Dolomite particles in the bioturbated area show purple-red cathode luminescence.The“cloudy center and clear rim”phenomenon is obvious,revealing that it was formed by diagenetic dolomitization.The intergranular pores are developed;the surrounding rock matrix is mudstone without cathode luminescence,and the matrix pores are not developed
根據(jù)對塔河油田奧陶系一間房組和鷹山組423塊小樣品的統(tǒng)計結(jié)果可知：研究區(qū)小樣品的孔隙度分布區(qū)間為0.1%～6%，平均為1.06%；滲透率分布區(qū)間為（0.001～32.8）×10-3μm2，平均為 0.51×10-3μm2。此外，隨著生物擾動指數(shù)的增加平均孔隙度介于0.691%～2.096%，呈現(xiàn)出先增大后減少的變化趨勢；平均滲透率介于（0.033 2～15.918 6）×10-3μm2，呈現(xiàn)出一直增大的變化趨勢。總的來說，對研究區(qū)的碳酸鹽巖基質(zhì)而言，生物擾動對其滲透率的影響大于孔隙度的影響。這類儲集層總體為特低孔特低滲儲集層[24]，儲集層物性受巖石組構(gòu)的控制[34-35]，而巖石組構(gòu)是沉積和成巖共同作用的結(jié)果[35-42]。
通過對研究區(qū)生物擾動型儲集層的成因機制分析認為：研究區(qū)一間房組和鷹山組在早—中奧陶世的沉積過程中，（古）生物在碳酸鹽沉積物內(nèi)部或表面建造了許多形態(tài)各異的潛穴，這些潛穴充填物在后期的成巖改造過程（主要是白云巖化和深部溶蝕）中形成了巨厚層的生物擾動儲集層[7,23]。研究區(qū)奧陶系生物擾動通過倒置、壓縮、挖掘和回填沉積物，使圍巖基質(zhì)與潛穴充填物的原始物性特征存在差異（與圍巖相比，一般遺跡潛穴充填物更加疏松），同時還可以多種方式改變原巖的組構(gòu)和結(jié)構(gòu)，進而改變巖石的孔隙度和滲透率（對于碳酸鹽巖儲層來說一般會增強孔隙連通性，滲透性也會增強）；與圍巖基質(zhì)相比，成巖流體通過生物潛穴運移相對比較方便，導(dǎo)致生物擾動部分的成巖作用（主要為白云化作用）比圍巖基質(zhì)要強烈的多，這些原本存在的差異伴隨著其后的成巖過程逐步增大[23]。
眾多研究表明白云化作用有兩個發(fā)生條件：1）存在白云化流體，2）有流體運移的路徑和空間[43-48]。在同生、準(zhǔn)同生期和埋藏成巖期生物潛穴均可充當(dāng)白云化流體的運移路徑，對塔河油田總體而言，淺埋藏階段的生物潛穴充填物白云化作用有利于孔隙的發(fā)育，該階段的白云化作用使得原有的孔隙得以繼承和調(diào)整，進而利于孔隙的保存；中—深埋藏期白云石的重結(jié)晶和過度的白云化對儲集層含有作用范圍有限的負面影響，前人關(guān)于塔河油田詳細的儲集空間類型統(tǒng)計結(jié)果證明了這一點[49]。此外，在深埋藏條件下生物潛穴充填的白云質(zhì)成分可以發(fā)生溶蝕形成大量儲集空間?？紫对诼癫厝芪g形成的砂屑團塊內(nèi)多彼此獨立不連通，但在大氣淡水經(jīng)裂縫、縫合線等滲流進來對灰?guī)r進行溶蝕時，可以產(chǎn)生許多大的相互連通的溶蝕孔洞，后期的瀝青充填會加固孔洞的保存[38]，進而形成有利于油氣聚集的儲集空間。巖芯觀測和薄片顯微鏡分析證實研究區(qū)生物擾動型碳酸鹽巖儲集體的深埋藏溶蝕主要沿縫合線或裂縫向周圍擴展，形成斑狀和順層狀，導(dǎo)致該條件下形成的白云巖在巖芯上呈團塊狀和順層狀分布。在白云化過程中，灰?guī)r析出的雜質(zhì)無法融入白云石晶體殘留在白云石晶格內(nèi)從而形成了亮邊霧心現(xiàn)象[38]。
其實，早在1994年郭建華等[50]就提出在塔河油田奧陶系碳酸鹽巖中可能存在生物擾動成因的儲集層，只是后來油田勘探的目標(biāo)主要集中在溶洞和裂縫型碳酸鹽巖儲集層上，目前對塔河油田這類生物擾動儲集層的發(fā)育特征和主控因素知之不多。在國外，生物擾動型碳酸鹽巖作為一種常見的非均質(zhì)儲集體，受到了學(xué)者們廣泛的關(guān)注[51]。Knaust[52]對Khuff組儲集層的研究表明生物擾動可以通過不同的、復(fù)雜的生物和沉積物的相互作用來降低或提高儲集層的孔隙度和滲透率。
筆者所在團隊前期對塔河油田奧陶系生物擾動型碳酸鹽巖儲集層的研究主要側(cè)重于對該類儲集層的宏觀識別與定量表征上[7,23,38,49]，本次除了重點分析生物擾動型碳酸鹽巖儲集層的微觀特征，還針對利用常規(guī)聲波測井、密度測井孔隙度方程計算塔河油田奧陶系孔隙度時與生產(chǎn)實際、實驗測試結(jié)果相比誤差較大的科學(xué)問題，將生物擾動指數(shù)引入密度測井孔隙度計算模型，提出基于研究區(qū)常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)的儲集層孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ?，彌補前人孔隙度計算模型在研究區(qū)奧陶系生物擾動型碳酸鹽巖儲集層孔隙度計算上的不足，該項研究對塔河油田和相似區(qū)域的油氣飽和度、油氣儲量和生產(chǎn)指標(biāo)的計算具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
3 生物擾動型儲集層孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ偷慕?/h2>3.1 聲波測井孔隙度計算模型
當(dāng)聲波在巖石骨架中的傳播時間（Δtma）和流體中的傳播時間（Δtf）已知時，可以通過聲波測井?dāng)?shù)據(jù)計算孔隙度。2002年，Kamelet al.[53]將Wyllie時間平均方程和Raiga-Clemenceau公式相結(jié)合，獲得了新的聲波地層因素方程（Wyllie-Clemenceau公式）：
Δtma與x成反比，當(dāng)Δtma已知時，
式中：φ是聲波測井求得的孔隙度，PU或%；Δt是地層中的傳播時間，μs/ft；Δtma是巖石骨架中的傳播時間，μs/ft；Δtf是流體中的傳播時間，μs/ft；x是與巖石骨架指數(shù)。
該公式考慮了巖石骨架、流體性質(zhì)、膠結(jié)指數(shù)和巖性系數(shù)的影響，適用于孔隙介質(zhì)。它是一個對于巖性已知的地層，通過聲波測井準(zhǔn)確估算聲波孔隙度的方程。利用該方程，當(dāng)Δt、Δtf、Δtma、x已知時，根據(jù)測井記錄的傳播時間可以求得孔隙度。此外，Δt通常需要校正泥質(zhì)和烴的影響；Δtf主要取決于介質(zhì)的性質(zhì)，一般在淡水泥漿系統(tǒng)為189 μs/ft，咸水泥漿系統(tǒng)為185 μs/ft；Δtma可由斯侖貝謝圖版獲得。
公式(1)在缺少其他孔隙度計算手段（如中子和密度）和巖芯資料的情況下可以近似估算聲波孔隙度[54]。雖然該公式在碎屑巖（尤其是純砂巖）中有很好的應(yīng)用效果，但很少有學(xué)者詳細闡述其在碳酸鹽巖中的應(yīng)用，Kamelet al.[53]，Makaret al.[55]，王曉光等[56]僅在其文章中引用前人在灰?guī)r中就地測量的孔隙度和壓縮波速（它的倒數(shù)可以計算聲波在地層中的傳播時間）數(shù)據(jù)，與該公式孔隙度計算結(jié)果作對比表明可以使用該公式計算灰?guī)r中的孔隙度。研究區(qū)生物擾動儲集層巖芯、柱塞測試和各種測井資料較為齊全，但應(yīng)用該公式計算孔隙度時誤差偏大應(yīng)用效果不佳。
3.2 密度測井孔隙度計算模型
密度測井曲線是地層電子密度的反映，密度測井是一種測量地層孔隙度的有效測井方法。在骨架密度和流體密度已知的純地層中，體積密度為[57]：
解出φ為：
式中：φ是密度測井求得的孔隙度，%；ρb是地層的體積密度，g/cm3；ρma是巖石骨架密度，g/cm3；ρf是孔隙流體的密度，g/cm3。
巖石骨架密度ρma與儲集層的巖性有關(guān)；對于除天然氣和輕質(zhì)油外的一般孔隙流體和儲集層骨架礦物，體積密度ρb和密度測井儀讀出的視密度ρa之間的差別可以忽略，此時ρb等于рa[57]。
該公式在石油勘探領(lǐng)域常被用作確定巖層孔隙度，但作為一種單一的計算巖層孔隙度的方法，它的計算結(jié)果常需校正雜基、油氣、膠結(jié)物、井眼等因素的影響[20,57-58]。對研究區(qū)生物擾動儲集層而言，無法準(zhǔn)確識別雜基和膠結(jié)物進而校正其對密度測井孔隙度計算結(jié)果的影響，孔隙度計算結(jié)果與壓汞實驗測試結(jié)果誤差較大，應(yīng)用效果不佳。
3.3 生物擾動型儲集層孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ?/h3>
利用上述測井孔隙度模型計算研究區(qū)儲集層孔隙度時，與實驗測試孔隙度值相比，聲波測井孔隙度計算結(jié)果的誤差比密度測井孔隙度計算誤差大，考慮到生物擾動對研究區(qū)儲集層的影響，在密度測井孔隙度計算公式的基礎(chǔ)上提出了下面的孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ停?/p>
式中：y是該模型計算得到的孔隙度，%；x1是密度測井模型求得的孔隙度，%；x2是生物擾動百分比，%；a和b是模型中x1和x2的系數(shù)；ρb是地層的體積密度，g/cm3；ρma是巖石骨架密度，g/cm3；ρf是孔隙流體的密度，g/cm3。
生物擾動百分比x2與白云石含量有關(guān)，研究區(qū)奧陶系薄片鏡下觀測顯示生物擾動下潛穴充填物大多為白云石，其含量多少常反映了生物擾動的程度；巖石骨架密度ρma取決于儲集層的巖性，研究區(qū)奧陶系生物擾動型儲集層的巖性不是純灰?guī)r，故實際運用時需要考慮方解石與白云石的含量從而選取合適的骨架礦物密度值。
針對研究區(qū)鉆井的孔隙度計算可以按照以下步驟進行：首先，把鉆井生物擾動區(qū)域的密度測井值帶入公式（6）中求得密度孔隙度x1；其次，根據(jù)鉆井生物擾動區(qū)域的巖芯柱塞數(shù)據(jù)、密度孔隙度x1、生物擾動百分比x2，利用Origin軟件的擬合(多元線性回歸)功能求得參數(shù)a和b及其相關(guān)系數(shù)R2；最后，將前面獲得的參數(shù)a、b，以及密度孔隙度x1和生物擾動百分比x2帶入公式（5）中求得研究區(qū)生物擾動區(qū)域儲層的孔隙度。
4 孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ驮谒佑吞飱W陶系應(yīng)用實例
為驗證上述孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ偷挠行?，本文?yōu)選研究區(qū)奧陶系生物擾動型碳酸鹽巖儲集層發(fā)育且比較有代表性的T208井的測井和巖芯測試數(shù)據(jù)進行檢驗。T208井地理位置位于塔河油田2號區(qū)北部，構(gòu)造位置位于艾協(xié)克南構(gòu)造東北側(cè)，鉆井性質(zhì)為評價井。該井奧陶系下統(tǒng)一間房組的地層主要由黃灰、灰色泥微晶灰?guī)r和砂屑灰?guī)r組成，測井曲線顯示該組段電阻率較高、巖性較純，測井資料綜合解釋為1層II類儲集層和2層III類儲集層。本次選取深度從5 620 m到5 630 m的儲集層。巖芯上多表現(xiàn)為被黑色原油或瀝青充填的白云石砂屑團塊，呈不規(guī)則的斑狀或綢帶狀分布且團塊周圍縫合線和微裂縫發(fā)育；此外常規(guī)測井和FMI成像測井資料齊全，可以看作是一個計算生物擾動型碳酸鹽巖儲集層孔隙度的一個很好的例證。依據(jù)該井段聲波測井和密度測井資料、9塊巖芯柱塞樣品孔隙度和滲透率測試數(shù)據(jù)（表1）、生物擾動百分比，利用Origin軟件對利用前文提及的孔隙度計算公式得到的孔隙度與巖芯柱塞孔隙度作對比。
表1 T208井5 620～5 630 m巖芯柱塞樣品孔隙度和滲透率統(tǒng)計表Table 1 Porosity and permeability of 5 620-5 630 m core plug samples in well T208
從表1中可以看出隨著生物擾動指數(shù)由2增大到4，平均孔隙度由0.85%增大到1.8%、平均滲透率由0.59×10-3μm2增大到3.475×10-3μm2，平均孔隙度和平均滲透率不斷增大，但生物擾動明顯對滲透率的影響更大些。Origin軟件中公式（5）多元線性回歸擬合結(jié)果顯示y=1.042 48x1-0.005 96x2、相關(guān)系數(shù)R2為0.994 98，表明參數(shù)a和b的擬合效果很好。圖3中該井段孔隙度曲線越靠近紅色圓點表明孔隙度計算結(jié)果與柱塞孔隙度測試結(jié)果耦合越好，三條孔隙度曲線變化趨勢大體都相同，但模型孔隙度曲線（藍色）離巖芯柱塞孔隙度最近，證實了該模型計算研究區(qū)儲層孔隙度的可靠性和準(zhǔn)確性。
圖3 T208井巖芯柱塞、模型、密度及聲波孔隙度對比圖Fig.3 Contrast diagram of core plug,model,density and acoustic porosity in well T208
5 研究展望
前文基于巖芯資料和測井資料建立的生物擾動碳酸鹽巖儲集層的孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ鸵氲纳飻_動指數(shù)需要從巖芯資料中獲取，由于受取芯井?dāng)?shù)量的限制，該模型在油田的勘探開發(fā)實際應(yīng)用過程中具有一定的局限性。所以，在該樣本檢驗?zāi)Ｐ退芴峁┑膸r芯或擬巖芯樣本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立測井曲線與儲層參數(shù)之間非線性智能模型是下一步努力的方向和更大的挑戰(zhàn)。
要徹底解決生物擾動碳酸鹽巖儲集層孔隙度計算這個艱巨的任務(wù)，從理論上還需解決下列問題：1）明確塔河油田奧陶系生物擾動碳酸鹽巖儲集層的非均質(zhì)性分布規(guī)律，這包括受沉積環(huán)境控制的生物擾動的非均質(zhì)性分布規(guī)律和受成巖作用控制的后期改造的非均質(zhì)性分布規(guī)律；2）塔河油田奧陶系生物擾動儲集層發(fā)育段的識別；3）優(yōu)選與生物擾動儲集層相關(guān)的測井參數(shù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立非線性的孔隙度計算模型；4）優(yōu)選樣本參數(shù)進行模型訓(xùn)練和改進模型；5）結(jié)合生產(chǎn)實踐檢驗建立的孔隙度計算模型。
目前已有資料揭示塔河油田奧陶系生物擾動型碳酸鹽巖儲集層具有厚度大（超過200 m）、孔隙度小、滲透率低、非均質(zhì)性強、含油氣性不均勻等特征，巖石物性對儲集層電性的影響大于含油氣性的影響，油氣層和水層測井響應(yīng)差異小，因而造成塔河油田奧陶系生物擾動碳酸鹽巖儲集層及油氣層識別難度大[7,24-25,59]。據(jù)最新研究成果，Liuet al.等[60]對伊拉克中部Mesopotaminan盆地AD油田上白堊統(tǒng)Khasib組生物擾動高滲透區(qū)研究認為可通過測井?dāng)?shù)據(jù)RHOBnor/DTnor，RILD*MSFL和GR進行碳酸鹽巖基質(zhì)儲層中生物擾動發(fā)育段的識別和預(yù)測；我們也通過對塔河油田奧陶系鷹山組和一間房組取芯井生物擾動發(fā)育段和未生物擾動發(fā)育段的測井曲線對比發(fā)現(xiàn)SP、CNL、RS/RD、AC、CALD等測井曲線有一定的異常。這些突破性的發(fā)現(xiàn)為研究塔河油田奧陶系生物擾動碳酸鹽巖儲集層的非均質(zhì)性分布規(guī)律，分析與優(yōu)選生物擾動碳酸鹽巖儲集層發(fā)育段孔隙度最相關(guān)的測井參數(shù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立非線性智能的孔隙度計算模型打下了基礎(chǔ)和指明了方向；路漫漫其修遠兮，我們將上下而求索，相信不遠的將來這方面的研究會有新的突破，也一定會有專文報道相關(guān)研究成果。
6 結(jié)論
（1）研究區(qū)奧陶系鷹山組和一間房組生物擾動型碳酸鹽巖儲集層巖芯上表現(xiàn)為不規(guī)則狀或綢帶狀分布的含油斑塊，顏色較基質(zhì)灰?guī)r深，邊界縫合線極為發(fā)育；薄片鏡下分析表明潛穴充填物主要為白云石顆粒，晶形多為自形、半自形晶，粒徑普遍為100～200 μm，細晶結(jié)構(gòu)為主，晶間孔是這類儲集層的主要儲集空間；孔隙度、滲透率測試分析表明隨著生物擾動指數(shù)的增加，平均孔隙度呈現(xiàn)出先增大后減少的變化趨勢；而平均滲透率則呈現(xiàn)出一直增大的變化趨勢。
（2）研究區(qū)奧陶系鷹山組和一間房組生物擾動型碳酸鹽巖儲集層物性受巖石組構(gòu)的控制，而巖石組構(gòu)是沉積和成巖共同作用的結(jié)果。分析認為在早—中奧陶世鷹山組和一間房組的沉積過程中，（古）生物在碳酸鹽沉積物表面或內(nèi)部建造了許多形態(tài)各異的潛穴，生物擾動使得潛穴充填物和圍巖基質(zhì)在成分、結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)差異；這些差異在后期成巖的改造過程中導(dǎo)致生物擾動部分的成巖作用（主要是白云巖化）比圍巖基質(zhì)部分劇烈，使得原本存在的差異伴隨著其后的成巖過程逐步增大，進而形成巨厚層的生物擾動碳酸鹽巖儲集層。
（3）基于密度測井法、聲波測井法和中子測井法的傳統(tǒng)地層孔隙度計算模型在塔河油田奧陶系地層孔隙度計算應(yīng)用中誤差較大。通過對影響因素的分析，在總結(jié)前人測井孔隙度計算方法的基礎(chǔ)上，將生物擾動指數(shù)引入密度測井孔隙度計算模型中，提出了一種基于巖芯資料和常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)的儲集層孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ?，彌補現(xiàn)有常規(guī)孔隙度模型的不足，該模型的計算結(jié)果（巖芯+擬巖芯數(shù)據(jù)）可為下一步利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立通用生物擾動碳酸鹽巖儲集層孔隙度計算模型提供可靠的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)。
致謝 感謝中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院在巖芯觀測和資料收集等方面提供的幫助和支持；感謝中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的孫建國老師和河北地質(zhì)調(diào)查局的李新老師為我們制作了精美的薄片；感謝河南省生物遺跡與成礦過程重點實驗室的老師在薄片顯微觀測過程中提供的指導(dǎo)和幫助；衷心感謝兩位審稿人和編輯老師在論文成稿過程中提供的指導(dǎo)和幫助。
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趙佳如，牛永斌，王敏，徐資璐，崔勝利，王培俊
1.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南焦作 454003
2.中國石化勝利油田公司勘探開發(fā)研究院，山東東營 257015
3.中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒 841000
0 引言
塔河油田奧陶系碳酸鹽巖是典型的“縫—洞型”儲集體，裂縫、溶洞、小型溶蝕孔洞、等被認為是該油氣藏的主要儲集空間[1-7]。然而，早—中奧陶世適宜的生存環(huán)境使得（古）生物十分繁盛，這些（古）生物在碳酸鹽沉積物內(nèi)部或表面建造了許多形態(tài)各異的潛穴，在后期的成巖改造過程中（主要為白云化作用和溶蝕作用）這些潛穴充填物形成了厚度極大（高達300 m）的生物擾動碳酸鹽巖儲集體[7]。因此，這類生物擾動碳酸鹽巖儲集層的發(fā)育特征、孔隙結(jié)構(gòu)、儲集能力和分布規(guī)律對塔河油田奧陶系油氣藏的勘探意義重大，或許成為開啟碳酸鹽巖基質(zhì)儲層的一把關(guān)鍵“鑰匙”。但是，由于目前眾多研究和勘探開發(fā)重點仍然集中在“縫—洞型”儲集體；因此，對塔河油田奧陶系生物擾動型儲集層的研究成果還相對較少。
孔隙度是儲量估算、油藏描述和油氣勘探中綜合研究的重要儲層物性參數(shù)，在油氣儲層評價中占據(jù)重要地位；準(zhǔn)確獲取儲集層孔隙度是降低油氣勘探與開發(fā)風(fēng)險的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。生物擾動碳酸鹽巖儲集層非均質(zhì)性強，其孔隙度預(yù)測是一個世界級的難題[8]；因此，尋找有效的計算生物擾動碳酸鹽巖儲集層孔隙度的方法是當(dāng)前石油工作者的一項艱巨任務(wù)。目前，石油工作者獲取孔隙度的方法主要有兩種：直接測定法和間接計算法，前者包括巖芯和巖屑測定分析；后者利用測井?dāng)?shù)據(jù)通過經(jīng)驗公式擬合得到。直接測定法成本高且所獲取的巖石樣本資料往往比較單一不利于準(zhǔn)確估量儲層參數(shù)；間接計算法成本低、效率高，且在實際環(huán)境中直接測得的資料更能反映儲層的真實情況；因此，相對于直接測定法的應(yīng)用更經(jīng)濟，也更廣泛[9]。
目前，利用測井?dāng)?shù)據(jù)計算孔隙度的方法有密度測井法、聲波測井法和中子測井法[10-20]。然而，利用常規(guī)密度測井法、聲波測井法和中子測井法計算所得的塔河油田奧陶系生物擾動碳酸鹽巖儲集層孔隙度與實驗測試結(jié)果偏差較大。因此，急需新的孔隙度計算模型解決生物擾動碳酸鹽巖儲集層孔隙度的計算問題；新的孔隙度計算模型應(yīng)該有巖芯資料的儲集層段采用巖芯資料；無巖芯資料的儲集層段采用測井定量解釋成果經(jīng)巖芯校正后作為擬巖芯資料，再參與確定孔隙度計算[21]，因為只有這樣的孔隙度計算模型才是最經(jīng)濟和最有效的。由于生物擾動碳酸鹽巖儲集層非均質(zhì)性極強，測井曲線與儲層參數(shù)之間沒有明確的對應(yīng)關(guān)系，往往呈現(xiàn)出復(fù)雜的非線性關(guān)系；因此尋找一種能夠滿足特定的地質(zhì)環(huán)境，進而建立一種關(guān)于測井曲線與儲層參數(shù)的非線性智能模型是解決該問題的一個有效方法[9]。
前人基于線性回歸和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的致密砂巖儲集層孔隙度計算模型取得了較豐碩的研究成果，許多成果已在生產(chǎn)第一線成功應(yīng)用且經(jīng)濟效益顯著[22]；這可為生物擾動碳酸鹽巖儲集層的孔隙度計算模型提供很好的借鑒。但是，由于生物擾動碳酸鹽巖儲集層具有更強的非均質(zhì)性，要建立行之有效和實用的孔隙度計算模型是一項非常艱巨的挑戰(zhàn)，很難一蹴而就。因此，本文在總結(jié)前人測井孔隙度計算方法的基礎(chǔ)上，將生物擾動指數(shù)引入密度測井孔隙度計算模型中，提出了一種基于巖芯資料和常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)的儲集層孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ?，彌補現(xiàn)有常規(guī)孔隙度模型的不足，該模型的計算結(jié)果（巖芯+擬巖芯數(shù)據(jù)）可為下一步建立通用生物擾動碳酸鹽巖儲集層孔隙度計算模型提供可靠的樣本訓(xùn)練數(shù)據(jù)。
1 地質(zhì)概況
塔河油田位于新疆維吾爾自治區(qū)塔里木盆地北緣[7,23-28]，西北距庫車縣城70 km，東北距輪臺縣城約50 km（圖1a）。在地質(zhì)構(gòu)造上，塔河油田位于塔北隆起南側(cè)，東鄰草湖坳陷，西接哈拉哈塘坳陷，南依滿加爾坳陷，北靠阿克庫勒凸起[24,26,29]。目前，研究區(qū)根據(jù)油藏特征可以劃分為12個區(qū)塊（圖1b），探明油氣儲量達14.1×108t[30]；盡管三疊系、石炭系和奧陶系均為其含油氣層位，但占其總探明儲量近90%以上的油氣儲量位于奧陶系碳酸鹽巖中[7,31]，奧陶系地層由下到上發(fā)育有蓬萊壩組、鷹山組、一間房組、恰爾巴克組、良里塔克組和桑塔木組[32]。傳統(tǒng)認為塔河油田奧陶系油藏是典型的縫洞型碳酸鹽油氣藏，主要的儲集空間類型為溶洞和裂縫[7,24-27,29,33]，對其他儲集空間類型研究較少。
圖1 塔河油田地理位置、區(qū)域劃分及研究區(qū)地層柱狀圖（據(jù)牛永斌等修改[7]）（a）塔河油田構(gòu)造位置；（b）塔河油田區(qū)塊劃分；（c）塔河油田巖性柱狀圖Fig.1 Geographic position,regional division of Tahe oilfield and stratigraphic column of the study area(modified from Niu et al.[7])(a)structural location;(b)block division;and(c)lithological column
2 生物擾動型碳酸鹽巖儲集層特征
塔河油田奧陶系生物擾動型碳酸鹽巖儲集層主要分布在奧陶系中統(tǒng)的一間房組和中—下統(tǒng)的鷹山組（圖1c）。通過對研究區(qū)16口鉆井的奧陶系巖芯詳細觀測發(fā)現(xiàn)，這類儲集層巖芯上表現(xiàn)為不規(guī)則狀或綢帶狀分布的含油斑塊，顏色多呈深灰色和灰黑色，較基質(zhì)灰?guī)r顏色深，且斑塊邊界縫合線極為發(fā)育（圖2a）；偏光顯微鏡與陰極發(fā)光顯微鏡下觀察表明這些含油斑塊主要由白云石組成，晶體顆粒明顯較圍巖基質(zhì)部分粗。白云石晶體多為結(jié)晶程度較高的自形、半自形晶體，晶體粒徑一般小于200 μm，普遍為100～200 μm，以細晶結(jié)構(gòu)為主，少見粉晶結(jié)構(gòu)。白云石晶間孔發(fā)育，是這類儲集層的主要儲集空間，圍巖基質(zhì)主要為泥晶灰?guī)r（圖2b，c），儲集空間不發(fā)育。
圖2 塔河油田奧陶系云斑灰?guī)r巖芯照片和顯微照片（a）S80井，奧陶系云斑灰?guī)r巖芯上的白云石砂屑團塊；（b）S77井，5 566.27 m，單偏光顯微照片，生物擾動區(qū)白云石晶間孔發(fā)育，圍巖基質(zhì)為泥晶灰?guī)r，基質(zhì)孔隙不發(fā)育；（c）S77井，5 566.27 m，陰極發(fā)光顯微照片（視域同b），生物擾動區(qū)域白云石顆粒呈紫紅色的陰極發(fā)光，“亮邊霧心”現(xiàn)象明顯，揭示為成巖白云石化作用形成，晶間孔發(fā)育；圍巖基質(zhì)為泥晶灰?guī)r，不具有陰極發(fā)光，基質(zhì)孔隙不發(fā)育Fig.2 Ordovician core photo and micrograph of porphyritic limestone in Tahe oilfield(a)S80 well,dolomitic sand-clastic masses on the core of Ordovician porphyritic limestone;(b)S77 well,5 566.27 m,single polarized micrograph.Dolomite intercrystalline pores are developed in the bioturbated zone,the surrounding rock matrix is mudstone,and the matrix pores are not developed;(c)S77 well,5 566.27 m,cathodoluminescence micrograph(same field of view as figure b).Dolomite particles in the bioturbated area show purple-red cathode luminescence.The“cloudy center and clear rim”phenomenon is obvious,revealing that it was formed by diagenetic dolomitization.The intergranular pores are developed;the surrounding rock matrix is mudstone without cathode luminescence,and the matrix pores are not developed
根據(jù)對塔河油田奧陶系一間房組和鷹山組423塊小樣品的統(tǒng)計結(jié)果可知：研究區(qū)小樣品的孔隙度分布區(qū)間為0.1%～6%，平均為1.06%；滲透率分布區(qū)間為（0.001～32.8）×10-3μm2，平均為 0.51×10-3μm2。此外，隨著生物擾動指數(shù)的增加平均孔隙度介于0.691%～2.096%，呈現(xiàn)出先增大后減少的變化趨勢；平均滲透率介于（0.033 2～15.918 6）×10-3μm2，呈現(xiàn)出一直增大的變化趨勢。總的來說，對研究區(qū)的碳酸鹽巖基質(zhì)而言，生物擾動對其滲透率的影響大于孔隙度的影響。這類儲集層總體為特低孔特低滲儲集層[24]，儲集層物性受巖石組構(gòu)的控制[34-35]，而巖石組構(gòu)是沉積和成巖共同作用的結(jié)果[35-42]。
通過對研究區(qū)生物擾動型儲集層的成因機制分析認為：研究區(qū)一間房組和鷹山組在早—中奧陶世的沉積過程中，（古）生物在碳酸鹽沉積物內(nèi)部或表面建造了許多形態(tài)各異的潛穴，這些潛穴充填物在后期的成巖改造過程（主要是白云巖化和深部溶蝕）中形成了巨厚層的生物擾動儲集層[7,23]。研究區(qū)奧陶系生物擾動通過倒置、壓縮、挖掘和回填沉積物，使圍巖基質(zhì)與潛穴充填物的原始物性特征存在差異（與圍巖相比，一般遺跡潛穴充填物更加疏松），同時還可以多種方式改變原巖的組構(gòu)和結(jié)構(gòu)，進而改變巖石的孔隙度和滲透率（對于碳酸鹽巖儲層來說一般會增強孔隙連通性，滲透性也會增強）；與圍巖基質(zhì)相比，成巖流體通過生物潛穴運移相對比較方便，導(dǎo)致生物擾動部分的成巖作用（主要為白云化作用）比圍巖基質(zhì)要強烈的多，這些原本存在的差異伴隨著其后的成巖過程逐步增大[23]。
眾多研究表明白云化作用有兩個發(fā)生條件：1）存在白云化流體，2）有流體運移的路徑和空間[43-48]。在同生、準(zhǔn)同生期和埋藏成巖期生物潛穴均可充當(dāng)白云化流體的運移路徑，對塔河油田總體而言，淺埋藏階段的生物潛穴充填物白云化作用有利于孔隙的發(fā)育，該階段的白云化作用使得原有的孔隙得以繼承和調(diào)整，進而利于孔隙的保存；中—深埋藏期白云石的重結(jié)晶和過度的白云化對儲集層含有作用范圍有限的負面影響，前人關(guān)于塔河油田詳細的儲集空間類型統(tǒng)計結(jié)果證明了這一點[49]。此外，在深埋藏條件下生物潛穴充填的白云質(zhì)成分可以發(fā)生溶蝕形成大量儲集空間?？紫对诼癫厝芪g形成的砂屑團塊內(nèi)多彼此獨立不連通，但在大氣淡水經(jīng)裂縫、縫合線等滲流進來對灰?guī)r進行溶蝕時，可以產(chǎn)生許多大的相互連通的溶蝕孔洞，后期的瀝青充填會加固孔洞的保存[38]，進而形成有利于油氣聚集的儲集空間。巖芯觀測和薄片顯微鏡分析證實研究區(qū)生物擾動型碳酸鹽巖儲集體的深埋藏溶蝕主要沿縫合線或裂縫向周圍擴展，形成斑狀和順層狀，導(dǎo)致該條件下形成的白云巖在巖芯上呈團塊狀和順層狀分布。在白云化過程中，灰?guī)r析出的雜質(zhì)無法融入白云石晶體殘留在白云石晶格內(nèi)從而形成了亮邊霧心現(xiàn)象[38]。
其實，早在1994年郭建華等[50]就提出在塔河油田奧陶系碳酸鹽巖中可能存在生物擾動成因的儲集層，只是后來油田勘探的目標(biāo)主要集中在溶洞和裂縫型碳酸鹽巖儲集層上，目前對塔河油田這類生物擾動儲集層的發(fā)育特征和主控因素知之不多。在國外，生物擾動型碳酸鹽巖作為一種常見的非均質(zhì)儲集體，受到了學(xué)者們廣泛的關(guān)注[51]。Knaust[52]對Khuff組儲集層的研究表明生物擾動可以通過不同的、復(fù)雜的生物和沉積物的相互作用來降低或提高儲集層的孔隙度和滲透率。
筆者所在團隊前期對塔河油田奧陶系生物擾動型碳酸鹽巖儲集層的研究主要側(cè)重于對該類儲集層的宏觀識別與定量表征上[7,23,38,49]，本次除了重點分析生物擾動型碳酸鹽巖儲集層的微觀特征，還針對利用常規(guī)聲波測井、密度測井孔隙度方程計算塔河油田奧陶系孔隙度時與生產(chǎn)實際、實驗測試結(jié)果相比誤差較大的科學(xué)問題，將生物擾動指數(shù)引入密度測井孔隙度計算模型，提出基于研究區(qū)常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)的儲集層孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ?，彌補前人孔隙度計算模型在研究區(qū)奧陶系生物擾動型碳酸鹽巖儲集層孔隙度計算上的不足，該項研究對塔河油田和相似區(qū)域的油氣飽和度、油氣儲量和生產(chǎn)指標(biāo)的計算具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
3 生物擾動型儲集層孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ偷慕?/h2>3.1 聲波測井孔隙度計算模型
當(dāng)聲波在巖石骨架中的傳播時間（Δtma）和流體中的傳播時間（Δtf）已知時，可以通過聲波測井?dāng)?shù)據(jù)計算孔隙度。2002年，Kamelet al.[53]將Wyllie時間平均方程和Raiga-Clemenceau公式相結(jié)合，獲得了新的聲波地層因素方程（Wyllie-Clemenceau公式）：
Δtma與x成反比，當(dāng)Δtma已知時，
式中：φ是聲波測井求得的孔隙度，PU或%；Δt是地層中的傳播時間，μs/ft；Δtma是巖石骨架中的傳播時間，μs/ft；Δtf是流體中的傳播時間，μs/ft；x是與巖石骨架指數(shù)。
該公式考慮了巖石骨架、流體性質(zhì)、膠結(jié)指數(shù)和巖性系數(shù)的影響，適用于孔隙介質(zhì)。它是一個對于巖性已知的地層，通過聲波測井準(zhǔn)確估算聲波孔隙度的方程。利用該方程，當(dāng)Δt、Δtf、Δtma、x已知時，根據(jù)測井記錄的傳播時間可以求得孔隙度。此外，Δt通常需要校正泥質(zhì)和烴的影響；Δtf主要取決于介質(zhì)的性質(zhì)，一般在淡水泥漿系統(tǒng)為189 μs/ft，咸水泥漿系統(tǒng)為185 μs/ft；Δtma可由斯侖貝謝圖版獲得。
公式(1)在缺少其他孔隙度計算手段（如中子和密度）和巖芯資料的情況下可以近似估算聲波孔隙度[54]。雖然該公式在碎屑巖（尤其是純砂巖）中有很好的應(yīng)用效果，但很少有學(xué)者詳細闡述其在碳酸鹽巖中的應(yīng)用，Kamelet al.[53]，Makaret al.[55]，王曉光等[56]僅在其文章中引用前人在灰?guī)r中就地測量的孔隙度和壓縮波速（它的倒數(shù)可以計算聲波在地層中的傳播時間）數(shù)據(jù)，與該公式孔隙度計算結(jié)果作對比表明可以使用該公式計算灰?guī)r中的孔隙度。研究區(qū)生物擾動儲集層巖芯、柱塞測試和各種測井資料較為齊全，但應(yīng)用該公式計算孔隙度時誤差偏大應(yīng)用效果不佳。
3.2 密度測井孔隙度計算模型
密度測井曲線是地層電子密度的反映，密度測井是一種測量地層孔隙度的有效測井方法。在骨架密度和流體密度已知的純地層中，體積密度為[57]：
解出φ為：
式中：φ是密度測井求得的孔隙度，%；ρb是地層的體積密度，g/cm3；ρma是巖石骨架密度，g/cm3；ρf是孔隙流體的密度，g/cm3。
巖石骨架密度ρma與儲集層的巖性有關(guān)；對于除天然氣和輕質(zhì)油外的一般孔隙流體和儲集層骨架礦物，體積密度ρb和密度測井儀讀出的視密度ρa之間的差別可以忽略，此時ρb等于рa[57]。
該公式在石油勘探領(lǐng)域常被用作確定巖層孔隙度，但作為一種單一的計算巖層孔隙度的方法，它的計算結(jié)果常需校正雜基、油氣、膠結(jié)物、井眼等因素的影響[20,57-58]。對研究區(qū)生物擾動儲集層而言，無法準(zhǔn)確識別雜基和膠結(jié)物進而校正其對密度測井孔隙度計算結(jié)果的影響，孔隙度計算結(jié)果與壓汞實驗測試結(jié)果誤差較大，應(yīng)用效果不佳。
3.3 生物擾動型儲集層孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ?/h3>
利用上述測井孔隙度模型計算研究區(qū)儲集層孔隙度時，與實驗測試孔隙度值相比，聲波測井孔隙度計算結(jié)果的誤差比密度測井孔隙度計算誤差大，考慮到生物擾動對研究區(qū)儲集層的影響，在密度測井孔隙度計算公式的基礎(chǔ)上提出了下面的孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ停?/p>
式中：y是該模型計算得到的孔隙度，%；x1是密度測井模型求得的孔隙度，%；x2是生物擾動百分比，%；a和b是模型中x1和x2的系數(shù)；ρb是地層的體積密度，g/cm3；ρma是巖石骨架密度，g/cm3；ρf是孔隙流體的密度，g/cm3。
生物擾動百分比x2與白云石含量有關(guān)，研究區(qū)奧陶系薄片鏡下觀測顯示生物擾動下潛穴充填物大多為白云石，其含量多少常反映了生物擾動的程度；巖石骨架密度ρma取決于儲集層的巖性，研究區(qū)奧陶系生物擾動型儲集層的巖性不是純灰?guī)r，故實際運用時需要考慮方解石與白云石的含量從而選取合適的骨架礦物密度值。
針對研究區(qū)鉆井的孔隙度計算可以按照以下步驟進行：首先，把鉆井生物擾動區(qū)域的密度測井值帶入公式（6）中求得密度孔隙度x1；其次，根據(jù)鉆井生物擾動區(qū)域的巖芯柱塞數(shù)據(jù)、密度孔隙度x1、生物擾動百分比x2，利用Origin軟件的擬合(多元線性回歸)功能求得參數(shù)a和b及其相關(guān)系數(shù)R2；最后，將前面獲得的參數(shù)a、b，以及密度孔隙度x1和生物擾動百分比x2帶入公式（5）中求得研究區(qū)生物擾動區(qū)域儲層的孔隙度。
4 孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ驮谒佑吞飱W陶系應(yīng)用實例
為驗證上述孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ偷挠行?，本文?yōu)選研究區(qū)奧陶系生物擾動型碳酸鹽巖儲集層發(fā)育且比較有代表性的T208井的測井和巖芯測試數(shù)據(jù)進行檢驗。T208井地理位置位于塔河油田2號區(qū)北部，構(gòu)造位置位于艾協(xié)克南構(gòu)造東北側(cè)，鉆井性質(zhì)為評價井。該井奧陶系下統(tǒng)一間房組的地層主要由黃灰、灰色泥微晶灰?guī)r和砂屑灰?guī)r組成，測井曲線顯示該組段電阻率較高、巖性較純，測井資料綜合解釋為1層II類儲集層和2層III類儲集層。本次選取深度從5 620 m到5 630 m的儲集層。巖芯上多表現(xiàn)為被黑色原油或瀝青充填的白云石砂屑團塊，呈不規(guī)則的斑狀或綢帶狀分布且團塊周圍縫合線和微裂縫發(fā)育；此外常規(guī)測井和FMI成像測井資料齊全，可以看作是一個計算生物擾動型碳酸鹽巖儲集層孔隙度的一個很好的例證。依據(jù)該井段聲波測井和密度測井資料、9塊巖芯柱塞樣品孔隙度和滲透率測試數(shù)據(jù)（表1）、生物擾動百分比，利用Origin軟件對利用前文提及的孔隙度計算公式得到的孔隙度與巖芯柱塞孔隙度作對比。
表1 T208井5 620～5 630 m巖芯柱塞樣品孔隙度和滲透率統(tǒng)計表Table 1 Porosity and permeability of 5 620-5 630 m core plug samples in well T208
從表1中可以看出隨著生物擾動指數(shù)由2增大到4，平均孔隙度由0.85%增大到1.8%、平均滲透率由0.59×10-3μm2增大到3.475×10-3μm2，平均孔隙度和平均滲透率不斷增大，但生物擾動明顯對滲透率的影響更大些。Origin軟件中公式（5）多元線性回歸擬合結(jié)果顯示y=1.042 48x1-0.005 96x2、相關(guān)系數(shù)R2為0.994 98，表明參數(shù)a和b的擬合效果很好。圖3中該井段孔隙度曲線越靠近紅色圓點表明孔隙度計算結(jié)果與柱塞孔隙度測試結(jié)果耦合越好，三條孔隙度曲線變化趨勢大體都相同，但模型孔隙度曲線（藍色）離巖芯柱塞孔隙度最近，證實了該模型計算研究區(qū)儲層孔隙度的可靠性和準(zhǔn)確性。
圖3 T208井巖芯柱塞、模型、密度及聲波孔隙度對比圖Fig.3 Contrast diagram of core plug,model,density and acoustic porosity in well T208
5 研究展望
前文基于巖芯資料和測井資料建立的生物擾動碳酸鹽巖儲集層的孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ鸵氲纳飻_動指數(shù)需要從巖芯資料中獲取，由于受取芯井?dāng)?shù)量的限制，該模型在油田的勘探開發(fā)實際應(yīng)用過程中具有一定的局限性。所以，在該樣本檢驗?zāi)Ｐ退芴峁┑膸r芯或擬巖芯樣本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立測井曲線與儲層參數(shù)之間非線性智能模型是下一步努力的方向和更大的挑戰(zhàn)。
要徹底解決生物擾動碳酸鹽巖儲集層孔隙度計算這個艱巨的任務(wù)，從理論上還需解決下列問題：1）明確塔河油田奧陶系生物擾動碳酸鹽巖儲集層的非均質(zhì)性分布規(guī)律，這包括受沉積環(huán)境控制的生物擾動的非均質(zhì)性分布規(guī)律和受成巖作用控制的后期改造的非均質(zhì)性分布規(guī)律；2）塔河油田奧陶系生物擾動儲集層發(fā)育段的識別；3）優(yōu)選與生物擾動儲集層相關(guān)的測井參數(shù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立非線性的孔隙度計算模型；4）優(yōu)選樣本參數(shù)進行模型訓(xùn)練和改進模型；5）結(jié)合生產(chǎn)實踐檢驗建立的孔隙度計算模型。
目前已有資料揭示塔河油田奧陶系生物擾動型碳酸鹽巖儲集層具有厚度大（超過200 m）、孔隙度小、滲透率低、非均質(zhì)性強、含油氣性不均勻等特征，巖石物性對儲集層電性的影響大于含油氣性的影響，油氣層和水層測井響應(yīng)差異小，因而造成塔河油田奧陶系生物擾動碳酸鹽巖儲集層及油氣層識別難度大[7,24-25,59]。據(jù)最新研究成果，Liuet al.等[60]對伊拉克中部Mesopotaminan盆地AD油田上白堊統(tǒng)Khasib組生物擾動高滲透區(qū)研究認為可通過測井?dāng)?shù)據(jù)RHOBnor/DTnor，RILD*MSFL和GR進行碳酸鹽巖基質(zhì)儲層中生物擾動發(fā)育段的識別和預(yù)測；我們也通過對塔河油田奧陶系鷹山組和一間房組取芯井生物擾動發(fā)育段和未生物擾動發(fā)育段的測井曲線對比發(fā)現(xiàn)SP、CNL、RS/RD、AC、CALD等測井曲線有一定的異常。這些突破性的發(fā)現(xiàn)為研究塔河油田奧陶系生物擾動碳酸鹽巖儲集層的非均質(zhì)性分布規(guī)律，分析與優(yōu)選生物擾動碳酸鹽巖儲集層發(fā)育段孔隙度最相關(guān)的測井參數(shù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立非線性智能的孔隙度計算模型打下了基礎(chǔ)和指明了方向；路漫漫其修遠兮，我們將上下而求索，相信不遠的將來這方面的研究會有新的突破，也一定會有專文報道相關(guān)研究成果。
6 結(jié)論
（1）研究區(qū)奧陶系鷹山組和一間房組生物擾動型碳酸鹽巖儲集層巖芯上表現(xiàn)為不規(guī)則狀或綢帶狀分布的含油斑塊，顏色較基質(zhì)灰?guī)r深，邊界縫合線極為發(fā)育；薄片鏡下分析表明潛穴充填物主要為白云石顆粒，晶形多為自形、半自形晶，粒徑普遍為100～200 μm，細晶結(jié)構(gòu)為主，晶間孔是這類儲集層的主要儲集空間；孔隙度、滲透率測試分析表明隨著生物擾動指數(shù)的增加，平均孔隙度呈現(xiàn)出先增大后減少的變化趨勢；而平均滲透率則呈現(xiàn)出一直增大的變化趨勢。
（2）研究區(qū)奧陶系鷹山組和一間房組生物擾動型碳酸鹽巖儲集層物性受巖石組構(gòu)的控制，而巖石組構(gòu)是沉積和成巖共同作用的結(jié)果。分析認為在早—中奧陶世鷹山組和一間房組的沉積過程中，（古）生物在碳酸鹽沉積物表面或內(nèi)部建造了許多形態(tài)各異的潛穴，生物擾動使得潛穴充填物和圍巖基質(zhì)在成分、結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)差異；這些差異在后期成巖的改造過程中導(dǎo)致生物擾動部分的成巖作用（主要是白云巖化）比圍巖基質(zhì)部分劇烈，使得原本存在的差異伴隨著其后的成巖過程逐步增大，進而形成巨厚層的生物擾動碳酸鹽巖儲集層。
（3）基于密度測井法、聲波測井法和中子測井法的傳統(tǒng)地層孔隙度計算模型在塔河油田奧陶系地層孔隙度計算應(yīng)用中誤差較大。通過對影響因素的分析，在總結(jié)前人測井孔隙度計算方法的基礎(chǔ)上，將生物擾動指數(shù)引入密度測井孔隙度計算模型中，提出了一種基于巖芯資料和常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)的儲集層孔隙度計算樣本檢驗?zāi)Ｐ?，彌補現(xiàn)有常規(guī)孔隙度模型的不足，該模型的計算結(jié)果（巖芯+擬巖芯數(shù)據(jù)）可為下一步利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立通用生物擾動碳酸鹽巖儲集層孔隙度計算模型提供可靠的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)。
致謝 感謝中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院在巖芯觀測和資料收集等方面提供的幫助和支持；感謝中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的孫建國老師和河北地質(zhì)調(diào)查局的李新老師為我們制作了精美的薄片；感謝河南省生物遺跡與成礦過程重點實驗室的老師在薄片顯微觀測過程中提供的指導(dǎo)和幫助；衷心感謝兩位審稿人和編輯老師在論文成稿過程中提供的指導(dǎo)和幫助。
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