深层缝洞型碳酸盐岩储层定量分类与评价
——以四川盆地安岳气田灯影组四段储层为例

徐诗雨 林 怡 杨 帆 陈 文 杨 京 何开来 曾乙洋 黎 洋 赵春妮

中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

0 引言

储层分类评价是对气藏储量品位进行地质综合评判的重要环节。在提交天然气探明储量时，储层分类评价是一项必要的研究内容。针对影响储层品质的因素多、各因素相关关系复杂的研究现状，权重分析法、灰色关联法、聚类分析法等地质学统计方法已成为国内外储层分类评价的主要手段。多种方法和技术的广泛应用，使储层分类评价从定性、单一化逐步向定量、综合化发展[1-6]。不同的方法有各自的适用性及优缺点，因此，根据不同分类评价对象的特征、不同阶段分类评价的目的，选取合适的评价参数、方法至关重要。

目前，四川盆地碳酸盐岩储层分类评价标准主要是在定性评价基础上，采用单参数分类法，以其中一种独立参数（主要是孔隙度）的分布范围进行储层分类，再基于其他参数与该独立参数的相关关系，得到一个既包含宏观储层物性参数，又包含微观孔喉结构参数的分类方案[7-15]。该种方法在川东石炭系、川东北下三叠统飞仙关组等孔隙型碳酸盐岩储层应用效果良好。而研究区内安岳气田上震旦统灯影组四段储层储集空间类型复杂多样，深层缝洞型碳酸盐岩的强非均质性使得各个评价参数均具有一定的独立性，参数间相关关系较差、主次不清，评价结果表现出多解性、模糊性、主观性强等特征，不能满足储层分类评价的要求。储层品质的优劣是各种因素综合影响的结果，基于对应分析方法，通过分析研究区内灯影组四段碳酸盐岩储层的地质特征及主控因素，确定储层分类评价的有效地质参数，建立因子载荷图版，将储层和影响因素反映到同一因子平面进行分析，以揭示储层与影响因素间的双重关系。通过贝叶斯判别法获得判别函数，实现该地区储层直观、有效分类，并为储层平面展布、后期开发决策提供依据。

1 储层特征及主控因素

安岳气田位于四川盆地川中古隆中斜低平构造区，区内上震旦统灯影组四段储层普遍发育，岩性均为白云岩，为碳酸盐台地相沉积，主要发育藻丘、颗粒滩亚相；岩石类型以藻凝块云岩、藻叠层云岩、砂屑云岩为主。储集空间类型多样，既发育受组构控制的粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔、晶间溶孔等，又发育不受组构控制的溶洞、溶缝和构造缝等，裂缝以高角度缝为主，起连通纵向储层孔洞、优化储层渗透性的作用（图1）。

图1 安岳气田灯影组四段储层岩性、储集空间特征图版

安岳气田灯影组四段白云岩储层具有低孔、低渗的特征。据研究区岩心物性样品分析，储层孔隙度分布范围2.00%～22.62%，一般分布范围2.00%～4.00%，占样品总数的69.24%，孔隙度平均值3.75%（图2a）。储层渗透率分布范围0.001～87.800 mD，渗透率主要分布在0.010～0.100 mD和0.100～1.000 mD两个区间内，渗透率平均值2.384 mD（图2b）。对安岳气田灯影组四段岩心柱塞样品孔隙度与渗透率作相关分析，岩心柱塞样品的孔隙度—渗透率数据点较分散，孔渗关系较差（图2c）。

图2 安岳气田灯影组四段储层物性特征图

灯影组四段孔喉结构复杂，部分储层具有粗、细不同的两套孔喉系统，宏观孔隙度与最大孔喉半径、中值孔喉半径等单一微观孔喉结构参数的相关性差（图3），储层非均质性强，储集类型为裂缝—孔隙（洞）型。

图3 安岳气田灯影组四段储层孔隙度—微观孔喉结构参数关系图

研究区内灯影组四段优质储层主要发育在丘、滩相中，有利的沉积相带是储层形成、演化的基础，不仅决定了储层的大致分布范围，而且影响了后期成岩作用类型及强度；岩溶作用是控制储层发育的另一因素，沉积期岩溶形成针孔、风化期岩溶形成溶孔溶洞、埋藏期岩溶形成扩溶缝洞，多期岩溶叠加控制了储层内部孔喉结构特征，从而影响储层渗流能力[16-17]。灯影组四段储层的形成受沉积相和岩溶作用共同控制，丘、滩相的发育程度和岩溶作用强度直接影响储层的品质。

2 储层分类评价方法

2.1 目前分类标准存在的问题

从20世纪80年代开始，四川盆地碳酸盐岩储层分类开始有较为系统的发展（表1），目前研究区内储层分类评价主要采用四川盆地碳酸盐岩储层分类评价标准（以孔隙度12%，6%，2%为界）。由前文所述，缝洞型碳酸盐岩储层因其独特的地质条件和渗流特征，基于现有标准难以合理有效地对储层进行分类评价，具体存在问题如下：

表1 典型地区碳酸盐岩储层分类表

1）分类参数缺乏广泛性。深层工艺井的实施使取心难度加大、收获率降低，分类参数不易获取，且数据来源于室内常规物性实验（孔隙度、渗透率）及压汞实验（微观孔喉结构参数），严格的制样标准使缝洞型储层柱塞样的代表性差，反映样品点某一深度的储层品质，常忽略了不受组构控制的缝、洞对储层的改造。

2）分类评价结果多解性。缝洞型碳酸盐岩储层各项评价参数相关关系较差，同一样品采用不同的评价参数会得出不同的分类评价结果。

3）分类结果与研究区内测试成果存在矛盾。评价结果相近的井测试效果有明显差异，例如MX107井与MX41井，有相似的地质条件，按目前分类评价均发育Ⅲ类储层，两口井均为直井，在相似的酸化改造措施下，MX107井多次液氮气举后无产能，MX41井测试获7.08×104m3/d工业气流；部分高产井，例如GS102井，溶蚀孔洞发育，按目前的分类评价方法仍是以Ⅲ类（一般）储层为主，该直井采用射孔酸化测试联作工艺，挤入地层总液量250.70 m3（其中浓度20.8%的胶凝酸242.76 m3，降阻水26.43 m3），测试获62×104m3/d工业气流。

2.2 定量分类评价方法步骤

以安岳气田灯影组四段储层为例，在研究深层缝洞型储层的地质特征和主控因素基础上，优选储层分类评价参数，采用对应分析法进行储层分类，应用贝叶斯判别法建立判别函数，确定储层分类标准，从而对研究区储层进行综合评价（图4）。

图4 储层定量分类评价步骤图

对应分析实质上是将R型因子分析和Q型因子分析联系在一起，把样品和指标投影到同一因子平面内，研究样品与样品、指标与指标、样品与指标间的相互关系，可以直观地进行储层分类评价[18-20]。

2.2.1 建立原始数据矩阵

假设有A个储层，每个储层有B个影响因素，则可以得到原始数据矩阵；

式中 xij表示第j个储层的第i项影响因素的观测值（xij≥ 0，i =1，2，…，B ；j =1，2，…，A）。

2.2.2 矩阵标准化

用数学方法对原始矩阵标准化，消除数据量纲影响；

2.2.3 R型因子分析

2）计算R型因子载荷矩阵F

3）在因子平面上作参数（影响因素）点图，可用于研究影响因素之间的相互关系。

2.2.4 Q型因子分析

1）计算前 k个特征值 λ1，λ2，…，λk对应的矩阵Z'Z的特征向量v1，v2，…，vk。

由于ui是协方差矩阵ZZ'的特征值λi对应的特征向量，则有（i=1，2，…，k），等式两边同时左乘 Z'，有（Z'Z）Z'u=λiZ'ui，即λi是Z'Z的特征值，对应的特征向量为Z'ui。

2）计算Q型因子载荷矩阵G

3）在与R型相应的因子平面上作样品（储层）点图，可用于研究储层与储层，储层与影响因素之间的关系，并对储层进行分类评价。

2.2.5 判别分析

基于上述分类评价结果，利用贝叶斯判别建立判别函数。

贝叶斯判别分析原理是从已确定储层类型的样品中，拟合出判别函数，再利用判别函数去判别其他样品所属的储层类型，要计算新样品Y属于各类储层的概率p/{g/Y }（g=1，2，…，m），比较这几个概率值，将新样品Y归于概率最大的那一类。

式中qg表示样品属于第g类储层的先验概率，值为ng/N。fg(y1,y1,…,yp)表示样品Y在第g类储层的概率密度。

对公式变形得：

1）假设有m类储层，第g类储层取得的样品个数为ng，每个样品都观测了p个影响因素，样品总数为N。分别计算每一类储层的各个影响因素平均值为：

式中xgjk表示第g类储层第j个样品的第k项影响因素观测值。

2）计算每一类储层的离差矩阵：

3）计算综合协方差矩阵S及其逆矩阵S-1；

4）计算后验概率，将与g有关的项记作Fg(Y)，Fg(Y)即为储层分类的判别函数。Fg(Y)取得最大值，后验概率也最大，样品Y就归于此类储层。由此达到储层定量分类的结果。

3 储层定量分类评价

3.1 分类样品及评价参数优选

前文所述，研究区内储层高角度缝发育，使小层间纵向连通，因此，对纵向储层发育优劣的整体评价比单层评价更具有现实意义，更有利于在分类评价基础上开展储层品质平面展布研究；为便于将分类评价结果与产能进行对比验证，判断分类评价的合理性，本文仅选取研究区内钻穿地层的直井及大斜度井作为分类评价样品。

目前常用的储层定量评价参数为宏观物性参数和微观孔喉结构参数[21-25]，这些参数来源于取心层段所做的实验分析处理结果，虽可准确反映某一深度储层品质，但忽略了数据的广泛性以及不受组构控制的溶洞、溶缝和构造缝等对储层品质的改造。前文已述，研究区内储层主控因素主要为沉积相和岩溶作用，在储层分类评价中，直接对主控因素进行量化难度较大，因此选择可间接表征其对储层品质影响的其他指标作为评价参数。

结合研究需求及资料现状，优选孔隙度、渗透率、渗透率变异系数、泥质含量、含水饱和度、储层厚度等6个参数对储层进行综合评价，参数均通过测井资料获取。其中，孔隙度反映了沉积相、岩溶共同作用下储集空间的大小，是储层储集能力的直接体现；渗透率反映了油气在岩石中流动的难易程度，是储层渗流能力的直接体现；渗透率变异系数是储层内渗透率的标准差与渗透率平均值的比值，反映储层的非均质程度，直接体现储层受沉积环境、成岩及构造作用的影响存在的不均匀变化，是影响储层油气流动的重要因素；泥质含量间接反映了沉积时水体能量的强弱，在储层中以不同方式堵塞孔喉，其大小直接影响储层渗流能力；含水饱和度直接表征储层的流体分布方式及体积百分数，可间接表征储层中油气的充注程度；储层厚度间接反映优势沉积相、岩溶作用纵向分布，在发育高角度缝的缝洞型碳酸盐岩储层中直接影响单井产能。

综上，优选研究区41口直井或大斜度井，分别以6个评价参数定量表征，建立了研究区内储层分类评价原始矩阵。

3.2 储层分类评价

采用对应分析法对储层进行分类，特征值贡献率（表2）结果表明，第一特征值方差贡献率达到93.2%，第二特征值累积贡献率达到了98.5%，表示前两个特征值包含了所选样品及其影响因素的绝大部分信息，即所选样品及其影响因素可近似投影于λ1、λ2特征值对应的因子载荷F1、F2所组成的平面中。由6个评价参数在F1、F2因子载荷轴上的得分（表3）可以看出，得分绝对值较高的参数，即对分类结果影响较大的因素分别为含水饱和度、储层厚度、渗透率。

表2 对应分析特征值贡献率表

表3 评价参数因子载荷得分表

因此，以F1、F2作为因子载荷轴，绘制出因子平面图（图5）。在因子平面图中，距离越近的评价参数，相关性越强；距离越近的样品，相似性越强；距离越近的评价参数与样品，该评价参数对该单个样品的影响越强。在此基础上，结合岩心观察、实验分析等地质研究资料，将因子平面图中的点群大致分为四大类；Ⅰ类点群主要分布在储层厚度和渗透率周围，该类储层的厚度大、渗透率较高、含气性好，主要的储渗空间可能是大量的不受组构控制的微裂缝、溶洞等，为好储层；Ⅱ类点群主要分布于储层厚度和孔隙度之间，这类储层孔隙度较高，储层厚度较大，渗透率非均质性较强，往往发育大量的受组构控制的粒内孔、粒间孔等，局部有微裂缝、溶洞等提高储层渗流能力，为较好储层；Ⅲ类点群主要分布于渗透率与含水饱和度因素之间，这类储层含气性中等偏差，渗透率非均质性较强，虽然部分储层孔隙度较高，但泥质含量较高、储层厚度较薄，为一般储层；Ⅳ类点群主要分布在含水饱和度因素周围，说明该类储层与含水饱和度相关性最强，储层的物性、含气性较差，渗透率分布较均一，缺乏微裂缝等提高储层渗透率的非组构孔隙空间，微孔隙是主要的储渗空间，属于差储层或非储层。

图5 安岳气田灯影组四段储层对应分析因子平面图

3.3 储层类型判别方案

确定储层划分的4种类型，在此基础上利用贝叶斯判别法建立各类储层的判别函数如下：

Ⅰ 类 储 层 =36.126φ-10.471K+0.271Sw+9.902Vsh+1.014H+1.648KH-109.352

Ⅱ 类 储 层 =35.077φ-11.388K+1.466Sw+6.786Vsh+0.498H+1.552KH-90.247

Ⅲ 类 储 层 =35.001φ-10.513K+2.134Sw+7.455Vsh+0.162H+0.833KH-91.878

Ⅳ 类 储 层 =30.820φ-8.863K+3.396Sw+5.206Vsh-0.141H+0.11KH-101.384

式中φ表示孔隙度；K表示渗透率，mD；Sw表示含水饱和度；Vsh表示泥质含量；H表示储层厚度，m；KH表示渗透率变异系数。

得到上述判别函数后，将待评价储层的孔隙度、渗透率、含水饱和度、泥质含量、储层厚度、渗透率变异系数，分别带入上述4个判别函数，将储层归类为函数值最大的一类，即可对待评价储层进行定量分类评价。

3.4 储层分类效果

采用回代法进行考核，将原始用对应分析分好类的样品带入判别函数，与样品原始分类对比，回判成功率97.6%；采用刀切法进行考核，每个样品由从该样品以外的其他样品派生的函数进行分类，从第一个样品到最后一个样品，每个重新判别分类一次，与原始分类对比，回判成功率92.7%，分析结果真实可靠。

利用以上判别函数对研究区内储层进行分类，结果表明，研究区以Ⅱ、Ⅲ类储层为主，对比储层分类结果与单井实测产能发现，Ⅰ类储层产能一般大于30×104m3/d；Ⅱ类储层产能主要分布于10×104～30×104m3/d；Ⅲ类储层产能主要集中于2×104～10×104m3/d；Ⅳ类储层产能一般小于2×104m3。应用此种方法得出的储层分类结果与单井实测产能符合率达91.9%（图6），分类评价效果较好。

图6 安岳气田灯影组四段储层评价结果与单井产能对比图

4 储层品质平面展布

储层分类评价是研究储层品质平面展布的基础和前提。通过上述建立的判别关系式，将研究区在平面上划分为不同的储层类型分布区。图7是利用该方法得到的安岳气田灯影组四段储层平面分区图，结合区内构造特征、地震预测厚度、有利沉积相展布等可以发现，Ⅰ类储层发育区位于构造高部位，含气性好，储层厚度大，位于有利丘滩体发育处；Ⅱ类储层发育区构造相对低，部分靠近气水界面，但丘滩体发育，仍位于储层厚值区；Ⅲ类储层发育区储层厚度较薄，丘滩体发育程度相对较弱；Ⅳ类储层发育区主要位于构造鞍部或气水界面附近，含气性较差，且储层厚度较薄。总的来看，区内储层总体发育稳定，局部平面非均质性较强。安岳气田灯影组四段储层随着勘探由台缘向台内的不断深入，不断精细储层平面分区图成果，可以对高效开发决策提供合理、有效的依据。

图7 安岳气田灯影组四段储层类型分区图

5 结论

1）深层缝洞型碳酸盐岩储层品质优劣是多种因素综合影响的结果，在明确储层主控因素基础上，优选孔隙度、渗透率、渗透率变异系数、泥质含量、含水饱和度、储层厚度等表征储层品质优劣的6个评价参数，采用对应分析法，将研究区灯影组四段储层直观地划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四大类。

2）基于贝叶斯判别分析法，建立判别函数，从而对储层进行定量分类评价，回判准确率高，分类评价结果与单井实测产能符合率高达91.9%，分类评价效果较好，研究区灯影组四段储层以Ⅱ、Ⅲ类储层为主。

3）储层品质平面展布与区内构造特征、地震预测厚度、有利沉积相展布特征吻合性高，区内储层总体发育稳定，局部平面非均质性较强。该分类评价结果可以为后续勘探开发提供一定的依据，适用性强。