段新國，衡 勇，王洪輝，熊 坤，何 丹

（1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都610059；2.中國石油化工股份有限公司 華北油田分公司，鄭州450006）

蘇里格氣田南區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中西部，總體表現(xiàn)為東北向西南傾斜的單斜構(gòu)造，發(fā)育多排小幅度鼻狀隆起［1］。研究區(qū)上古氣藏主力產(chǎn)氣層為盒8段和山1段，屬河流—三角洲沉積體系中的河流沉積模式［2－4］，有效儲(chǔ)集層段巖石類型以中—粗粒巖屑石英砂巖和石英砂巖為主，分選性與磨圓度均為中等。儲(chǔ)層孔隙類型以溶孔和晶間孔為主，發(fā)育少量粒間孔；孔隙度主要集中在4.0%～14.0%，平均值為7.9%；滲透率為（0.1～5.0）×10－3μm2，平均為0.584×10－3μm2，屬于低孔、低滲儲(chǔ)層。隨著勘探開發(fā)的深入，該區(qū)低阻氣層發(fā)育，氣、水層識(shí)別難度較大。本文根據(jù)巖心分析、測(cè)井和試氣資料，分析該區(qū)低阻的形成機(jī)理，為低阻氣層的識(shí)別奠定基礎(chǔ)。

1 低阻氣層特征

低阻氣層一般定義為在同一油水系統(tǒng)內(nèi)油氣層與純水層的電阻率之比（電阻增大率）＜2［5］。本次研究在測(cè)井資料標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)了63口井的184個(gè)試氣層段（氣層172層、水層12層）的測(cè)井和試氣資料，水層電阻率為11.9～32.7Ω·m，平均為20.4Ω·m；氣層深側(cè)向電阻率主要為15～160Ω·m。根據(jù)低阻氣層的定義，對(duì)于蘇南地區(qū)，電阻率＜40Ω·m的氣層即為低阻氣層。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，研究區(qū)低阻氣層較為發(fā)育，所占比例高達(dá)20.24%（圖1）。氣層聲波時(shí)差主要為215～257μs/m，隨著聲波時(shí)差和孔隙度的增大，氣層電阻率呈降低趨勢(shì)，即物性越好電阻率越低（圖2）。

2 低阻氣層成因

前人研究表明，低阻氣層的成因復(fù)雜多樣，可形成于沉積、成巖、成藏和鉆井等過程中［6］。筆者在巖心、地層水分析、測(cè)井和試氣等資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合構(gòu)造特征和沉積背景，排除了砂泥巖薄互層、導(dǎo)電礦物等因素，重點(diǎn)分析了有可能影響電阻率的因素，包括不動(dòng)水飽和度、黏土礦物、粒度、孔隙結(jié)構(gòu)、地層水礦化度和泥漿侵入等。

圖1 蘇里格南區(qū)上古氣藏氣層深側(cè)向電阻率直方圖Fig.1 Histogram for the formation resistivity of the gas reservoirs in the Upper Paleozoic gas pool in the south of the Sulige gasfield

圖2 蘇里格南區(qū)上古氣藏地層電阻率與孔隙度交會(huì)圖Fig.2 Cross plot of the formation resistivity and porosity in the Upper Paleozoic gas pool of the south of the Sulige gasfield

2.1 高不動(dòng)水飽和度

不動(dòng)水是指在一定的生產(chǎn)壓差下儲(chǔ)層中不可流動(dòng)的地層水，它是由薄膜滯水和毛管滯水組成。其中薄膜滯水為吸附在巖石顆粒表面不流動(dòng)的束縛水；毛管滯水是指滯留在毛細(xì)管孔隙中的水，它的流動(dòng)與否主要取決于毛管兩端的壓力差。

2.1.1 吸附作用的影響

任何顆粒都有吸附地層水的能力，顆粒吸附水的能力主要取決于巖石的比表面積，巖石顆粒越細(xì)、比表面積越大，吸附水量越多［7］。蘇里格南區(qū)為河流—三角洲沉積，河道正韻律砂體頂部水動(dòng)力比較弱，其砂巖顆粒相對(duì)較細(xì)，泥質(zhì)含量高，比表面積大，吸附水量增加，電阻率降低。SN4-97井盒段砂體為正旋回沉積，隨著粒度變細(xì)，泥質(zhì)含量增加，含水飽和度增加，電阻率降低，砂體頂部表現(xiàn)為低阻氣層特征（圖3）。

2.1.2 復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的影響

孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石所具有的孔隙和喉道的形狀、大小、分布和相互連通關(guān)系［8］。從鑄體薄片和掃描電鏡來看（圖4），研究區(qū)上古生界儲(chǔ)層發(fā)育巖屑溶孔和晶間孔為主，二者約占總面孔率的64.1%。喉道主要為片狀、彎片狀，孔喉配置關(guān)系復(fù)雜。溶蝕型高嶺石和發(fā)絲狀伊利石的充填，使得晶間微孔隙發(fā)育，孔喉彎曲度增大，直徑變小。巖屑溶孔和晶間微孔的發(fā)育使得儲(chǔ)層具有孔隙度高、滲透率低的特點(diǎn)，孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)（滲透率/孔隙度）分布在0.017～0.462，孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)較低，反映儲(chǔ)層微孔率高。其中低阻氣層孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)為0.017～0.172，孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)值越大，含氣性越好。隨著孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)變大，深側(cè)向電阻率呈增大趨勢(shì)，表明孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜是低阻成因的主控因素，其他因素對(duì)電阻率的影響在15Ω·m之間（圖5）。SN4-97井盒射孔段3 564.0～3 566.0m 電阻率為22.46Ω·m，孔隙度為8.5%，滲透率為0.351×10－3μm2，合試日產(chǎn)氣3.31×104m3，不產(chǎn)水；孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)低、微孔率高，含水飽和度相對(duì)較高，氣層電阻率相對(duì)較低。

圖3 蘇里格南區(qū)SN4-97井盒8段隨粒度變化低阻氣層Fig.3 Low resistivity gas reservoirs changing with granularity in Member 8of Shihezi Formation in Upper Paleozoic in the south of the Sulige gasfield

圖4 蘇里格南區(qū)盒8、山1段孔隙類型Fig.4 Pore styles of the Upper Paleozoic reservoirs in the south of the Sulige gasfield

圖5 蘇里格南區(qū)低阻氣層孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)與深側(cè)向電阻率關(guān)系Fig.5 Relation of the deep lateral resistivity to the pore structure index of the low resistivity gas reservoir in the Upper Paleozoic，the south of the Sulige gasfield

壓汞分析表明（表1）：排驅(qū)壓力主要為0.01～5.15MPa，均值為1.05MPa；中值壓力主要為2.20～36.38MPa，平均為9.05MPa；中值半徑為0.01～1.27μm，平均為0.105μm；最大進(jìn)汞飽和度平均為77.49%，退汞效率為41.15%；儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有孔喉小、分選差、排驅(qū)壓力高的特點(diǎn)。最大進(jìn)汞飽和度和退汞效率低說明儲(chǔ)層不具有滲流能力或滲流能力較差的微、細(xì)孔隙所占比例較大，導(dǎo)致不動(dòng)水飽和度較高，從而導(dǎo)致地層電阻率較低。

2.1.3 天然氣富集程度差和氣水分異差

根據(jù)毛細(xì)管壓力理論，孔喉越小，毛細(xì)管壓力越大，油氣充填所需驅(qū)替力越大［9］。研究區(qū)所處的鄂爾多斯盆地屬“廣覆式”生烴，且天然氣充注時(shí)儲(chǔ)層已致密化［10－12］，天然氣在運(yùn)移過程中總是首先進(jìn)入物性較好、孔喉較大的儲(chǔ)層；對(duì)于物性較差、孔喉較小的儲(chǔ)層，天然氣的充注需要克服較大的毛細(xì)管壓力。當(dāng)驅(qū)替力不足以克服毛管壓力時(shí)，地層水被驅(qū)替不充分而遺留在微、細(xì)孔喉中，導(dǎo)致不動(dòng)水飽和度高。顆粒越細(xì)、泥質(zhì)含量越高、微細(xì)孔喉越發(fā)育，不動(dòng)水飽和度越高。在考慮孔隙結(jié)構(gòu)、烴源、驅(qū)替力的情況下，研究區(qū)可分為近源高充注高阻模式、遠(yuǎn)源低充注高/低阻模式、欠飽和充注低阻模式（表2）［13］。

蘇里格南區(qū)上古氣藏?zé)N源主要為山2段［14］。主力產(chǎn)層山1段距離烴源較近，充注程度相對(duì)較高，含水飽和度低，電阻率較高，以高阻氣層為主；盒8段距離烴源相對(duì)較遠(yuǎn)，充注程度中等或者不足，含水飽和度相對(duì)較高，特別是孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的儲(chǔ)層，低阻氣層、差氣層、氣水同層和干層較為發(fā)育。研究區(qū)氣藏具有構(gòu)造幅度低、砂體橫向連續(xù)性差、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特征［15］，導(dǎo)致天然氣的浮力難以克服低孔喉儲(chǔ)層中毛細(xì)管力的阻力，微細(xì)孔喉中不動(dòng)水發(fā)育，氣水分異差，特別是盒8段，含氣飽和度相對(duì)較低，含水飽和度高，低阻氣層和氣水同層較為發(fā)育（圖6）。

2.2 黏土的作用

一般將直徑＜2μm的顆粒稱為黏土顆粒，它是構(gòu)成砂巖泥質(zhì)成分的主要組分［16］。研究區(qū)氣層電阻率隨泥質(zhì)含量（黏土）的增加而降低。黏土礦物自身帶有電荷，具有陽離子減緩吸附的特性，陽離子交換能力越大，附加導(dǎo)電能力越強(qiáng)［17］。研究區(qū)盒8、山西組的黏土礦物主要為陽離子交換能力弱的高嶺石、水云母和綠泥石，其中高嶺石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.32%、水云母的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.16%（表3），且地層水礦化度較高，因陽離子交換引起的附加導(dǎo)電作用影響較低。黏土礦物對(duì)地層導(dǎo)電作用的影響主要體現(xiàn)在黏土的吸附作用和黏土分布狀態(tài)所形成的“導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)”，呈薄膜狀分布和孔隙襯邊式分布的伊利石和薄膜狀分布的綠泥石大幅度增加顆粒表面薄膜水的厚度（圖7），改善了地層導(dǎo)電路徑；同時(shí)，黏土的充填使得孔喉彎曲度增大、直徑變小，吸附水溶液中離子的能力變大，束縛水含量大幅度增加，從而使得地層電阻率大幅度降低。

表1 蘇里格南區(qū)盒8、山1儲(chǔ)層壓汞參數(shù)平均值Table 1 Statistics of the mercury-injection parameters in Upper Paleozoic of the south of the Sulige gasfield

表2 驅(qū)替力－孔隙結(jié)構(gòu)與測(cè)井響應(yīng)對(duì)比Table 2 Comparison between the displacing force-pore structure and the logging response

圖6 蘇里格南區(qū)上古氣藏SN2-123—G23-012井區(qū)氣藏剖面圖Fig.6 Gas pool profile of SN2-123—G23-012well field in Upper Paleozoic of the south of the Sulige gasfield

2.3 地層水礦化度

受沉積環(huán)境、成藏驅(qū)替和后期地層水活動(dòng)的影響，儲(chǔ)層間地層水礦化度存在差異。隨著礦化度增大，地層水中離子增加，地層導(dǎo)電能力增強(qiáng)，電阻率降低，從而有可能模糊研究區(qū)氣層與水層的電阻率特征［18］，影響低阻氣層的識(shí)別。蘇里格南區(qū)水質(zhì)資料分析表明：上古氣藏水型以CaCl2型為主，礦化度為30～216.94g/L，平均為84.43 g/L；計(jì)算地層水電阻率為0.03～0.11Ω·m，平均為0.07Ω·m。但是隨著地層水礦化度的增加，地層水電阻率增大，儲(chǔ)層電阻率并沒有表現(xiàn)增大的趨勢(shì)（表4、圖8），這表明在影響儲(chǔ)層電阻率的眾多因素中，地層水礦化度高對(duì)儲(chǔ)層電阻率有一定的影響，但影響較小。

圖7 蘇里格南區(qū)上古氣藏黏土礦物分布狀態(tài)Fig.7 Distribution of the clay minerals in the Upper Paleozoic gas pool of the south of the Sulige gasfield

表4 蘇里格南區(qū)盒8段地層水礦化度、電阻率和地層電阻率比較Table 4 Comparison between formation water salinity，formation water resistivity and formation resistivity

圖8 蘇里格南區(qū)地層水總礦化度和電阻率關(guān)系圖Fig.8 Relation of the formation water salinity and the resistivity of the reservoirs in the south of the Sulige gasfield

2.4 泥漿侵入

鉆井液的侵入是一個(gè)復(fù)雜的過程，主要以驅(qū)替、混合和擴(kuò)散3種動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行［19］。該過程受到鉆井液濾失性質(zhì)、地層壓力和鉆井液柱壓力差、鉆井液浸泡時(shí)間、地層巖性物性等因素的影響。淡水泥漿和鹽水泥漿對(duì)地層的影響各不相同。在鹽水條件下，氣層、水層均表現(xiàn)為低侵特征（ρxo＜ρt）；在淡水條件下，含氣飽和度較高的氣層表現(xiàn)為低侵特征（ρxo＜ρt），水層表現(xiàn)為高侵特征（ρxo＞ρt）［20］。研究區(qū)采用淡水鉆井液，密度≤1.15 g/cm3，失水≤6mL，計(jì)算泥漿電阻率為0.20～0.23Ω·m。本次研究在考慮儲(chǔ)層物性的基礎(chǔ)上，通過對(duì)比ρxo、ρt和變化率研究泥漿侵入的影響，結(jié)果表明：泥漿侵入氣層會(huì)導(dǎo)致所測(cè)得的電阻率偏低，如G56-2井沖洗帶電阻率＜40Ω·m，氣層表現(xiàn)為低阻侵入，水層表現(xiàn)為高阻侵入（表5）；且隨著滲透率和孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)的增加，電阻率變化率有增大的趨勢(shì)，低阻氣層的滲透率主要為（0.1～1）×10－3μm2，孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)主要為0.017～0.1，滲透率和孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)較高的低阻氣層較為少見（圖9）。這表明孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜是研究區(qū)儲(chǔ)層低阻氣層形成的主要原因，泥漿侵入使得研究區(qū)氣層電阻率降低，但是通常達(dá)不到低阻氣層的標(biāo)準(zhǔn)。

表5 蘇里格南區(qū)上古氣藏泥漿濾液侵入對(duì)電阻率的影響Table 5 Influence of mud invasion on the formation resistivity in the south of the Sulige gasfield

圖9 蘇里格南區(qū)儲(chǔ)層滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)與電阻率變化率的關(guān)系Fig.9 Relation of permeability，pore structure index and change rate of resistivity

3 結(jié)論

蘇里格南區(qū)上古氣藏為低幅度單斜構(gòu)造的低孔、低滲的巖性氣藏，低阻氣層發(fā)育，氣層電阻率受構(gòu)造特征、巖性、物性、地層水礦化度、黏土礦物、束縛水飽和度和泥漿侵入的影響。低阻氣層的形成是多種因素綜合影響的結(jié)果，研究區(qū)晶間孔發(fā)育，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，天然氣的差異充注使得微小孔隙中的水無法排出，所導(dǎo)致的高不動(dòng)水飽和度是造成氣層低阻的主控因素；低幅度構(gòu)造背景下氣水分異差、顆粒變細(xì)、泥質(zhì)含量增加、地層水礦化度高、黏土礦物的作用和泥漿的侵入對(duì)研究區(qū)氣層電阻率的降低也有不可忽視的影響。其中黏土礦物的附加導(dǎo)電性小，對(duì)地層導(dǎo)電作用的影響主要體現(xiàn)在黏土的吸附作用和黏土分布狀態(tài)所形成的“導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)”。泥漿侵入可使得氣層電阻率降低，特別是滲透率較好的儲(chǔ)層。該區(qū)低阻氣層的識(shí)別與評(píng)價(jià)過程中要充分考慮儲(chǔ)層微細(xì)晶間孔發(fā)育程度及孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，以提高低阻氣層的辨識(shí)率。

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