楊小明, 石玉江, 張海濤, 鐘曉勤

(1.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院, 陜西 西安 710018; 2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室, 陜西 西安 710018)

0 引 言

國家能源局制訂的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中[1]定義致密砂巖氣為“覆壓基質(zhì)滲透率小于或等于0.1×10-3μm2的砂巖氣層,單井一般無自然產(chǎn)能或自然產(chǎn)能低于工業(yè)氣流下限,但在一定經(jīng)濟條件和技術(shù)措施下可獲得工業(yè)天然氣產(chǎn)量。通常情況下,這些措施包括壓裂、水平井、多分支井等”。蘇里格氣田儲量計算中氣層有效厚度的下限一般采用測試法確定。測試法標(biāo)定下限的結(jié)果,空氣滲透率為0.1×10-3μm2,孔隙度為5.0%,含水飽和度為50%。根據(jù)近幾年蘇里格地區(qū)致密氣試氣情況統(tǒng)計,一定數(shù)量低于該下限標(biāo)準(zhǔn)的致密氣儲層試氣獲得了大于1.0×104m3/d的井口產(chǎn)量,按照現(xiàn)有下限標(biāo)準(zhǔn)解釋致密氣會漏失部分有效儲層,因此,需研究新的致密氣下限標(biāo)準(zhǔn)解決勘探生產(chǎn)中存在的問題。

1 蘇里格致密砂巖氣層基本特征

按照新的致密砂巖氣定義,收集了蘇里格地區(qū)2007-2012年44口井(空氣滲透率低于0.3×10-3μm2)致密氣層測井、地質(zhì)及分析化驗等資料進行了詳細分析,其中試氣井口產(chǎn)量大于1.0×104m3/d的井有27口,占總井?dāng)?shù)的61.4%。從統(tǒng)計情況看,致密氣層經(jīng)過成功壓裂改造,試氣產(chǎn)量能夠達到1.0×104m3/d以上。通過分析巖石學(xué)資料發(fā)現(xiàn),蘇里格地區(qū)致密氣層巖性以巖屑石英砂巖與巖屑砂巖為主,孔隙類型主要是溶孔、晶間孔及微孔(見圖1、圖2),其物性整體表現(xiàn)為高密度(一般大于2.50 g/cm3)、低孔隙度(一般小于8%)、特低滲透率(一般小于0.3×10-3μm2)、高束縛水飽和度(一般大于55%)等特點,與常規(guī)儲層差異明顯。圖3中S343井山1段3 703～3 709.88 m致密氣層其密度為2.62 g/cm3,分析孔隙度5.2%,分析滲透率0.078×10-3μm2,分析含水飽和度52%,按照現(xiàn)有儲量下限標(biāo)準(zhǔn)解釋應(yīng)為干層。但該層經(jīng)過壓裂改造,試氣獲井口產(chǎn)量1.106 7×104m3/d,試氣效果良好。

圖1 致密砂巖氣儲層碎屑顆粒直方圖

圖2 致密砂巖氣儲層孔隙特征直方圖

圖3 S343井山1段測井解釋成果圖*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同;1 mD=9.87×10-4 μm2,下同。

2 蘇里格地區(qū)致密砂巖氣層解釋下限確定

常規(guī)儲集巖中孔喉直徑通常大于2 μm,致密含氣砂巖介于2～0.03 μm之間,致密砂巖儲層孔喉比常規(guī)砂巖儲層細小,常規(guī)砂巖儲層確定下限方法已不適用。本文將通過研究致密砂巖氣層臨界孔喉半徑,進而確定致密砂巖氣層物性下限,并利用密閉取心刻度法和氣-水相滲法研究致密砂巖氣層含氣飽和度下限。

2.1 孔喉半徑下限法確定物性下限

孔喉半徑下限法是先確定儲集層的孔喉半徑下限,然后根據(jù)壓汞實驗中滲透率與孔喉半徑(孔喉中值半徑)的關(guān)系求出滲透率的下限值,最后利用孔隙度滲透率關(guān)系得出孔隙度下限值。

據(jù)鄒才能等的研究成果[2],研究含氣致密砂巖儲層的喉道半徑下限需要獲得2個關(guān)鍵參數(shù):①甲烷分子被穩(wěn)定吸附的喉道尺寸臨界值(或甲烷可以自由脫附的喉道尺寸臨界值);②束縛水膜的厚度。兩者相加即是理論上含氣致密儲層的喉道尺寸下限,進一步推導(dǎo)即可得出含氣致密砂巖儲層的物性下限。鄒才能等通過蘇里格氣田樣品孔隙尺寸大小和比表面積值的測試實驗得出,甲烷分子被穩(wěn)定吸附的喉道尺寸臨界值約為20 nm;通過壓汞實驗得出,束縛水膜厚度平均值約為20 nm,由此可得蘇里格氣田致密氣層孔喉半徑下限為40 nm(0.04 μm)左右[2]。

利用蘇里格地區(qū)20口井29個樣品點致密砂巖儲層壓汞實驗數(shù)據(jù),統(tǒng)計出了致密砂巖儲層滲透率與孔喉中值半徑關(guān)系(見圖4)。0.04 μm孔喉中值半徑對應(yīng)的滲透率為0.04×10-3μm2,該滲透率可以作為致密氣層滲透率下限[3]。結(jié)合蘇里格氣田致密砂巖儲層31口井504個樣品點分析孔隙度一分析滲透率關(guān)系圖(見圖5)確定致密氣層孔隙度下限為3%。

圖4 蘇里格地區(qū)致密砂巖氣層壓汞分析滲透率與孔喉中值半徑關(guān)系圖

圖5 蘇里格地區(qū)致密砂巖儲層分析滲透率與分析孔隙度關(guān)系圖

2.2 飽和度下限確定

2.2.1 密閉取心刻度法

密閉取心是采用密閉取心工具與密閉液,在水基鉆井液條件下取出不受鉆井液自由水污染的巖心,密閉取心分析含水飽和度接近地層真實含水飽和度,可信度高。本文首先利用致密砂巖密閉取心分析含水飽和度刻度測井計算含水飽和度,進而確定致密砂巖含氣飽和度下限。

蘇里格地區(qū)孔隙度滲透率關(guān)系較為復(fù)雜,儲層的電性質(zhì)與原生粒間孔隙為主的純砂巖儲層電性質(zhì)有很大的差別,地層因素—孔隙度關(guān)系及電阻增大率—含水飽和度關(guān)系在雙對數(shù)坐標(biāo)下并不是線性關(guān)系,Archie模型難以適用。針對這一難題,建立了基于密閉取心刻度的含水飽和度計算模型。方法是對蘇里格致密砂巖儲層,首先用常規(guī)巖電參數(shù)代入阿爾奇公式計算其含水飽和度,并與密閉取心分析含水飽和度進行交會,得出密閉取心分析含水飽和度與計算含水飽和度的校正公式(見圖6)。

Sw密閉=42.3 ln(Sw計算)-98.135

(1)

圖6 蘇里格地區(qū)盒8段密閉取心分析含水飽和度與測井計算含水飽和度交會圖

然后利用上述校正公式,計算蘇里格地區(qū)已試致密氣井含氣飽和度,并作孔隙度、滲透率與計算含氣飽和度的交會圖;氣層含氣飽和度下限值為26%。

2.2.2 氣-水相滲法

根據(jù)曼農(nóng)劃分下限的方法,對于任一種巖樣的相對滲透率曲線,其臨界水飽和度和殘余油飽和度之間的范圍所對應(yīng)的毛細管壓力曲線上的高度為過渡帶,在過渡帶中油(氣)水同產(chǎn)。對于確定的水飽和度,它相應(yīng)有對油(氣)和水的相滲透率曲線,當(dāng)對水的相滲透率曲線占主導(dǎo)地位時,儲集巖在開采條件下主要是產(chǎn)水。因此,可以根據(jù)對油(非潤濕相)的相對滲透率的下部拐點作為劃分儲集巖下限的標(biāo)準(zhǔn)。這種方法實際應(yīng)用也比較廣泛,但是,在確定曲線拐點的時候不易區(qū)分,通常是取曲線的交叉點作為下限標(biāo)準(zhǔn)[4]。本文將相滲曲線中水和氣相滲透率的交點所對應(yīng)的含水飽和度作為儲集層具有天然氣產(chǎn)能的下限。

圖7 致密氣層密閉取心刻度含氣飽和度與孔隙度、滲透率交會圖

根據(jù)以上方法,收集蘇里格地區(qū)致密砂巖儲層24塊樣品的氣-水相對滲透率資料。兩相滲曲線的交點含水飽和度分布在61.2%～85.0%(見表1),平均值為73.9%,即對應(yīng)含氣飽和度下限為26.1%,與密閉取心資料確定的含氣飽和度下限基本一致。

通過以上分析,結(jié)合實際生產(chǎn)情況,建立了蘇里格致密砂巖氣層物性及含氣飽和度下限標(biāo)準(zhǔn),即孔隙度下限為3%,滲透率下限為0.04×10-3μm2,含氣飽和度下限為26.0%(見圖7)。

表1 氣-水相滲曲線交點含水飽和度

3 實際應(yīng)用

蘇里格南區(qū)儲層整體埋藏深,厚度薄,物性差,普遍發(fā)育致密氣層。圖8中,蘇南S314井山1段3 763.25～3 774.38 m致密氣層視電阻率46.3 Ω·m,聲波時差220.7 μs/m,測井密度2.63 g/cm3,平均分析孔隙度6.0%,平均分析滲透率0.065×10-3μm2,密閉取心刻度法計算含氣飽和度為32.6%,一次測井解釋為干層。二次精細解釋時,發(fā)現(xiàn)該層氣測錄井有顯示,且滿足新的致密砂巖氣層下限標(biāo)準(zhǔn),解釋為致密氣層,試氣獲得井口產(chǎn)量1.326 5×104m3/d,驗證了致密氣層物性下限的正確性。

蘇里格東區(qū)儲層微孔隙較發(fā)育,普遍發(fā)育高束縛水飽和度致密氣層。如圖9,蘇東Z54井盒8段3 098.5～3 104.0 m致密氣層視電阻率18.7 Ω·m,聲波時差248.5 μs/m,測井密度2.50 g/cm3,平均分析孔隙度11.2%,平均分析滲透率0.265×10-3μm2,密閉取心刻度法計算含氣飽和度25.6%;3 124.0～3 128.8 m致密氣層視電阻率19.1 Ω·m,聲波時差244.1 μs/m,測井密度2.47 g/cm3,平均分析孔隙度 11.1%,平均分析滲透率0.384×10-3μm2,密閉取心刻度法計算含氣飽和度26.9%,這2個段氣層含氣飽和度在新的致密氣層下限標(biāo)準(zhǔn)附近,試氣獲得井口產(chǎn)量2.394 7×104m3/d,不產(chǎn)水驗證了致密氣層含氣飽和度下限的正確性。,

圖8 S314井山1段測井解釋成果圖

圖9 Z54井盒8段測井解釋成果圖

4 結(jié) 論

(1) 蘇里格氣田致密砂巖氣藏一般表現(xiàn)為高密度、低孔隙度、特低滲透率、低含氣飽和度的特點。

(2) 通過對致密砂巖氣層毛細管壓力、巖心分析、氣水相滲及測井資料的研究,確定其測井解釋的孔隙度下限為3%,滲透率下限為0.04×10-3μm2,含氣飽和度下限為26%。該下限的確定為蘇里格地區(qū)致密砂巖氣層提供了測井解釋標(biāo)準(zhǔn),為致密氣的勘探及開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

(3) 儲層下限將隨著開發(fā)工藝水平提高、商業(yè)氣流井標(biāo)準(zhǔn)下降等因素的影響也隨之下降,這需要根據(jù)具體資料進行具體分析。

參考文獻:

[1] 國家能源局SY/T 6832-2011致密砂巖氣地質(zhì)評價方法 [S]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2011.

[2] 鄒才能, 朱如凱, 白斌, 等. 中國油氣儲層中納米孔首次發(fā)現(xiàn)及其科學(xué)價值 [J]. 巖石學(xué)報, 2011, 27(6): 1857-1864.

[3] 王娟, 劉學(xué)剛, 崔智林, 等. 確定儲集層孔隙度和滲透率下限的幾種方法 [J]. 新疆石油地質(zhì), 2010, 31(2): 203-206.

[4] 董立全. 川西南部地區(qū)須二氣藏儲層物性下限研究 [D]. 成都: 成都理工大學(xué), 2005.

[5] 侯雨庭, 郭清婭, 李高仁, 等. 西峰油田有效厚度下限研究 [J]. 中國石油勘探, 2003, 8(2): 51-54.