陳占軍，任戰(zhàn)利，王樹慧，劉　平，薛　雯，鄧亞仁，祁　凱，曹展鵬

(1.西北大學 地質(zhì)學系，西安　710069； 2.大陸動力學教育部重點實驗室，西安　710069；3.中國石油 長慶集團分公司 蘇里格氣田研究中心，西安　716000)

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鄂爾多斯盆地蘇里格氣田東區(qū)儲層含氣物性下限分析

陳占軍1,2，任戰(zhàn)利1,2，王樹慧3，劉平3，薛雯3，鄧亞仁1,2，祁凱1,2，曹展鵬1,2

(1.西北大學 地質(zhì)學系，西安710069； 2.大陸動力學教育部重點實驗室，西安710069；3.中國石油 長慶集團分公司 蘇里格氣田研究中心，西安716000)

摘要：以鄂爾多斯盆地蘇里格氣田東區(qū)的勘探開發(fā)資料為基礎，根據(jù)儲層含油氣物性下限的定義與特點，運用統(tǒng)計方法與成藏機理方法對東區(qū)儲層含氣物性下限進行了研究。結(jié)果表明，2種方法得出的儲層含氣物性下限值基本接近，盒8段儲層含氣的孔隙度下限為2.223%，滲透率下限為0.005 7×10-3μm2；山1段儲層含氣的孔隙度下限為1.605%，滲透率下限為0.004 4×10-3μm2，含氣物性下限與充注動力負相關(guān)，盒8段含氣物性下限大于山1段。通過實測資料尋找含氣物性下限附近的儲層，對連續(xù)取樣進行含氣飽和度測定，分析表明，物性在含氣物性下限附近的儲層含氣飽和度極低，物性高于含氣物性下限的儲層含氣飽和度顯著升高。理論分析結(jié)果與取心實測結(jié)果基本一致。

關(guān)鍵詞：含氣物性下限；充注動力；成藏機理；上古生界；蘇里格氣田；鄂爾多斯盆地

蘇里格氣田東部盒8段、山1段是重要的天然氣藏勘探開發(fā)層系，目的層段大面積發(fā)育致密砂巖氣藏，一般具有低孔、低滲透、低豐度的特征(圖1)。氣藏的含氣層系多、空間分布復雜、儲層非均質(zhì)性強，部分層段產(chǎn)量較低[1-2]。

由于氣藏控制因素復雜，區(qū)帶間成藏要素的差異性較大，所以氣藏的精細分布、儲層含氣性以及物性下限等仍需深入研究。

圖1　鄂爾多斯盆地蘇里格氣田東區(qū)地理位置Fig.1　Location of the eastern Sulige gas field, Ordos Basin

1研究現(xiàn)狀

目前，儲層“物性下限”方面研究成果較多，部分觀點指在現(xiàn)有技術(shù)條件、開發(fā)手段與油氣經(jīng)濟條件下，儲層能夠產(chǎn)出具有商業(yè)價值油氣流的物性參數(shù)下限[3-4]，稱為“有效儲層物性下限”[5]； 也有觀點認為“物性下限”包括地質(zhì)體產(chǎn)油產(chǎn)氣下限和產(chǎn)出具有工業(yè)價值的油氣物性下限2種[6]。產(chǎn)油產(chǎn)氣的“物性下限”又被稱為“儲層流動的物性下限”[7]或“開發(fā)下限”[8]；同時，為區(qū)分成藏期油氣進入儲層所需的最低物性，“成藏的物性下限”又被一些學者描述為“儲層臨界物性”[9]。所以“物性下限”在國內(nèi)目前沒有統(tǒng)一的定義。

本文將商業(yè)油氣流的儲層物性下限表述為“工業(yè)下限”；將具有產(chǎn)油產(chǎn)氣能力的物性下限表述為“流動下限”；將成藏期油氣進入儲層所需的最低物性表述為“含油氣下限”。

工業(yè)下限與流動下限國內(nèi)外已進行了大量的研究工作，理論較為成熟；而儲層的含油氣下限受儲層孔喉結(jié)構(gòu)與充注動力雙重控制，具有動態(tài)特征，目前尚無定論。本文依據(jù)實測資料，分析蘇里格氣田東區(qū)石盒子組盒8段與山西組山1段儲層在充注動力與地層應力條件下的含氣物性下限，以期為勘探開發(fā)提供科學依據(jù)。

2含油氣物性下限的確定

含油氣物性下限是儲層含油氣與不含油氣的物性界限，即在一定的成藏條件下，物性高于某值的儲層含有油氣，物性低于該值的儲層不含油氣或油氣含量急劇減小。

2.1統(tǒng)計法

按照含油氣物性下限含義，對蘇里格氣田東區(qū)儲層物性與含氣飽和度作交會圖，確定盒8段儲層含氣與不含氣的滲透率界限為0.004 3×10-3μm2，山1段為0.004 1×10-3μm2(圖2)。

蘇里格氣田東區(qū)儲層含油氣的孔隙度下限根據(jù)孔滲交會圖版確定。但研究發(fā)現(xiàn)，以孔隙度約5%左右為分界，物性相對較好的儲層與物性相對較差的儲層孔滲交會關(guān)系不一致(圖3)，而本文研究的對象為儲層含氣物性下限，所以采用物性下限附近的交會關(guān)系(表1)，以此計算含氣滲透率下限所對應的孔隙度含氣下限。盒8段的對應孔隙度下限為2.022%，山1段為1.549%。

2.2成藏機理法

在成藏期充注動力條件下，如果儲層的最大孔喉能夠充注，則其物性高于含氣物性下限；如果最大孔喉不能充注，則其物性低于含氣物性下限。充注動力越大，含氣的物性下限就越低，二者具有動態(tài)相關(guān)性，該研究可分為3個步驟：

圖2　蘇里格氣田東區(qū)盒8段和山1段儲層滲透率與含氣性的關(guān)系Fig.2　Permeability vs. gas saturation of He8 and Shan1 reservoirs in the eastern Sulige gas field, Ordos Basin

圖3　蘇里格氣田東區(qū)盒8段和山1段儲層孔滲關(guān)系Fig.3　Porosity vs. permeability of He8 and Shan1 reservoirs in the eastern Sulige gas field, Ordos Basin表1　蘇里格氣田東區(qū)盒8段和山1段 儲層物性下限附近孔滲交會參數(shù)Table 1　Correlative parameters of porosity and permeability of He8 and Shan1 reservoirs with physical properties close to the lowest limit for gas-bearing capacity in the eastern Sulige gas field, Ordos Basin

儲層工業(yè)儲層段a值b值含氣物性下限段a值b值相關(guān)性盒8段0.0100.3770.000381.196山1段0.0150.4390.000531.326K=a·eb·φ

注：K為滲透率，φ為孔隙度。

2.2.1成藏期充注動力恢復

由于鄂爾多斯盆地主體具有大面積生烴，蒸發(fā)式排烴，彌漫式充注的特點。按照源—儲生排烴的空間配置可確定其充注模式為：(1)烴源巖生烴使源巖地層壓力升高，處于流體勢的高值部位，儲層處于流體勢的相對低值部位；(2)油氣生成之后從源巖向外圍地層(主要是向上部)排烴，流體勢由于排烴泄壓向外逐漸減?。?3)儲層接受充注并獲得部分流體勢，在聚集成藏的同時，其流體勢高于更外圍的地層，繼續(xù)向上排出流體并消耗流體勢泄壓。因此，儲層接受的充注動力一般小于下伏巖層而大于上覆巖層，可采用上下限定與逼近的方法求出(圖4 )。

為研究盒8段與山1段成藏期的充注動力，需在現(xiàn)今的地層中尋找能夠表征成藏期源儲流體勢的地質(zhì)記錄特征，這一特征需要符合以下限定要求：①記錄的地層流體壓力異常是生烴期產(chǎn)生的；②記錄的地層流體壓力異常與流體勢的產(chǎn)生是生烴造成的；③記錄的地層流體壓力與生排烴的流體勢是一致的；④記錄的流體勢特征能夠保存至今。研究認為鄂爾多斯盆地泥巖壓實記錄可滿足上述研究的限定條件。

圖4　鄂爾多斯盆地上古生界成藏充注模式Fig.4　Accumulation charging mode of the Upper Paleozoic reservoirs, Ordos Basin

在地質(zhì)歷史演化過程中，隨著地層沉降累積、厚度增加，泥巖地層骨架承受應力增大，內(nèi)部孔隙受到擠壓，孔隙水排出、孔隙度減小，所以泥巖的受壓實程度與孔隙度存在負相關(guān)關(guān)系。如果泥巖有機質(zhì)豐度高且處于生烴窗內(nèi)，產(chǎn)生烴類流體(或受水熱增壓等作用)使原有孔隙內(nèi)的流體壓力增大，相應的泥巖骨架應力受到流體壓力的分擔而減小，在相對較小的骨架應力下，泥巖的壓實程度受到限制，原始的孔隙度得到較好的保留，就會偏離正常的壓實趨勢。

該原理下反映出：泥巖偏離正常壓實曲線的孔隙度實際上受骨架應力大小的控制，骨架應力大小受流體壓力的影響，流體壓力(尤其是過剩壓力)的大小又受生烴、水熱增壓及其演化速度等的控制。在地史條件下，源巖生烴強度越高，孔隙內(nèi)的流體壓力就相應越大，其過剩流體壓力(流體勢)就越大，充注動力就越強，源巖內(nèi)孔隙度對正常壓實趨勢線的偏離程度就越大。據(jù)此可以用泥巖偏離正常壓實趨勢(即過剩壓力)的程度表征充注動力的大小。

鄂爾多斯盆地上古生界氣藏的主成藏期為早白堊世，該時期盆地處于快速沉降階段，泥巖尚未正常壓實，受生烴的有機質(zhì)熱解、水熱增壓等作用，進一步壓實受到阻礙，地層因生烴造成的地層流體壓力異常(過剩壓力)被泥巖的壓實程度記錄。在成藏期后盆地進入抬升階段，不再出現(xiàn)大規(guī)模沉降，泥巖沒有受到更深程度的壓實，成藏期的壓實特征保存至今。根據(jù)盆地演化史可知，①、②、④項均已滿足；依據(jù)泥巖壓實的方法[10-11]，對本區(qū)典型井——Z-EW井的成藏期過剩壓力提供的充注動力計算，其結(jié)果滿足并驗證③項條件(圖5)。

圖5　鄂爾多斯盆地Z-EW井成藏期地層過剩壓力Fig.5　Excess pressure in reservoir during accumulation period in well Z-EW, Ordos Basin

根據(jù)Z-EW井縱向上充注動力分布的研究結(jié)果，結(jié)合本區(qū)的生烴強度背景，認為盒8段的充注動力約為12.5 MPa，山1段約為14.5 MPa。

2.2.2充注動力與含氣物性下限關(guān)系研究

對充注動力與含氣物性下限關(guān)系研究基于以下3點認識：(1)Harbert[12]研究了不同粒徑的沉積物中油氣的排替壓力，其結(jié)果與壓汞法測量的排替壓力基本相同，說明用進汞壓力模擬充注動力是可行的；(2)壓汞實驗法[13]表明，進汞壓力與孔喉半徑具有對應關(guān)系；(3)Purcell[14]在毛管壓力曲線的基礎上研究了不同喉道半徑區(qū)間的儲層滲透能力及其對滲透率的貢獻分布，認為大孔喉對滲透率起主要且決定性的貢獻。

所以進汞排驅(qū)壓力(充注動力)決定了能夠充注的最大孔喉，而最大孔喉又決定了儲層的物性。據(jù)此可以建立排驅(qū)壓力(充注動力)與對應儲層物性的相關(guān)關(guān)系，并用之表征成藏期充注動力條件下儲層的含氣物性下限值。

根據(jù)研究區(qū)121塊壓汞樣品建立排替壓力與對應儲層物性的對應關(guān)系(圖6)。該結(jié)果反映了不同排驅(qū)壓力(充注動力)下能夠進汞(或被充注)的最低滲透率，即不同充注動力條件下的含氣滲透率下限。

2.2.3含氣物性下限及對應地面物性

根據(jù)上述充注動力—物性關(guān)系(圖6)、孔滲交會關(guān)系的研究成果(表1)，確定盒8段充注壓力為12 MPa時，對應的滲透率為0.004 2×10-3μm2，孔隙度為2.009%；山1段充注壓力為14.5 MPa時，滲透率為0.003 2×10-3μm2，孔隙度為1.351%。

但是，油氣充注是在地層中進行，所以該方法研究得到的直接結(jié)果是地層應力狀態(tài)下的含油氣物性下限值，而一般我們所測得的是地面物性，為此需將地下物性轉(zhuǎn)換為地面物性。由于儲層經(jīng)歷了較長的地質(zhì)歷史埋深，各部位骨架應力已達到均衡，因而在移至地面后樣品各部位的形變反彈基本一致，孔喉結(jié)構(gòu)不會發(fā)生根本性變化。

圖6　蘇里格氣田排驅(qū)壓力(充注動力)—儲層物性關(guān)系Fig.6　Correlation between displacement pressure(charging force) and reservoir physical properties in the Sulige gas field

研究時首先運用巖石應力回彈的方法，將地下的孔隙度下限值轉(zhuǎn)化為地面孔隙度下限值?；跇悠返貙优c地表狀態(tài)下的孔喉結(jié)構(gòu)比例不變，所以地層狀態(tài)下的孔—滲交會關(guān)系與地面狀態(tài)下孔—滲關(guān)系相似，均為圖3所示的孔—滲交會關(guān)系圖版。因此再運用孔—滲交會關(guān)系圖版(圖3)讀出地面孔隙度下限值所對應的滲透率，該值即地下滲透率對應的地面滲透率下限值。

姚愛華[15]對不同油氣田巖樣研究，認為樣品地面孔隙度與地下孔隙度具有如下對應關(guān)系：

(1)

式中：φR為地下孔隙度；φS為地面孔隙度；ρNOB為樣品骨架應力。

式(1)可變換為：

(2)

前人關(guān)于鄂爾多斯盆地演化史的研究成果表明[16-17]，蘇里格氣田東區(qū)的剝蝕厚度約為800 m，結(jié)合Z-EW井成藏期地層過剩壓力，計算出區(qū)域成藏期流體壓力與儲層骨架應力(表2)。

將骨架應力代入公式(2)，從而將成藏期地層狀態(tài)下的孔隙度轉(zhuǎn)化為對應的地面孔隙度，盒8段為2.424%，山1段為1.660%。再將該值代入表1、圖3孔—滲交會關(guān)系圖版，得出相應的地面狀態(tài)下盒8段含氣滲透率下限值為0.007 0×10-3μm2，山1段為0.004 7×10-3μm2。

原本含油氣物性下限研究還應考慮成藏后成巖作用引起的物性變化，但本區(qū)成藏后儲層含烴流體性質(zhì)不活躍，一方面早期酸性流體已消耗殆盡，溶蝕作用受到抑制；另一方面含烴流體抑制石英加大與碳酸鹽的膠結(jié)等堿性成巖作用，所以本文采用了“因氣藏充注形成之后成巖作用相對不活躍，引起的物性變化不大”這一觀點[18-19]。

3結(jié)果對比及檢驗

3.1研究結(jié)果對比

2種研究方法獲得的儲層含氣物性下限對比見表3。

分析認為，2種方法的研究結(jié)果相差不大。山1段的下限值小于盒8段，與充注機理相符合。對研究結(jié)果取平均值，盒8段含氣的孔隙度下限為2.223%，滲透率下限為0.005 7×10-3μm2；山1段含氣的孔隙下限為1.605%，滲透率下限為0.004 4×10-3μm2。

3.2研究結(jié)果檢驗

鑒定結(jié)果顯示，含氣儲層中連續(xù)采集的樣塊，其物性在含氣物性下限附近的樣塊對應含氣飽和度較低，物性高于含氣物性下限的樣塊含氣飽和度顯著升高，實測結(jié)果與研究結(jié)果基本一致(表4)。

4結(jié)論

通過統(tǒng)計法與成藏機理法分析了蘇里格氣田東區(qū)盒8段、山1段儲層的含氣物性下限，認為含氣物性下限與充注動力具有負相關(guān)關(guān)系，盒8段獲得的充注動力小于山1段，含氣的物性下限大于山1段。盒8段含氣的孔隙度下限值為2.223%，滲透率下限值為0.005 7×10-3μm2；山1段含氣的孔隙度下限值為1.605%，滲透率下限值為0.004 4×10-3μm2。

表2　蘇里格氣田東區(qū)古今地層骨架應力對比Table 2　Ancient and present rock skeleton stress in the eastern Sulige gas field

表3　蘇里格氣田東區(qū)2種方法研究 含氣物性下限結(jié)果的對比Table 3　Lowest limits for physical property of reservoirs in the eastern Sulige gas field calculated with statistical and accumulation mechanism methods

表4　蘇里格氣田東區(qū)儲層物性下限附近連續(xù)樣品實測物性與含氣飽和度Table 4　Measured physical property and gas saturation of samples from reservoirs with physical properties close to the lowest limit for gas-bearing capacity, eastern Sulige gas field

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(編輯徐文明)

文章編號：1001-6112(2016)04-0521-07

doi：10.11781/sysydz201604521

收稿日期：2015-10-16；

修訂日期：2016-06-14。

作者簡介：陳占軍(1982—)，男，在讀博士，從事油氣成藏與開發(fā)研究。E-mail：john_wudy@163.com。 通信作者：任戰(zhàn)利(1961—)，男，研究員，博士生導師，從事盆地熱演化史與油氣成藏及評價研究。E-mail：renzhanl@nwu.edu.cn。

基金項目：國家自然科學基金(41372128)、西北大學大陸動力學國家重點實驗室科技部專項(BJ08133-1)和國家重大專項(2011ZX05005-004-007HZ) 資助。

中圖分類號：TE122.2

文獻標識碼：A

Lowest limit for the gas-bearing capacity of reservoirs in the eastern Sulige gas field, Ordos Basin

Chen Zhanjun1,2, Ren Zhanli1,2, Wang Shuhui3, Liu Ping3, Xue Fen3, Deng Yaren1,2, Qi Kai1,2, Cao Zhanpeng1,2

(1.Department of Geology, Northwest University, Xi’an, Shaanxi 710069, China;2.StateKeyLaboratoryofContinentalDynamics,NorthwestUniversity,Xi’an,Shaanxi710069,China;3.Petro-ChinaChangqingOilfieldCompany,Xi’an,Shaanxi716000,China)

Abstract:According to the definition and characteristics of the lowest limit for reservoir gas-bearing capacity, we carried out statistical and accumulation mechanism studies in the eastern Sulige gas field in the Ordos Basin. The two methods reached a similar conclusion. The lowest limits for the porosity and permeability of the eighth member of Shihezi Formation (He8) are 2.223% and 0.005 7×10-3μm2, respectively. The lowest limits for the porosity and permeability of the first member of Shanxi Formation (Shan1) are 1.605% and 0.004 4×10-3μm2, respectively, which are both higher than those of He8. The lowest limit for reservoir gas-bearing capacity is negatively related to charging force. We collected samples from the reservoirs with physical properties close to the lowest limit, and tested their gas saturation. The gas saturation of the reservoirs with physical properties close to the lowest limit is extremely low, and obviously increases in reservoirs with better physical properties. Theoretical analyses are consistent with coring results.

Key words:lowest limit for gas-bearing capacity; charging force; accumulation mechanism; Upper Paleozoic; Sulige gas field; Ordos Basin