郭冀寧，韓藝，陳烈，王旭，安東

(1．長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430100;2．長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北武漢430100;3．中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司青海事業(yè)部，青海冷湖816300)

鄂爾多斯盆地L地區(qū)致密低阻氣層成因研究

郭冀寧1，2，韓藝1，2，陳烈1，2，王旭3，安東3

(1．長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430100;2．長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北武漢430100;3．中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司青海事業(yè)部，青海冷湖816300)

低電阻率油氣層(簡(jiǎn)稱低阻油氣層)在國(guó)內(nèi)外分布十分廣泛，低阻油氣層的識(shí)別與評(píng)價(jià)是一個(gè)難點(diǎn)也是一個(gè)重點(diǎn)，然而對(duì)于低阻油氣層成因的確定是其識(shí)別與評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。針對(duì)鄂爾多斯盆地L地區(qū)致密氣層的低阻成因，基于鑄體薄片實(shí)驗(yàn)資料確定導(dǎo)電礦物的含量，基于X衍射實(shí)驗(yàn)資料確定粘土礦物的類型與含量，基于巖石電阻率實(shí)驗(yàn)與半滲透隔板實(shí)驗(yàn)資料確定儲(chǔ)層的含水量，排除了導(dǎo)電礦物、粘土附加導(dǎo)電與高不動(dòng)水作用是導(dǎo)致鄂爾多斯盆地L地區(qū)致密氣層出現(xiàn)低阻氣層的主要原因;基于雙相流體的孔隙介質(zhì)的滲流力學(xué)理論結(jié)合阿爾奇模型對(duì)儲(chǔ)層感應(yīng)測(cè)井響應(yīng)值進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)比測(cè)井實(shí)測(cè)值與模擬值，確定了鉆井液的侵入為鄂爾多斯盆地L地區(qū)致密氣層出現(xiàn)低阻氣層的主要原因，為實(shí)現(xiàn)研究區(qū)塊或其他區(qū)塊低阻氣層識(shí)別與評(píng)價(jià)提供參考與借鑒。

低阻氣層;粘土附加導(dǎo)電;高不動(dòng)水;鉆井液侵入

0 前言

對(duì)于低電阻率油氣層(簡(jiǎn)稱低阻油氣層)的識(shí)別與評(píng)價(jià)一直是石油勘探開發(fā)領(lǐng)域的一個(gè)挑戰(zhàn)，也是世界各國(guó)今后在石油地質(zhì)重點(diǎn)研究的領(lǐng)域之一。低阻油氣層并沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義，有學(xué)者認(rèn)為是在同一油(氣)水系統(tǒng)內(nèi)油(氣)層與純水層的電阻率之比小于2，即油層的電阻增大率小于2［1］。研究表明，低阻儲(chǔ)層在世界內(nèi)廣泛分布，美國(guó)墨西哥灣、加拿大東部近海及中東地區(qū)，中國(guó)東、西部油田，如渤海灣盆地、松遼盆地、塔里木盆地和鄂爾多斯盆地等均具有低阻儲(chǔ)層［2］。

低阻油氣層的識(shí)別與評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)是低阻油氣層成因的確定。低阻氣層的成因十分復(fù)雜，根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，主要的成因有:粘土附加導(dǎo)電、高不動(dòng)水飽和度、導(dǎo)電礦物、鉆井液侵入等［3-7］。謝青等［3］對(duì)鄂爾多斯志丹、安塞地區(qū)長(zhǎng)6低阻油層進(jìn)行識(shí)別，得出該區(qū)塊低阻主要是由孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、黏土附加導(dǎo)電與高地層水礦化度造成的;羅水亮等［4］對(duì)柴達(dá)木盆地臺(tái)南氣藏低阻成因進(jìn)行分析，鉆井液侵入與高束縛水飽和度是造成低阻的主要原因;王友凈等［5］通過(guò)研究高尚堡地區(qū)的低阻成因，發(fā)現(xiàn)高尚堡深層油藏具有易于形成低阻油氣藏的地質(zhì)條件，其低阻油層的發(fā)育是沉積、成巖、成藏綜合作用的結(jié)果;于慶洲［6］研究發(fā)現(xiàn)低阻儲(chǔ)層與黏土附加導(dǎo)電和泥漿侵入有關(guān);程相志［7］總結(jié)形成低阻油氣層的內(nèi)因和外因，內(nèi)因主要有高不動(dòng)水和高陽(yáng)離子交換量，外因主要有泥漿侵入、砂泥巖薄互層及油水層礦化度的差異等。

本文基于鑄體薄片實(shí)驗(yàn)、X衍射實(shí)驗(yàn)、巖石電阻率實(shí)驗(yàn)與半滲透隔板實(shí)驗(yàn)資料以及鉆井液侵入數(shù)值模擬，對(duì)鄂爾多斯某地區(qū)的低阻成因進(jìn)行研究分析，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)研究區(qū)塊或其他區(qū)塊低阻氣層識(shí)別提供參考與借鑒。

1 儲(chǔ)層特征

L地區(qū)位于鄂爾多斯盆地晉西撓褶帶，上古生界二疊系石盒子組是研究區(qū)的主要產(chǎn)氣層段;沉積環(huán)境上部主要發(fā)育湖泊和三角洲沉積。儲(chǔ)集層物性較差，孔隙度分布區(qū)間主要為3．0%～12．0%，滲透率分布區(qū)間主要為0．01～3．0 mD，是典型的致密儲(chǔ)集層。

依據(jù)巖心鑄體薄片資料發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層主要巖性分為巖屑石英砂巖和巖屑砂巖;巖屑成分主要為火山巖和火山碎屑巖;填隙物成分中以粘土、絹云母和方解石為主，導(dǎo)電礦物含量少;分選性為中和差，不同層組略有差異;支撐類型主要為顆粒支撐;多見、可見石英次生加大現(xiàn)象;風(fēng)化蝕變程度深;磨圓度主要以次圓為主;顆粒接觸方式主要為線—凹凸和凹凸接觸;巖石儲(chǔ)集空間主要為殘余粒間孔和溶蝕粒間孔，次之為裂隙孔。

2 低阻氣層成因機(jī)理研究

基于儲(chǔ)層巖石組分以及孔喉結(jié)構(gòu)特征，儲(chǔ)層的導(dǎo)電礦物含量較少，排出導(dǎo)電礦物的作用，確定研究區(qū)的鄂爾多斯盆地L地區(qū)致密氣層的低阻成因可能為粘土附加導(dǎo)電作用、高不動(dòng)水飽和度作用與鉆井液侵入作用。針對(duì)以上的可能成因，依據(jù)X衍射實(shí)驗(yàn)、巖視電阻率實(shí)驗(yàn)、半滲透隔板實(shí)驗(yàn)資料與泥漿侵入數(shù)值模擬，確定研究區(qū)低阻氣層的主要原因。

2．1粘土附加導(dǎo)電作用

粘土礦物一般包括高嶺土、蒙脫石、伊利石及綠泥石等，粘土礦物對(duì)會(huì)使地層出現(xiàn)附加導(dǎo)電性，降低地層的電阻率，出現(xiàn)低阻油氣層［8］。儲(chǔ)層巖石的陽(yáng)離子交換能力值是表征儲(chǔ)層巖石粘土附加導(dǎo)電能力的一個(gè)重要物理參數(shù)，不同類型的粘土礦物具有不同的晶體構(gòu)造，導(dǎo)致陽(yáng)離子交換能力值也有很大差異，其大小關(guān)系為蒙皂石＞伊利石、綠泥石＞高嶺石［6］。因此，當(dāng)儲(chǔ)層粘土含量較高、粘土類型為蒙皂石或伊蒙混層時(shí)極易形成低阻氣層。

依據(jù)研究區(qū)石盒子組47塊巖石樣品的X衍射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究區(qū)的粘土礦物含量低于10%。圖1為研究區(qū)X衍射粘土礦物相對(duì)含量統(tǒng)計(jì)圖(圖1中S，I，K，C，I/S和C/S分別代表蒙皂石，伊利石，高嶺石，綠泥石，伊蒙混層，綠蒙混層)。

圖1粘土礦物相對(duì)含量統(tǒng)計(jì)

由圖1可以發(fā)現(xiàn):粘土礦物主要以伊利石和高嶺石為主，其平均相對(duì)含量均超過(guò)30%以上，且蒙皂石或伊蒙混層不發(fā)育，說(shuō)明儲(chǔ)層陽(yáng)離子交換能力較差，粘土附加導(dǎo)電能力不強(qiáng)，不易形成以粘土附加導(dǎo)電引起的低阻氣層。

2．2高不動(dòng)水作用

不動(dòng)水指的是在一定的生產(chǎn)壓差下儲(chǔ)層孔隙中不可流動(dòng)的水，包含巖石顆粒的薄膜滯水和毛細(xì)管孔隙中的毛管滯水［9］，即束縛水是不動(dòng)水的一部分。砂巖主要儲(chǔ)集空間是溶蝕孔隙，致密儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)強(qiáng)，孔吼分選性差造成油氣運(yùn)移對(duì)地層水驅(qū)替不徹底，地層殘余水含量高［8］。水是地層中很好的導(dǎo)電體，特別是高礦化度的地層中，不動(dòng)水的聚積可以較好地改善儲(chǔ)層的導(dǎo)電性，從而降低儲(chǔ)層的電阻率［10］。

圖2為研究區(qū)77塊巖石樣品的巖石電阻率實(shí)驗(yàn)的電阻率指數(shù)與含水飽和度的關(guān)系圖。

圖2電阻率指數(shù)與含水飽和度關(guān)系

依據(jù)低阻儲(chǔ)層的定義，電阻率指數(shù)小于2的儲(chǔ)層為低阻儲(chǔ)層，由圖2可以發(fā)現(xiàn)，電阻率指數(shù)小于2所對(duì)應(yīng)的含水飽和度數(shù)值最小為0．7，即孔隙空間含水大于70%時(shí)，才能引起低阻。圖3為28塊巖石樣品的半滲透隔板實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖。

由圖3可以發(fā)現(xiàn)束縛水飽和度大于70%的數(shù)據(jù)頻率僅為3．57%，說(shuō)明研究區(qū)的束縛水普遍低于70%。綜合上述兩點(diǎn)，研究區(qū)低阻氣層的成因不是高不動(dòng)水飽和度引起。

2．3鉆井液侵入作用

圖3束縛水飽和度統(tǒng)計(jì)

鉆井過(guò)程中，井內(nèi)壓力一般大于地層壓力，在滲透性地層，發(fā)生鉆井液侵入地層是一種常見現(xiàn)象。井內(nèi)鉆井液侵入滲透性儲(chǔ)層是一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程，涉及鉆井液的濾失性質(zhì)(靜動(dòng)濾失與泥餅滲透率)、井內(nèi)鉆井液柱與地層的壓力差、油水相滲透率、鉆井液濾液與地層水的礦化度差別以及鉆井液浸泡儲(chǔ)層的時(shí)間等因素［11］。由于鉆井液的侵入，改變了井壁周圍地層流體的飽和度、水的礦化度以及相應(yīng)的電阻率剖面等，使得電測(cè)井受其影響而產(chǎn)生低阻［12］。

研究區(qū)石盒子組普遍埋藏深度在1 200～1 600 m之間，通過(guò)對(duì)6口井31個(gè)測(cè)井解釋氣層進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)低阻氣層的浸泡時(shí)間均大于12 d，浸泡時(shí)間較長(zhǎng)。結(jié)合上述低阻成因研究與浸泡時(shí)間，低阻氣層的成因排除了粘土附加導(dǎo)電和高不動(dòng)水飽和度作用，則主要成因極有可能是鉆井液侵入引起。

基于雙相流體孔隙介質(zhì)的滲流力學(xué)理論結(jié)合阿爾奇模型得到地層電阻率的計(jì)算公式，通過(guò)數(shù)值模擬來(lái)建立隨著侵入時(shí)間的推移地層電阻率的變化規(guī)律。對(duì)X井1 467～1 473 m段的儲(chǔ)層進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬參數(shù)為孔隙度12%，滲透率1．5×10－3μm2，地層水礦化度4．95%，泥漿濾液礦化度0．34%，地層溫度42．98℃，井眼壓力20 MPa，地層壓力14．5 MPa。圖4為鉆井液侵入的陣列感應(yīng)電阻率響應(yīng)數(shù)值模擬結(jié)果。

該層段測(cè)井時(shí)，鉆井液已浸泡17 d，實(shí)測(cè)的深感應(yīng)測(cè)井響應(yīng)值為11．4 Ω·m，實(shí)測(cè)的中感應(yīng)測(cè)井響應(yīng)值為12．913 Ω·m，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合很好;該層段模擬反演的地層真電阻率為22 Ω·m，可以推算浸泡17 d后，深感應(yīng)測(cè)井響應(yīng)值下降了48%，中感應(yīng)測(cè)井響應(yīng)值下降了41%。因此可以說(shuō)明，鄂爾多斯盆地L地區(qū)致密氣層的低阻成因主要為鉆井液侵入作用。

圖4鉆井液侵入數(shù)值模擬結(jié)果

3 結(jié)論

基于巖石樣品的鑄體薄片實(shí)驗(yàn)、X衍射實(shí)驗(yàn)、巖石電阻率實(shí)驗(yàn)與半滲透隔板實(shí)驗(yàn)，排除了導(dǎo)電礦物、粘土附加導(dǎo)電與高不動(dòng)水作用是導(dǎo)致鄂爾多斯盆地L地區(qū)致密氣層出現(xiàn)低阻氣層的主要原因;基于雙相流體的孔隙介質(zhì)的滲流力學(xué)理論結(jié)合阿爾奇模型的數(shù)值模擬，確定了鉆井液的侵入為鄂爾多斯盆地L地區(qū)致密氣層出現(xiàn)低阻氣層的主要原因，為實(shí)現(xiàn)研究區(qū)塊或其他區(qū)塊低阻氣層識(shí)別與評(píng)價(jià)提供參考與借鑒。

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A Research on Genesis of Low Resistivity of Tight Gas Reservoir in L Area of Ordos Basin

GUO Jining1，2，HAN Yi1，2，CHEN Lie1，2，WANG Xu3，AN Dong3
(1．Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources of Education Ministry of Yangtze University，Wuhan，Hubei 430100，China;2．Geophysics and Oil Resource Institute，Yangtze University，Wuhan，Hubei 430100，China;3．Qinghai Division，PetroChina Well Logging Limited Company，Lenghu，Qinghai 816300，China)

The low resistivity reservoirs(the low-resistivity pay)is widely distributed at home and abroad．The identification and evaluation of low resistivity reservoir is a difficulty and a key point，too．However，the formation of low resistivity reservoir is the basis of identification and evaluation．Aiming at the genesis of low resistivity of tight gas reservoir in L area of Ordos Basin，we think the determination of conductive minerals will come out of experimental data in cast thin section，basing on determination of clay mineral types and contents by X diffraction experiment data．Regarding to rock resistivity experiment，we have found semi permeable clapboard experiment data will determine reservoir water content，excluding conductive minerals．The additional conductive clay and high immobile water is the main reason for the formation of low resistivity gas reservoirs in the L area of Ordos Basin．Based on seepage mechanics theory of two-phase fluid in porous media，numerical simulation is carried out for reservoir induction log response to combine with Archie model，by contrasting measured value of well logging and simulation value．The main reason for formation of low resistivity gas reservoirs is invasion of drilling fluid in the L area of Ordos Basin to provide reference and reference for identification and evaluation of low resistivity gas reservoirs in research blocks or other blocks．

Low resistivity gas reservoir;Clay additional conductivity;High immobile water;Invasion of drilling fluid

P618．13

A

10．14101/j．cnki．issn．1002－4336．2017．01．006

2016－12－19

湖北省自然科學(xué)基金(2013CFB396)

郭冀寧(1994－)，男，遼寧盤錦人，在讀碩士研究生，研究方向:非常規(guī)儲(chǔ)層測(cè)井解釋與評(píng)價(jià)，手機(jī):15071111314，E-mail:lnpjgjn@163．com．