王建民，張三

（西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065）

0 引言

鄂爾多斯盆地中生界三疊系延長(zhǎng)組廣泛發(fā)育低孔特低滲砂巖儲(chǔ)集層，該類儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)差異大，非均質(zhì)性強(qiáng)，孔喉類型多樣[1-2]，天然裂縫發(fā)育[3]，廣泛發(fā)育低電阻率油層[4]。已有研究成果表明，受沉積、成巖和后期構(gòu)造應(yīng)力作用，鄂爾多斯盆地中部伊陜斜坡發(fā)育大量天然裂縫，這些天然裂縫按規(guī)模大小可分為顯裂縫（宏觀裂縫）和微裂縫（微觀裂縫）兩大類[5]，其中顯裂縫大致由東西、北西—南東、南北、北東—南西4個(gè)方向裂縫組成[3,6]，微裂縫和孔隙則發(fā)育在被顯裂縫系統(tǒng)切割而成的巖塊系統(tǒng)[7]之中。該巖塊系統(tǒng)為由微裂縫與基質(zhì)團(tuán)塊組成的微裂縫-基質(zhì)孔隙系統(tǒng)，具有微裂縫-孔隙型雙孔介質(zhì)[8]特征，若該巖塊系統(tǒng)內(nèi)部不含微裂縫而只含有基質(zhì)孔隙，且該巖塊系統(tǒng)足夠大，則可形成局部的孔隙型（單孔）多孔介質(zhì)儲(chǔ)集層[8-9]。

微裂縫既是特低滲砂巖儲(chǔ)集層中主要的天然裂縫類型，又是連接基質(zhì)孔隙、改善儲(chǔ)集層滲流能力的主要通道[10]；不僅控制次生孔隙的形成和分布[7]，加劇儲(chǔ)集層的非均質(zhì)性，而且對(duì)基質(zhì)巖塊與宏觀裂縫的連通也具有重要作用[5]；既是導(dǎo)致巖心滲透率異常的要件[11]，也是引發(fā)儲(chǔ)集層巖石電學(xué)特征改變的重要原因。

低電阻率油氣層是指電阻率值相對(duì)于鄰近水層電阻率值偏低并引起油水層解釋困難的一類油氣層，通常以電阻增大率小于2或3定義之[12]。已有研究表明，低電阻率油層在鄂爾多斯盆地中生界低滲及超特低滲油氣藏中廣泛分布，其成因復(fù)雜多樣，儲(chǔ)集層巖性、物性、放射性、巖石微觀結(jié)構(gòu)、黏土礦物及束縛水含量、地層水礦化度等都是可能的成因[4,13-14]。楊春梅等探討了低電阻率油層的成因以及鉆井液侵入條件下油層徑向電阻率的變化[15-22]，揭示了“低電阻率環(huán)帶”[16,18-19,21]的發(fā)育特征。Rasmus[23]建立了低孔低滲雙重孔隙介質(zhì)儲(chǔ)集層的地層因素及電阻率與孔隙度的關(guān)系模型，指出裂縫-孔隙型雙孔介質(zhì)油層的電阻率會(huì)顯著低于孔隙型單孔介質(zhì)油層。

本文基于特低滲砂巖油田勘探開(kāi)發(fā)實(shí)際，通過(guò)對(duì)大量實(shí)驗(yàn)分析、綜合解釋、試油試采等資料成果的統(tǒng)計(jì)分析，探討微裂縫導(dǎo)致的儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)差異對(duì)儲(chǔ)集層及油層巖石電學(xué)特征的影響，揭示孔隙結(jié)構(gòu)差異與低電阻率油層成因之間關(guān)系，實(shí)例論證雙孔介質(zhì)與鉆井液侵入、鉆井液侵入與油層電阻率之間關(guān)系及相互影響，為Rasmus理論模型及模擬結(jié)果提供了理論補(bǔ)充和驗(yàn)證實(shí)例。

1 地質(zhì)概況

1.1 地質(zhì)背景

志丹油田煙霧峁區(qū)塊地處鄂爾多斯盆地中部，構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地主體構(gòu)造單元——伊陜斜坡中南部，處于中生代三疊紀(jì)延長(zhǎng)組沉積期湖盆北翼大型三角洲體系之中。區(qū)塊面積約50 km2（見(jiàn)圖1），區(qū)內(nèi)構(gòu)造整體簡(jiǎn)單，地層平緩西傾（傾角1°左右），局部低幅度構(gòu)造發(fā)育；區(qū)內(nèi)含油層系眾多，三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)6油層組為主力儲(chǔ)產(chǎn)層。長(zhǎng) 6油層組沉積時(shí)期，區(qū)內(nèi)發(fā)育三角洲前緣亞相沉積[24]，分流河道、河口壩、遠(yuǎn)砂壩等砂體復(fù)合發(fā)育，分布廣泛，為特低滲砂巖儲(chǔ)集層形成奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)沉積旋回及巖石電學(xué)組合特征，長(zhǎng) 6油層組自下而上可分為長(zhǎng) 61、長(zhǎng) 62、長(zhǎng) 63及長(zhǎng)64共4個(gè)亞油層組，其中長(zhǎng)61和長(zhǎng)62亞油層組可進(jìn)一步分為長(zhǎng)611、長(zhǎng)612、長(zhǎng) 613以及長(zhǎng)621、長(zhǎng)622、623等小層。

圖1 研究區(qū)位置圖

長(zhǎng) 6儲(chǔ)集層巖性主要為灰色細(xì)粒及中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖，碎屑含量占 90%以上，成分以長(zhǎng)石為主，石英次之，巖屑、云母等少量，填隙物主要為綠泥石、高嶺石及混合泥質(zhì)，局部鈣質(zhì)及硅質(zhì)相對(duì)富集；成巖作用及非均質(zhì)性強(qiáng)烈，微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)育各種溶蝕孔隙，局部發(fā)育微裂縫，顯裂縫僅在局部可見(jiàn)；平均孔隙度為11.03%，平均滲透率為1.42×10-3μm2，屬于低孔特低滲儲(chǔ)集層。

長(zhǎng)6油層組平均埋深約1 850 m，地層壓力系數(shù)約0.79；原始含油飽和度為 51.6%，束縛水飽和度為40.3%，殘余油飽和度為30.5%；地層水礦化度為62 870 mg/L，CaCl2型；油層電阻率一般在2～28 ?·m，水層電阻率小于5 ?·m；地層水電阻率為0.064 ?·m，地層溫度為59.3 ℃。全區(qū)普遍采用水基鉆井液鉆井，鉆井液密度約1.03 g/cm3，鉆井液電阻率約0.8 ?·m。

1.2 油層構(gòu)成與分布

長(zhǎng) 6油層構(gòu)造幅度低，地層壓力小，含油飽和度偏低，束縛水飽和度偏高，垂向油水無(wú)明顯分異，測(cè)井響應(yīng)復(fù)雜。筆者按電阻增大率（I），將區(qū)內(nèi)油層大致分為正常（電阻率）油層（I≥2）和低電阻率油層（I<2）兩大類。

分層統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見(jiàn)表1）表明，不同含油層段的油層構(gòu)成比例明顯不同，正常油層主要集中于長(zhǎng)61亞油層組以及長(zhǎng)622和長(zhǎng) 623兩個(gè)小層；低電阻率油層則主要集中于長(zhǎng)621小層和長(zhǎng)63亞油層組，其中長(zhǎng)621小層的低電阻率油層比例高達(dá)54.8%，超過(guò)了正常油層。長(zhǎng)6油層組正常油層總體比例高達(dá)77.6%，低電阻率油層比例為22.4%。

表1 煙霧峁區(qū)塊長(zhǎng)6油層鉆遇狀況統(tǒng)計(jì)

2 不同孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層物性及空間特征差異

2.1 物性特征差異

巖心物性分層統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)部分長(zhǎng)6特低滲砂巖儲(chǔ)集層具有明顯的滲透率異常[11]，圖2上部的孔滲散點(diǎn)的趨勢(shì)線明顯偏離了下部孔滲散點(diǎn)分布正常線性關(guān)系，滲透率加速變大，局部可達(dá)64×10-3μm2，表明上、下部散點(diǎn)對(duì)應(yīng)儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu)存在明顯差異，屬于不同的孔隙結(jié)構(gòu)類型，兩者大致以滲透率1×10-3μm2為分界，下部（滲透率小于 1×10-3μm2）對(duì)應(yīng)孔隙型的單孔介質(zhì)儲(chǔ)集層；上部（滲透率不小于1×10-3μm2）微裂縫發(fā)育，屬于微裂縫-孔隙型雙孔介質(zhì)儲(chǔ)集層。

孔隙型單孔介質(zhì)儲(chǔ)集層主要位于長(zhǎng)61亞油層組和長(zhǎng)622小層，與正常油層的主要發(fā)育層位相同；微裂縫-孔隙型雙孔介質(zhì)儲(chǔ)集層主要位于長(zhǎng) 621小層和長(zhǎng) 63亞油層組，與低電阻率油層的主要發(fā)育層位一致（見(jiàn)圖2，表 1）。這一結(jié)果表明，特低滲砂巖儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)的差異表現(xiàn)在發(fā)育層位和空間分布上有所不同，具有時(shí)空差異，同時(shí)還可以看出，微裂縫的發(fā)育極大地改變了特低滲砂巖儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu)，加劇了儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu)差異，使其物性特征發(fā)生了改變，也為巖石電學(xué)效應(yīng)特征變化奠定了基礎(chǔ)。

圖2 煙霧峁區(qū)塊長(zhǎng)6儲(chǔ)集層孔隙度與滲透率關(guān)系

2.2 孔隙空間特征差異

巖心觀察及鑄體薄片鑒定結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)正常油層巖石的孔隙結(jié)構(gòu)具明顯的孔隙型單孔介質(zhì)特征，巖心一般比較完整，無(wú)直觀可見(jiàn)的顯裂縫發(fā)育，原油呈星點(diǎn)狀、斑點(diǎn)狀或均勻面積狀外滲（見(jiàn)圖3a）；鑄體薄片下可見(jiàn)殘余粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔等多種孔隙（見(jiàn)圖 3b、圖 3c），孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔隙直徑一般在20～120 μm，喉道半徑一般在3～15 μm，少見(jiàn)碎屑顆粒的擠壓破碎現(xiàn)象，孔隙之間由喉道連通。

圖3 煙霧峁區(qū)塊長(zhǎng)6儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)類型及其空間特征（（a）—（c）為單孔介質(zhì)儲(chǔ)集層巖心，（d）—（i）為雙孔介質(zhì)儲(chǔ)集層巖心）

低電阻率油層巖石的孔隙結(jié)構(gòu)具明顯的微裂縫-孔隙型雙孔介質(zhì)特征，巖心中偶見(jiàn)宏觀裂縫（見(jiàn)圖3d），且多為立縫，縫高一般小于80 cm，縫寬0.1～0.4 mm，呈開(kāi)啟或半充填狀態(tài)，縫面比較平整，可見(jiàn)原油外滲痕跡；巖心斷面可見(jiàn)原油沿微裂縫的差異性外滲現(xiàn)象（見(jiàn)圖 3e）；鑄體薄片中可見(jiàn)大量的微裂縫及溶蝕孔隙，包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、壓碎縫[5]等，偶見(jiàn)構(gòu)造微縫（見(jiàn)圖3f），其數(shù)量雖少，但規(guī)模較大，縫寬5～15 μm，縫長(zhǎng)約800～2 000 μm，能夠貫穿眾多顆粒和孔隙等。微裂縫一般縫長(zhǎng)50～300 μm，局部具溶蝕擴(kuò)大（見(jiàn)圖 3g、圖 3h），連通基質(zhì)孔隙，構(gòu)成復(fù)合交織的孔縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（見(jiàn)圖3i）。

3 孔隙結(jié)構(gòu)差異的巖石電學(xué)效應(yīng)與低電阻率油層成因

分層統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)大量已試采油層的綜合解釋成果，分析其雙感應(yīng)電阻率交會(huì)曲線以及深感應(yīng)電阻率與聲波時(shí)差交會(huì)曲線的特征（見(jiàn)圖 4），結(jié)果表明微裂縫的發(fā)育不僅導(dǎo)致了巖石物性差異，而且還控制和影響了油層巖石電學(xué)特征，微裂縫-孔隙型雙孔介質(zhì)的發(fā)育導(dǎo)致了低電阻率油層的形成。

由圖4可出，長(zhǎng)6油層組的聲波時(shí)差（Δt）測(cè)井值主要為220～265 μs/m，深感應(yīng)電阻率（RILD）值主要為 2～28 ?·m。RILD-Δt和RILD-RILM（中感應(yīng)電阻率）在直角坐標(biāo)系中的分布趨勢(shì)分別呈現(xiàn)為兩條不同斜率的直線，兩組趨勢(shì)線交點(diǎn)的深感應(yīng)電阻率值為 10.5?·m，相應(yīng)的電阻增大率約為 2，表明該點(diǎn)不僅為特低滲儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)分化的界限，也是油層巖石電學(xué)特征分化的界線。分界點(diǎn)右邊（見(jiàn)圖4），RILD大于10.5?·m，I大于2，為正常油層及孔隙型單孔介質(zhì)儲(chǔ)集層發(fā)育區(qū)，Δt值隨RILD值增大緩慢，且最大不超過(guò) 250 μs/m，RILD-RILM趨勢(shì)線的斜率較小，RILD值普遍大于RILM值，具正常油層特征。分界點(diǎn)左邊（見(jiàn)圖4），RILD小于10.5 ?·m，I小于2，為低電阻率油層及微裂縫-孔隙型雙孔介質(zhì)儲(chǔ)集層發(fā)育區(qū)，RILD-Δt交會(huì)曲線的斜率增加，Δt值最終超過(guò)了260 μs/m，微裂縫的響應(yīng)特征越來(lái)越明顯，對(duì)電阻率的影響也越來(lái)越突出，RILD-RILM交會(huì)曲線的斜率約等于1，亦即RILD≈RILM。這一巖石電學(xué)特征具有重要意義，表明鉆井液對(duì)低電阻率油層形成了深度侵入，且侵入深度超過(guò)了感應(yīng)系列的探測(cè)半徑，從而導(dǎo)致了低電阻率油層的形成及RILD≈RILM現(xiàn)象的發(fā)生。

圖4 煙霧峁區(qū)塊長(zhǎng)6試采油層的巖石電學(xué)特征

綜上所述，結(jié)合前述區(qū)塊地質(zhì)特征，長(zhǎng) 6各亞油層組及其小層均處于三角洲前緣亞相發(fā)育區(qū)內(nèi)，上下及側(cè)向相間發(fā)育的正常油層與低電阻率油層都屬于河口壩或分流河道沉積，巖性特征近似，沉積類型相同，層序結(jié)構(gòu)一致，礦物成分、膠結(jié)物組分及含量、束縛水飽和度、地層水礦化度等也都基本相當(dāng)，因此可以將上述因素排除在低電阻率油層的成因之外。

儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)與其巖石電學(xué)特征密切相關(guān)，微裂縫-孔隙型雙孔介質(zhì)儲(chǔ)集層的發(fā)育為鉆井液侵入創(chuàng)造了條件，鉆井液的超深侵入[22]則是導(dǎo)致低電阻率油層成因的關(guān)鍵。在低孔特低滲的雙孔介質(zhì)條件下，（微）裂縫具有良好的滲流通道作用，鉆井液在一定壓差下能夠深度侵入（大于感應(yīng)測(cè)井系列的徑向探測(cè)半徑）并驅(qū)替其中的原油，導(dǎo)致油層電阻率大幅下降，形成了低電阻率。由此可見(jiàn)，淡水鉆井液對(duì)裂縫性特低滲油層的侵入特征與淡水鉆井液對(duì)一般孔隙型油層的“低電阻率環(huán)帶”[18-19]式的侵入特征有所不同，但卻能夠很好地印證和支持Rasmus的理論模型[23]。

4 孔隙結(jié)構(gòu)差異及低電阻率油層的試采驗(yàn)證

4.1 孔隙結(jié)構(gòu)差異油層的壓裂驗(yàn)證

壓裂施工曲線中油壓曲線上“尖峰”的有無(wú)是判斷儲(chǔ)集層中有無(wú)天然裂縫的重要證據(jù)。圖 5為區(qū)內(nèi)兩口井的壓裂施工曲線，其中圖5a為正常油層的壓裂施工曲線，油壓曲線存在顯著的“尖峰”，地層破裂壓力高達(dá)28 MPa，表明該儲(chǔ)集層屬于孔隙型單孔介質(zhì)的基質(zhì)儲(chǔ)集層，巖性致密。圖5b為低電阻率油層的壓裂施工曲線，地層破裂壓力只有大約16 MPa，油壓曲線整體低平，無(wú)明顯的“尖峰”出現(xiàn)，表明該儲(chǔ)集層中存在天然裂縫，屬于微裂縫-孔隙型雙孔介質(zhì)儲(chǔ)集層，地層破裂壓力相當(dāng)于天然裂縫的開(kāi)啟壓力。

圖5 煙霧峁區(qū)塊長(zhǎng)6油層壓裂施工曲線特征

此外，根據(jù)井史資料，區(qū)內(nèi)部分鉆井（例如YW2井和YW9井）在施鉆長(zhǎng)6低電阻率油層段時(shí)曾發(fā)生過(guò)不同程度的鉆井液漏失現(xiàn)象，進(jìn)一步印證了特低滲砂巖儲(chǔ)集層中（微）裂縫的發(fā)育及其影響。

4.2 孔隙結(jié)構(gòu)差異油層的試采驗(yàn)證

以YW7井為例，圖6為該井長(zhǎng)6油層組相鄰兩個(gè)油層的綜合特征圖，其中①號(hào)油層深度為 1 900.20～1 909.70 m，②號(hào)油層深度為1 915.80～1 929.50 m。兩套含油砂體的沉積類型及巖石學(xué)特征基本相同，但孔隙結(jié)構(gòu)及電性特征卻存在明顯差異，因此導(dǎo)致前期測(cè)井解釋出現(xiàn)偏差。

根據(jù)巖心物性剖面，可將上部①號(hào)油層細(xì)分為a、b、c 3段（見(jiàn)表2），b段滲透率雖有異常但厚度小，巖石電學(xué)特征總體以 a+c致密段孔隙型單孔介質(zhì)的正常油層為主導(dǎo)，其孔喉半徑細(xì)小，物性差，毛管壓力曲線陡斜，排驅(qū)壓力及中值壓力高；聲波時(shí)差曲線值中等，井徑比較規(guī)則，雙感應(yīng)測(cè)井曲線凸起，RILD平均值達(dá)15.5 ?·m。

圖6 YW7井長(zhǎng)6正常油層和低電阻率油層巖石電學(xué)特征及試采成果綜合圖

表2 YW7井長(zhǎng)6正常油層與低電阻率油層巖石電學(xué)特征參數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表

下部②號(hào)油層可進(jìn)一步細(xì)分為d、e兩段（見(jiàn)表2），d段滲透率呈大段異常，感應(yīng)電阻率曲線呈大段低凹狀，RILD平均值僅7.5 ?·m，聲波時(shí)差大段跳高，井徑明顯擴(kuò)徑，屬于典型的微裂縫-孔隙型雙孔介質(zhì)的低電阻率油層；孔喉半徑顯著增大，物性變好，排驅(qū)壓力及中值壓力低，毛管壓力曲線出現(xiàn)近似的雙平臺(tái)。e段巖石電學(xué)特征與①號(hào)油層的 c段相似，屬于孔隙型單孔介質(zhì)的正常油層。比較而論，②號(hào)油層應(yīng)以 d段微裂縫-孔隙型雙孔介質(zhì)的低電阻率油層為主導(dǎo)。

分層試油結(jié)果表明：①、②兩層均產(chǎn)純油，且②號(hào)低電阻率油層的產(chǎn)油量是①號(hào)正常油層的2.38倍。兩油層試采初期含水率極高，隨后即大幅度快速下降直至為零（見(jiàn)圖7）。

圖7 YW7井長(zhǎng)6正常油層及低電阻率油層分層試油曲線

YW7井試油成果充分驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)分析及綜合解釋結(jié)論，揭示了特低滲砂巖儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu)差異及其對(duì)油層巖石電學(xué)特征的影響，表明微裂縫-孔隙型雙孔介質(zhì)儲(chǔ)集層的孔隙度比孔隙型單孔介質(zhì)儲(chǔ)集層高1.8～2.1倍，滲透率則高出4～6倍（見(jiàn)表2），證明了低電阻率油層比正常油層具有更高的儲(chǔ)產(chǎn)能力。

5 結(jié)論

鄂爾多斯盆地志丹油田煙霧峁區(qū)塊內(nèi)長(zhǎng) 6油層組具有正常油層和低電阻率油層兩種基本表現(xiàn)形式，發(fā)育孔隙型單孔介質(zhì)和微裂縫-孔隙型雙孔介質(zhì)兩種儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)類型，兩者大致以滲透率1×10-3μm2為區(qū)分界限。巖心實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果反映了特低滲砂巖儲(chǔ)集層中兩種孔隙介質(zhì)的結(jié)構(gòu)差異性，巖石電學(xué)特征則表明了鉆井液對(duì)低電阻率油層形成了超深侵入。在低孔特低滲條件下，微裂縫的發(fā)育能夠極大地改變儲(chǔ)集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，造成孔隙結(jié)構(gòu)類型的顯著差異，引起油層孔隙結(jié)構(gòu)、物性、滲流、巖石電學(xué)特征的顯著變化，同時(shí)也導(dǎo)致了油層低電阻率現(xiàn)象。壓裂及試油試采成果均印證了長(zhǎng) 6儲(chǔ)集層中天然微裂縫的客觀存在。

符號(hào)注釋：

dh——井徑，cm；GR——自然伽馬，API；I——電阻增大率，無(wú)因次；Kd——雙孔介質(zhì)滲透率，10-3μm2；Ks——單孔介質(zhì)滲透率，10-3μm2；n——樣品數(shù)，個(gè)；R——相關(guān)系數(shù)，無(wú)因次；RILD——深感應(yīng)電阻率，?·m；RILM——中感應(yīng)電阻率，?·m；SP——自然電位，mV；φd——雙孔介質(zhì)孔隙度，%；φs——單孔介質(zhì)孔隙度，%；Δt——聲波時(shí)差，μs/m。

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