顧端陽,竇文博,丁富壽,嚴力,呂浩

(1.中國石油天然氣股份有限公司 青海油田分公司勘探開發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736202；2.中國石油天然氣股份有限公司 長慶油田分公司第十一采油廠，甘肅 慶陽 745000；3.中國石油天然氣股份有限公司 青海油田分公司采油三廠，青海 茫崖 816400)

0 引言

澀北氣田位于柴達木盆地中東部三湖地區(qū)湖相沉積坳陷內(nèi)，是生氣中央凹陷澀北構(gòu)造帶上的一個三級背斜構(gòu)造，氣田鉆遇地層為第四系的7個泉組和新近系的獅子溝組，沉積地層頂部薄、翼部加厚，呈現(xiàn)較為典型的同沉積背斜的構(gòu)造特征。沉積巖性以第四系濱淺湖相灰色、淺灰色泥巖和泥質(zhì)粉砂巖沉積為主，粉砂巖次之，細砂巖較少。不同粒級的巖性頻繁交互，成巖程度低，屬于淺層未壓實地層，總體表現(xiàn)為高孔隙度，中—低滲透率的特點。

該區(qū)域已探明天然氣儲量主體是第四系生物氣藏，氣水分布主要受構(gòu)造控制，局部受巖性影響。氣層集中于構(gòu)造高部位，層數(shù)多、井段長、橫向連通率高、分布穩(wěn)定，地層水主要以邊水狀態(tài)存在為主。

由于儲集層存在“高孔隙度、高礦化度、高黏土含量、含(黃/磁)鐵礦高電導(dǎo)”等“四高”背景，形成了低阻氣層和特殊的特低阻氣層，導(dǎo)致氣水特征判斷的困難，形成在流體性質(zhì)識別和氣水分布認識上的偏差。針對氣砂體流體性質(zhì)識別的難點，本文從砂體的測井響應(yīng)、平面展布、生產(chǎn)特征等方面開展分析，認識低阻氣層的成因機理，針對不同原因造成的低阻氣層提出相應(yīng)的識別方法，有效地指導(dǎo)澀北氣田的開發(fā)。

1 低阻氣層特征

廣義的低電阻率氣層分為絕對低電阻率氣層和相對低電阻率氣層兩種[1]。絕對低電阻率氣層的特點是探測電阻率絕對值低，常在1～2 Ω·m左右，但電阻率指數(shù)一般大于4。相對低電阻率氣層是指氣層的電阻率與臨近水層的電阻率十分接近。澀北氣田低阻氣層是多種因素造成的絕對低阻。該區(qū)域低阻氣藏的形成，主要受相應(yīng)的巖性、物性、水性因素控制[2]。

1.1 常規(guī)低阻氣砂體測井響應(yīng)特征

澀北氣田儲層巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖，其次是粉砂質(zhì)泥巖、含粉砂泥巖和泥巖、粉砂巖，縱向上以泥砂巖剖面為主要特征，儲集層發(fā)育繁雜，泥砂巖交互層較為常見。其常見響應(yīng)特征主要表現(xiàn)為：

氣層一般呈現(xiàn)自然電位負異常[3]，薄砂體和泥砂巖疊合砂體負異常幅度下降；自然伽馬分辨能力明顯高于自然電位，可以體現(xiàn)泥砂巖隔夾層差異；氣層測井電阻率一般在0.4～2.0 Ω·m之間，電阻率高于圍巖但整體較為平緩[4]。

如圖1中澀X2井0-2-1小層，電阻率平直，自然伽馬中等偏高，深感應(yīng)電阻率0.5 Ω·m，本層試氣4 mm油嘴日產(chǎn)氣4 478m3，無水。類似這樣的低阻氣層電阻率一般在0.4～1.0 Ω·m之間，自然電位負異常較小，中子—密度測井響應(yīng)一般無明顯“鏡像”交會的氣效應(yīng)特征。

圖1 澀X2井氣層測井響應(yīng)特征Fig.1 Logging response characteristics of Se X2 gas well

1.2 特殊礦物層段測井響應(yīng)特征

該區(qū)域陸源含(黃/磁)鐵礦和成巖黃鐵礦富集現(xiàn)象較為常見，全巖礦物分析黃鐵礦類含量平均為3.1%，但實際存在中則是層狀特征分布于地層中，造成局部的電性特征異常[5]。由于鐵礦質(zhì)特殊的導(dǎo)電能力致電阻率明顯下降或響應(yīng)異常，嚴重影響儲集層氣水性質(zhì)的判斷。解釋工作中結(jié)合特殊礦物的導(dǎo)電特征和鄰井對比，區(qū)分特殊導(dǎo)電層段，與水層、水侵層加以區(qū)分，同時避免氣層含有特殊導(dǎo)電礦物時的誤判。其主要特征如下：

1)特殊導(dǎo)電礦物多數(shù)分布在非儲集層、砂體界面附近，部分存在于砂體內(nèi)或跨砂體界面。這些鐵礦發(fā)育位置一般呈電阻率下降和密度增大特征。

2)特殊礦物發(fā)育層段，自然伽馬響應(yīng)一般中等，巖石儲集性質(zhì)未受嚴重影響，顯示其只是零星分散于巖石骨架中，或成薄層狀態(tài)分布。

3)此類儲集層為明顯低阻特征，感應(yīng)電阻率呈現(xiàn)“U”、“V”形態(tài)快速下降而上下界面電阻率跳躍的特點，電阻率最低值多數(shù)低于0.2 Ω·m，而水層電阻率一般呈現(xiàn)較為平緩的形態(tài)，不會出現(xiàn)電阻率陡降的形態(tài)，也較少會低于0.2 Ω·m[6]。

4)氣砂體內(nèi)部含有特殊礦物時，電阻率呈現(xiàn)大幅下降形態(tài)，電阻率不具備反映含氣狀況的能力。

如圖2所示，澀2-XX井射孔投產(chǎn)段2-2-3b，日產(chǎn)氣1.2×104m3，無水，為鐵礦質(zhì)發(fā)育層段，電阻率局部低于0.2 Ω·m，自然伽馬中等，中子孔隙度和密度測井響應(yīng)難以體現(xiàn)出氣層特征，流體性質(zhì)識別較為困難。

圖2 澀2-XX井特殊礦物層段測井響應(yīng)特征Fig.2 Logging response characteristics of special mineral intervals in Se 2-XX gas well

1.3 低阻氣層空間展布

整個澀北氣田儲層平面連通較好，但非均質(zhì)性較嚴重，同一氣層在平面上各井區(qū)好、中、差等級類型變化頻繁[7]。從沉積角度來看，由于不同的測井響應(yīng)形式是不同沉積微相的體現(xiàn)，通過沉積微相分析，砂壩相是發(fā)育較好的氣層，而低阻氣層一般發(fā)育在灘砂相帶中，巖性以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖為主，泥質(zhì)含量較高；從構(gòu)造特征上分析，氣藏低部位的氣井低阻氣層發(fā)育的比例更大。

鐵礦質(zhì)發(fā)育層段的儲集層，其平面展布特征亦相對穩(wěn)定，可對比性較好。只是由于鐵礦質(zhì)組分的含量變化，對電阻率測井的影響程度有一定變化，表現(xiàn)為電阻率異常的厚度和幅度存在差異。而對感應(yīng)測井干擾最為嚴重，側(cè)向測井影響程度相對較小。平面對比顯示，鐵礦質(zhì)層段的平面展布相對穩(wěn)定，甚至在澀北一、二號全區(qū)基本都有比較好的連續(xù)沉積。

1.4 低阻氣層產(chǎn)能特征

通過該區(qū)域60余口單砂體生產(chǎn)特征分析，氣砂體的月產(chǎn)氣量分布在(20～135)×104m3，跨度較大。統(tǒng)計顯示，對應(yīng)電阻率形態(tài)平直且在1.0 Ω·m以下，氣層電性特征不明顯的儲集層，其月產(chǎn)氣量集中在(40～80)×104m3，水氣比低于0.3 m3/104m3，產(chǎn)能亦較為穩(wěn)定；含鐵礦質(zhì)的特殊低阻氣層則多數(shù)表現(xiàn)為低產(chǎn)層，其月產(chǎn)氣能力一般在(10～40)×104m3，水氣比一般在2.0 m3/104m3以下(見圖3所示)。

從開發(fā)階段氣砂體的生產(chǎn)變化特征對比分析，低阻氣砂體平面上發(fā)育穩(wěn)定，連通性好。

另外，圖3中顯示單砂體水侵初期產(chǎn)能和水氣比情況。投產(chǎn)的水侵氣砂體多數(shù)是水侵程度較低的氣層，另有少量氣水同層，與氣層的顯著差異是氣砂體的水氣比明顯出現(xiàn)升高現(xiàn)象[5]，其水氣比集中在0.3 m3/104m3以上。

2 低阻氣層成因機理分析

澀北氣田的氣砂體呈現(xiàn)低阻特征，部分呈現(xiàn)異常低阻特征，其主要原因是巖性細、地層水礦化度高、束縛水飽和度高造成的，工程的鉆井液侵入也會造成一定的低阻[8]。

1)埋藏淺、巖性疏松、儲層孔隙度高。氣砂體發(fā)育在400～1 600 m之間，成巖作用差，巖性疏松，砂體呈現(xiàn)高孔隙度特征，巖石孔隙度29%左右，這是儲集層低阻的重要原因[9]。

2)巖性細、黏土含量高。分析顯示，砂體以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、少量細砂巖為主，儲集層黏土含量高達40%左右，黏土附加導(dǎo)電特征明顯；由于巖性細、黏土含量高，形成高孔中低滲儲集層，氣層束縛水飽和度偏高，電阻率明顯偏低[10]。

3)鹽湖背景下的高礦化度特征。澀北氣田是在柴達木盆地鹽湖背景下形成的，氣藏原始地層水礦化度在130 000 mg·L-1，客觀上形成了較強的地層水導(dǎo)電能力[11]。

圖3 單層投產(chǎn)初期產(chǎn)能與水氣比關(guān)系Fig.3 Relationship between the capacity of producing gas and water-gas ratio of the single sand bodies in its initial stage of production

4)特殊礦物導(dǎo)電因素。由于儲集層內(nèi)含鐵礦類物質(zhì)導(dǎo)致電阻率大幅度下降或跳躍失真，該區(qū)域超過1/3的氣砂體受含(黃/磁)鐵礦質(zhì)顯著影響，而局部受影響的儲集層比例更大，表現(xiàn)為含(黃/磁)鐵礦含量相對低，或?qū)觾?nèi)分布較為零散，導(dǎo)致電阻率出現(xiàn)整體下降。含(黃/磁)鐵礦的存在造成電阻率嚴重下降，導(dǎo)致氣水性質(zhì)無法識別，同時飽和度失真、氣砂體厚度劃分和決策射孔位置受影響。

含(黃/磁)鐵礦層對儲集層物性的有一定影響，一定程度上造成孔隙度下降和滲透性降低，儲集層的產(chǎn)能相對而言低于一般砂體的產(chǎn)能，而水氣比則與一般砂體接近。

3 低阻氣層識別

3.1 自然伽馬—電阻率交會方法的提出

由于該區(qū)域氣砂體測井電阻率低，氣層、氣水同層、水層的電阻率差異小，導(dǎo)致電阻率絕對值劃分流體性質(zhì)和儲集層類型困難，電阻率界限混淆。

另一方面，由于低阻氣層多數(shù)為黏土含量高的低滲透氣砂體，或黃鐵礦含量高形成的相對致密氣砂體，其束縛水飽和度相對較高，中子孔隙度較大，氣效應(yīng)不顯著，形成“中子—密度交會”的現(xiàn)象較少，利用孔隙度測井識別流體性質(zhì)的效果較差[12]。

研究認為，澀北氣田儲集層盡管巖性差異大，但是組分相對穩(wěn)定，主要是巖石顆粒粗細(泥質(zhì)含量高低)在控制儲集層差異，儲集層孔隙度變化范圍小，物性差異與總孔隙度關(guān)系不密切，但與巖性測井資料如自然伽馬測井關(guān)系密切[13]。對于氣層，自然伽馬—電阻率呈現(xiàn)較好的極值對稱形態(tài)，即在一個氣砂體內(nèi)，基本是自然伽馬極小值處對應(yīng)電阻率極大值，而隨著儲集層巖性變化，這種對稱關(guān)系也隨之發(fā)生改變，儲集層越好，其對稱幅度越大[14]。

依據(jù)這一認識，通過完成全區(qū)電阻率、自然伽馬的標準化研究，建立自然伽馬—感應(yīng)電阻率、自然伽馬—側(cè)向電阻率的“極值對稱交會識別方法”，通過定量化刻度自然伽馬、地層電阻率，形成交會剖面，可以直觀判斷儲集層流體性質(zhì)、地層鐵礦質(zhì)異常層段、水侵特征等情況。

3.2 極值交會識別方法的應(yīng)用

基于該區(qū)域氣藏的基礎(chǔ)地質(zhì)特征(高礦化度、低阻)，感應(yīng)測井具有較好的流體識別能力[8]。因此，利用“自然伽馬—深感應(yīng)交會”可以較好識別流體性質(zhì)和水侵層的特征；但是，由于大量含鐵礦質(zhì)的砂體的存在，以及感應(yīng)對薄層、疊合型砂體的分辨能力有限，結(jié)合側(cè)向測井可以大幅度提高綜合評價能力[15]，解釋中同時參考利用“自然伽馬—深側(cè)向交會”方法，可以有效規(guī)避鐵礦質(zhì)影響，并輔助識別薄互層中砂體的流體性質(zhì)。

1)識別不同類型氣砂體。極值交會對稱避免了電阻率絕對值低，中子密度交會識別氣層效果較差的弊端，形成直觀識別剖面，優(yōu)質(zhì)儲集層形成低阻伽馬—高電阻交會特征，出現(xiàn)較大的交會面積和對稱關(guān)系；較差的儲集層則形成中高伽馬—低阻交會特征，交會范圍明顯下降，儲集層差異識別更為直觀[16]。圖4為澀X-33井交會分析圖，其中1-5、2-1、3-1小層顯示了較好的氣層特征，而1-4、2-3a小層則顯示了差氣層的特征。交會面積和交會對稱形態(tài)為認識氣層特征提供了直觀的識別剖面。

2)有效識別水侵層。氣砂體開發(fā)過程中，隨著水侵的發(fā)生，電阻率下降或者峰值偏移[17]，這種對稱形態(tài)就會改變或者消失。解釋中依交會識別進行定性分析、飽和度解釋進行定量分級[18]。定性分析中以感應(yīng)—伽馬交會、側(cè)向—伽馬交會綜合分析。首先開展區(qū)域資料的標準化工作，繪制巖電交會剖面，通過分析巖電極值對稱交會剖面，初步劃分和識別水侵層段。

如圖4，顯示出986.2～991.2 m、1 010.2～1 017.9m對稱交會形態(tài)明顯消失，水侵特征明顯。同時依據(jù)測井數(shù)字處理解釋成果評價的可動水飽和度范圍和定性分析認識，劃分為中等級別水侵。實際投產(chǎn)后，初期月度產(chǎn)氣80×104m3，產(chǎn)水250 m3左右，水氣比在(1.8～3.5)×104m3/104m3之間波動，與解釋認識一致。

3)“雙交會剖面”的綜合應(yīng)用。基于該區(qū)域氣藏的基礎(chǔ)地質(zhì)特征(高礦化度、低阻)，感應(yīng)測井具有較好的流體識別能力[10]。但是，由于大量含鐵礦質(zhì)的砂體的存在，以及感應(yīng)對薄層、疊合型砂體的分辨能力有限，結(jié)合側(cè)向測井可以大幅度提高綜合評價能力[19]。

圖4 澀X-33井極值對稱交會識別方法區(qū)分氣層與水侵層Fig.4 The application of lithology electrical property rendezvous method are used to identify the gas zone and the water invasion zone in Se X-33 gas well

在圖4中970～974 m井段為含(黃/磁)鐵礦層段，感應(yīng)測井失真明顯，而深測向則相對穩(wěn)定，僅在對應(yīng)含(黃/磁)鐵礦位置出現(xiàn)較薄的兩層電阻率下降。另外，由于含(黃/磁)鐵礦造成的電阻率“V”型形態(tài)出現(xiàn)電阻率升高部位，易造成氣水識別混淆，而在側(cè)向上一般不會出現(xiàn)。

另外，對于疊合型砂體發(fā)育的澀北氣田而言，厚度1.5 m以下的砂體較為常見，感應(yīng)測井難以對薄砂體做出精確反應(yīng)，導(dǎo)致電測井識別流體性質(zhì)存在難度，通過側(cè)向測井資料的輔助分析，則可以提供對薄砂體的解釋精度[20]。

因此，在澀北氣田的定性解釋中，目前采用自然伽馬—感應(yīng)電阻率、自然伽馬—側(cè)向電阻率的兩個“極值對稱交會剖面”，直觀判定氣層性質(zhì)、含水特征，開展鐵礦質(zhì)影響分析等工作，成為現(xiàn)場直觀解釋的核心方法。

3.3 結(jié)合生產(chǎn)動態(tài)認識鐵礦質(zhì)低阻氣層

含鐵礦地層造成電阻率的異常,部分層段還存在特殊放射性礦物造成的自然伽馬升高，目前缺乏有效的技術(shù)手段識別其含氣性質(zhì)。隨著澀北氣田開發(fā)程度升高，剩余氣的挖潛研究日益重要。為在前期未能深入認識的含鐵礦地層中尋找有效層段，生產(chǎn)中加強了單砂體試采和投產(chǎn)工作，為認識鐵礦質(zhì)單砂體含氣性質(zhì)和產(chǎn)能提供技術(shù)依據(jù)。

如澀X-18井試采的2-4-5a砂體為鐵礦質(zhì)發(fā)育層段(圖5)，其特征是具有一定的自然電位幅度，自然伽馬為中高值，電性無法判定流體性質(zhì)。通過單層投產(chǎn)，目前已經(jīng)累積產(chǎn)氣220×104m3，水330 m3。

圖5 低阻試氣層測井曲線響應(yīng)特征Fig.5 Logging response characteristics of the low resistivity gas zone in production testing

對于鐵礦類砂體，有一部分測井資料失真嚴重，難以利用測井響應(yīng)認識。目前通過試氣和單層投產(chǎn)，及時跟蹤產(chǎn)能動態(tài)，一方面摸清其產(chǎn)能和氣水邊界，同時通過生產(chǎn)含水情況監(jiān)測，及時認識邊水推進狀況。

4 結(jié)論

1)高孔隙度、高礦化度、高黏土含量等地質(zhì)背景，是導(dǎo)致澀北氣田氣層電阻率低的主要因素；砂泥巖薄互層也一定程度上增加了低阻儲集層的出現(xiàn)頻率；而特殊導(dǎo)電礦物的存在則是異常低阻氣層的直接原因。

2)針對地質(zhì)背景、儲層特性形成的低阻氣層,利用自然伽馬—電阻率交會曲線進行識別，具有顯著的應(yīng)用效果；由于感應(yīng)與側(cè)向的測量機理不同，解釋中同時使用了感應(yīng)測井、側(cè)向測井與自然伽馬的雙電阻交會分析，提升了薄砂體的識別效果，同時在很大程度上規(guī)避了鐵礦質(zhì)造成的影響。

3)在測井精細解釋的基礎(chǔ)上加強鐵礦儲集層段平面展布認識，通過試氣對可疑低阻層形成平面監(jiān)測，利用動態(tài)手段進行識別，提高挖潛效果。