鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段致密砂巖氣低產(chǎn)原因分析

趙會濤，王懷廠，劉健，丁雪峰，劉燕

鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段致密砂巖氣低產(chǎn)原因分析

趙會濤1，2，王懷廠1，2，劉健1，2，丁雪峰3，劉燕1，2

（1.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，西安710018；3.中國石油長慶油田分公司勘探部，西安710018）

鄂爾多斯盆地東部地區(qū)上古生界盒8段為低孔、低滲致密砂巖儲層，單井產(chǎn)量低，制約了該區(qū)規(guī)模儲量的提交和氣田的大規(guī)模有效開發(fā)，因此，有必要深入研究該區(qū)致密砂巖儲層特征，并分析單井低產(chǎn)原因。運用鑄體薄片、物性分析、高壓壓汞、恒速壓汞、氣水相滲、核磁共振與應(yīng)力敏感性實驗等技術(shù)手段，深入研究了該區(qū)盒8段致密砂巖儲層特征和單井低產(chǎn)的原因，并與已開發(fā)的蘇里格氣田進行了對比。結(jié)果表明：研究區(qū)盒8段儲層具有物性差、剛性組分含量低、塑性組分含量高、喉道半徑小和可動流體飽和度低等特點；地層條件下盒8段儲層應(yīng)力敏感性強、水鎖傷害大、氣相滲流能力弱和水鎖損害率高均是造成單井產(chǎn)量低的原因。

致密砂巖；儲層特征；低產(chǎn)原因；盒8段；鄂爾多斯盆地

0 引言

近年來，致密砂巖氣藏已逐漸成為國內(nèi)外天然氣勘探開發(fā)的熱點和現(xiàn)實領(lǐng)域，致密砂巖氣在天然氣產(chǎn)量中所占的比例越來越大，具有良好的勘探開發(fā)前景［1-4］。鄂爾多斯盆地東地區(qū)的伊陜斜坡東北部，上古生界石盒子組盒8段是該區(qū)天然氣勘探的主要目的層。儲層巖石類型主要為巖屑石英砂巖，孔喉特征為中小孔-微細(xì)喉型組合，滲透率普遍小于1 mD，為低孔、低滲致密砂巖儲層［4］。單井產(chǎn)量低，普遍小于2萬m3/d，制約著該區(qū)規(guī)模儲量的提交和氣田的大規(guī)模有效開發(fā)。因此，深入研究該區(qū)盒8段致密砂巖儲層特征和分析單井低產(chǎn)的地質(zhì)原因，對制定合理的儲層壓裂改造工藝措施、提高單井產(chǎn)量和實現(xiàn)該區(qū)致密砂巖氣藏的規(guī)模有效開發(fā)均具有重要意義。

1 儲層特征

1.1 儲層巖石學(xué)特征

1.1.1 巖石類型

根據(jù)鄂爾多斯盆地東部地區(qū)上古生界60余口探井盒8段400余塊薄片資料統(tǒng)計，該區(qū)上古生界盒8段儲層主要有3種巖石類型：石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖（圖1）。統(tǒng)計結(jié)果表明：該區(qū)儲層巖屑石英砂巖所占比例最高，達65.3%，巖屑砂巖次之，所占比例為22.5%，石英砂巖較少，所占比例為12.2%。

圖1 鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段儲層砂巖類型三角圖 （樣品數(shù)：425塊）Fig.1Triangular diagram of sandstone types of He 8 member in eastern Ordos Basin

1.1.2 巖石組分特征

（1）碎屑組分特征

巖礦分析表明，鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段儲層的碎屑組分主要為石英類（包括石英、燧石及石英巖巖屑），其次為巖屑組分，僅局部偶見少量長石顆粒，長石平均體積分?jǐn)?shù)低于1%（表1）。與鄂爾多斯盆地西部的蘇里格氣田盒8段儲層相比，研究區(qū)石英類顆粒含量明顯偏低，平均體積分?jǐn)?shù)為79.6%；巖屑含量明顯偏高，平均體積分?jǐn)?shù)為20.1%；塑性組分（千枚巖、板巖、片巖與泥巖等巖屑及云母）含量較高，平均體積分?jǐn)?shù)為6.3%。

表1 鄂爾多斯盆地東部地區(qū)與蘇里格氣田盒8段儲層組分對比Table 1Comparison of reservoir component of He 8 member in the eastern Ordos Basin and Sulige Gas Field %

（2）填隙物組分特征

鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段儲層填隙物主要為黏土礦物（水云母、高嶺石與綠泥石膜）、硅質(zhì)、碳酸鹽膠結(jié)物和凝灰質(zhì)。與蘇里格氣田盒8段儲層相比，研究區(qū)填隙物中水云母與鐵方解石含量明顯偏高，平均體積分?jǐn)?shù)分別為4.90%與1.70%（表2）。

表2 鄂爾多斯盆地東部地區(qū)與蘇里格氣田盒8段儲層填隙物組分對比Table 2Comparison of reservoir filling material component of He 8 member in eastern Ordos Basin and Sulige Gas Field

1.2 物性特征

56口井1 120塊巖心物性分析結(jié)果（表3）表明：鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段儲層平均孔隙度為7.5%，平均滲透率為0.481 mD；蘇里格氣田盒8段儲層滲透率小于1 mD的樣品占76%，而研究區(qū)盒8段儲層滲透率小于1 mD的樣品達94%。由此表明，研究區(qū)與蘇里格氣田盒8段同屬致密砂巖儲層，但研究區(qū)儲層更致密。

表3 鄂爾多斯盆地東部地區(qū)與蘇里格氣田盒8段儲層物性對比Table 3Comparison of reservoir properties of He 8 member in eastern Ordos Basin and Sulige Gas Field

1.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

對鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段儲層20口井54塊樣品的壓汞參數(shù)統(tǒng)計（表4）表明：排驅(qū)壓力為0.20～7.76 MPa，平均為1.19 MPa；中值壓力為6.34～44.53 MPa，平均為21.14 MPa，表現(xiàn)為較高的排驅(qū)壓力和中值壓力，反映儲層的滲透性較差；中值喉道半徑較小，平均為0.32 μm，表現(xiàn)為微細(xì)喉道的特征；最大進汞飽和度較大，但退汞效率較低，表明喉道和孔隙間的連通性較差；分選系數(shù)較大，平均為0.81，均質(zhì)系數(shù)較小，平均為0.34，表明孔喉分選性較差。另外，研究區(qū)盒8段儲層壓汞曲線形態(tài)平臺不明顯（圖2），同樣表明儲層孔喉分選性較差。

表4 鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段儲層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 4Reservoir pore structure parameter of He 8 member in eastern Ordos Basin

圖2 鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段儲層壓汞曲線特征Fig.2Mercury injection curve characteristics of reservoir of He 8 member in eastern Ordos Basin

1.4 應(yīng)力敏感性特征

儲層的應(yīng)力敏感性是指當(dāng)有效應(yīng)力增大時，巖石的孔隙度與滲透率等參數(shù)會降低的現(xiàn)象，尤其是滲透率，隨著有效應(yīng)力增大其減小的幅度尤為顯著［5-7］。根據(jù)鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段儲層應(yīng)力敏感性實驗結(jié)果（圖3），石英砂巖和巖屑石英砂巖的應(yīng)力敏感性存在明顯差異；2塊石英砂巖樣品的有效應(yīng)力與滲透率關(guān)系曲線平緩，隨著有效應(yīng)力增加，2塊石英砂巖樣品滲透率的下降幅度明顯低于2塊巖屑石英砂巖樣品。石英砂巖樣品的地表常規(guī)滲透率是覆壓為35 MPa條件下滲透率的3.3倍（表5），而巖屑石英砂巖樣品的地表常規(guī)滲透率是覆壓為35 MPa條件下滲透率的4.1倍，表明巖屑石英砂巖的應(yīng)力敏感性顯著強于石英砂巖。

圖3 鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段儲層有效應(yīng)力與滲透率關(guān)系圖Fig.3Relationship between effective stress and permeability of reservoir of He 8 member in eastern Ordos Basin

表5 鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段儲層空氣滲透率與35 MPa覆壓滲透率對比Table 5Comparison between air permeability and permeability of 35 MPa overburden pressure of reservoir of He 8 member in eastern Ordos Basin

1.5 滲流特征

筆者應(yīng)用氣水相滲和核磁共振實驗研究了鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段儲層的滲流特征。通過研究區(qū)2口典型井巖屑石英砂巖與蘇里格氣田2口典型井石英砂巖儲層滲流特征對比發(fā)現(xiàn)（均為本次研究分析測試結(jié)果），該區(qū)儲層的滲流特征與蘇里格氣田儲層存在明顯差異。

1.5.1 氣水相滲實驗

通過研究區(qū)與蘇里格氣田盒8段儲層氣水相對滲透率曲線對比（圖4）發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)巖屑石英砂巖氣相相對滲透率曲線陡直，隨含水飽和度增大，氣相相對滲透率降低幅度大；氣水共滲區(qū)較小，水相相對滲透率曲線對應(yīng)的束縛水飽和度為64.8%，明顯大于蘇里格氣田石英砂巖束縛水飽和度（48.9%）。表明該區(qū)巖屑石英砂巖在氣水兩相滲流作用下，束縛水飽和度較高，氣相滲流能力弱。

1.5.2 核磁共振實驗

核磁共振實驗通過對儲層孔隙流體中氫核信號的觀測，可直接測量巖石孔隙中的流體特性，獲取儲層有效孔隙度、滲透率、可動流體和束縛流體體積［8-9］。筆者選取鄂爾多斯盆地東部地區(qū)Sh×井和蘇里格氣田Su×井盒8段2塊孔隙度接近（分別為8.4%和8.2%）而巖性不同（分別為巖屑石英砂巖和石英砂巖）的巖心樣品進行核磁共振實驗。結(jié)果顯示（圖5、表6），Sh×井盒8段巖屑石英砂巖儲層可動流體飽和度為26.8%［圖5（a）］，Su×井盒8段石英砂巖儲層可動流體飽和度為57.5%［圖5（b）］。由此表明，鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段巖屑石英砂巖儲層黏土礦物束縛水微孔較為發(fā)育［10］，束縛水流體飽和度高，可動流體孔隙度小，可動流體飽和度低，滲流能力弱。

圖4 鄂爾多斯盆地東部地區(qū)Yu×井（a）與蘇里格氣田T×井（b）盒8段儲層氣水相對滲透率曲線Fig.4Relative permeability curves of He 8 member of Yu×well in eastern Ordos Basin（a）and T×well in Sulige Gas Field（b）

圖5 鄂爾多斯盆地東部地區(qū)Sh×井盒8段巖屑石英砂巖儲層（a）和蘇里格氣田Su×井盒8段石英砂巖儲層（b）可動流體測試T2馳豫時間譜圖Fig.5T2 relaxation time spectrum of movable fluid of lithic quartz sandstone of He 8 member of Sh×well in eastern Ordos Basin（a）and quartz sandstone of He 8 member of Su×well in Sulige Gas Field（b）

表6 鄂爾多斯盆地東部地區(qū)Sh×井與蘇里格氣田Su×井盒8段儲層物性與可動流體飽和度對比Table 6Contrast of properties and movable fluid saturation of He 8 member of Sh×well in eastern Ordos Basin and Su×well in Sulige Gas Field

2 低產(chǎn)原因分析

表7 鄂爾多斯盆地東部地區(qū)Sh×井與蘇里格氣田Su×井盒8段電性、物性參數(shù)及試氣產(chǎn)量對比Table 7Contrast of electrical,property parameters and test yield of He 8 member of Sh×well in eastern Ordos Basin and Su×well in Sulige Gas Field

為了分析鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段產(chǎn)量影響因素和低產(chǎn)原因，對該區(qū)Sh×井和蘇里格氣田Su×井盒8段電性、物性參數(shù)及試氣產(chǎn)量（表7）進行了對比分析。從表7可看出：Sh×井試氣無阻流量為0.8萬m3/d，Su×井試氣無阻流量為37.22萬m3/d，而Sh×井和Su×井的聲波時差和密度均較接近，孔隙度分別為9.6%和9.9%，滲透率均小于1 mD，均屬于致密砂巖儲層。研究認(rèn)為鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段致密砂巖儲層地層條件下應(yīng)力敏感性強、水鎖傷害大、氣相滲流能力弱和水鎖損害率高均是造成單井產(chǎn)量低的原因。

2.1 塑性組分含量高，應(yīng)力敏感性強

通過對產(chǎn)氣段巖礦特征的分析發(fā)現(xiàn)，鄂爾多斯盆地東部地區(qū)Sh×井產(chǎn)氣段儲層為巖屑石英砂巖，蘇里格氣田Su×井產(chǎn)氣段儲層為石英砂巖。Sh×井儲層剛性組分（石英類）體積分?jǐn)?shù)為78.5%，塑性組分體積分?jǐn)?shù)為10.5%，具有剛性組分含量相對較低、塑性組分含量相對較高的特點（Su×井儲層剛性組分體積分?jǐn)?shù)為93.9%，塑性組分體積分?jǐn)?shù)為1.1%）。在地層覆壓條件下，塑性組分受壓變形強烈，應(yīng)力敏感性強，滲透率降低幅度大，是造成單井產(chǎn)量低的一個重要因素。

2.2 微細(xì)喉道發(fā)育，水鎖傷害大

恒速壓汞是近年來發(fā)展起來的測定儲層孔隙結(jié)構(gòu)的一種非常先進的技術(shù)手段，可以在一定的進汞速度條件下，對孔隙大小、喉道大小與孔隙-喉道配置情況進行測試，能夠準(zhǔn)確反映孔喉的分布情況［11-12］。Sh×井和Su×井盒8段儲層巖樣的恒速壓汞實驗（圖6、表8）表明：Sh×井喉道半徑小于1.5 μm，微喉發(fā)育，平均喉道半徑為0.81 μm；Su×井相對較大的喉道比較發(fā)育，最大喉道半徑達4 μm，平均喉道半徑為1.34 μm。由于Sh×井儲層微喉發(fā)育，可動流體飽和度低，束縛水飽和度高，從而導(dǎo)致水鎖損害率高，水鎖傷害大［13-14］（水鎖損害率可達79.9%），外來水侵入儲層后氣相滲透率降低幅度大，是造成單井產(chǎn)量低的重要原因。

圖6 鄂爾多斯盆地東部地區(qū)Sh×井與蘇里格氣田Su×井盒8段儲層喉道半徑對比圖Fig.6Comparison of throat radius of He 8 member of Sh× well in eastern Ordos Basin and Su×well in Sulige Gas Field

表8 鄂爾多斯盆地東部地區(qū)Sh×井與蘇里格氣田Su×井盒8段儲層喉道參數(shù)及水鎖損害率對比Table 8Contrast of throat parameters and water lock damage rate of He 8 member of Sh×well in eastern Ordos Basin and Su×well in Sulige Gas Field

水鎖損害率可由下式計算［15］：

式中：Dk為束縛水飽和下的水鎖損害率，%；Ko為干巖心的氣測滲透率，mD；Kwir為束縛水飽和下巖樣的氣測滲透率，mD。

3 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段儲層具有剛性組分含量相對較低、塑性組分含量相對較高、喉道半徑小和可動流體飽和度低等特點，儲層滲透率普遍小于1 mD，孔喉分選和連通性均較差。

（2）鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段儲層巖屑石英砂巖的應(yīng)力敏感性顯著強于石英砂巖。

（3）鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段巖屑石英砂巖儲層黏土礦物束縛水孔隙發(fā)育，束縛水飽和度高，可動流體飽和度低，氣相滲透率曲線陡直，含水飽和度高，儲層滲流能力弱。

（4）鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段儲層應(yīng)力敏感性強、水鎖傷害大、氣相滲流能力弱和水鎖損害率高均是造成單井產(chǎn)量低的原因。

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（本文編輯：李在光）

Reasons of low yield of tight sandstone gas of He 8 member in eastern Ordos Basin

ZHAO Huitao1，2，WANG Huaichang1，2，LIU Jian1，2，DING Xuefeng3，LIU Yan1，2
（1.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China；2.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-permeability Oil and Gas Fields，Xi’an 710018，China；3.Department of Exploration，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China）

The reservoir of Neopaleozoic He 8 member in eastern Ordos Basin is characterized by low porosity,low permeability and low single well production,which restricts the large-scale development and submit scale of reserves, so it is necessary to study the characteristics of tight sandstone reservoir in this area and analyze the reason for the low yield of single well.By using cast thin sections,petrophysical analysis,high-pressure mercury injection,constantspeed mercury injection,gas water relative permeability,nuclear magnetic resonance and stress sensitivity experiment technology,this paper studied the characteristics of tight sandstone reservoir and the reasons of low yield of He 8 member in eastern Ordos Basin,and compared with Sulige Gas Field.The results show that the reservoir of He 8 member in the study area has poor properties,low content of rigid component,high content of plastic component,small pore throat radius and low movable fluid saturation.Strong stress sensitivity,great water lock damage and low gas permeability are the geological causes for the low yield of single well in the formation conditions.

tight sandstone；reservoir characteristics；lowyield reasons；He 8 member；Ordos Basin

TE122.2+3

：A

2013-12-07；

2014-03-19

國家重大科技專項“鄂爾多斯盆地天然氣富集規(guī)律、目標(biāo)評價與勘探關(guān)鍵技術(shù)”（編號：2011ZX05007-004）資助

趙會濤（1969-），男，高級工程師，主要從事天然氣勘探方面的研究工作。地址：（710018）陜西省西安市未央?yún)^(qū)長慶興隆小區(qū)長慶油田勘探開發(fā)研究院。E-mail：zht_cq@petrochina.com.cn。

1673-8926（2014）05-0075-05