蘇里格氣田致密氣下限重新認(rèn)識(shí)

楊小明, 石玉江, 張海濤, 鐘曉勤

(1.中國石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院, 陜西 西安 710018; 2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710018)

0 引 言

國家能源局制訂的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中[1]定義致密砂巖氣為“覆壓基質(zhì)滲透率小于或等于0.1×10-3μm2的砂巖氣層,單井一般無自然產(chǎn)能或自然產(chǎn)能低于工業(yè)氣流下限,但在一定經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)措施下可獲得工業(yè)天然氣產(chǎn)量。通常情況下,這些措施包括壓裂、水平井、多分支井等”。蘇里格氣田儲(chǔ)量計(jì)算中氣層有效厚度的下限一般采用測(cè)試法確定。測(cè)試法標(biāo)定下限的結(jié)果,空氣滲透率為0.1×10-3μm2,孔隙度為5.0%,含水飽和度為50%。根據(jù)近幾年蘇里格地區(qū)致密氣試氣情況統(tǒng)計(jì),一定數(shù)量低于該下限標(biāo)準(zhǔn)的致密氣儲(chǔ)層試氣獲得了大于1.0×104m3/d的井口產(chǎn)量,按照現(xiàn)有下限標(biāo)準(zhǔn)解釋致密氣會(huì)漏失部分有效儲(chǔ)層,因此,需研究新的致密氣下限標(biāo)準(zhǔn)解決勘探生產(chǎn)中存在的問題。

1 蘇里格致密砂巖氣層基本特征

按照新的致密砂巖氣定義,收集了蘇里格地區(qū)2007-2012年44口井(空氣滲透率低于0.3×10-3μm2)致密氣層測(cè)井、地質(zhì)及分析化驗(yàn)等資料進(jìn)行了詳細(xì)分析,其中試氣井口產(chǎn)量大于1.0×104m3/d的井有27口,占總井?dāng)?shù)的61.4%。從統(tǒng)計(jì)情況看,致密氣層經(jīng)過成功壓裂改造,試氣產(chǎn)量能夠達(dá)到1.0×104m3/d以上。通過分析巖石學(xué)資料發(fā)現(xiàn),蘇里格地區(qū)致密氣層巖性以巖屑石英砂巖與巖屑砂巖為主,孔隙類型主要是溶孔、晶間孔及微孔(見圖1、圖2),其物性整體表現(xiàn)為高密度(一般大于2.50 g/cm3)、低孔隙度(一般小于8%)、特低滲透率(一般小于0.3×10-3μm2)、高束縛水飽和度(一般大于55%)等特點(diǎn),與常規(guī)儲(chǔ)層差異明顯。圖3中S343井山1段3 703～3 709.88 m致密氣層其密度為2.62 g/cm3,分析孔隙度5.2%,分析滲透率0.078×10-3μm2,分析含水飽和度52%,按照現(xiàn)有儲(chǔ)量下限標(biāo)準(zhǔn)解釋應(yīng)為干層。但該層經(jīng)過壓裂改造,試氣獲井口產(chǎn)量1.106 7×104m3/d,試氣效果良好。

圖1 致密砂巖氣儲(chǔ)層碎屑顆粒直方圖

圖2 致密砂巖氣儲(chǔ)層孔隙特征直方圖

圖3 S343井山1段測(cè)井解釋成果圖*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同;1 mD=9.87×10-4 μm2,下同。

2 蘇里格地區(qū)致密砂巖氣層解釋下限確定

常規(guī)儲(chǔ)集巖中孔喉直徑通常大于2 μm,致密含氣砂巖介于2～0.03 μm之間,致密砂巖儲(chǔ)層孔喉比常規(guī)砂巖儲(chǔ)層細(xì)小,常規(guī)砂巖儲(chǔ)層確定下限方法已不適用。本文將通過研究致密砂巖氣層臨界孔喉半徑,進(jìn)而確定致密砂巖氣層物性下限,并利用密閉取心刻度法和氣-水相滲法研究致密砂巖氣層含氣飽和度下限。

2.1 孔喉半徑下限法確定物性下限

孔喉半徑下限法是先確定儲(chǔ)集層的孔喉半徑下限,然后根據(jù)壓汞實(shí)驗(yàn)中滲透率與孔喉半徑(孔喉中值半徑)的關(guān)系求出滲透率的下限值,最后利用孔隙度滲透率關(guān)系得出孔隙度下限值。

據(jù)鄒才能等的研究成果[2],研究含氣致密砂巖儲(chǔ)層的喉道半徑下限需要獲得2個(gè)關(guān)鍵參數(shù):①甲烷分子被穩(wěn)定吸附的喉道尺寸臨界值(或甲烷可以自由脫附的喉道尺寸臨界值);②束縛水膜的厚度。兩者相加即是理論上含氣致密儲(chǔ)層的喉道尺寸下限,進(jìn)一步推導(dǎo)即可得出含氣致密砂巖儲(chǔ)層的物性下限。鄒才能等通過蘇里格氣田樣品孔隙尺寸大小和比表面積值的測(cè)試實(shí)驗(yàn)得出,甲烷分子被穩(wěn)定吸附的喉道尺寸臨界值約為20 nm;通過壓汞實(shí)驗(yàn)得出,束縛水膜厚度平均值約為20 nm,由此可得蘇里格氣田致密氣層孔喉半徑下限為40 nm(0.04 μm)左右[2]。

利用蘇里格地區(qū)20口井29個(gè)樣品點(diǎn)致密砂巖儲(chǔ)層壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)出了致密砂巖儲(chǔ)層滲透率與孔喉中值半徑關(guān)系(見圖4)。0.04 μm孔喉中值半徑對(duì)應(yīng)的滲透率為0.04×10-3μm2,該滲透率可以作為致密氣層滲透率下限[3]。結(jié)合蘇里格氣田致密砂巖儲(chǔ)層31口井504個(gè)樣品點(diǎn)分析孔隙度一分析滲透率關(guān)系圖(見圖5)確定致密氣層孔隙度下限為3%。

圖4 蘇里格地區(qū)致密砂巖氣層壓汞分析滲透率與孔喉中值半徑關(guān)系圖

圖5 蘇里格地區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層分析滲透率與分析孔隙度關(guān)系圖

2.2 飽和度下限確定

2.2.1 密閉取心刻度法

密閉取心是采用密閉取心工具與密閉液,在水基鉆井液條件下取出不受鉆井液自由水污染的巖心,密閉取心分析含水飽和度接近地層真實(shí)含水飽和度,可信度高。本文首先利用致密砂巖密閉取心分析含水飽和度刻度測(cè)井計(jì)算含水飽和度,進(jìn)而確定致密砂巖含氣飽和度下限。

蘇里格地區(qū)孔隙度滲透率關(guān)系較為復(fù)雜,儲(chǔ)層的電性質(zhì)與原生粒間孔隙為主的純砂巖儲(chǔ)層電性質(zhì)有很大的差別,地層因素—孔隙度關(guān)系及電阻增大率—含水飽和度關(guān)系在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下并不是線性關(guān)系,Archie模型難以適用。針對(duì)這一難題,建立了基于密閉取心刻度的含水飽和度計(jì)算模型。方法是對(duì)蘇里格致密砂巖儲(chǔ)層,首先用常規(guī)巖電參數(shù)代入阿爾奇公式計(jì)算其含水飽和度,并與密閉取心分析含水飽和度進(jìn)行交會(huì),得出密閉取心分析含水飽和度與計(jì)算含水飽和度的校正公式(見圖6)。

Sw密閉=42.3 ln(Sw計(jì)算)-98.135

(1)

圖6 蘇里格地區(qū)盒8段密閉取心分析含水飽和度與測(cè)井計(jì)算含水飽和度交會(huì)圖

然后利用上述校正公式,計(jì)算蘇里格地區(qū)已試致密氣井含氣飽和度,并作孔隙度、滲透率與計(jì)算含氣飽和度的交會(huì)圖;氣層含氣飽和度下限值為26%。

2.2.2 氣-水相滲法

根據(jù)曼農(nóng)劃分下限的方法,對(duì)于任一種巖樣的相對(duì)滲透率曲線,其臨界水飽和度和殘余油飽和度之間的范圍所對(duì)應(yīng)的毛細(xì)管壓力曲線上的高度為過渡帶,在過渡帶中油(氣)水同產(chǎn)。對(duì)于確定的水飽和度,它相應(yīng)有對(duì)油(氣)和水的相滲透率曲線,當(dāng)對(duì)水的相滲透率曲線占主導(dǎo)地位時(shí),儲(chǔ)集巖在開采條件下主要是產(chǎn)水。因此,可以根據(jù)對(duì)油(非潤(rùn)濕相)的相對(duì)滲透率的下部拐點(diǎn)作為劃分儲(chǔ)集巖下限的標(biāo)準(zhǔn)。這種方法實(shí)際應(yīng)用也比較廣泛,但是,在確定曲線拐點(diǎn)的時(shí)候不易區(qū)分,通常是取曲線的交叉點(diǎn)作為下限標(biāo)準(zhǔn)[4]。本文將相滲曲線中水和氣相滲透率的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的含水飽和度作為儲(chǔ)集層具有天然氣產(chǎn)能的下限。

圖7 致密氣層密閉取心刻度含氣飽和度與孔隙度、滲透率交會(huì)圖

根據(jù)以上方法,收集蘇里格地區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層24塊樣品的氣-水相對(duì)滲透率資料。兩相滲曲線的交點(diǎn)含水飽和度分布在61.2%～85.0%(見表1),平均值為73.9%,即對(duì)應(yīng)含氣飽和度下限為26.1%,與密閉取心資料確定的含氣飽和度下限基本一致。

通過以上分析,結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況,建立了蘇里格致密砂巖氣層物性及含氣飽和度下限標(biāo)準(zhǔn),即孔隙度下限為3%,滲透率下限為0.04×10-3μm2,含氣飽和度下限為26.0%(見圖7)。

表1 氣-水相滲曲線交點(diǎn)含水飽和度

3 實(shí)際應(yīng)用

蘇里格南區(qū)儲(chǔ)層整體埋藏深,厚度薄,物性差,普遍發(fā)育致密氣層。圖8中,蘇南S314井山1段3 763.25～3 774.38 m致密氣層視電阻率46.3 Ω·m,聲波時(shí)差220.7 μs/m,測(cè)井密度2.63 g/cm3,平均分析孔隙度6.0%,平均分析滲透率0.065×10-3μm2,密閉取心刻度法計(jì)算含氣飽和度為32.6%,一次測(cè)井解釋為干層。二次精細(xì)解釋時(shí),發(fā)現(xiàn)該層氣測(cè)錄井有顯示,且滿足新的致密砂巖氣層下限標(biāo)準(zhǔn),解釋為致密氣層,試氣獲得井口產(chǎn)量1.326 5×104m3/d,驗(yàn)證了致密氣層物性下限的正確性。

蘇里格東區(qū)儲(chǔ)層微孔隙較發(fā)育,普遍發(fā)育高束縛水飽和度致密氣層。如圖9,蘇東Z54井盒8段3 098.5～3 104.0 m致密氣層視電阻率18.7 Ω·m,聲波時(shí)差248.5 μs/m,測(cè)井密度2.50 g/cm3,平均分析孔隙度11.2%,平均分析滲透率0.265×10-3μm2,密閉取心刻度法計(jì)算含氣飽和度25.6%;3 124.0～3 128.8 m致密氣層視電阻率19.1 Ω·m,聲波時(shí)差244.1 μs/m,測(cè)井密度2.47 g/cm3,平均分析孔隙度 11.1%,平均分析滲透率0.384×10-3μm2,密閉取心刻度法計(jì)算含氣飽和度26.9%,這2個(gè)段氣層含氣飽和度在新的致密氣層下限標(biāo)準(zhǔn)附近,試氣獲得井口產(chǎn)量2.394 7×104m3/d,不產(chǎn)水驗(yàn)證了致密氣層含氣飽和度下限的正確性。,

圖8 S314井山1段測(cè)井解釋成果圖

圖9 Z54井盒8段測(cè)井解釋成果圖

4 結(jié) 論

(1) 蘇里格氣田致密砂巖氣藏一般表現(xiàn)為高密度、低孔隙度、特低滲透率、低含氣飽和度的特點(diǎn)。

(2) 通過對(duì)致密砂巖氣層毛細(xì)管壓力、巖心分析、氣水相滲及測(cè)井資料的研究,確定其測(cè)井解釋的孔隙度下限為3%,滲透率下限為0.04×10-3μm2,含氣飽和度下限為26%。該下限的確定為蘇里格地區(qū)致密砂巖氣層提供了測(cè)井解釋標(biāo)準(zhǔn),為致密氣的勘探及開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

(3) 儲(chǔ)層下限將隨著開發(fā)工藝水平提高、商業(yè)氣流井標(biāo)準(zhǔn)下降等因素的影響也隨之下降,這需要根據(jù)具體資料進(jìn)行具體分析。

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