大牛地氣田盒1 段氣層產(chǎn)能主控因素分析

客 昆，劉 棟，劉愛(ài)田，過(guò) 敏，劉廣景

（成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059）

大牛地氣田盒1 段氣藏屬于低滲透致密砂巖定容彈性驅(qū)動(dòng)巖性氣藏[1]。以構(gòu)造平緩、斷層不發(fā)育、辮狀河沉積砂體側(cè)向遷移頻繁且分布范圍廣為特點(diǎn)，后期成巖過(guò)程壓實(shí)和膠結(jié)作用較強(qiáng)，是儲(chǔ)層物性變差的主要原因[2]，致使儲(chǔ)層縱橫向非均質(zhì)性強(qiáng)，低品位氣層廣泛分布。這種致密化與復(fù)雜化導(dǎo)致物性、下伏地層裂縫、溶縫系統(tǒng)和含氣性的差異性，是氣層成藏好壞、優(yōu)質(zhì)氣層的分布及后期開(kāi)發(fā)的重要影響因素。前人利用本區(qū)致密氣層的測(cè)井參數(shù)與產(chǎn)能關(guān)系做過(guò)大量研究[3，4，5]，提出了產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法，少有對(duì)產(chǎn)能控制因素進(jìn)行直接的詳細(xì)分析，且未涉及小層氣層的精細(xì)刻畫(huà)。如今致密氣田（大牛地、蘇里格氣田等）大量采用水平井開(kāi)采，氣層精細(xì)刻畫(huà)、弄清單套氣層的主控因素和平面分布規(guī)律對(duì)勘探開(kāi)發(fā)具有重要意義，同時(shí)對(duì)與盒1 段氣層特征類(lèi)似的山西組氣層具有一定的參考意義。本文通過(guò)測(cè)井、薄片鑒定、實(shí)驗(yàn)分析、試井等測(cè)試分析資料，進(jìn)行大牛地氣田上古生界盒1 段氣層四性關(guān)系研究和產(chǎn)能主控因素分析，找尋巖性、物性、泥質(zhì)、成藏有效性對(duì)氣層含氣性的影響及對(duì)產(chǎn)能的控制，精細(xì)刻畫(huà)氣層特征，弄清氣層縱橫向展布規(guī)律，為氣層評(píng)價(jià)和勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程提供參考。

1 儲(chǔ)層特征

“四性”關(guān)系是指儲(chǔ)層的巖性、物性、電性及含油氣性之間的關(guān)系，它能綜合反映儲(chǔ)層孔滲特征、含油氣性的好壞及其測(cè)井響應(yīng)[6]。研究測(cè)井響應(yīng)與儲(chǔ)層物性、含油氣性的關(guān)系，能夠更高效、低耗的進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐。一般情況下，巖性、物性不同的層段各類(lèi)測(cè)井曲線相應(yīng)特征有所不同；同時(shí)二者對(duì)含氣性、產(chǎn)能也有不同程度的影響[7]。大牛地盒1 段氣藏屬于下生上儲(chǔ)近源成藏組合；具有下伏煤系發(fā)育、廣覆式生烴、南部演化程度高于東北部的烴源巖特征，天然氣就近運(yùn)移，儲(chǔ)集砂體發(fā)育，垂向厚度較大，呈現(xiàn)低孔滲、含氣性較差的氣層特點(diǎn),聚集成藏過(guò)程浮力所起作用不大，動(dòng)力主要來(lái)自源儲(chǔ)剩余壓差[8]。

圖1 盒1 段氣層巖石薄片顯微鏡下特征

研究區(qū)儲(chǔ)集巖以含礫中、粗粒巖屑和巖屑石英砂巖為主。巖石所經(jīng)壓實(shí)作用較強(qiáng)，顆粒多呈線接觸、縫合式接觸；粒間孔隙少見(jiàn)且多被泥質(zhì)充填；膠結(jié)物多以方解石、硅質(zhì)和次生粘土礦物為主，致密層段鈣質(zhì)、硅質(zhì)與粘土膠結(jié)均較發(fā)育。

儲(chǔ)層孔隙空間以微裂縫和粘土內(nèi)微孔隙、溶蝕孔隙為主，部分井段的高孔滲主要來(lái)自粒內(nèi)、粒間溶孔的貢獻(xiàn)。物性普遍不好，孔滲基本在6 %～10 %、0.1 mD～0.3 mD，大于1 mD 的高滲氣層僅占10 %（見(jiàn)圖1）。毛管壓力曲線特征主要為陡斜式和高陡型壓汞曲線形態(tài)，啟動(dòng)壓力小但中值壓力大，反映孔喉分布不均勻，裂縫對(duì)于天然氣的初始流動(dòng)起到重要作用，屬低孔特低滲氣層（見(jiàn)圖2）。

2 產(chǎn)能控制因素分析

產(chǎn)能的影響因素主要有巖性、物性、含氣性、有效厚度、非均質(zhì)性和鉆采工藝等。從前文研究來(lái)看，盒1段物性對(duì)含氣性影響較為明顯，含氣性、有效厚度、封蓋性（關(guān)系到充盈度）等因素對(duì)產(chǎn)能是否具有直接影響，下文針對(duì)這幾個(gè)方面對(duì)產(chǎn)能的影響進(jìn)行評(píng)估。

2.1 含氣飽和度與產(chǎn)能的關(guān)系

圖2 大牛地氣田盒1 段氣層巖樣壓汞曲線圖

氣層含氣飽和度與無(wú)阻流量關(guān)系較為密切，隨著含氣性變好，無(wú)阻流量總體上增大趨勢(shì)明顯。從平面分布圖（見(jiàn)圖3）來(lái)看，中高產(chǎn)氣層基本在含氣飽和度高于55 %的區(qū)域內(nèi)，大部分位于60 %以上的區(qū)域，這也與交匯圖結(jié)果吻合。

2.2 砂巖厚度與含氣性的關(guān)系

在常規(guī)儲(chǔ)層條件下，砂巖厚度越大，氣層連通性越好，越易成藏，形成的氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程產(chǎn)能也越高，而對(duì)于致密氣層而言，儲(chǔ)層連通性普遍較差，單套砂體厚度所起的連通作用被物性、巖性?shī)A層大大掩蓋，從前文研究結(jié)果也可以看出，有效厚度與產(chǎn)能的關(guān)系也不甚明顯，結(jié)合含氣性與產(chǎn)能的相關(guān)關(guān)系可以判斷，厚度對(duì)于氣層含氣性影響不大。

2.3 過(guò)剩壓力與產(chǎn)能的關(guān)系

油氣運(yùn)移是浮力、水動(dòng)力、毛細(xì)管力、流體壓力、構(gòu)造應(yīng)力等綜合作用的結(jié)果（吳保祥）[9]，研究認(rèn)為油氣運(yùn)移過(guò)程中的成藏動(dòng)力主要是烴類(lèi)在水中的靜浮力差和源儲(chǔ)兩點(diǎn)之間的剩余壓力差（柳廣弟）[10]，根據(jù)計(jì)算浮力（0.16 MPa）相比源儲(chǔ)壓差20 MPa 左右，在一定烴源巖壓力條件下，儲(chǔ)層的過(guò)剩壓力越大，則對(duì)應(yīng)的源儲(chǔ)剩余壓差越小，相應(yīng)流體充注也越難。D47-26 與D1-3-26 的過(guò)剩壓力對(duì)比發(fā)現(xiàn)，過(guò)剩壓力小的產(chǎn)能更高。通過(guò)統(tǒng)計(jì)盒1 段所有單采氣層的無(wú)阻流量與源儲(chǔ)壓差后，進(jìn)行對(duì)應(yīng)關(guān)系分析也發(fā)現(xiàn)，氣層與過(guò)剩壓力關(guān)系較為密切，隨著過(guò)剩壓力值的增大，產(chǎn)能呈現(xiàn)指數(shù)降低趨勢(shì)（見(jiàn)圖4）。也存在一些過(guò)剩壓力不大且產(chǎn)能不大的中低產(chǎn)氣層，這些氣層可能受夾層、物性等因素影響。

3 氣層含氣性影響因素分析

圖3 盒1 段氣層含氣飽和度與無(wú)阻流量交匯圖

圖4 過(guò)剩壓力與無(wú)阻流量的關(guān)系圖

分析結(jié)果可以看出除去鉆采因素影響，決定盒1段氣層產(chǎn)能高低的地質(zhì)主因是物性和含氣性兩個(gè)參數(shù)，巖性、有效厚度等因素?zé)o明顯影響，在一定的巖性基礎(chǔ)上，物性好壞直接取決于成巖過(guò)程的差異性。下面針對(duì)影響盒1 段含氣性的因素即物性、砂巖厚度、源儲(chǔ)壓力差、上覆封蓋層發(fā)育情況等幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.1 物性對(duì)含氣性的影響

盒1 段氣層隨物性變好含氣飽和度（Sg）明顯增大，兩者具有較好相關(guān)性?？傮w來(lái)看該區(qū)域高孔滲、含氣性好的優(yōu)質(zhì)氣層較少，存在少量中孔滲含氣性較好的氣層。當(dāng)孔滲高于8 %、0.5 mD 的大部分氣層含氣性較好（見(jiàn)圖5）。因此，物性應(yīng)是影響盒1 段含氣性的主因之一；一方面，物性好壞關(guān)系著儲(chǔ)集天然氣空間大小，進(jìn)而影響到總體含氣豐度；另一方面，物性的好壞關(guān)系著成藏過(guò)程能否優(yōu)先成藏、充注氣量多少等。

3.2 砂巖厚度與含氣性的關(guān)系

在常規(guī)儲(chǔ)層條件下，砂巖厚度越大，氣層連通性越好，越易成藏，形成的氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程產(chǎn)能也越高，而對(duì)于致密氣層而言，儲(chǔ)層連通性普遍較差，單套砂體厚度所起的連通作用被物性、巖性?shī)A層大大掩蓋，從前文研究結(jié)果也可以看出，有效厚度與產(chǎn)能的關(guān)系也不甚明顯，結(jié)合含氣性與產(chǎn)能的相關(guān)關(guān)系可以判斷，厚度對(duì)于氣層含氣性影響不大。

3.3 源儲(chǔ)壓差對(duì)含氣性的影響

在儲(chǔ)層致密和裂縫不發(fā)育的條件下，源儲(chǔ)壓差作為天然氣成藏的主要?jiǎng)恿Γ瑫r(shí)也是決定氣層好壞的重要因素，同樣的上覆巖層源儲(chǔ)壓力差越大，則天然氣突破阻力進(jìn)行運(yùn)移成藏的可能性越大，天然氣的運(yùn)移聚集量也應(yīng)越大。從前文研究結(jié)果也可以看出這一特點(diǎn)，隨著過(guò)剩壓力的增大，則源儲(chǔ)剩余壓力差減小，天然氣向上運(yùn)移可能性也越小，受物性、運(yùn)移距離、夾層數(shù)量等其他因素的控制則更為明顯。源儲(chǔ)壓差與物性一樣，在成藏過(guò)程中共同決定著儲(chǔ)層的含氣性好壞。

3.4 夾層的發(fā)育對(duì)含氣性的影響

盒1 段存在大量砂體厚度大、孔滲較好、含氣性中等、單套氣層厚度大而單層可采厚度較小的一類(lèi)氣層，這類(lèi)氣層夾層較發(fā)育，既有物性?shī)A層，也有巖性?shī)A層，因此，雖物性較好，但是含氣性中等或更差，導(dǎo)致氣層不具備工業(yè)產(chǎn)能。對(duì)盒1 段而言，夾層的發(fā)育對(duì)氣層有如下幾個(gè)方面影響：（1）夾層數(shù)量越多，成藏過(guò)程中需要與源巖直接接觸的下伏砂體積累氣量和能量越大方可繼續(xù)向上運(yùn)移，因此阻力也更大，天然氣沿優(yōu)勢(shì)通道運(yùn)移，進(jìn)入離散分布的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層成藏，形成分散的“甜點(diǎn)”區(qū)，而致密砂巖的非均質(zhì)性和滲透率級(jí)變系數(shù)是決定其成藏規(guī)模與含氣飽和度的主要控制因素，均質(zhì)性較好的致密砂巖含氣性更好[11]，物性較差、非均質(zhì)性強(qiáng)的盒1 段則整體含氣性偏低；（2）夾層發(fā)育導(dǎo)致單層優(yōu)質(zhì)氣層厚度較小，側(cè)向連通性也不好，氣層運(yùn)移成藏過(guò)程在平面上運(yùn)移也較差，如若運(yùn)移動(dòng)力不足，則成藏范圍便小，整體含氣豐度較差，開(kāi)采過(guò)程天然氣能量供給也較慢；（3）夾層發(fā)育，平面、垂向非均質(zhì)性的增強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致單氣層解釋的含氣性控制范圍受限，無(wú)法反映單套氣層的整體含氣性好壞。

圖5 盒1 段氣層實(shí)測(cè)孔滲與含氣飽和度交匯圖

3.5 上覆封蓋層對(duì)氣層含氣性的影響

盒1 段發(fā)育大套砂體，作為上覆氣層的天然氣運(yùn)移通道（李仲東），上覆局部封蓋層的發(fā)育與否直接關(guān)系到形成的氣藏中天然氣向上繼續(xù)運(yùn)移速率，若封蓋性能較差，則可能導(dǎo)致盒1 段天然氣向上散失速率大于充注速率，則成藏后難于保存，導(dǎo)致氣藏含氣性偏低。為蓋層對(duì)盒1 段氣層的影響，選取相鄰兩口井氣層進(jìn)行對(duì)比，選取氣層滿足以下幾個(gè)條件：（1）氣源充足，選取研究區(qū)西南角高產(chǎn)氣層發(fā)育區(qū)，反映了充足的氣源供給；（2）儲(chǔ)集砂體物性、電性特征類(lèi)似，保證對(duì)比的有效性；（3）天然氣向盒1 段氣層運(yùn)移，通常選取的下伏山西組裂縫發(fā)育的區(qū)域。以D1 井與D1-3-6 井盒1段氣層進(jìn)行對(duì)比，H1-1 氣層前者含氣性和產(chǎn)能明顯高于后者。從聲波、伽馬曲線、泥質(zhì)含量可以看出D1 井盒1 段上覆泥巖更為發(fā)育，并且聲波異常判斷泥巖內(nèi)可能存在異常壓實(shí)，而D1-3-6 井上覆地層基本為砂泥互層或砂泥質(zhì)巖類(lèi)，聲波值與砂巖相差不大，可以斷定D1 井盒1 段上覆封蓋性能好于D1-3-6 井。

4 優(yōu)質(zhì)氣層主控因素及成因分析

盒1 段氣層整體較為復(fù)雜，但從前文研究可知，對(duì)氣層產(chǎn)能影響最為直接的有物性與含氣性兩個(gè)因素。氣層的復(fù)雜性主因來(lái)自沉積、成巖作用過(guò)程，沉積微相變化主導(dǎo)了這一過(guò)程，機(jī)械壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕等成巖作用在孔隙演化和改造過(guò)程起到了至關(guān)重要的作用（侯瑞云）。巖相是物性變化的物質(zhì)基礎(chǔ)，巖屑、泥質(zhì)成分等塑性顆粒含量較大，壓實(shí)作用較強(qiáng)是導(dǎo)致物性變差的主要原因，從薄片和壓汞曲線特征來(lái)看，大量孔隙空間應(yīng)屬微孔隙、微裂縫，極少數(shù)溶蝕作用較強(qiáng)（見(jiàn)圖1），孔隙較好。砂泥頻繁互層及在平面上的互相疊置，同時(shí)膠結(jié)、溶蝕作用、非均勻壓實(shí)和微裂縫的不同程度發(fā)育加劇了氣層內(nèi)和氣層間的物性非均質(zhì)性，導(dǎo)致氣層整體復(fù)雜性加深。

物性的好壞決定了天然氣儲(chǔ)集空間的大小和充注過(guò)程的動(dòng)力大小，先致密后成藏的過(guò)程（楊智，2010）對(duì)決定物性參數(shù)有重要影響，在天然氣運(yùn)移聚集過(guò)程中，較好的優(yōu)勢(shì)通道是天然氣優(yōu)先運(yùn)移的途徑，在高壓流體充注過(guò)程中，這也是最先改造的部分，而較好的物性則提供了優(yōu)先改造和成藏的條件。另一方面，物性較好的儲(chǔ)層，層內(nèi)連通性一般較好，在埋藏過(guò)程中形成異常高壓的可能性比物性更差的儲(chǔ)層要低，容易形成低勢(shì)區(qū)，有利于天然氣成藏，因此，良好的物性條件是含氣性較好的有利前提。

含氣性好壞直接關(guān)系到氣層產(chǎn)能的高低，同時(shí)受控于物性好壞、夾層的發(fā)育、儲(chǔ)層上覆封蓋層好壞、源儲(chǔ)壓差的高低等因素。這幾個(gè)因素在成藏過(guò)程中均有不同程度的影響，物性、巖性?shī)A層的發(fā)育與否在某種程度直接關(guān)系到氣層成藏有效性，致密砂巖儲(chǔ)層的垂向、平面連通性較差，夾層的發(fā)育起到了分割不同儲(chǔ)層的效果，導(dǎo)致氣層運(yùn)移距離和阻力加大，需要更大的運(yùn)移動(dòng)力方可進(jìn)行有效成藏；烴源巖古壓力大小差異不大，而源儲(chǔ)壓差大小更多取決于儲(chǔ)層古壓力大小，源儲(chǔ)壓差與夾層多少、物性好壞的匹配條件好壞是決定天然氣成藏多少的關(guān)鍵因素。儲(chǔ)層上覆局部封蓋層的好壞關(guān)系到氣層形成后能否較好的保存，否則向上逸散、運(yùn)移進(jìn)入盒2、盒3 段成藏。

氣層厚度雖然對(duì)氣層好壞影響不明顯，但統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示具備工業(yè)產(chǎn)能的氣層有效厚度值基本在3 m 以上，可以認(rèn)為3 m 是盒1 段氣層進(jìn)行工業(yè)開(kāi)采的有效厚度下限。

在上述幾個(gè)參數(shù)中，無(wú)論是夾層、上覆封蓋層、源儲(chǔ)壓差均與砂泥巖不同配置有關(guān)，若砂泥巖配置較好，沉積的下砂上泥巖層分別較穩(wěn)定，則夾層數(shù)量減少，上覆封蓋層也可在成藏后對(duì)氣層進(jìn)行較好的保存，較為穩(wěn)定的沉積砂巖體縱橫向連通性變好，相對(duì)開(kāi)放的儲(chǔ)層比存在物性、巖性?shī)A層的儲(chǔ)層古壓力也更低，有利于成藏?？梢?jiàn)，盒1 段氣層是在沉積、成巖作用控制下由物性、含氣性好壞直接影響的巖性定容氣藏。

5 結(jié)論

（1）氣層與過(guò)剩壓力關(guān)系較為密切，一般產(chǎn)能隨著過(guò)剩壓力值的增大而降低，同時(shí)氣層產(chǎn)能也受控于含氣性的好壞，高產(chǎn)氣層絕大多數(shù)位于含氣性較好的區(qū)域，盒1 段高產(chǎn)氣層少，主要由于優(yōu)質(zhì)氣層平面非均質(zhì)性強(qiáng)、整體含氣性偏低、平面巖性變化劇烈，導(dǎo)致巖性與物性?shī)A層發(fā)育。

（2）大牛地氣田盒1 段氣層含氣性受物性影響較大，而物性在一定程度上受控于粒度、泥質(zhì)含量等因素；此外，成巖作用對(duì)物性改善有一定影響，當(dāng)高嶺石含量高于2 %時(shí)對(duì)物性改善作用明顯。

（3）含氣性普遍偏低的原因有物性較差、上覆局部封蓋層不發(fā)育、巖性與物性匹配不好影響天然氣成藏等因素。

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