川西坳陷低阻致密砂巖儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)方法

張世懋　葛　祥

（中國(guó)石化西南石油工程有限公司測(cè)井分公司）

川西坳陷低阻致密砂巖儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)方法

張世懋葛祥

（中國(guó)石化西南石油工程有限公司測(cè)井分公司）

對(duì)四川盆地川西坳陷疊覆型致密砂巖氣藏的勘探由正向構(gòu)造轉(zhuǎn)向負(fù)向構(gòu)造中的有利圈閉，在低阻致密儲(chǔ)層中也獲得了較好的油氣發(fā)現(xiàn)，但低阻致密砂巖儲(chǔ)層難以利用沉積微相分析、井間類比分析等方法進(jìn)行識(shí)別與有效評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)低阻致密儲(chǔ)層地質(zhì)與測(cè)井特征進(jìn)行分析，總結(jié)低阻致密儲(chǔ)層與常規(guī)致密儲(chǔ)層的特征差異，研究?jī)?chǔ)層、地層水特征，結(jié)合其構(gòu)造特征，認(rèn)為在中—高地層水礦化度背景下，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、束縛水飽和度偏高是導(dǎo)致氣層低阻的主要原因，其分布規(guī)律受構(gòu)造因素控制。利用測(cè)井方法對(duì)低阻致密儲(chǔ)層進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，可先對(duì)儲(chǔ)層的含氣性進(jìn)行判別，再通過(guò)可動(dòng)水飽和度計(jì)算與侵入特征分析等多方法的結(jié)合，對(duì)地層水的可動(dòng)性進(jìn)行分析，并計(jì)算儲(chǔ)層品質(zhì)參數(shù)，對(duì)低阻致密儲(chǔ)層進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。該方法較好地解決了川西坳陷低阻致密儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)的難題，在天然氣勘探開(kāi)發(fā)中取得了良好的應(yīng)用效果。圖5表1參16

四川盆地川西坳陷負(fù)向構(gòu)造致密砂巖氣藏低阻儲(chǔ)層束縛水飽和度測(cè)井評(píng)價(jià)

0　引言

“十二五”以前，四川盆地川西坳陷致密砂巖氣藏的勘探主要針對(duì)正向構(gòu)造，幾乎不存在低阻氣層。2010年以后，隨著對(duì)川西坳陷疊覆型致密砂巖氣區(qū)勘探的深入，勘探目標(biāo)開(kāi)始轉(zhuǎn)向負(fù)向構(gòu)造，尋找向斜和斜坡區(qū)的有利圈閉?？碧街邪l(fā)現(xiàn)疊覆型致密砂巖氣區(qū)存在儲(chǔ)層致密、氣水關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)，難以在其中尋找統(tǒng)一的氣水界面［1-2］。在對(duì)崇州—郫縣、馬井—什邡、中江—高廟等研究區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行測(cè)井評(píng)價(jià)時(shí)，遇到了低阻致密砂巖儲(chǔ)層測(cè)試產(chǎn)氣不產(chǎn)水的情況，證實(shí)了低阻致密砂巖氣層的存在［3-6］。在低阻致密砂巖氣層中僅僅利用沉積微相分析或井間簡(jiǎn)單類比的方法難以準(zhǔn)確識(shí)別與評(píng)價(jià)儲(chǔ)層。因此有必要對(duì)低阻致密砂巖氣層的成因和識(shí)別、評(píng)價(jià)方法進(jìn)行研究，以提高測(cè)井解釋的準(zhǔn)確率。

1　低阻致密氣層特征

川西坳陷侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組、沙溪廟組均有低阻致密氣層發(fā)育，其巖性通常為中—細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖，導(dǎo)電礦物含量少，礦物顆粒分選中等—好，磨圓度以次棱角狀為主，孔隙式膠結(jié)，孔隙類型多為剩余粒間孔與次生溶孔，裂縫不發(fā)育，黏土礦物類型以綠泥石、伊利石為主，蒙脫石含量較少。

川西坳陷負(fù)向構(gòu)造中的低阻致密氣層具致密儲(chǔ)層典型的低孔、低滲—特低滲特征，孔隙度通常小于15%，滲透率多小于0.6 mD，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具較強(qiáng)的非均質(zhì)性。低阻致密砂巖氣層的自然伽馬值較常規(guī)氣層略高，反映黏土含量可能更高，孔隙度曲線值與常規(guī)氣層近似，電阻率值較常規(guī)氣層低，與鄰近的泥巖、水層電阻率值相當(dāng)，視電阻率值通常小于20 Ω·m、電阻率指數(shù)小于2；氣層段常見(jiàn)“挖掘效應(yīng)”；因儲(chǔ)層致密，泥漿侵入淺，深淺側(cè)向電阻率值常呈正差異（圖1）。

2　低阻致密氣層成因

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)氣層低阻的成因主要?jiǎng)澐譃閮?nèi)因與外因兩種［7-9］。內(nèi)因可具體概括為與儲(chǔ)層特性有關(guān)的成因，如存在導(dǎo)電礦物、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、束縛水含量高、黏土礦物附加導(dǎo)電性；與流體性質(zhì)有關(guān)的成因，如高地層水礦化度；與成藏背景有關(guān)的成因，如低幅度構(gòu)造油氣充滿程度低；與工程因素有關(guān)的原因?yàn)橥庖颍绫』佣螠y(cè)井儀器分辨率不足、低阻泥漿深侵入等。針對(duì)川西坳陷，可從6個(gè)方面來(lái)進(jìn)行低阻致密氣層的成因分析。

2.1地層水礦化度

川西坳陷侏羅系致密砂巖儲(chǔ)層中的地層水型多為CaCl2型，礦化度為中—高值，對(duì)15口井145個(gè)樣本水樣進(jìn)行分析，其平均礦化度為32 146 ppm，靠近斷層位置的地層水礦化度可達(dá)70 000 ppm以上，但高阻氣層與低阻氣層之間的地層水礦化度無(wú)顯著差異。部分致密儲(chǔ)層中的地層水型為Na2SO4、MgCl2型，具中等的地層水礦化度。因此，中—高地層水礦化度是致密儲(chǔ)層低阻的形成背景，但并非儲(chǔ)層低阻的主要原因。

2.2導(dǎo)電礦物

川西坳陷低阻致密砂巖儲(chǔ)層巖性以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，石英含量較少，巖石粒度為中砂、細(xì)砂，局部可見(jiàn)黃鐵礦、鋯石等導(dǎo)電礦物呈分散狀分布，含量普遍較少。JS301井Js33-2砂體測(cè)井響應(yīng)為中下部電阻率值陡降，巖心可見(jiàn)鋯石、磁鐵礦、電氣石、黃鐵礦等重礦物，局部黃鐵礦含量最高可達(dá)2%，但典型低阻致密氣層電阻率曲線整體偏低，且同一河道的低阻氣井并非全都發(fā)育大量導(dǎo)電礦物。馬井—什邡、崇州—郫縣研究區(qū)的情況與此類似，黃鐵礦等導(dǎo)電礦物僅在局部低阻致密氣層可見(jiàn)，證明了導(dǎo)電礦物并非導(dǎo)致川西坳陷致密氣層低阻的主要原因。

圖1　川西坳陷沙溪廟組不同性質(zhì)儲(chǔ)層的測(cè)井響應(yīng)特征對(duì)比圖（1ft=0.304 8 m，in=28.4 mm，下同）

圖2　川西坳陷下沙溪廟組砂巖中的綠泥石鏡下圖

2.3黏土礦物

川西坳陷低阻致密砂巖儲(chǔ)層中的黏土礦物含量總體較常規(guī)儲(chǔ)層高，低阻致密儲(chǔ)層中的黏土礦物含量平均為10.3%，侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組與沙溪廟組，三疊系須家河組黏土礦物類型均以綠泥石、伊利石為主，蒙脫石含量較少。鏡下常見(jiàn)巖石顆粒周圍包裹有綠泥石環(huán)邊，掃描電鏡下可見(jiàn)綠泥石、伊利石充填于喉道中（圖2）。綠泥石的存在對(duì)儲(chǔ)層的影響是雙面的，一方面綠泥石環(huán)邊阻止了石英的次生加大、膠結(jié)作用等破壞性成巖作用的進(jìn)行，保留了原生孔隙，在有些地區(qū)還可以作為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的指示性標(biāo)志之一［10-11］；另一方面綠泥石的存在導(dǎo)致喉道變窄，烴類流體滲流變得異常困難，綠泥石溶蝕形成的微孔使儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)一步復(fù)雜，儲(chǔ)層的束縛水飽和度增加，形成新的導(dǎo)電路徑，易導(dǎo)致氣層低阻。據(jù)前人研究，伊利石與綠泥石的陽(yáng)離子交換能力（CEC）遠(yuǎn)小于蒙脫石的CEC能力。因此研究區(qū)黏土礦物對(duì)氣層低阻的影響力主要體現(xiàn)在使孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，束縛水含量增加，而黏土礦物的附加導(dǎo)電性并非導(dǎo)致其低阻的主要原因。

2.4孔隙結(jié)構(gòu)

川西坳陷致密砂巖儲(chǔ)層孔隙類型以溶蝕孔與少量原生粒間孔為主，裂縫發(fā)育程度低，孔隙結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，少有雙峰孔隙發(fā)育。鉆井過(guò)程中泥漿侵入不深，對(duì)深側(cè)向電阻率的測(cè)井響應(yīng)影響不大。分析壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表1），發(fā)現(xiàn)相對(duì)于常規(guī)致密氣層來(lái)講，低阻致密氣層具有更高的排驅(qū)壓力與中值壓力及更小的中值半徑（一般小于0.1 μm）與最大孔喉半徑，反映其喉道極為狹窄，滲流能力小于常規(guī)致密儲(chǔ)層。極小的喉道半徑構(gòu)成了復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)，孔滲相關(guān)性差，氣體難以充注，更易形成具有高束縛水飽和度的低阻儲(chǔ)層。利用相滲曲線法分析5口井的低阻致密氣層含水飽和度，最高達(dá)到66%，即低阻致密氣層的含氣飽和度僅為34%。故復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)導(dǎo)致高束縛水飽和度是致密氣層低阻的主要原因。

表1　低阻致密氣層與常規(guī)致密氣層壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

2.5砂泥巖薄互層

目前川西坳陷低阻致密氣層多見(jiàn)于三角洲、濱淺湖等沉積亞相。在砂體厚度比較大的沉積微相（河道砂體、較厚的壩砂）中，低阻致密砂巖儲(chǔ)層的成分、結(jié)構(gòu)成熟度相對(duì)較高，電阻率曲線在低值背景下呈箱狀；在一些砂體厚度較小的沉積微相（河道邊緣、席狀灘砂）中，低阻致密砂巖儲(chǔ)層電阻率曲線常呈指狀特征，由于薄互層厚度小于測(cè)井儀器的縱向分辨率，可能導(dǎo)致氣層低阻現(xiàn)象發(fā)生（圖3）。

圖3　砂泥巖薄互層低阻致密氣層測(cè)井曲線特征圖（1ft=0.304 8 m，in=28.4 mm，下同）

2.6構(gòu)造位置

川西坳陷低阻致密砂巖儲(chǔ)層主要存在于侏羅系巖性圈閉中，而侏羅系氣藏全部是遠(yuǎn)源次生氣藏，其烴源層主要是上三疊統(tǒng)須家河組五段。天然氣的運(yùn)移主要依靠連接烴源的斷層，其次是擴(kuò)散作用。雖然烴源豐富，但因構(gòu)造幅度小、儲(chǔ)層致密、運(yùn)移距離遠(yuǎn)等原因，侏羅系氣藏的氣柱高度較小，這也是負(fù)向構(gòu)造區(qū)氣層低阻的原因之一。

侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組儲(chǔ)層、沙溪廟組儲(chǔ)層均在K2早期—E1早期成藏。蓬萊鎮(zhèn)組地層在古近紀(jì)受成巖作用影響而變得致密，整個(gè)成藏過(guò)程屬先成藏后致密，油氣充注相對(duì)充分。沙溪廟組地層為K2末期—E初期受壓實(shí)作用、膠結(jié)作用等破壞性成巖作用影響而致密，其成藏過(guò)程屬邊成藏邊致密，油氣充足程度會(huì)受到斷層與儲(chǔ)層配置關(guān)系的制約。離斷層近的高廟子構(gòu)造沙溪廟組油氣以水溶相運(yùn)移為主，面狀充注，相對(duì)充分；遠(yuǎn)離斷層的中江構(gòu)造沙溪廟組儲(chǔ)層為游離相擴(kuò)散，網(wǎng)狀充注，油氣運(yùn)移路徑為孔隙及裂縫、微裂縫，充注程度不高，易受構(gòu)造位置影響，在低部位較易發(fā)育低阻致密氣層。

綜上分析，川西坳陷致密砂巖儲(chǔ)層在高礦化度地層水背景下，復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)導(dǎo)致高束縛水飽和度，這是其呈現(xiàn)低阻特征的主要原因，而相對(duì)較高的黏土含量、砂泥巖薄互層、氣柱高度較低等因素為次要原因。

3　低阻致密儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)

針對(duì)川西坳陷低阻致密砂巖儲(chǔ)層特有的地質(zhì)、測(cè)井特征，結(jié)合前人的研究［12-14］，可在低阻成因分析的基礎(chǔ)上，首先定性判別致密砂巖儲(chǔ)層的含氣性，評(píng)價(jià)地層水的可動(dòng)性，再計(jì)算儲(chǔ)層品質(zhì)參數(shù)，進(jìn)而對(duì)低阻致密儲(chǔ)層進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3.1致密儲(chǔ)層含氣性判別

川西坳陷致密砂巖儲(chǔ)層中的烴類流體主要為天然氣，由于儲(chǔ)層中天然氣的存在會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)償中子測(cè)井曲線出現(xiàn)“挖掘效應(yīng)”，即ФCNL＜ФDEN＜ФAC，因此利用反映儲(chǔ)層孔隙度的聲波時(shí)差曲線或密度曲線與中子孔隙度曲線進(jìn)行等孔隙度重疊，可以快速有效地識(shí)別致密砂巖儲(chǔ)層的含氣性（圖4）?；谥凶印巴诰蛐?yīng)”，還可利用測(cè)井、測(cè)試資料制作聲波-中子、密度-中子交會(huì)圖版，定性識(shí)別低阻致密砂巖儲(chǔ)層的含氣性。

圖4　低阻致密砂巖儲(chǔ)層含氣性的重疊法測(cè)井曲線識(shí)別圖

由于單一或少數(shù)測(cè)井信息在解釋時(shí)常常存在多解性，有時(shí)需要綜合利用盡可能多的信息對(duì)低阻儲(chǔ)層流體性質(zhì)進(jìn)行判別，多參數(shù)綜合判別法是解決這個(gè)難題的方法之一，其構(gòu)建原理是將測(cè)井資料進(jìn)行正態(tài)化處理，選擇對(duì)氣響應(yīng)敏感的聲波時(shí)差、中子、密度和自然伽瑪、自然電位及電阻率測(cè)井資料，構(gòu)筑VV函數(shù)，VV值大反映孔隙度高或含氣性好，氣層的VV值一般大于1。VV函數(shù)的準(zhǔn)確性與測(cè)井資料的豐富程度密切相關(guān)，因此多參數(shù)判別法適用于較為成熟的勘探目標(biāo)區(qū)，有大量的巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果可用于構(gòu)建較為完善的判別模型。

3.2致密儲(chǔ)層可動(dòng)水分析

對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層可動(dòng)水進(jìn)行分析時(shí)，可基于侵入特征判別流體在儲(chǔ)層中的賦存形式。具體應(yīng)用時(shí)可考慮利用淺探測(cè)與深探測(cè)電阻率的測(cè)井響應(yīng)差異來(lái)反映儲(chǔ)層的可動(dòng)流體性質(zhì)，選用微球聚焦（RMSF）或淺側(cè)向電阻率與深側(cè)向電阻率（RD）比較，從而進(jìn)行可動(dòng)水（RMT）分析：

當(dāng)儲(chǔ)層含高礦化度地層水時(shí)，儲(chǔ)層具高侵特征，RMT＞1；當(dāng)儲(chǔ)層含氣時(shí)，具低侵特征，RMT＜1。

川西坳陷中淺層發(fā)育的低阻致密砂巖氣層主要是由于高束縛水含量引起，因此可通過(guò)計(jì)算可動(dòng)水飽和度Swm來(lái)對(duì)儲(chǔ)層流體性質(zhì)進(jìn)行分析?？偤柡投葴p去束縛水飽和度Swi即可獲得可動(dòng)水飽和度，計(jì)算公式為：

式中：

Sw—總含水飽和度，一般用Archie公式計(jì)算。

束縛水飽和度Swi的獲得方法一般有3種，①利用巖心壓汞實(shí)驗(yàn)求取Swi；②利用巖心相滲實(shí)驗(yàn)求取Swi；③利用測(cè)試和生產(chǎn)證實(shí)的純氣層段密閉取心的巖心含水飽和度作為束縛水飽和度Swi。川西氣田主要根據(jù)密閉取心氣層段的含水飽和度確定Swi。由于束縛水飽和度Swi與儲(chǔ)層的泥質(zhì)含量、孔隙度、滲透率、粒度中值存在一定關(guān)系，可利用測(cè)井計(jì)算的孔隙度、滲透率與自然伽馬曲線值建立統(tǒng)計(jì)關(guān)系求取。

川西坳陷致密砂巖儲(chǔ)層生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證明，儲(chǔ)層低阻但含氣特征明顯，且可動(dòng)水飽和度Swm不大于8%時(shí)，為低阻致密氣層。

3.3孔喉中值半徑計(jì)算

川西坳陷致密砂巖氣層低阻的主要原因是小孔喉導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并具有高束縛水飽和度，因此低阻與反映孔隙結(jié)構(gòu)的參數(shù)（如孔喉中值半徑相對(duì)較小等）密切相聯(lián)。儲(chǔ)層孔喉中值半徑的大小受儲(chǔ)層泥質(zhì)含量高低的影響，與反映儲(chǔ)層孔隙條件的地層密度值、聲波時(shí)差值有一定的相關(guān)性［15］。因此可以研究由巖心實(shí)驗(yàn)得出的孔喉中值半徑與伽馬、密度、聲波時(shí)差、電阻率值的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，建立地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式，定量計(jì)算儲(chǔ)層的孔喉中值半徑，評(píng)價(jià)儲(chǔ)層品質(zhì)。楊錦林（1998）在對(duì)川西地區(qū)致密碎屑巖儲(chǔ)層進(jìn)行研究時(shí)，利用GR測(cè)井值與孔喉半徑建立統(tǒng)計(jì)關(guān)系，有效地利用測(cè)井資料計(jì)算出了孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，評(píng)價(jià)了致密砂巖儲(chǔ)層品質(zhì)［16］。

3.4應(yīng)用效果

CZ7井是位于川西坳陷負(fù)向構(gòu)造中一處有利圈閉的探井，遠(yuǎn)離斷層，具備低阻致密氣層發(fā)育的地質(zhì)基礎(chǔ)。鉆井過(guò)程中，在Jp16砂組（井深1 519.0～1 531.3 m）鉆遇到良好的油氣顯示，測(cè)井資料顯示該段深側(cè)向電阻率值最低為6 Ω·m，按常規(guī)認(rèn)識(shí)應(yīng)解釋為水層。利用聲波-中子交會(huì)法判斷本層具備良好的含氣性，可動(dòng)水分析RMT＜1，計(jì)算的可動(dòng)水飽和度值近似于0，綜合評(píng)價(jià)該砂組為低阻致密氣層（圖5）。實(shí)事上，該層在測(cè)試中獲得天然氣產(chǎn)量2.293 3×104m3/d，證實(shí)了測(cè)井評(píng)價(jià)結(jié)果是正確的。

圖5　CZ7井J砂組測(cè)井評(píng)價(jià)成果圖

4　結(jié)論

（1）川西坳陷低阻致密儲(chǔ)層的成因復(fù)雜多樣，綜合分析認(rèn)為中高礦化度背景下的復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了較高的束縛水飽和度，這是致密氣層低阻的主要形成原因，而相對(duì)較高的黏土含量、砂泥巖薄互層、氣柱高度較低等因素為次要原因。

（2）評(píng)價(jià)低阻致密儲(chǔ)層時(shí)，可以首先定性判別致密砂巖儲(chǔ)層的含氣性，再分析地層水的可動(dòng)性，最后結(jié)合儲(chǔ)層品質(zhì)參數(shù)計(jì)算，對(duì)低阻致密儲(chǔ)層進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。該方法在川西坳陷致密砂巖儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)中取得了良好的應(yīng)用效果。

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（修改回稿日期2016-03-01編輯陳玲）

張世懋，男，1987年出生，博士研究生在讀，工程師；從事測(cè)井資料解釋與測(cè)井地質(zhì)綜合研究。地址：（610100）四川省成都市龍泉驛區(qū)鯨龍路66號(hào)。電話：13688086577。E-mail：itinyfull@163.com