紅崗油氣田黑帝廟油氣層低電阻原因分析

周俊廷， 蘇 晴

低阻油氣層屬于非常規(guī)油氣儲層，電性特征通常表現(xiàn)為兩種類型：①絕對低電阻率，即油氣層、水層電阻率值均小于2.0 Ω·m；②相對低電阻率，即油氣層的電阻率值并不是很低，但油氣層與水層的電性差異小，電阻增大率一般小于2倍。低電阻率油氣層的成因比較復(fù)雜[1]。

1 研究區(qū)低阻氣層測井曲線特征

低阻氣層的總體測井曲線特征為自然伽瑪值較低，一般小于70 API；電阻率值相對較低，一般為1～30 Ω·m，雙側(cè)向出現(xiàn)“正差異”或差異不明顯，且隨泥質(zhì)的增高電阻率反而相對升高；陣列感應(yīng)曲線出現(xiàn)幅度差異。氣水同層的測井曲線特征一般為自然伽瑪值較低，電阻率值相對較低，在井徑正常處深側(cè)向電阻率一般為1～20 Ω·m，并且氣水同層電阻率值比氣層更低。

研究區(qū)低阻的氣水同層與水層在電性上相差非常小，而氣層電阻率則相對略高一些。圖1中的水層、氣水同層與氣層電阻率值分別為5.5，6.5，8.5～9.5 Ω·m，屬于相對低電阻率類型。

2 黑帝廟油氣層低電阻率原因分析

搜集研究區(qū)氣層的地質(zhì)資料，經(jīng)過整理分析，本文認(rèn)為造成黑帝廟氣層低阻的主要原因包括以下四個方面。

2.1 氣藏飽和程度較低

低緩構(gòu)造背景和砂巖非均質(zhì)性造成天然氣富集程度較低，部分砂巖氣藏可能為欠飽和氣藏。紅崗油氣田構(gòu)造位置處于松遼盆地南部中央坳陷區(qū)紅崗階地紅崗構(gòu)造西翼，為典型的南北向長軸背斜構(gòu)造。

圖1 紅崗HH102井黑帝廟氣層典型低阻曲線

油氣運(yùn)移路徑上遇到低幅度圈閉（一般小于40 m）是低阻油氣藏成藏的有利區(qū)。形成低阻油氣層的基本地質(zhì)背景是低幅度圈閉與較小的油氣水密度差，即其驅(qū)替力較小，一般小于0.05 MPa，造成其含油飽和度較低，約為50%～60%。紅崗油氣田圈閉幅度較低，僅為 28 m。同時受沉積和成巖作用影響，儲層物性差異較大，油氣水在圈閉內(nèi)分異不好，形成低含油飽和度油氣層或氣水同層[2]。

黑帝廟儲層是以三角洲前緣薄層砂、斷續(xù)砂等為主?？傮w上氣層比較薄，一般為2～5 m。巖性細(xì)，泥質(zhì)含量高，含油氣飽和度低，使得多數(shù)油氣層測井電阻率低[3]。黑帝廟氣層單砂體多呈孤立透鏡狀，平面上各井的滲透率變化較大。氣藏含氣飽和度較低，構(gòu)造穩(wěn)定、缺乏縱向通暢的天然氣運(yùn)移通道，是天然氣充滿程度不高的主要原因，從而造成氣層測井電阻率數(shù)值低。因此，低緩構(gòu)造背景導(dǎo)致天然氣飽和程度不高，造成本區(qū)氣層低阻。

2.2 高不動水飽和度

2.2.1 高不動水飽和度的成因

任何顆粒都有吸附地層水的能力。顆粒吸附水作用包括砂巖顆粒吸附和黏土顆粒吸附兩種類型。

砂巖顆粒的吸附水作用。許多低阻油氣層的巖石顆粒都較細(xì)，一般為細(xì)砂巖和粉砂巖。砂巖顆粒吸附地層水的能力與其顆粒大小有關(guān)。當(dāng)顆粒較細(xì)時，巖石顆粒比表面積變大，吸附能力較強(qiáng)。多數(shù)地層是親水的，可以吸附大量的地層水而使之成為束縛水。

黏土顆粒的吸附水作用。黏土顆粒的直徑一般小于2 μm，研究區(qū)常見的黏土礦物主要有高嶺石、伊利石和綠泥石，具有較強(qiáng)的吸水能力。

2.2.2 束縛水飽和度增高造成氣層電阻率降低

儲層中的束縛水影響了油氣層的電阻率值。儲層巖石顆粒越細(xì)，顆粒之間的孔喉半徑就越小，毛細(xì)管力就越大，使得毛細(xì)管中水的含量升高、電阻率降低[4]。通過對樣品的化驗(yàn)分析，得出紅崗氣藏黑帝廟氣層束縛水飽和度與油氣層電阻率關(guān)系（圖2）?？梢钥闯?，束縛水飽和度對電阻率的影響明顯，這說明束縛水飽和度高是造成油氣層電阻率降低的主要原因之一。

圖2 黑帝廟氣層束縛水飽和度與電阻率關(guān)系

另外根據(jù)研究區(qū)巖心樣品的核磁共振結(jié)果，黑帝廟氣層束縛水飽和度含量較高（表1），其中最高的九號樣品的束縛水飽和度高達(dá)90%（圖3）。圖中T2弛豫時間大于16 ms的各點(diǎn)幅度和占T2譜上所有點(diǎn)幅度和的百分比即為可動流體飽和度，反之T2弛豫時間小于16 ms的各點(diǎn)幅度和占T2譜所有點(diǎn)幅度和的百分比即為束縛水飽和度。

圖3 高束縛水飽和度狀態(tài)下核磁共振T2譜的頻率分布

表1 紅崗黑帝廟氣層化驗(yàn)分析結(jié)果

2.2.3 巖石孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜化使束縛水飽和度升高

砂巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)是由組成巖石骨架的顆粒分布及其排列方式和黏土礦物的充填方式所決定。隨著粒度中值小于10 μm的微細(xì)顆粒含量的增加，砂巖的比表面增大，孔隙直徑變小。束縛水飽和度明顯增高，導(dǎo)致油氣層的電阻率降低。巖電實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，砂巖孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化使束縛水飽和度升高。

2.3 泥質(zhì)含量增高及黏土礦物富集

2.3.1 泥質(zhì)含量的影響

泥質(zhì)是指由各種微細(xì)顆粒礦物（粉砂、黏土）和水（通常指束縛水）組成的混合物。在沉積成巖過程中，泥質(zhì)含量升高導(dǎo)致巖石孔隙的幾何形狀復(fù)雜化，即孔喉彎曲度增大、孔隙喉道直徑變小、滲透率降低，導(dǎo)致微小的毛細(xì)孔隙發(fā)育，使束縛水飽和度明顯增高，從而形成以束縛水為介質(zhì)的十分發(fā)達(dá)的微小孔隙的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使泥質(zhì)砂巖的導(dǎo)電性增強(qiáng)，電阻率降低[4]。

從黑帝廟氣層樣品全巖X衍射分析資料得知，黑帝廟儲層黏土礦物含量較高，通常在20%左右（表2）。黏土礦物表面具有負(fù)電荷，其中一部分可被吸附在黏土表面的異性電荷所平衡，這樣就會在黏土表面附近的液體中積累相當(dāng)數(shù)量的附加陽離子，陽離子很容易與液體中的陽離子發(fā)生交換；在黏土表面及其附近高濃度陽離子是造成黏土表面導(dǎo)電性的主要原因。這種導(dǎo)電性與黏土的陽離子交換量成正比，而與地層水礦化度無關(guān)。在高礦化度的地層水中，黏土表面附近的陽離子層將被壓縮，降低了陽離子的流動性和導(dǎo)電能力。

然而在低礦化度的地層水中，陽離子交換增大了黏土礦物對泥質(zhì)砂巖儲集層導(dǎo)電性的貢獻(xiàn)，使地層電阻率降低。

表2 紅崗油氣田黑帝廟氣層全巖X衍射分析

另外，當(dāng)泥質(zhì)含量增加時，泥巖的表面積（一般為2 000 ～ 3 000 cm2/g）遠(yuǎn)大于砂巖，使得地層中束縛水含量增高，形成發(fā)達(dá)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步造成氣層的電阻率下降。根據(jù)測井解釋結(jié)果，黑帝廟地層平均泥質(zhì)含量較高，因此，造成地層電阻率明顯下降，形成氣層低阻。

2.3.2 黏土礦物富集造成的影響

黏土礦物X衍射分析表明，黑帝廟地層黏土礦物以蒙脫石為主，平均含量占黏土礦物總量的50%～60%（表3）。蒙脫石晶格間距比較大，分子間引力相對較弱，并具有相當(dāng)大的表面積，因此，具有較強(qiáng)的吸水性，容易造成束縛水飽和度較高。同時高嶺石和蒙脫石晶體聚合體之間通常形成微孔隙，使雙孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育，亦會造成束縛水飽和度增高及地層電阻率下降。因此，本區(qū)黏土礦物含量高也是低阻氣層形成的一個主要原因。

表3 紅崗油氣田黑帝廟氣層黏土礦物X衍射分析 %

表4 主要黏土類型的陽離子交換容量 mmol/100 g

綜合分析表明，儲層巖性變細(xì)、泥質(zhì)含量增高及黏土礦物相對富集，是導(dǎo)致研究區(qū)氣層電阻率降低的一個原因，而束縛水飽和度的增高與泥質(zhì)附加導(dǎo)電性增加則是它的主要表現(xiàn)形式。

2.4 儲層內(nèi)導(dǎo)電性礦物

黃鐵礦導(dǎo)電性較好。儲層中黃鐵礦的含量及地層水電阻率大小對氣層電阻率影響十分明顯，當(dāng)?shù)貙铀娮杪蕿?0.06 Ω·m，黃鐵礦含量為1%時，感應(yīng)測井電阻率下降30%；黃鐵礦含量為2%時，感應(yīng)電阻率下降50%。當(dāng)?shù)貙铀娮杪蕿?.3 Ω· m，黃鐵礦含量為1%時，感應(yīng)測井電阻率僅下降10%，黃鐵礦含量為2%時，感應(yīng)電阻率下降20%。

通過對本區(qū)黑帝廟氣井巖心觀察與巖心重礦物化驗(yàn)分析表明，該區(qū)導(dǎo)電礦物黃鐵礦含量為 0.7%～2.5%，是導(dǎo)致氣層低阻的原因之一（表5）。

表5 紅崗黑帝廟油層重礦物分析數(shù)據(jù) %

3 研究區(qū)低電阻率氣層的識別方法

在紅崗黑帝廟氣層的開發(fā)過程中，可以采用以下方法綜合識別低阻油氣層[5–8]：①在物性相差不大的條件下，油氣層的自然電位幅度相對較小，水層的自然電位幅度差異相對較大；②在相同地層水礦化度條件下，油氣層的電阻率略大于水層的電阻率，有些可以達(dá)到1.5倍左右；③在三孔隙度曲線中，油氣層可能出現(xiàn)幅度差或者挖掘效應(yīng)特征，而水層一般會產(chǎn)生曲線重疊；④在感應(yīng)電阻率曲線中，水層普遍呈下凹狀態(tài)，而氣層的感應(yīng)電阻率曲線則相對飽滿。

4 結(jié)論

（1）紅崗油氣田構(gòu)造幅度低于50 m，低緩構(gòu)造導(dǎo)致成藏過程中，天然氣充滿不高，在一定程度上降低氣層的電阻率。區(qū)內(nèi)儲層中黃鐵礦的存在及相對較高的含量也在一定程度上導(dǎo)致了氣層電阻率的降低。

（2）黑帝廟儲層巖性較細(xì)，泥質(zhì)含量增高同時黏土礦物中蒙脫石富集，導(dǎo)致油氣層電阻率降低。

（3）對于低電阻率泥質(zhì)砂巖油氣層而言，泥質(zhì)與黏土礦物的充填與富集會造成儲層微小孔隙的高度發(fā)育，導(dǎo)致束縛水含量偏高，含氣飽和度低，是造成儲層低電阻率現(xiàn)象的原因之一。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾文沖.低電阻率油氣層的類型、成因及評價方法的分析（下）[J].地球物理測井，1991，15（3）：149–152.

[2] 劉運(yùn)成，阮寶濤，李忠誠，等.吉林油田紅崗氣藏低阻氣層成因分析[J].石油天然氣學(xué)報，2009，31（4）：213–215.

[3] 黃志龍，蒲秀剛，梁春秀，等.松遼盆地南部低阻儲層特征及其形成機(jī)理[J].天然氣工業(yè)，2006，26（8）：27–29.

[4] 曾文沖.低電阻率油氣層的類型、成因及評價方法（上）[J].地球物理測井，1991，15（1）：6–15.

[5] 謝然紅.低電阻率油氣層測井解釋方法[J].測井技術(shù)，2001，25（3）：199–203.

[6] 胡英杰，馮啟寧，毛志強(qiáng).吉林油田低阻油氣層巖心實(shí)驗(yàn)研究與解釋[J].河南石油，2001，15（1）：7–9.

[7] 孫成文.中央凹陷區(qū)低阻儲層油水層識別方法研究[C]//吉林省第七屆科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集（上）.吉林長春：吉林工業(yè)出版社，2012：165–169.

[8] 王貴文，郭榮坤.測井地質(zhì)學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2001：63–70.