東勝氣田盒1段地質(zhì)特征及水平井儲層改造對策

荀小全

（中國石化華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450006）

0 引言

東勝氣田作為中國石化華北油氣分公司的主要上產(chǎn)地，其下石盒子組盒1段儲層厚度大，縱向多套氣層疊置，是主要的開發(fā)層系。通過對東勝氣田盒1段構(gòu)造、沉積、巖石學(xué)、物性、孔喉特征等方面的研究［1-2］，明確了盒1 段氣藏構(gòu)造、沉積及儲層等地質(zhì)特征，并分析了盒1 段隔夾層發(fā)育情況。根據(jù)氣層、隔夾層疊置關(guān)系及規(guī)模有針對性地提出了儲層改造對策，對釋放氣井產(chǎn)能、高效建產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)特征

東勝氣田位于鄂爾多斯盆地北緣，上古生界沉積前古地貌呈現(xiàn)為北高南低的特征，物源區(qū)為盆地北緣的陰山古陸，研究區(qū)距物源區(qū)近［3-5］，該區(qū)構(gòu)造、沉積及儲層特征與盆地內(nèi)部有一定的差異。結(jié)合前人研究成果，通過地質(zhì)物探構(gòu)造刻畫開展沉積、儲層特征研究，明確了該區(qū)下石盒子組盒1段氣藏地質(zhì)特征。

1.1 構(gòu)造特征

東勝氣田構(gòu)造位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北部，通過地質(zhì)物探對盒1段底部構(gòu)造進(jìn)行刻畫，構(gòu)造上整體較為平緩，表現(xiàn)為向西南傾斜的單斜形態(tài)，局部發(fā)育鼻狀隆起、低洼帶的特征，沿北東到南西方向平均構(gòu)造坡降為8.4 m／km。區(qū)域內(nèi)發(fā)育一組近東西走向的烏蘭吉林?jǐn)嗔眩瑓^(qū)內(nèi)延伸長度近32 km，盒1段目的層斷距為10～30 m，研究區(qū)內(nèi)小斷裂和裂縫不發(fā)育。

1.2 沉積特征

東勝氣田盒1沉積期物源方向主要為北西向，受北部公卡漢凸起影響，物源充足，為近物源的沖積扇—辮狀河沉積體系（圖1），烏蘭吉林?jǐn)嗔岩员敝饕獮闆_積扇沉積，發(fā)育3個(gè)沖積扇，其中2號沖積扇規(guī)模最大，沉積砂體最厚，向南逐漸過渡為辮狀河沉積，形成3條辮狀河道。盒1段地層巖性由淺灰色含礫粗砂巖、粗砂巖、粗—中砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖及深色泥巖等組成，而該沉積期洪水的水動(dòng)力強(qiáng)，所以主要為砂質(zhì)沉積，砂體在平面上具有較好的連續(xù)性，連片展布，縱向上疊合程度高，心灘為有利沉積微相，在縱橫向延續(xù)范圍大，分布穩(wěn)定，以含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖為主，是天然氣的主要儲集層。因受洪水規(guī)模變化及河道不斷遷移演化的影響，在盒1段縱向上表現(xiàn)為以砂泥互層發(fā)育為主、隔夾層相對發(fā)育的特征。

圖1 東勝氣田下石盒子組盒1段沉積相圖

1.3 巖石學(xué)特征

東勝氣田盒1沉積期北部為公卡漢凸起，物源為貧長石、富巖屑。通過薄片鑒定可知，盒1段砂巖碎屑中石英、巖屑含量較高，長石含量較低，巖性以淺灰色粗— 中粒巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主（圖2），長石巖屑砂巖較少。儲層砂巖填隙物中包含雜基和膠結(jié)物，雜基是以伊利石、綠泥石為主的泥質(zhì)雜基，膠結(jié)物主要為方解石、自生石英、自生黏土［6-9］。

圖2 東勝氣田盒1段巖石學(xué)圖版

1.4 物性特征

盒1段儲層砂巖物性具有以下特征：孔隙度分布區(qū)間為5.0%～16.9%，平均值為9.3%，主要集中在6.0%～10.0%；滲透率分布區(qū)間為0.15～5.24 mD，平均值為0.89 mD，主要集中在0.3～0.9 mD［9］10。研究區(qū)儲層受沉積壓實(shí)作用和成巖膠結(jié)作用影響，孔隙度、滲透率較低，砂巖儲層屬于特低孔—超低滲型儲層。

1.5 孔喉特征

東勝氣田盒1 段砂巖儲層孔隙類型以次生粒間溶孔和原生粒間孔為主，其次為粒內(nèi)溶孔和微裂縫。儲層孔隙直徑主要分布在15～90 μm，平均值為58.7 μm，以細(xì)孔為主。儲層喉道中值半徑為0.12 μm，最大喉道半徑為1.76 μm，以中小喉為主。

2 隔夾層特征

受沉積作用和成巖作用影響，在盒1段儲集層發(fā)育泥巖、粉砂巖等基本不滲透的隔擋層［10-11］，這部分非滲透性巖石稱之為隔夾層。根據(jù)隔夾層的巖性、滲透性，可將其劃分為泥質(zhì)隔夾層、物性隔夾層和鈣質(zhì)隔夾層［12］。結(jié)合東勝氣田盒1 段錄井、測井、化驗(yàn)分析等資料分析可知，該區(qū)主要發(fā)育泥質(zhì)隔夾層和物性隔夾層，少見鈣質(zhì)隔夾層（圖3）。

2.1 泥質(zhì)隔夾層

圖3 東勝氣田盒1段隔夾層特征圖

該隔夾層巖性有泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等，泥質(zhì)含量高，滲透性極低甚至不具有滲透性，主要由辮狀河道的細(xì)粒懸浮質(zhì)沉積形成，常見于辮狀河的河漫沉積。其電性特征表現(xiàn)為自然伽馬值明顯高于鄰層砂巖，自然電位為基值，井徑嚴(yán)重?cái)U(kuò)徑或稍有擴(kuò)徑，高電阻、高聲波、高中子、高密度。

2.2 物性隔夾層

該隔夾層巖性以粉砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖等為主，部分為雜基支撐的砂礫巖和含礫不等粒砂巖，該類隔夾層具有一定的孔隙度和滲透率，但物性差，低于有效儲層物性下限。其電性特征表現(xiàn)為自然伽馬值明顯低于泥質(zhì)隔夾層值，自然電位曲線略有偏移基值，井徑無明顯擴(kuò)徑，高電阻、低聲波、低中子、高密度。

2.3 鈣質(zhì)隔夾層

該類型隔夾層較為少見，主要在成巖作用中鈣質(zhì)成分對砂巖起到膠結(jié)作用。其電性特征與物性隔夾層類似，但自然伽馬、聲波時(shí)差值明顯低于物性隔夾層。鈣質(zhì)隔夾層不具代表性，發(fā)育少，井間連續(xù)性差。

2.4 隔夾層分布特征

東勝氣田盒1段隔夾層厚度差異大，最薄隔夾層僅十幾厘米，最厚隔夾層超過25 m，集中在3～12 m，平均厚度為7 m，全區(qū)廣泛分布。較厚的泥質(zhì)隔夾層主要位于河漫沉積微相內(nèi)，一般分布穩(wěn)定廣泛，能夠有效隔擋上下兩套氣層，而較薄的泥質(zhì)隔夾層穩(wěn)定性差，起不到隔擋作用。物性隔夾層變化較大，呈孤立分散發(fā)育，厚度多數(shù)介于2～6 m，主要位于辮流水道邊部（圖4）。

3 儲層改造對策及現(xiàn)場應(yīng)用效果

目前除烏蘭吉林?jǐn)嗔褞Ц浇艿綌嗔延绊懀瑲饩a(chǎn)能未落實(shí)而尚未被開發(fā)，其他部位均已得到開發(fā)。通過對東勝氣田地質(zhì)特征及砂體縱向分布特征的分析，盒1 段為沖積扇— 辮狀河沉積，巖性以粗—中粒巖屑砂巖、巖屑石英為主，泥質(zhì)含量高，孔隙較小、喉道連通性差，導(dǎo)致儲層孔隙度、滲透率低。該區(qū)裂縫不發(fā)育，自然建產(chǎn)效果差，不具有經(jīng)濟(jì)效益，需要對儲層進(jìn)行改造以提高氣井產(chǎn)量。同時(shí)盒1段氣藏縱向結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，多套氣層疊合發(fā)育，氣層內(nèi)部發(fā)育多個(gè)小層，且小層間的隔夾層厚度差異較大，往往通過加砂壓裂儲層改造能夠破壞隔夾層，實(shí)現(xiàn)氣層之間的連通，因此在該區(qū)采用加砂壓裂儲層改造方案進(jìn)行儲層改造。

圖4 東勝氣田盒1段隔夾層分布連井剖面圖

統(tǒng)計(jì)分析前期東勝氣田已完鉆直井、水平井導(dǎo)眼段資料，盒1段儲層、隔夾層結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為縱向多發(fā)育單套至三套氣層，其中發(fā)育兩套和三套氣層的占比65%，隔夾層厚度不一，主要集中在3～12 m。研究表明：兩套氣層能否通過壓裂連通，受到儲層厚度、隔夾層厚度、應(yīng)力差以及壓裂規(guī)模的影響［13-14］，隔夾層越厚，儲層、隔夾層間應(yīng)力差越大，就越難突破隔夾層，當(dāng)兩套儲層之間隔夾層厚度大于等于7 m 時(shí)，儲層之間應(yīng)力差大，難以通過壓裂溝通鄰層；而隔夾層小于7 m時(shí)，通過加大壓裂規(guī)?？梢杂行?dòng)用鄰層。東勝氣田盒1段水平井井眼通常在單套氣層中鉆進(jìn)，隔夾層能夠影響儲層之間流體的流動(dòng)，隔夾層厚度大，則兩層之間流體不連通，縱向上多套氣層在開發(fā)中較難完全動(dòng)用。因此針對盒1段隔夾層及氣層發(fā)育的不同關(guān)系，制定水平井不同的儲層改造對策：①單套氣層。盒1 段僅發(fā)育單套氣層，上下為大套的隔夾層，這類儲層占比為35%。針對這類儲層，立足該層進(jìn)行儲層改造，設(shè)計(jì)思路為長縫壓裂，采取中等施工排量、中等加砂規(guī)模。②兩套氣層。盒1段發(fā)育兩套氣層，這類儲層占比為38%，根據(jù)氣層間隔夾層厚度確定儲層改造對策。如隔夾層厚度小于7 m，則考慮通過壓裂改造動(dòng)用上下兩層，設(shè)計(jì)思路為穿層壓裂，造縫高［15-16］，采取大施工排量、加大加砂規(guī)模。隔夾層厚度大于等于7 m，兩套氣層間應(yīng)力差大，難以通過壓裂實(shí)現(xiàn)穿層，則按照單套氣層儲層改造對策實(shí)施。③三套氣層。盒1 段發(fā)育三套氣層，這類儲層占比為27%，根據(jù)目的層及鄰層間隔夾層厚度確定壓裂思路。目的層為最上、下部氣層時(shí)，與鄰層氣層隔夾層厚度小于7 m，則考慮動(dòng)用上下2層，設(shè)計(jì)思路為穿層壓裂，造縫高，采取大施工排量、加大加砂規(guī)模。與鄰層氣層隔夾層厚度大于等于7 m，隔夾層應(yīng)力大，難以實(shí)現(xiàn)穿層，則按照單套氣層儲層改造對策實(shí)施。目的層為中間氣層時(shí)，與鄰層氣層隔夾層厚度小于7 m，則考慮壓裂動(dòng)用上下層，設(shè)計(jì)思路為穿層壓裂，造縫高，采取大施工排量、加大加砂規(guī)模。與鄰層氣層隔夾層厚度大于等于7 m，隔夾層應(yīng)力大，難以通過壓裂實(shí)現(xiàn)穿層，設(shè)計(jì)思路為長縫壓裂，則按照單套氣層儲層改造對策實(shí)施。

基于東勝氣田盒1段儲層及隔夾層發(fā)育特征確定了對應(yīng)儲層的改造對策。2015-2018 年對該氣田盒1段水平井采用差異化壓裂，共累計(jì)實(shí)施85 口水平井，平均測試無阻流量為12.40×104m3／d，測試結(jié)果與氣層套數(shù)、隔夾層厚度具有相關(guān)性，其中立足單套氣層儲層改造的平均測試無阻流量為11.29 ×104m3／d，立足兩套氣層儲層改造的平均測試無阻流量為12.03×104m3／d，立足三套氣層儲層改造的平均測試無阻流量為15.30×104m3／d，實(shí)現(xiàn)了東勝氣田的高效開發(fā)。

4 結(jié)論

1）東勝氣田盒1段為沖積扇—辮狀河沉積，主要為淺灰色粗—中粒巖屑砂巖、巖屑石英砂巖，其物性較差，吼道連通性較差，屬于特低孔—超低滲型儲層。

2）盒1 段隔夾層較發(fā)育，以泥質(zhì)和物性隔夾層為主，其中泥質(zhì)隔夾層分布范圍廣而穩(wěn)定，能夠阻擋上下層流體之間的流動(dòng)。

3）盒1 段發(fā)育多套氣層，結(jié)合水平井目的層及鄰層間隔夾層厚度，提出了相應(yīng)水平井儲層改造對策，并取得良好的建產(chǎn)效果。