川西坳陷新場(chǎng)氣田蓬二段氣藏儲(chǔ)層物性特征新認(rèn)識(shí)

張 巖 陳昱林

（中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041）

0 引言

新場(chǎng)氣田位于四川盆地川西坳陷新場(chǎng)構(gòu)造帶，上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組二段（以下簡(jiǎn)稱蓬二段）氣藏埋深800～1 200 m，以三角洲平原環(huán)境沉積為主，縱向上分為5個(gè)沉積期，發(fā)育多條分流河道。受成巖作用的控制，有效砂體僅出現(xiàn)在分流河道和沙壩中，規(guī)模小、厚度薄，多呈孤立分散狀分布于致密砂巖和泥巖中，橫向有一定的連片性，屬于構(gòu)造背景下的巖性氣藏。氣藏開采階段比較完整，經(jīng)歷了滾動(dòng)建產(chǎn)、調(diào)整穩(wěn)產(chǎn)、遞減、低壓低產(chǎn)4個(gè)階段，目前已經(jīng)全面進(jìn)入增壓開采階段，具有低滲透、近致密封閉彈性氣驅(qū)氣藏的開采特征。針對(duì)有效砂體以條帶狀河道型為主的特點(diǎn)，在“滾動(dòng)建產(chǎn)、局部加密、井間和層間接替相結(jié)合”的原則指導(dǎo)下，沿著河道走向，按照440～500 m的井距部署開發(fā)井。氣井產(chǎn)能差異較大且總體比預(yù)期的偏低，縱向上高產(chǎn)井集中在Jp22氣層，平面上高產(chǎn)井分布在Jp22、Jp24氣層的中部以及Jp23氣層的東部。儲(chǔ)層的非均質(zhì)性直接控制著含氣性和產(chǎn)能的空間分布，決定開采規(guī)律和效果。非均質(zhì)性體現(xiàn)在儲(chǔ)層的各個(gè)方面，但最終都會(huì)反映到儲(chǔ)層滲透率的變化上。因此，有必要對(duì)儲(chǔ)層物性，尤其是滲透率特征開展新一輪的研究，揭示儲(chǔ)層物性與氣藏開發(fā)效果、開發(fā)規(guī)律的內(nèi)在聯(lián)系，以期為后續(xù)井網(wǎng)加密調(diào)整提供依據(jù)。

1 研究方法優(yōu)選

在分析油氣藏儲(chǔ)層特征時(shí)，習(xí)慣性地用地面常規(guī)巖心物性的平均值來(lái)表征評(píng)價(jià)，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單明了，但是由于少數(shù)大孔隙、高滲樣品的干擾，往往會(huì)拉升致密儲(chǔ)層物性量級(jí)[1-3]，從而得出優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的錯(cuò)誤結(jié)論，不能全面、客觀、正確地掌握其特征。由此筆者認(rèn)為，直觀明確地表征儲(chǔ)層巖石孔隙度、滲透率及其之間的關(guān)系仍然是以分布直方圖和頻率曲線為主，巖心物性的平均值只能作參考。通常巖心物性分析資料是在地面常規(guī)條件下測(cè)得的。孔隙度、滲透率即為環(huán)壓2.5 MPa、室溫條件下的測(cè)定值，并沒有模擬地層條件，而地層實(shí)際物性值是在上覆巖石壓力大于等于25 MPa作用下所展現(xiàn)出的地質(zhì)屬性，兩者之間的差別達(dá)到數(shù)量級(jí)的程度[4-6]，為此，本研究對(duì)地層條件下的儲(chǔ)層原始物性特征展開分析。

筆者繼承前人的認(rèn)識(shí)，只在平面非均質(zhì)性和層內(nèi)非均質(zhì)性方面做必要的補(bǔ)充分析。通常描述儲(chǔ)層滲透率非均質(zhì)性主要采用滲透率級(jí)差、突進(jìn)系數(shù)、變異系數(shù)，其中滲透率變異系數(shù)（VK）的計(jì)算公式為：

式中，VK為滲透率變異系數(shù)；Ki為某樣品的滲透率值（i＝1、2、3……n），mD；-K為所有樣品滲透率的平均值，mD；n為樣品個(gè)數(shù)。

VK變化范圍介于0～∞，為評(píng)估層內(nèi)非均質(zhì)程度較可靠的參數(shù)。VK小于0.5為均質(zhì)，VK介于0.5～0.7為較均質(zhì)，VK大于0.7為強(qiáng)非均質(zhì)。但是這一統(tǒng)計(jì)學(xué)理論公式存在局限性，即對(duì)VK大于0.7的非均質(zhì)性無(wú)法準(zhǔn)確地表征其非均質(zhì)性強(qiáng)度。VK可能大于1、大于2、大于10、大于100等，非均質(zhì)嚴(yán)重程度沒有上限。比如甲氣藏VK值為2和乙氣藏VK值為2，是否它們的非均質(zhì)強(qiáng)度一樣，值得商榷，缺乏一個(gè)橫向?qū)Ρ鹊臉?biāo)準(zhǔn)值。

筆者采用迪卡斯塔—派斯經(jīng)驗(yàn)公式重新計(jì)算并描述了儲(chǔ)層滲透率的非均質(zhì)性，使其更準(zhǔn)確地表征儲(chǔ)層非均質(zhì)特征[7]。將巖心分析得到的滲透率值按從大到小排序，分別計(jì)算各滲透率（Ki）項(xiàng)數(shù)占總項(xiàng)數(shù)的百分?jǐn)?shù)，之后將數(shù)值繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，可得到一條近似直線段，從直線上讀取對(duì)應(yīng)數(shù)值，按以下公式計(jì)算出VK：

式中，K50為累計(jì)頻率等于50%對(duì)應(yīng)的滲透率值，又稱為概率平均滲透率，mD；K84.1為累計(jì)頻率等于84.1%對(duì)應(yīng)的滲透率值，mD。

公式（2）計(jì)算的VK變化范圍為0～1，其中，VK為0代表完全均質(zhì)；VK大于0且小于等于0.5為相對(duì)均質(zhì)；VK大于0.5且小于等于0.7為非均質(zhì)；VK大于0.7且小于等于1.0為強(qiáng)非均質(zhì)。該方法較式（1）更明確直觀，便于層間橫向比較，根據(jù)以上選定的評(píng)價(jià)儲(chǔ)層物性的方法和參數(shù)開展分析。

2 儲(chǔ)層物性基本特征

對(duì)475塊樣品進(jìn)行大平均統(tǒng)計(jì)，最大孔隙度值為17.34%，最小值為1.20%，平均值為10.22%。由于巖石孔隙度受上覆巖石壓力作用變化的影響幅度很小，因此本研究對(duì)孔隙度的應(yīng)力敏感性不展開分析。根據(jù)各層地面巖心分析滲透率統(tǒng)計(jì)（表1）可知，按照算術(shù)平均統(tǒng)計(jì)值，氣藏最大滲透率值為8.620 mD，最小滲透率值為0.012 mD，平均值為0.840 mD。按照川西地區(qū)氣藏分類標(biāo)準(zhǔn)判定為近常規(guī)—低滲氣藏[8-9]，這一認(rèn)識(shí)跟前人的看法一致。

表1 各層地面巖心分析滲透率統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)巖石常規(guī)物性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的孔隙度、滲透率關(guān)系圖（圖1）可知，在有效儲(chǔ)層下限（巖心孔隙度不小于7%，地面滲透率不小于0.2 mD）之上所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)均屬于有效儲(chǔ)層，對(duì)油氣生產(chǎn)有貢獻(xiàn)，滲透率均大于0.2 mD，屬于低滲儲(chǔ)層范疇。從圖1可以認(rèn)識(shí)到以下信息：①孔隙度、滲透率關(guān)系成近30°度線正相關(guān)分布，說明為典型的孔隙型儲(chǔ)層，孔隙度與滲透率總體呈線性相關(guān)；②在30°度線上方，有部分低孔、高滲的散點(diǎn)，說明存在微裂縫，其尺寸為幾個(gè)微米級(jí)大小，與巖石中大喉道的尺寸相當(dāng)；③30°度線穩(wěn)定上升，說明隨著孔隙的增加，喉道尺寸明顯加大，孔喉匹位數(shù)、喉道連通率都明顯增加[10-12]。

圖1 巖心孔隙度、地面滲透率關(guān)系圖

現(xiàn)代研究對(duì)低滲致密儲(chǔ)層的判斷標(biāo)準(zhǔn)提出了新的建議，即在開發(fā)評(píng)價(jià)時(shí)必須將巖心分析滲透率還原到地層溫度壓力條件下的真實(shí)情況。覆壓校正后的巖心滲透率（無(wú)裂縫）小于0.1 mD的樣品累計(jì)頻率超過50%，且小于0.1μm喉道控制孔隙的比例超過50%。排除大面積低滲條件下存在少量的相對(duì)高滲樣品和微裂縫樣品的干擾，避免出現(xiàn)儲(chǔ)層判斷結(jié)果失真的情況，為客觀評(píng)價(jià)儲(chǔ)層滲透率，筆者采用此建議，即剔除可視微裂縫樣品，將其恢復(fù)到上覆巖石壓力條件下的地層值。

3 覆壓基質(zhì)滲透率分布特征

根據(jù)巖樣在上覆巖石壓力條件下的滲透率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所做的關(guān)系圖（圖2）可知，在氣藏平均上覆巖石壓力為23 MPa下測(cè)定巖石滲透率較地面常規(guī)條件下的滲透率降低13.07%～97.45%，平均降低58.02%?？紤]上覆巖石壓力作用后滲透率的數(shù)值降低了一半多[13-15]。

圖2 地面滲透率與地層滲透率折算關(guān)系曲線圖

圖3 覆壓基質(zhì)滲透率頻率分布直方圖

根據(jù)覆壓基質(zhì)滲透率分布直方圖（圖3）可知，滲透率分布范圍較廣，沒有突出的峰值，地層滲透率大于1 mD的樣品達(dá)15%，對(duì)整個(gè)滲透率量級(jí)的認(rèn)識(shí)存在明顯干擾，使人們不能正確認(rèn)識(shí)其滲透率特征。即使把地面滲透率折算到地下，若仍采用算術(shù)平均法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，各層平均滲透率為0.36 mD，仍然為低滲儲(chǔ)層[16-17]。地面巖樣滲透率小于0.1 mD的樣品只有21%，而考慮上覆巖石壓力作用后，滲透率小于0.1 mD的樣品高達(dá)54.95%。按照新的致密氣藏判別標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷，儲(chǔ)層物性分類整體上應(yīng)該由低滲變更為致密。究其原因，影響滲透率應(yīng)力敏感性的因素主要有兩個(gè)：一方面是內(nèi)因，即巖石礦物組成、特別是黏土礦物和塑性礦物的含量、孔隙結(jié)構(gòu)、裂縫等；另一方面是外因，即上覆巖石壓力和地層壓力的大小及變化。巖石礦物組成的影響主要依據(jù)巖石中黏土礦物總含量的大小，若黏土含量、云母、軟巖屑含量越高，應(yīng)力敏感性就越強(qiáng)。該類礦物組分易發(fā)生塑性形變和破碎，縮減孔喉空間。孔隙結(jié)構(gòu)的影響主要是孔隙喉道的大小和類型，如低滲致密巖石中小喉道占比較高，在有效上覆巖石壓力作用下，孔喉縮小，滲透率應(yīng)力敏感性極強(qiáng)，特別是片狀喉道、彎片狀喉道、縮頸喉道發(fā)育的地層，滲透率受有效應(yīng)力作用時(shí)，下降率較大。裂縫和微裂縫受有效應(yīng)力作用時(shí)發(fā)生閉合，造成其滲透率急劇下降，裂縫對(duì)應(yīng)力作用最敏感。研究區(qū)儲(chǔ)層微觀孔喉尺寸細(xì)小，部分儲(chǔ)層片狀喉道、彎片狀喉道、縮頸喉道較發(fā)育，存在一定數(shù)量的鏡下微裂縫，因此從微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征來(lái)看，具備較強(qiáng)應(yīng)力敏感的自然條件。同時(shí)黏土礦物含量高達(dá)10.2%，以云母、長(zhǎng)石、泥質(zhì)巖屑為主，其產(chǎn)狀多以黏土橋方式充填于粒間孔喉中，易破碎造成孔喉的堵塞，從而降低滲透率，因此具有強(qiáng)應(yīng)力敏感的巖石學(xué)因素。

考慮有效上覆巖石壓力作用后，滲透率值平均減小一半多，且滲透率初值越低，下降幅度越大，最大可能相差一個(gè)數(shù)量級(jí)，這是射孔生產(chǎn)前的滲透率原始狀態(tài)。若考慮氣井投產(chǎn)，生產(chǎn)壓差可達(dá)10～20 MPa，在井底附近地層滲透率損失高達(dá)50%～85%，形成一個(gè)特低滲透率帶，從而嚴(yán)重地影響氣井產(chǎn)能和控制范圍。

根據(jù)各小層地層基質(zhì)滲透率累計(jì)頻率對(duì)比（圖4）可知，各層滲透率存在明顯的差異，反映出儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性較強(qiáng)的特征。Jp25層地層滲透率不超過0.1 mD的樣品占92.28%，為典型的致密儲(chǔ)層。Jp23、Jp22層地層滲透率小于0.1 mD的樣品分別為68%和67%，也達(dá)到致密儲(chǔ)層的標(biāo)準(zhǔn)。只有Jp24層地層滲透率小于0.1 mD的樣品僅為38%，為低滲儲(chǔ)層，Jp24層地層滲透率分布區(qū)間最寬，非均質(zhì)性極強(qiáng)，而地層滲透率大于等于1 mD的高滲透率樣品多數(shù)發(fā)育于該層。Jp22、Jp23層地層滲透率分布區(qū)間也較寬，但地層滲透率大于等于1 mD的高滲透率樣品很少，對(duì)拉升整個(gè)氣藏滲透率量級(jí)作用不大。Jp25層地層滲透率分布范圍相對(duì)集中，但數(shù)值偏小。

圖4 各小層地層基質(zhì)滲透率累計(jì)頻率對(duì)比圖

滲透率測(cè)定條件從地面到地下不僅是數(shù)量的變化，而且是儲(chǔ)層類別界定上質(zhì)的轉(zhuǎn)變。對(duì)應(yīng)于此，有效儲(chǔ)層下限值也應(yīng)調(diào)整[18]，即孔隙度不低于7%，地層滲透率不低于0.018 mD，因此本研究使用的樣品64.21%為有效儲(chǔ)層，這個(gè)比例較高。雖然該氣藏有效厚度薄、含氣性不高，但開發(fā)生產(chǎn)效果比較好，其原因之一就是有效儲(chǔ)層比較發(fā)育，具備獲得較好開發(fā)效果的內(nèi)在地質(zhì)基礎(chǔ)。

4 覆壓基質(zhì)滲透率非均質(zhì)研究

滲透率平面非均質(zhì)性和層內(nèi)非均質(zhì)性能較好地表征物性特征，致密砂巖氣藏開發(fā)均需要增產(chǎn)工藝來(lái)提高儲(chǔ)層滲流能力，同時(shí)壓裂改造進(jìn)一步加劇了滲透率的非均質(zhì)性。

4.1 平面非均質(zhì)性

根據(jù)各個(gè)小層平面非均質(zhì)性統(tǒng)計(jì)（表2）可知，滲透率級(jí)差介于142～1 410，氣藏達(dá)到6 170；滲透率突進(jìn)系數(shù)介于7.6～32.0，氣藏達(dá)到17.1，這表明各個(gè)小層平面上存在不同方向和區(qū)域的滲透率強(qiáng)非均質(zhì)性。筆者采用了迪卡斯塔—派斯經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算滲透率變異系數(shù)，除JP22層的滲透率變異系數(shù)為0.63外，其余層的變異系數(shù)均大于0.7，具有強(qiáng)非均質(zhì)性，氣藏變異系數(shù)達(dá)到0.76。具有如此強(qiáng)的非均質(zhì)性，這是過去對(duì)滲透率非均質(zhì)性評(píng)價(jià)中沒有認(rèn)識(shí)到的。

4.2 層內(nèi)非均質(zhì)性

根據(jù)滲透率層內(nèi)非均質(zhì)性統(tǒng)計(jì)（表3）可知，與平面相比，層內(nèi)滲透率變異系數(shù)均小于或等于0.71，非均質(zhì)性相對(duì)較弱。C井滲透率變異系數(shù)為0.49，甚至達(dá)到了均質(zhì)或相對(duì)均質(zhì)的程度。氣井各層內(nèi)縱向泄氣能力相近，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的干擾情況。

表2 地層滲透率平面非均質(zhì)性統(tǒng)計(jì)表

表3 地層滲透率層內(nèi)非均質(zhì)性統(tǒng)計(jì)表

4.3 壓裂改造對(duì)滲透率非均質(zhì)性的影響

根據(jù)壓裂前后試井解釋有效滲透率及非均質(zhì)性參數(shù)對(duì)比（表4）可知，儲(chǔ)層壓裂后裂縫大大增加了其滲透性，因而其滲透率數(shù)值和變異系數(shù)等都發(fā)生了較大變化，滲透率由射孔時(shí)的相對(duì)均質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)非均質(zhì)性。這將對(duì)氣井產(chǎn)能的大小和分布特征產(chǎn)生根本性影響，因此，若射孔時(shí)儲(chǔ)層是相對(duì)均質(zhì)的，壓裂后其均質(zhì)性就要重新評(píng)價(jià)。

表4 壓裂前后試井解釋有效滲透率及非均質(zhì)性參數(shù)對(duì)比表

5 裂縫滲透率分布特征

氣藏?cái)嗔巡话l(fā)育，在巖性變化劇烈的層段發(fā)育一定程度的水平層理縫，且分布非均質(zhì)性強(qiáng)（圖5）。這種裂縫對(duì)儲(chǔ)層孔隙度的影響很小，但對(duì)滲透率的影響是明顯的。同為地面滲透率，均沒有上覆巖石壓力的作用，顯裂縫樣品和在鏡下才能看到的微裂縫樣品差異較大，前者滲透率大于1 mD的樣品比例達(dá)39%，后者僅為14%，前者地面最大滲透率可達(dá)221 mD，后者僅為8.62 mD。無(wú)論是樣品的比例還是對(duì)滲流的貢獻(xiàn)值均表明微裂縫對(duì)改善巖石基質(zhì)滲透性、轉(zhuǎn)化其非均質(zhì)強(qiáng)度起著重要作用?？偟膩?lái)說，不管是顯裂縫還是微裂縫其作用都不可忽視。

圖5 微裂縫巖心滲透率分布圖

6 結(jié)論

1）根據(jù)覆壓基質(zhì)滲透率累計(jì)頻率特征分析表明，研究區(qū)總體上屬于致密儲(chǔ)層類別，各層滲透率存在著明顯的差異。

2）儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性、微觀非均質(zhì)性，特別是平面非均質(zhì)性均較強(qiáng)，巖石基質(zhì)滲透率分布范圍較廣，是造成微觀非均質(zhì)性的主要原因。

3）氣藏存在部分水平層理縫，無(wú)論其規(guī)模大小，均對(duì)改善巖石基質(zhì)滲流能力有重要貢獻(xiàn)，對(duì)轉(zhuǎn)化非均質(zhì)性也起著重要作用。

4）研究區(qū)氣藏?zé)o論是宏觀非均質(zhì)性還是平面上的微觀非均質(zhì)性均較強(qiáng)，尤其是在微觀層面上將影響氣井產(chǎn)能分布、氣井泄氣方向、井網(wǎng)布局等，因此在氣藏開發(fā)時(shí)不能整體建產(chǎn)開發(fā)，應(yīng)采用滾動(dòng)評(píng)價(jià)、逐步認(rèn)識(shí)、分區(qū)、分階段投入開發(fā)。