鄂爾多斯盆地東部米脂地區(qū)石盒子組8段儲層特征及物性下限確定

付曉燕 王 華 馮炎松 時 卓 張保國

1.中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院 2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室

0 引言

鄂爾多斯盆地東部米脂地區(qū)在上古生界二疊系中統(tǒng)石盒子組8段、山西組1、2段以及太原組不同程度含氣，屬于典型的多層段含氣致密砂巖氣藏。產(chǎn)氣剖面測試結(jié)果顯示，石盒子組8段在幾個主力層中產(chǎn)氣貢獻能力達到25%。另外，近兩年在米脂地區(qū)有*口試氣超百萬立方米高產(chǎn)氣井，壓裂層位均有石盒子組8段。初步分析認為，石盒子組8段在試氣產(chǎn)量貢獻上具有不可忽視的作用。因此，該段儲層在研究區(qū)占有重要的地位，具有很好的開發(fā)前景。為了有效評價并預(yù)測有利區(qū)，目前必須清楚認識儲層特征，并明確有效儲層物性下限。

有效儲層是指在現(xiàn)有工藝條件下能獲得工業(yè)油氣流的儲層。有效儲層物性下限是指有效儲層的最低物性，也就是最低孔隙度和最低滲透率。儲層能夠儲集油氣，并且油氣能從中有效滲流和流出，其必備的條件是孔隙度和滲透率達到一定的數(shù)值，該數(shù)值即為有效儲層的物性下限[1]。有效儲層的物性下限值其實是一個動態(tài)參數(shù)，與當(dāng)時的經(jīng)濟環(huán)境、生產(chǎn)技術(shù)有關(guān)，當(dāng)開采工藝有大幅度變化時，下限值必須要做出相應(yīng)的調(diào)整[2-4]。不同氣區(qū)、不同層位的有效儲層，其物性下限不盡相同。本次筆者以鄂爾多斯盆地東部米脂地區(qū)石盒子組8段致密砂巖儲層為研究對象，運用經(jīng)驗統(tǒng)計法、測試法、壓汞法以及泥質(zhì)含量法綜合確定物性下限，以期為米脂地區(qū)石盒子組8段天然氣開發(fā)有利目標區(qū)預(yù)測及資源評價提供支持。

1 概況

米脂地區(qū)位于鄂爾多斯盆地一級構(gòu)造單元伊陜斜坡東偏北部，北部與神木、榆林氣田相鄰，西、南部與子洲氣田相接，勘探開發(fā)面積四千余平方千米，石盒子組8段探明地質(zhì)儲量*億立方米，山西組1、2段及太原組都有控制儲量待升級，開發(fā)潛力巨大。石盒子組8段沉積期，鄂爾多斯盆地為陸相湖盆沉積，發(fā)育一套巨厚的以粗粒為主的碎屑巖建造。米脂地區(qū)主要為三角洲前緣亞相，發(fā)育水下分流河道和分流間灣沉積。由于物源供給充足，水動力條件較強，水下分流河道在近南北向上呈連片狀分布。受沉積相帶控制，石盒子組8段砂體和有效砂體亦在近南北向上呈連片狀展布。

2 儲層特征

2.1 巖石學(xué)特征

砂巖的礦物成分和結(jié)構(gòu)特征是儲層發(fā)育的基礎(chǔ)，控制著砂巖的成巖變化和孔隙演化。巖心及薄片鏡下觀察發(fā)現(xiàn)：米脂地區(qū)石盒子組8段儲層碎屑成分中石英類占到48%～95%，平均值75.4%；巖屑占到5%～50%，平均值23.8%。儲層以巖屑砂巖為主，其次為巖屑石英砂巖，石英砂巖相對較少。石盒子組8段砂巖以中粒、中—粗粒為主，其次為中—細粒以及粗粒，粒徑多在0.3～1.5 mm。碎屑顆粒分選中等—好，磨圓度次棱—次圓，顆粒之間以線接觸為主，部分點—線接觸。填隙物主要包括雜基及膠結(jié)物兩大類。雜基充填在顆粒之間的孔喉中，主要由黏土礦物組成，占全巖成分的12.5%，對孔隙保存不利。其中，水云母含量最高，占黏土礦物總量的64.0%； 其次為綠泥石和高嶺石，分別占黏土礦物總量的18.4%、17.6%。膠結(jié)物成分以碳酸鹽膠結(jié)為主，如鐵方解石，體積分數(shù)約占全巖的2.4%，并含有一定量的硅質(zhì)及少量的凝灰質(zhì)等。鏡下觀察可知，膠結(jié)方式以孔隙式為主。

2.2 儲集空間特征

成巖作用是研究致密砂巖儲集空間特征的重要內(nèi)容之一。成巖變化對砂巖的孔隙形成、保存和破壞有著極為重要的作用，對儲層物性有著決定性作用。根據(jù)對52口井572塊樣品鑄體薄片及掃描電鏡資料分析，米脂地區(qū)石盒子組8段儲層經(jīng)歷了強烈的成巖作用，其中，壓實作用是導(dǎo)致原始粒間孔隙損失的主要原因，膠結(jié)作用尤其是碳酸鹽膠結(jié)（圖1a）以及石英次生加大（圖1a、e）使原生孔隙再次減少，后期溶蝕作用形成的大量次生孔隙使得儲集砂體的物性條件得以改善。米脂地區(qū)石盒子組8段儲集空間按成因可以分為溶孔、晶間孔、粒間孔及微裂隙等（圖1b～f）。儲層總面孔率平均為1.3%，巖屑溶孔所占比例最大，占到總面孔率的39%；其次為晶間孔、粒間孔以及微裂隙，分別占到總面孔率的15%、13%和12%。

圖1 鑄體薄片及掃描電鏡照片

2.3 物性特征

根據(jù)物性分析測試（圖2），米脂地區(qū)石盒子組8段儲層孔隙度主要分布在3.0%～9.0%之間，平均6.1%；滲透率主要分布在0.1～1.0 mD之間，平均0.387 mD。參考“SY/T5601-93”砂巖氣藏儲層級別分類標準[5]，石盒子組8段屬于典型的特低孔、低—特低滲致密砂巖儲氣層。

圖2 儲層孔隙度、滲透率分布柱狀圖

3 物性下限確定

目前，對儲層物性下限的求取有很多種方法，包括經(jīng)驗統(tǒng)計法、含油產(chǎn)狀法、測試法、相滲曲線組合法、物性試油法及試油資料約束法等[6-13]，這些方法主要是在以往砂巖儲層研究的基礎(chǔ)上提出的。在對以往砂巖儲層物性下限求取方法大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，基于米脂地區(qū)石盒子組8段致密砂巖儲層特征，本次運用以下4種方法來綜合確定有效儲層物性下限。

3.1 經(jīng)驗統(tǒng)計法

經(jīng)驗統(tǒng)計法是以巖心測試孔隙度和滲透率為基礎(chǔ)，先分別繪制孔隙度和滲透率分布頻率直方圖，然后計算儲集層儲能和產(chǎn)能，做出累積頻率曲線和累積能力丟失曲線[6,14]。累積能力丟失百分數(shù)是指界限值以下被統(tǒng)計丟失樣品的孔隙度 (滲透率) 乘以樣品長度(即厚度) 的累積占總累積孔隙度(滲透率) 能力的百分比，其中，孔隙能力反映儲層儲氣能力，滲透能力反映儲層流體的流動能力，即產(chǎn)氣能力。該方法從儲氣能力和產(chǎn)氣能力兩方面綜合確定儲層物性下限，但丟失比的確定具有一定的人為主觀性。

根據(jù)米脂地區(qū)石盒子組8段實際情況，以儲集層低孔滲段累計儲能（產(chǎn)能）丟失頻率5.0%或樣品累計丟失頻率15.0%作為有效儲集層的劃分界限。本次利用米脂地區(qū)45口井950塊巖心樣品的孔隙度數(shù)據(jù)繪制出直方圖、累計頻率及儲集層累計儲能丟失頻率曲線（圖3）。儲集層累計儲能丟失頻率的計算公式為：

圖3 儲層孔隙度分布頻率及累計儲能曲線圖

式中Q表示累計儲能丟失頻率；Φi表示第i個巖心樣品孔隙度；Li表示第i個巖心樣品長度，m；m表示丟失界限對應(yīng)的巖心樣品數(shù)，個；n表示巖心樣品總數(shù)，個。

當(dāng)儲集層儲能累計丟失頻率為5.0%時，對應(yīng)的孔隙度為3.8%。此時孔隙度樣品累計丟失頻率為12.5%，在可接受范圍，因此取3.8%作為米脂地區(qū)石盒子組8段的孔隙度下限值。再根據(jù)孔、滲關(guān)系（圖4），可以獲取滲透率的下限值為0.1 mD。

圖4 儲層孔隙度—滲透率關(guān)系圖

3.2 測試法

測試法是根據(jù)單層試氣結(jié)果確定有效厚度物性下限的方法[10]。試氣結(jié)果可以綜合反映流體與儲集層物性特征，是研究儲集層流體性質(zhì)的直接資料[18]。對石盒子組8段參與試氣射孔的層段按照測井解釋氣層、含氣層、含氣水層、水層以及干層進行分類，每個層段都有對應(yīng)的孔隙度、滲透率數(shù)據(jù)，在同一坐標系下繪制不同解釋類別的孔隙度—滲透率交會圖。在交會圖中，可以清楚地判斷有效儲集層物性下限。該方法簡單、易操作，但要求區(qū)塊單層試氣資料必須充足。在試氣設(shè)計優(yōu)選射孔段時，一般情況下很少選擇干層，因為干層的數(shù)據(jù)很少。本次在統(tǒng)計試氣資料時，結(jié)合部分測井解釋干層物性數(shù)據(jù)，繪制米脂地區(qū)石盒子組8段孔隙度—滲透率交會圖（圖5）。分析結(jié)果表明，石盒子組8段有效儲集層孔隙度下限為3.6%，滲透率下限為0.09 mD，且含氣性級別隨著有效孔隙度和滲透率的增加而有規(guī)律地提高。

圖5 儲層試氣層段孔隙度—滲透率交會圖

3.3 壓汞法

壓汞法，是通過壓力使非潤濕相流體進入儲層孔隙喉道來測定毛細管壓力的常規(guī)方法，測試得到的毛細管壓力曲線是毛細管壓力與潤濕相（非潤濕相）飽和度的關(guān)系曲線。排驅(qū)壓力是指巖樣中的潤濕相流體被非潤濕相流體開始排驅(qū)所需的最低壓力，是定量分析毛細管壓力曲線的主要特征參數(shù)。物性大小與排驅(qū)壓力有直接的關(guān)系，可以用來確定有效儲層物性下限。

鄂爾多斯盆地上古生界儲集層具有“先致密、后成藏”的特征，天然氣大量生成聚集的時期上古生界儲集層已基本致密化。依據(jù)米脂地區(qū)16口井29個樣品的壓汞數(shù)據(jù)，分別繪制孔隙度、滲透率與排驅(qū)壓力的交會圖（圖6）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著孔隙度、滲透率的逐漸增大，排驅(qū)壓力都呈減小趨勢，且趨勢線上都存在一個拐點值。當(dāng)孔隙度小于4%或滲透率小于0.1 mD時，排驅(qū)壓力都急劇增大，表明小于此拐點值時，必須有足夠大的壓力才能使儲層中非潤濕相（氣）開始驅(qū)替潤濕相（水）形成天然氣聚集成藏。因此，通過壓汞法確定米脂地區(qū)石盒子組8段有效儲層孔隙度下限值為4.0%，滲透率下限值為0.1 mD。該方法簡單直觀，但拐點不易確定，具有一定的主觀性。

圖6 物性參數(shù)與排驅(qū)壓力關(guān)系圖

3.4 泥質(zhì)含量法

根據(jù)測井解釋結(jié)果，結(jié)合部分巖心樣品的X射線衍射資料，可以統(tǒng)計獲取米脂地區(qū)石盒子組8段砂巖儲集層的泥質(zhì)含量。一般認為，當(dāng)泥質(zhì)含量大于40%時，儲集層多為非有效儲集層[6,14]，但米脂地區(qū)資料分析表明，當(dāng)泥質(zhì)含量大于30%時，石盒子組8段儲集層就顯示為非有效儲集層，且隨著泥質(zhì)含量升高，孔隙度和滲透率均呈減小的趨勢。該方法直觀、簡單，但難點在于泥質(zhì)含量界限不好確定。米脂地區(qū)石盒子組8段儲集層泥質(zhì)含量—物性交會結(jié)果顯示（圖7），以泥質(zhì)含量30%為界，石盒子組8段有效儲集層孔隙度下限為3.8%，滲透率下限為0.08 mD。

圖7 儲層泥質(zhì)含量—物性關(guān)系交會圖

4 物性下限綜合確定及驗證

上述經(jīng)驗統(tǒng)計法、測試法、壓汞法及泥質(zhì)含量法4種方法確定的米脂地區(qū)石盒子組8段致密砂巖儲層物性下限值如表1所示。從結(jié)果可以看出，雖然幾種方法各有優(yōu)缺點，但是確定的物性下限結(jié)果卻差異不大，孔隙度下限范圍3.6%～4.0%，滲透率下限范圍0.08～0.1 mD。基于統(tǒng)計學(xué)原理，采用求平均值的方法最終將盒8段有效儲集層孔隙度下限確定為3.8%，滲透率下限確定為0.09 mD。為了檢驗有效儲集層物性下限確定的準確度，在米脂地區(qū)石盒子組8段單試的試氣資料中挑選了75口井進行檢驗，結(jié)果顯示物性下限標準與實際資料吻合程度高，準確率達到95%?？梢姡敬尉C合確定的物性下限標準科學(xué)有效，后期可為米脂地區(qū)石盒子組8段天然氣開發(fā)有利目標區(qū)預(yù)測及資源評價提供可靠的依據(jù)。

表1 儲層物性下限綜合確定表

5 結(jié)論

1）米脂地區(qū)石盒子組8段巖石類型主要為巖屑砂巖和巖屑石英砂巖，以中粒、中—粗粒為主，顆粒分選中等—好，磨圓度次棱—次圓，顆粒間以線接觸為主，填隙物主要包括雜基及膠結(jié)物，膠結(jié)方式以孔隙式為主。成巖作用強烈，儲集空間發(fā)育溶孔、晶間孔、粒間孔及微裂隙。物性較差，屬于典型的特低孔、低—特低滲致密砂巖。

2）基于米脂地區(qū)石盒子組8段致密砂巖儲層特征，采用經(jīng)驗統(tǒng)計法、測試法、壓汞法及泥質(zhì)含量法4種方法綜合確定有效儲集層物性下限，石盒子組8段有效儲集層孔隙度下限為3.8%，滲透率下限為0.09 mD。

3）米脂地區(qū)石盒子組8段單試井資料驗證結(jié)果表明，物性下限標準與實際資料吻合程度高，準確率達到95%?？梢?，本次綜合確定的物性下限標準科學(xué)可靠，可有效支持氣田后期的勘探開發(fā)工作。