高 干,張銀德,朱玉杰,張城瑋

(1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)，四川成都 610000；2.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠；3.成都理工大學(xué)能源學(xué)院)

子洲氣田山2段致密砂巖儲(chǔ)層物性下限確定

高 干1,張銀德1,朱玉杰2,張城瑋3

(1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)，四川成都 610000；2.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠；3.成都理工大學(xué)能源學(xué)院)

根據(jù)子洲氣田山西組山2段為特低-超低孔、特低-超低滲致密砂巖儲(chǔ)層的特點(diǎn)，綜合運(yùn)用實(shí)測物性數(shù)據(jù)、毛細(xì)管壓力資料、實(shí)測水膜厚度及單井試氣結(jié)果等資料，采用測試法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、壓汞參數(shù)法對儲(chǔ)層下限進(jìn)行綜合研究，確定了儲(chǔ)層孔隙度和滲透率下限，確定了儲(chǔ)層的最小流動(dòng)孔喉半徑，山2儲(chǔ)層的孔隙度下限為3.5%，滲透率下限為0.1×10-3μm2，最小流動(dòng)孔喉半徑為0.15 μm，從而為山西組山2儲(chǔ)層的進(jìn)一步合理開發(fā)提供了可靠的下限數(shù)據(jù)。

子洲氣田；物性下限；水膜厚度；孔喉半徑

物性下限是指使儲(chǔ)集層能夠成為有效儲(chǔ)層應(yīng)具有的最低物性界限，一般以孔隙度、滲透率來度量。子洲氣田山西組山2段氣藏屬低孔、低滲氣藏[1]，開采難度大，開采成本高，需要制定科學(xué)合理的開發(fā)對策，因此確定其物性下限顯得尤為重要。確定儲(chǔ)層物性下限的方法很多，不同方法所得到的下限可能有所不同，且受測試資料限制，結(jié)果有較大的不確定性[2]，需運(yùn)用多種方法相互印證，才能得出相對客觀準(zhǔn)確的結(jié)論。

1 儲(chǔ)層特征

子洲氣田山西組山2段主要為石英砂巖、巖屑石英砂巖，其次為巖屑砂巖。根據(jù)山2段1013塊樣品的實(shí)測孔隙度、滲透率分析，其孔隙度主要分布在2%～8%，平均值為4.56%，滲透率主要分布在(0.03～2.00)×10-3μm2，占樣品總數(shù)的85.78%，其中山23段物性最好，是山2主要儲(chǔ)層發(fā)育段，山22段次之，山21較差。關(guān)于低滲透儲(chǔ)層的分類劃分標(biāo)準(zhǔn)，目前還不完全一致[3-4]，依據(jù)2011年開始實(shí)施的石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法》(SY/T 6285-2011),山西組山2儲(chǔ)層應(yīng)屬特低-超低孔、特低-超低滲儲(chǔ)層(圖1)，盡管所分析樣品物性差、普遍致密，但孔滲具有較好的相關(guān)性，可利用二者的對應(yīng)關(guān)系在確定其中一個(gè)參數(shù)時(shí)獲得另一個(gè)參數(shù)。

2 儲(chǔ)層下限的確定

2.1 測試法

圖1 山西組山2段儲(chǔ)層類型劃分與孔滲關(guān)系

根據(jù)分層試油試氣資料確定儲(chǔ)層下限是一種較為實(shí)用的方法。依據(jù)單井試氣結(jié)果，結(jié)合山2段氣層、水層和干層等的劃分標(biāo)準(zhǔn)，將物性分析數(shù)據(jù)按照差氣層、氣層、氣水層、水層和干層進(jìn)行整理交會(huì)(圖2)，可以大致確定儲(chǔ)集層的物性下限，孔隙度下限為3.5%，滲透率下限為0.1×10-3μm2。該方法確定下限綜合反映了儲(chǔ)層眾多地質(zhì)特征，可直接或間接反映儲(chǔ)層控制產(chǎn)氣能力的因素。不足之處是山2氣藏為致密砂巖氣藏，每口井都經(jīng)過了壓裂改造等措施，和射孔層段的物性數(shù)據(jù)對應(yīng)的試氣結(jié)果并不一定全部來自射孔層，壓裂溝通射孔層段的上下層位是完全可能的。因此，該種方法存在一定的誤差和局限。

2.2 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法

經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法是通過巖心滲透率和孔隙度實(shí)測資料，借助這兩個(gè)參數(shù)的頻率分布直方圖及累積頻率、累積丟失能力曲線，研究產(chǎn)氣能力和儲(chǔ)氣能力丟失程度。

根據(jù)子洲氣田山2段146塊巖樣實(shí)測物性資料，繪制相應(yīng)的圖件(圖3、圖4)。孔隙能力為孔隙度和樣品長度(或厚度)的乘積，反映儲(chǔ)油(氣)能力；滲透能力為滲透率和樣品長度(或厚度)的乘積，反映流體(油、氣)流動(dòng)能力，即產(chǎn)油(氣)能力。累積滲透(或孔隙)能力丟失百分?jǐn)?shù)是指界限值以下被統(tǒng)計(jì)丟失樣品的滲透率(或孔隙度)乘以樣品長度的累積占總累積滲透(或孔隙)能力的百分比[5-7]。一般按低孔滲段累積產(chǎn)氣能力丟失5%為下限值[5]，確定滲透率下限為0.12×10-3μm2，樣品丟失率為29%。若全部樣品取樣密度相同，即相當(dāng)于厚度丟失29%。確定滲透率下限值后，可由孔滲關(guān)系(圖1)確定孔隙度值為3.5%左右。根據(jù)圖2、圖3，當(dāng)孔隙度為3.5%時(shí)，儲(chǔ)存能力丟失6%，樣品丟失率11%。由此認(rèn)為，將孔隙度3.5%和滲透率0.12×10-3μm2作為儲(chǔ)層的物性下限值是合適的。

圖3 滲透率分布與累積頻率、累積產(chǎn)氣能力丟失曲線

圖4 孔隙度分布與累積頻率、累積儲(chǔ)存能力丟失曲線

2.3 壓汞參數(shù)法

壓汞法是目前國內(nèi)用以測定毛細(xì)管壓力最常用的方法，壓汞法獲得的毛細(xì)管壓力曲線與流體性質(zhì)、飽和度、巖石孔喉大小及分選、巖石礦物組成和毛細(xì)管滯后等因素有關(guān)[7]。排驅(qū)壓力、飽和度中值壓力、束縛水飽和度是定量分析毛細(xì)管壓力曲線的幾個(gè)主要特征參數(shù)。

鄂爾多斯盆地上古生界儲(chǔ)集層具有“先致密、后成藏”的特征，天然氣大量生成聚集的時(shí)期上古生界儲(chǔ)集層已基本致密化[8]。從山2段孔隙度、滲透率與排驅(qū)壓力關(guān)系看(圖5、6)，當(dāng)山2地層滲透率小于0.1×10-3μm2或孔隙度小于3%時(shí)，排驅(qū)壓力值急劇增大，表明小于此滲透率和孔隙度時(shí)，需要足夠大的壓力才能使山2儲(chǔ)層中非潤濕相(氣)開始驅(qū)替潤濕相(水)形成油氣聚集，因此物性小于此值時(shí)儲(chǔ)層很難成為有效儲(chǔ)層。

圖5 排驅(qū)壓力和滲透率關(guān)系

圖6 排驅(qū)壓力和孔隙度關(guān)系

當(dāng)滲透率小于0.1×10-3μm2或孔隙度小于3%時(shí)，山2地層中值壓力值也急劇增大(圖7，8)，在同樣的動(dòng)力條件下，該參數(shù)是衡量有多少油氣能進(jìn)入儲(chǔ)層。小于此滲透率或孔隙度值時(shí)巖石變得很致密；而滲透率大于0.1×10-3μm2或孔隙度大于3%，滲透率或孔隙度變化時(shí)中值壓力變化不大，巖石對氣的滲濾能力顯著變好，也具有高的生產(chǎn)能力。

圖7 中值壓力和滲透率關(guān)系

圖8 中值壓力和孔隙度關(guān)系

使用油(非潤濕相)水系統(tǒng)來測定束縛水飽和度，該值越大表示這類小孔喉所占的體積越多。當(dāng)樣品滲透率大于0.1×10-3μm2時(shí)，山2儲(chǔ)層束縛水飽和度值較小，增幅也較小(圖9)；而滲透率小于0.1×10-3μm2時(shí)，束縛水飽和度遠(yuǎn)離擬合線且其值急劇增大。同樣當(dāng)孔隙度小于4%時(shí)束縛水飽和度值也具有這樣的特征(圖10)。

圖9 滲透率和束縛水飽和度關(guān)系

2.4 儲(chǔ)層喉道下限

圖10 孔隙度和束縛水飽和度關(guān)系

山西組山2儲(chǔ)層中天然氣是由自身或下伏的烴源巖生成并運(yùn)移進(jìn)入的(氣排水)，由于儲(chǔ)層孔喉內(nèi)壁上附著了一層束縛水膜，因而氣體進(jìn)入儲(chǔ)層孔隙則要求喉道半徑大于束縛水膜厚度。通常認(rèn)為孔喉半徑≤0.1 μm時(shí)，在地層條件下油氣無法進(jìn)入這樣的孔喉，這時(shí)喉道所控制的孔隙為無效孔隙[9]，全部被束縛水所飽和，因此一般將半徑為0.1 μm作為最小流動(dòng)孔喉半徑。但有研究者認(rèn)為只有孔喉半徑大于水膜厚度才是有效孔隙喉道[10]，否則油氣難以驅(qū)替束縛水占據(jù)的孔隙喉道，因而水膜厚度可作為最小流動(dòng)孔喉半徑的下限。對子洲山2段4口井5個(gè)樣品進(jìn)行了水膜厚度的測定，其水膜厚度的平均值為0.145 μm。因此認(rèn)為山2段中孔喉半徑大于0.145 μm的孔隙才是有效孔隙。

對28口井78塊不同物性巖樣的滲透率累積貢獻(xiàn)值進(jìn)行分析，其中73塊巖樣在孔喉半徑0.15 μm處累積滲透率貢獻(xiàn)值均已達(dá)到99%以上，半徑小于0.15 μm的孔喉對儲(chǔ)層滲透率貢獻(xiàn)值不足1%，可以忽略。從孔喉半徑和累積進(jìn)汞飽和度看，孔喉半徑小于0.15 μm后，隨注入壓力增加，進(jìn)汞量幾乎不再增加或增幅非常小?？紤]到實(shí)際孔喉內(nèi)壁的不光滑和結(jié)構(gòu)黏土的影響，實(shí)驗(yàn)室所測的水膜厚度及確定的半徑值偏小，由此將孔喉半徑0.15 μm作為山2儲(chǔ)層的最小流動(dòng)孔喉半徑更合理。

3 結(jié)論

(1)利用測試法確定了山2氣藏儲(chǔ)層物性下限，該方法將靜態(tài)的實(shí)測物性和動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)測試相結(jié)合，直觀實(shí)用。物性下限周圍資料點(diǎn)越多時(shí)，下限越準(zhǔn)確可靠；不足之處是射孔段物性和試氣結(jié)果對應(yīng)性不好，存在一定的誤差和局限。經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法和壓汞參數(shù)法涉及的參數(shù)均來自實(shí)驗(yàn)室實(shí)測數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)取值，確定的下限準(zhǔn)確性依賴于樣品的個(gè)數(shù)，只要樣品足夠，下限可信度就高。

(2)采用測試法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法和壓汞參數(shù)法確定的孔隙度下限為3.5%，滲透率下限為0.1×10-3μm2；借助實(shí)測水膜厚度數(shù)據(jù)和毛細(xì)管壓力資料確定的最小流動(dòng)孔喉半徑為0.15 μm。儲(chǔ)層下限的確定對射孔試氣層段的選擇、氣藏儲(chǔ)量計(jì)算核實(shí)和儲(chǔ)層評(píng)價(jià)有一定的指導(dǎo)意義。

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編輯：李金華

1673-8217(2015)02-0104-04

2014-09-16

高干，碩士，1991年生，2013年畢業(yè)于成都理工大學(xué)，現(xiàn)從事石油及天然氣地質(zhì)勘探、開發(fā)方面研究。

國家科技專項(xiàng)“低滲低豐度砂巖氣藏經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)技術(shù)”(2011ZX05015-001)資助。

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