史安平,申輝林,秦敏,劉歡,黃信雄

(中國石油大學地球科學與技術(shù)學院,山東 青島 266580)

0 引 言

由于低電阻率油層在中國東西部油田分布普遍,國內(nèi)外學者及專家基于實驗數(shù)據(jù)、數(shù)值模擬及理論推演等手段對油層低電阻率成因的微觀及宏觀機理進行了大量研究,基本已經(jīng)形成共識,認為導致低電阻率的因素主要有地質(zhì)因素和工程因素[1-3]。前者包括低構(gòu)造幅度、黏土附加導電作用、巖性細和微毛細管發(fā)育、束縛水含量高、導電礦物作用、油水層礦化度差異;后者主要包括高礦化度鉆井液侵入、砂泥巖薄層等,不同地區(qū)低電阻率成因復雜多樣,需要具體分析[4-10]。準噶爾盆地阜東斜坡帶頭屯河組二段整體呈現(xiàn)中低孔隙度滲透率及強親水特征,特定地質(zhì)背景條件下,長期存在油層電阻率低,油水層電阻率差異不明顯的問題,嚴重制約了油藏的勘探及開發(fā)進程。本文以薄片、掃描電鏡、X-衍射、壓汞、地層水分析及物性分析為手段,對儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)、束縛水飽和度、黏土含量及類型、地層水礦化度變化、含油飽和度特征及鉆井液侵入進行了深入對比,厘清研究區(qū)儲層低電阻率成因及相關(guān)機理,該研究思路可為同類型油藏的勘探開發(fā)提供借鑒。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)阜東斜坡帶構(gòu)造上東接北三臺凸起、西鄰阜康凹陷生烴中心,侏羅系發(fā)育大型鼻狀構(gòu)造,其中北三臺凸起是一個持續(xù)性的古隆起,高部位經(jīng)歷了長期的剝蝕,斷裂發(fā)育,構(gòu)造位置優(yōu)越,是勘探有利目標區(qū)。其主要物源區(qū)為東部古隆起剝蝕區(qū)和南面的博格達山。

目的層系頭屯河組,主要為三角洲前緣沉積,以水下分流河道砂體為主。頭屯河組可細分為頭屯河組三段、二段和一段,巖性組合特征及顏色基本相似,巖性主要為灰綠色、灰色粉砂巖、細砂巖互層。頭屯河組三段厚度變化相對較大,在60～120 m之間,向北三臺凸起方向厚度漸薄,砂體相對欠發(fā)育,泥巖發(fā)育、厚度大,是頭屯河組油藏的直接蓋層。從目前鉆探情況看,頭屯河組二段厚度相對穩(wěn)定,一般在140～180 m之間。砂體相對比較發(fā)育,砂泥比高、單砂層厚度大,主力砂層厚度一般在20～35 m之間分布廣,是頭屯河組最重要的儲層。頭屯河組一段厚度變化相對不大,一般在80～110 m之間,該段砂體較發(fā)育,以砂、泥巖互層為主、單砂層厚度相較小,是頭屯河組較主要的儲層。頭屯河組含油砂體主要發(fā)育在頭屯河組二段,頭屯河組一段和三段也發(fā)育個別巖性油藏。目前已發(fā)現(xiàn)的低電阻率油層主要分布在頭屯河組二段。

2 頭屯河組低電阻率成因分析

通過試油資料統(tǒng)計,目的層水層電阻率分布在2～8 Ω·m之間,以絕對值衡量,定義8 Ω·m為常規(guī)和低電阻率油層的分界線,即電阻率分布在3～10 Ω·m之間的儲層可以視為低電阻率儲層。

2.1 微孔隙發(fā)育及孔隙結(jié)構(gòu)的影響

依據(jù)常規(guī)巖心物性、壓汞實驗、鑄體薄片及掃描電鏡資料顯示,研究工區(qū)目的層巖石類型以細砂巖和粉砂巖為主,占86.85%。儲層孔隙度分布主要在10%～24.3%間,平均16.86%;其滲透率主要分布于在(0.073～433)×10-3μm2之間,平均9.74×10-3μm2,屬于中孔隙度、中低滲透率儲層。從圖1目的層系典型巖心的壓汞孔喉特征參數(shù)直方圖可以看出,儲層喉道比較小,孔喉半徑呈現(xiàn)單峰顯示,主要發(fā)育微孔隙。對阜東井區(qū)侏羅系頭屯河組儲層巖心樣品進行統(tǒng)計,巖石最大孔喉半徑平均5.39 μm,中值半徑平均0.54 μm,平均毛細管半徑1.63 μm,孔喉體積比平均為3.68,退汞效率平均為26.97%,非飽和孔隙體積百分數(shù)平均為25.60%,因此,孔隙結(jié)構(gòu)以中孔-細中喉型為特征,儲集性能中等。

圖1 巖心壓汞孔喉特征參數(shù)直方圖

通常認為,微孔隙指孔隙半徑小于0.1 μm的孔隙,因此,微孔隙中通常被毛細管束縛水完全占據(jù),微孔隙中的地層水為電流提供了附加的導電路徑,使巖心電阻率減小。所以,儲層微孔隙發(fā)育與否和儲層電阻率并無直接的因果關(guān)系。微孔隙發(fā)育是引起儲層呈現(xiàn)低電阻率的必要條件而非充分條件,當儲層所含地層水礦化度相對高、油氣成藏的動力相對弱,且儲層微孔隙相對發(fā)育時,如儲層含油,可表現(xiàn)為低電阻油層特征。頭屯河組微孔隙發(fā)育率約為8%,所以,微孔隙不是阜東油田低電阻率成因。

2.2 黏土附加導電作用影響

黏土礦物導電的機理主要有2個原因:①由于黏土陽離子交換所產(chǎn)生的附加導電性;②由于泥質(zhì)含量的增加,地層孔隙結(jié)構(gòu)將變得更加復雜,從而使得儲層的孔隙直徑變小、電流的迂曲度增大。據(jù)全巖分析,目的層泥質(zhì)含量總量在3.05%～24.8%之間,主要黏土礦物類型為伊蒙混層、高嶺石、綠泥石和伊利石(見圖2)。但從不同礦物類型的占比來看,主要黏土礦物類型以水敏性強的伊蒙混層為主,占到71%,該礦物遇水極易發(fā)生膨脹,使孔隙喉道變窄,同樣可以使得孔隙結(jié)構(gòu)變復雜,束縛水含量增加,從而增加了儲層的導電性[11-14]。此外,從泥質(zhì)含量絕對值及伊蒙混層占比與儲層電阻率值的交會圖(見圖3和圖4)可以看出,隨泥質(zhì)含量的增加和伊蒙混層占比的升高,儲層電阻率大幅下降,這一統(tǒng)計關(guān)系也成為黏土礦物附加導電的佐證。黏土礦物含量中伊蒙混層占71%, 伊利石占8%,高嶺石占10%,綠泥石占11%。

圖2 研究工區(qū)儲層黏土結(jié)構(gòu)特征

圖3 伊蒙混層含量與電阻率關(guān)系

圖4 泥質(zhì)含量與電阻率關(guān)系

2.3 地層水礦化度影響

巖石由固體骨架和孔隙空間2部分組成,而骨架只含有極少量的自由電子,因此,骨架的導電性非常差。特別是阜東斜坡區(qū)骨架所含有的導電礦物很少,其影響可以忽略不計。對目的層水樣進行分析,發(fā)現(xiàn)地層水變化范圍增大,最小值2 072.37 mg/L,最大值33 122.46 mg/L,體現(xiàn)了極強的非均質(zhì)性,且從表1的地層水樣品不同離子類型的濃度統(tǒng)計看,除個別樣品點硫酸根較高,顯示受一定地表水影響外,其余的樣品均可認為是較為可靠的地下水樣。對其原因進行分析,認為研究區(qū)目的層地層水礦化度受到斷裂體系的不規(guī)則分布影響,主體分布區(qū)間為3 000～20 000 mg/L,含鹽量較高。受不同構(gòu)造部位、不同小圈閉及不同斷裂影響,地層水各自形成良好的連通網(wǎng)絡(luò),在局部區(qū)域可形成高地層水礦化度儲層,從而,相比較于常規(guī)中低礦化度儲層表現(xiàn)出更低的儲層電阻率。當?shù)貙铀V化度從3 000 mg/L變化到20 000 mg/L時,儲層電阻率從12 Ω·m降到4.5 Ω·m左右,下降比例可達60%。綜上分析表明,局部高礦化度地層水是該區(qū)部分儲層呈現(xiàn)低電阻率的主要成因之一(見圖5)。

表1 儲層地層水特征統(tǒng)計表

圖5 地層水礦化度與電阻率關(guān)系

2.4 鹽水泥漿鉆井液的侵入

研究工區(qū)采用鹽水泥漿,當鉆井時間比較長時,鉆井液會在儲層被打開的過程中漏失到地層中,從而降低油層的電阻率。為了比較鉆井液對地層電阻率的影響,選取了物性相近、同一地質(zhì)層段的水基井和油基井油層進行電阻率值比較(見圖6),巖性與物性相當時,油基泥漿的電阻率比鹽水泥漿的電阻率明顯偏高,大約在2倍左右,說明地層水高礦化度和鹽水泥漿侵入是阜東油田低電阻率的主要原因。

圖6 油基井和水基井孔隙度與電阻率關(guān)系

2.5 低含油飽和度

根據(jù)侏羅系頭屯河組二段斷裂構(gòu)造特征、結(jié)合試油成果,認為阜東地區(qū)頭屯河組二段油藏主要為鼻狀凸起構(gòu)造背景下的巖性油藏,同時小斷層也有一定的控制作用。從圖7阜東5-阜東052-阜東9的連井油藏剖面看,同一套層系構(gòu)造幅度差為150 m左右,若油藏相互連通,則阜東9應該是擁有極高的含油柱高度,導致高含油飽和度并且極高產(chǎn),但這與事實不符。因此,認為阜東地區(qū)的頭屯河組油藏應是疊瓦狀,橫向連片不連通,圖7的連井剖面有誤。分析認為,相互孤立的巖性油藏由于圈閉幅度低,油水重力分異差,導致該區(qū)含油飽和度不高,約在50%左右,即低閉合高度下油柱高度充注不夠,引起油層低電阻率。這是該區(qū)低電阻率的主要原因。

3 結(jié)論

(1)頭屯河組儲層屬于中孔隙度、中低滲透率儲層,其巖性細,孔隙結(jié)構(gòu)復雜,強水敏的特性極易引起低電阻率。

(2)通過對薄片、掃描電鏡觀察、X-衍射礦物、壓汞實驗、地層水礦化度分析及巖心常規(guī)分析的對比結(jié)果看,以伊蒙混層為主要類型的黏土礦物附加導電、局部儲層高地層水礦化度、長時間的鹽水泥漿侵入及弱成藏動力下的低含油氣充滿度是造成研究區(qū)儲層表現(xiàn)為低電阻率的主要原因。