白云云,師洋陽

(榆林學院 化學與化工學院,陜西 榆林 719000)

隨著“雙碳”戰(zhàn)略的實施,天然氣作為一種優(yōu)質、高效的清潔能源,是中國在“雙碳”戰(zhàn)略下,能源轉型最為重要和現實的抓手,是清潔能源供應最現實的選擇。蘇里格氣田作為我國重要的保障供氣基地,隨著致密砂巖氣藏地質理論的不斷突破,一些氣層薄、含氣飽和度和儲量豐度低的低品位致密砂巖氣藏得到了有效開發(fā)。但較常規(guī)氣藏而言,其復雜多變的酸堿交替成巖環(huán)境引起的微納米孔隙發(fā)育和非均質性強的特點依然嚴重制約儲層精細描述和定量表征。岳亮等人認為孔隙類型的差異分布是導致各類儲層非均質性變化明顯的關鍵因素[1]。龍盛芳等人充分利用鉆測井、測試分析和氣井生產資料,儲層非均質性對含氣性、氣層宏觀展布和開發(fā)效果影響均明顯[2]。孫衛(wèi)和高輝等人分別用X-CT 掃描成像技術和恒速壓汞技術對蘇里格氣田盒8 儲層進行了微觀非均質的研究并進行了定量表征。白云云基于四種不同成巖相對蘇48 區(qū)的韻律、物性、孔隙非均質性進行了研究。盧晨剛等人利用Matlab 編程和數學手段對儲層進行微觀非均質性進行定量表征。儲層非均質性是研究過程中的關鍵內容,其研究理念不斷更新,研究手段也不斷提高。根據前人的研究表明,非常規(guī)致密儲層的微觀非均質性是致密油氣藏開發(fā)的關鍵因素。本論文以鄂爾多斯盆地蘇48 區(qū)盒段地層為研究對象,對特低滲致密砂巖氣藏的非均質性進行研究。

1 區(qū)域地質

蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地西北區(qū)域,毗鄰天環(huán)凹陷和伊蒙隆起,區(qū)域位置如圖1 所示。依據區(qū)域性標志層—多級旋回控制—多井對比的研究思路,對研究區(qū)進行了小層劃分,如圖2 所示。本文研究對象為研究區(qū)上古生界二疊系下石盒子組主力產氣層8 段,其埋深介于3 600 m～3 800 m,巖性主要為淺灰色含礫粗砂巖和巖屑石英砂巖[3]。由于盆地沉積演化過程中受東北和西南物源的影響,研究區(qū)母巖主要為中-淺成變質巖;依照測井標志性事件,以及盆地整體沉積背景表明,研究區(qū)盒8上段屬于三角洲平原相曲流河沉積,在弱還原環(huán)境和較強水動力條件下,發(fā)育有分流河道、心灘以及天然堤等沉積微相。

圖1 研究區(qū)域的地理位置

圖2 研究區(qū)上古生界地層劃分表圖

2 研究區(qū)的儲層特征

2.1 巖石學特征

根據巖心觀察和鑄體薄片實驗,依據(SY/T5368-2000)行業(yè)標準,利用石英、長石和巖屑三端元的含量對蘇格里地區(qū)儲層巖性進行分析,統(tǒng)計表明:盒8上段儲層砂巖類型主要有石英天砂巖、石英砂巖和少量石英長石砂巖;碎屑成分以石英、巖屑為主,石英含量較高,占總碎屑含量的74.4%～93.8%,平均為86.4%;長石含量低,平均為0.2%;巖屑含量較高,在6.2%～23.3%之間,平均為13.3%,以變質巖屑和火成巖屑為主,分別是10.1%和3.2%。

盒8上段填隙物的總體積含量為7.763%(表1),該區(qū)域主要包括粘土礦物。高嶺石、水云母、硅質一般發(fā)育在盒8上,體積含量分別為3.208%、2.444%、0.583%。蘇48 區(qū)塊盒8 上段儲層的砂巖粒徑主要分布在0.5～1.60 mm 之間,砂巖類型以粗粒、粗-巨粒砂巖為主,分選性中等-好,磨圓度以次棱狀為主,少量圓狀和次棱-次圓狀,膠結類型以次生加大-孔隙式為主,少量孔隙式膠結。

表1 研究區(qū)目的層碎屑巖填隙物組分體積含量統(tǒng)計表 (%)

2.2 儲層物性

通過對蘇48 區(qū)塊共計44 塊樣品進行物性測試,數據表明:蘇48 區(qū)塊石盒子組8 的孔隙度在2.7%～14.01%之間,平均7.43%;滲透率在0.03～5.14×10-3μm2之間,平均0.73×10-3μm2。對于蘇48 區(qū)塊的各小層物性統(tǒng)計表明:其孔隙度主要分布于3%～9%之間,累積頻率達到66%;滲透率主要分布于0.1～0.3×10-3μm2,累積頻率達到39%。

圖3 研究區(qū)孔隙度和滲透率頻率分布圖

3 儲層非均質性

儲層非均質性反應了儲層質量的優(yōu)劣,是控制和影響注入劑波及體積的關鍵地質因素。而關于儲層非均質性,國內外研究較多,根據裘亦楠的儲層非均質性分類標準,將儲層非均質性劃分成三個部分:平面非均質性、層間非均質性和層內非均質性。

3.1 層內非均質性

層內非均質性是一個垂向變化的過程,參照我國砂巖儲層非均質性程度以滲透率變異系數為核心的分級標準表,通過計算各小層滲透率參數(變異系數、突進系數、極差系數),得到了研究區(qū)各層的非均質性的強弱。由表2 可得出,盒非均質性較強,盒非均質性中等。

表2 蘇48 區(qū)塊非均質性評價表

3.2 層間非均質性

層間非均質性是指一套含油層系內的砂體或者相鄰儲集層垂向上的巖性、結構、物性等層間的總體特征[4]。屬層系統(tǒng)規(guī)模的儲集層描述,包括各種沉積環(huán)境的砂體在剖面上交互出現的規(guī)律性,以及隔層的發(fā)育和分布規(guī)律。它是確定開發(fā)方案的地質基礎。用來定量描述層間非均質性程度的參數是砂巖密度和分層系數,其中砂巖密度是指垂向上砂巖總厚度與地層總厚度之比,其比值越大說明砂體越發(fā)育。隨著分層系數逐漸增大,其非均質性越來越強。

對于較高砂巖密度和高的分層系數,其最主要的特征為層間非均質性中等-較強,其具有代表性的巖層為盒8上2;對于中等的砂巖密度和較高的分層系數,其最主要的特征為砂巖疊互狀產出、層間非均質性較強,其具有代表性的巖層為盒8上1(如表3)。

表3 蘇48 區(qū)塊分層系數與砂巖密度組合反應層間非均質性

根據計算結果可得:在垂向上由上而下、層間非均質性依次減弱、砂體發(fā)育的情況依次增強。而且儲集層小層砂體在垂向物性上表現出較強的非均質性。

3.3 平面非均質性

平面非均質性是指主要指儲集層孔隙度和滲透率在平面上變化的差異性。且會對井網布置造成很大的影響。從研究區(qū)的分布特征可以看出盒8 段的主要砂體厚度較薄,雖其分布穩(wěn)定,但是各條砂體之間發(fā)生的是匯合分支;然而對于砂體較厚的井區(qū),最后可達17.9 m,但其中7 條砂體之間均發(fā)生匯合分支,且其非均質性較強。

砂體的規(guī)模和連續(xù)性影響著儲量的大小與井網井距。研究區(qū)所統(tǒng)計的井口數量為125 口,其中四個小層的平均砂厚分別為5.06 m、6.28 m、7.85 m、6.54 m。而鉆遇率是指鉆遇油(氣)層井數占統(tǒng)計區(qū)總井數的百分數,鉆遇率越高說明平面的側向連續(xù)性好,非均質性較弱;鉆遇率越小說明其平面上的側向連續(xù)性越差,其非均質性也越強。通過計算可得盒8上的側向連續(xù)性差。

4.儲層的孔隙非均質性

研究區(qū)不同成巖相物性差異大、非均質性強,因此需要進一步對其進行孔喉形狀、分布及連通情況進行分析。

4.1 儲層孔隙定性表征

通過鏡下特征觀察研究可知,以殘余粒間孔、巖屑溶孔、晶間孔為主。粒間孔由于具有配位數高、迂曲度小、孔喉半徑大的特點,決定著儲層的儲滲性能是否良好,其占總面孔率的36.3%,其S60 井在3 651.68 m 的粒間孔如下圖4(a)所示。S172 井在3 624.34 m 處由于在沉積和成巖作用下,粒間孔往往會遭到侵蝕和破壞,大多以殘余粒間孔存在;溶蝕孔是在酸性條件下對孔隙原生礦物溶蝕產生的,是一種建設性的成巖作用,往往可以大幅度提高儲層的物性,其占總面孔率的37.8%,如下圖4(b)所示。晶間微孔是指在重結晶和膠結雙重作用產生的規(guī)則晶體孔隙,也能提供很好的儲集空間,多為伊利石和高嶺石晶間孔,其中S60 井在3 651.68 m 處的高嶺石晶間孔如下圖4(c)所示,其占總面孔率的25.9%;通過鏡下觀察可知,研究區(qū)少見單一的孔隙,大多是以多種孔隙的組合,構成了孔滲性能差異大、復雜的混合孔隙網絡,其中S109 井在3 644.41 m 處的粒間孔和溶孔如下圖4(d)所示[5-6]。

圖4 研究區(qū)孔隙類型鏡下特征

4.2 儲層孔隙定量表征

毛管壓力曲線特征。毛管壓力曲線是根據實測的汞注入壓力與相應的巖樣含汞體積,并計算求得汞飽和度值和孔隙喉道半徑值之后,所繪制的毛管壓力、孔隙喉道半徑與汞飽和度的關系曲線如圖5 所示,所測得的數據見表4[7]。

表4 研究區(qū)儲層孔隙分類參數

圖5 研究區(qū)毛細管壓力曲線特征

Ⅰ類毛管曲線位于圖形的最下方,而且處于靠左的位置,樣品共2 塊,占總樣數的11.8%,其中排驅壓力和中值壓力較低,排驅壓力平均在0.1 MPa,中值壓力平均在0.4 MPa,,最大孔喉半徑為15.8 μm;最大進汞飽和度處于四類曲線的中間地位,其中最大為89.52%,最小為78.8%,分選系數基本處于2.5;由于進汞時孔喉半徑峰值在大于5 μm 的區(qū)間內,所以說明孔喉偏粗,分選中等-差,喉道分布集中,而且儲層的儲集能力和滲流能力也相對較好。在沉積微相平面圖上,這些井主要分布在心灘或分流河道中心部位。所研究的區(qū)域中的蘇48 井3 625.1 m 和蘇60井3 665.1 m 等符合這類曲線。

Ⅱ類毛管曲線具有寬的平臺,相對于其他兩類曲線偏左下方一點,但是對于Ⅰ類曲線而言偏右上方一點,樣塊共6 塊,占總樣數的52.9%,其中排驅壓力相對于Ⅰ類毛管曲線較高,其最小0.07 MPa,最大1.8 MPa,平均排驅壓力為0.78 MPa;中值壓力相對于Ⅰ類毛管曲線也較高。平均分選系數是2.087;其最大孔喉半徑在0.41～9.94 μm,其平均為1.997 μm,其所對應的進汞飽和度在71.01%～92.7%之間,平均為84.92%。該類孔隙結構喉道分布相對于Ⅰ類而言更加集中,且孔喉較粗,分選中等,儲集能力和滲流能力相對于Ⅰ類而言更好。從沉積微相平面圖上看,這些井集中分布在分流河道微相中,在物性較好的心灘及邊灘微相中也有所分布。研究區(qū)內的蘇61井3 610.44 m、蘇139 井3 642.8 m 的樣品、蘇60 井3 653.1 m、蘇47 井3 585.4 m、蘇49 井3 631.1 m、蘇139 井3 627.9 m、蘇139 井3 636.4 m、蘇61井3 610.3 m 和蘇49 井3 635.7 m 的樣品符合這類毛管壓力曲線的變化特征。

III 類毛管曲線具有較寬的平臺,略偏向圖的右上方,樣品數為4,占總樣品數的23.5%。排驅壓力相比于其他兩類曲線較高,最小為1.08 MPa,最大為2.55 MPa,平均為1.487 5 Mpa?？缀淼钠骄岫认禂禐?.495。其平均孔喉半徑為0.557 5 μm。平均最大進汞飽和度為67.64%。由上述數據分析表明,孔喉較細,分選中等-差,從沉積微相平面圖上看,這些井主要分布在分流河道邊部,離河道中心較遠。研究區(qū)蘇48 區(qū)塊蘇49 井3 597.1 m,蘇49 井3 631.4 m、蘇49 井3 635.5 m 的樣品以及蘇49 井3 649.9 m的樣品符合這類毛管壓力曲線的特征。但其物性較I 類和II 類明顯變差。

Ⅳ類毛管曲線處于最右上端,該類樣品共2 塊,占總樣品數的11.8%;排驅壓力最高可達3.13 MPa,平均最大孔喉半徑僅為0.92 μm,平均最大進汞飽和度為24.75%。此類孔隙結構孔喉細,分選中等,從沉積微相平面圖上看,主要分布在天然堤微相中。研究區(qū)蘇393 井3 654.9 m 和蘇47 井3 581.1 m 的樣品符合這類毛管壓力曲線特征。研究區(qū)砂體比較發(fā)育,粒度較粗且分選好,孔隙結構類型主要以Ⅱ類和Ⅲ類為主,I 類孔隙數量少,上述具備三類孔隙結構特征的儲層往往具有良好的氣藏,是勘探開發(fā)的重點區(qū)域[8]。

5 總結

(1)研究區(qū)屬于三角洲平原相曲流河沉積,在弱還原環(huán)境和較強水動力條件下,發(fā)育有分流河道、心灘以及天然堤等沉積微相,巖性主要為淺灰色含礫粗砂巖和巖屑石英砂巖,分選性中等,粒度較粗,在縱向上主要以復合韻律為主?？诐B物性參數差異大,屬于典型的特低孔-特低滲致密砂巖氣藏。

(2)利用變異系數、突進系數、極差系數、分層系數、砂巖密度以及鉆遇率等參數對其平面非均質性、層間非均質性和層內非均質性進行定量表征,側向連續(xù)性差、隔夾層多,表明研究區(qū)具有中等-較強非均質性。

(3)通過鏡下特征觀察研究可知,研究區(qū)以殘余粒間孔、巖屑溶孔、晶間孔為基礎,構成了孔滲性能差異大、復雜的混合孔隙網絡;進一步通過中值壓力、排驅壓力、最大進汞飽和度等參數,將儲層孔隙分為四類,以Ⅱ類和Ⅲ類為主,是勘探開發(fā)的重點區(qū)域。