鄂尔多斯盆地东部地区盒8段致密砂岩气低产原因分析

赵会涛，王怀厂，刘健，丁雪峰，刘燕

鄂尔多斯盆地东部地区盒8段致密砂岩气低产原因分析

赵会涛1，2，王怀厂1，2，刘健1，2，丁雪峰3，刘燕1，2

（1.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，西安710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710018；3.中国石油长庆油田分公司勘探部，西安710018）

鄂尔多斯盆地东部地区上古生界盒8段为低孔、低渗致密砂岩储层，单井产量低，制约了该区规模储量的提交和气田的大规模有效开发，因此，有必要深入研究该区致密砂岩储层特征，并分析单井低产原因。运用铸体薄片、物性分析、高压压汞、恒速压汞、气水相渗、核磁共振与应力敏感性实验等技术手段，深入研究了该区盒8段致密砂岩储层特征和单井低产的原因，并与已开发的苏里格气田进行了对比。结果表明：研究区盒8段储层具有物性差、刚性组分含量低、塑性组分含量高、喉道半径小和可动流体饱和度低等特点；地层条件下盒8段储层应力敏感性强、水锁伤害大、气相渗流能力弱和水锁损害率高均是造成单井产量低的原因。

致密砂岩；储层特征；低产原因；盒8段；鄂尔多斯盆地

0 引言

近年来，致密砂岩气藏已逐渐成为国内外天然气勘探开发的热点和现实领域，致密砂岩气在天然气产量中所占的比例越来越大，具有良好的勘探开发前景［1-4］。鄂尔多斯盆地东地区的伊陕斜坡东北部，上古生界石盒子组盒8段是该区天然气勘探的主要目的层。储层岩石类型主要为岩屑石英砂岩，孔喉特征为中小孔-微细喉型组合，渗透率普遍小于1 mD，为低孔、低渗致密砂岩储层［4］。单井产量低，普遍小于2万m3/d，制约着该区规模储量的提交和气田的大规模有效开发。因此，深入研究该区盒8段致密砂岩储层特征和分析单井低产的地质原因，对制定合理的储层压裂改造工艺措施、提高单井产量和实现该区致密砂岩气藏的规模有效开发均具有重要意义。

1 储层特征

1.1 储层岩石学特征

1.1.1 岩石类型

根据鄂尔多斯盆地东部地区上古生界60余口探井盒8段400余块薄片资料统计，该区上古生界盒8段储层主要有3种岩石类型：石英砂岩、岩屑石英砂岩和岩屑砂岩（图1）。统计结果表明：该区储层岩屑石英砂岩所占比例最高，达65.3%，岩屑砂岩次之，所占比例为22.5%，石英砂岩较少，所占比例为12.2%。

图1 鄂尔多斯盆地东部地区盒8段储层砂岩类型三角图 （样品数：425块）Fig.1Triangular diagram of sandstone types of He 8 member in eastern Ordos Basin

1.1.2 岩石组分特征

（1）碎屑组分特征

岩矿分析表明，鄂尔多斯盆地东部地区盒8段储层的碎屑组分主要为石英类（包括石英、燧石及石英岩岩屑），其次为岩屑组分，仅局部偶见少量长石颗粒，长石平均体积分数低于1%（表1）。与鄂尔多斯盆地西部的苏里格气田盒8段储层相比，研究区石英类颗粒含量明显偏低，平均体积分数为79.6%；岩屑含量明显偏高，平均体积分数为20.1%；塑性组分（千枚岩、板岩、片岩与泥岩等岩屑及云母）含量较高，平均体积分数为6.3%。

表1 鄂尔多斯盆地东部地区与苏里格气田盒8段储层组分对比Table 1Comparison of reservoir component of He 8 member in the eastern Ordos Basin and Sulige Gas Field %

（2）填隙物组分特征

鄂尔多斯盆地东部地区盒8段储层填隙物主要为黏土矿物（水云母、高岭石与绿泥石膜）、硅质、碳酸盐胶结物和凝灰质。与苏里格气田盒8段储层相比，研究区填隙物中水云母与铁方解石含量明显偏高，平均体积分数分别为4.90%与1.70%（表2）。

表2 鄂尔多斯盆地东部地区与苏里格气田盒8段储层填隙物组分对比Table 2Comparison of reservoir filling material component of He 8 member in eastern Ordos Basin and Sulige Gas Field

1.2 物性特征

56口井1 120块岩心物性分析结果（表3）表明：鄂尔多斯盆地东部地区盒8段储层平均孔隙度为7.5%，平均渗透率为0.481 mD；苏里格气田盒8段储层渗透率小于1 mD的样品占76%，而研究区盒8段储层渗透率小于1 mD的样品达94%。由此表明，研究区与苏里格气田盒8段同属致密砂岩储层，但研究区储层更致密。

表3 鄂尔多斯盆地东部地区与苏里格气田盒8段储层物性对比Table 3Comparison of reservoir properties of He 8 member in eastern Ordos Basin and Sulige Gas Field

1.3 孔隙结构特征

对鄂尔多斯盆地东部地区盒8段储层20口井54块样品的压汞参数统计（表4）表明：排驱压力为0.20～7.76 MPa，平均为1.19 MPa；中值压力为6.34～44.53 MPa，平均为21.14 MPa，表现为较高的排驱压力和中值压力，反映储层的渗透性较差；中值喉道半径较小，平均为0.32 μm，表现为微细喉道的特征；最大进汞饱和度较大，但退汞效率较低，表明喉道和孔隙间的连通性较差；分选系数较大，平均为0.81，均质系数较小，平均为0.34，表明孔喉分选性较差。另外，研究区盒8段储层压汞曲线形态平台不明显（图2），同样表明储层孔喉分选性较差。

表4 鄂尔多斯盆地东部地区盒8段储层孔隙结构参数Table 4Reservoir pore structure parameter of He 8 member in eastern Ordos Basin

图2 鄂尔多斯盆地东部地区盒8段储层压汞曲线特征Fig.2Mercury injection curve characteristics of reservoir of He 8 member in eastern Ordos Basin

1.4 应力敏感性特征

储层的应力敏感性是指当有效应力增大时，岩石的孔隙度与渗透率等参数会降低的现象，尤其是渗透率，随着有效应力增大其减小的幅度尤为显著［5-7］。根据鄂尔多斯盆地东部地区盒8段储层应力敏感性实验结果（图3），石英砂岩和岩屑石英砂岩的应力敏感性存在明显差异；2块石英砂岩样品的有效应力与渗透率关系曲线平缓，随着有效应力增加，2块石英砂岩样品渗透率的下降幅度明显低于2块岩屑石英砂岩样品。石英砂岩样品的地表常规渗透率是覆压为35 MPa条件下渗透率的3.3倍（表5），而岩屑石英砂岩样品的地表常规渗透率是覆压为35 MPa条件下渗透率的4.1倍，表明岩屑石英砂岩的应力敏感性显著强于石英砂岩。

图3 鄂尔多斯盆地东部地区盒8段储层有效应力与渗透率关系图Fig.3Relationship between effective stress and permeability of reservoir of He 8 member in eastern Ordos Basin

表5 鄂尔多斯盆地东部地区盒8段储层空气渗透率与35 MPa覆压渗透率对比Table 5Comparison between air permeability and permeability of 35 MPa overburden pressure of reservoir of He 8 member in eastern Ordos Basin

1.5 渗流特征

笔者应用气水相渗和核磁共振实验研究了鄂尔多斯盆地东部地区盒8段储层的渗流特征。通过研究区2口典型井岩屑石英砂岩与苏里格气田2口典型井石英砂岩储层渗流特征对比发现（均为本次研究分析测试结果），该区储层的渗流特征与苏里格气田储层存在明显差异。

1.5.1 气水相渗实验

通过研究区与苏里格气田盒8段储层气水相对渗透率曲线对比（图4）发现，研究区岩屑石英砂岩气相相对渗透率曲线陡直，随含水饱和度增大，气相相对渗透率降低幅度大；气水共渗区较小，水相相对渗透率曲线对应的束缚水饱和度为64.8%，明显大于苏里格气田石英砂岩束缚水饱和度（48.9%）。表明该区岩屑石英砂岩在气水两相渗流作用下，束缚水饱和度较高，气相渗流能力弱。

1.5.2 核磁共振实验

核磁共振实验通过对储层孔隙流体中氢核信号的观测，可直接测量岩石孔隙中的流体特性，获取储层有效孔隙度、渗透率、可动流体和束缚流体体积［8-9］。笔者选取鄂尔多斯盆地东部地区Sh×井和苏里格气田Su×井盒8段2块孔隙度接近（分别为8.4%和8.2%）而岩性不同（分别为岩屑石英砂岩和石英砂岩）的岩心样品进行核磁共振实验。结果显示（图5、表6），Sh×井盒8段岩屑石英砂岩储层可动流体饱和度为26.8%［图5（a）］，Su×井盒8段石英砂岩储层可动流体饱和度为57.5%［图5（b）］。由此表明，鄂尔多斯盆地东部地区盒8段岩屑石英砂岩储层黏土矿物束缚水微孔较为发育［10］，束缚水流体饱和度高，可动流体孔隙度小，可动流体饱和度低，渗流能力弱。

图4 鄂尔多斯盆地东部地区Yu×井（a）与苏里格气田T×井（b）盒8段储层气水相对渗透率曲线Fig.4Relative permeability curves of He 8 member of Yu×well in eastern Ordos Basin（a）and T×well in Sulige Gas Field（b）

图5 鄂尔多斯盆地东部地区Sh×井盒8段岩屑石英砂岩储层（a）和苏里格气田Su×井盒8段石英砂岩储层（b）可动流体测试T2驰豫时间谱图Fig.5T2 relaxation time spectrum of movable fluid of lithic quartz sandstone of He 8 member of Sh×well in eastern Ordos Basin（a）and quartz sandstone of He 8 member of Su×well in Sulige Gas Field（b）

表6 鄂尔多斯盆地东部地区Sh×井与苏里格气田Su×井盒8段储层物性与可动流体饱和度对比Table 6Contrast of properties and movable fluid saturation of He 8 member of Sh×well in eastern Ordos Basin and Su×well in Sulige Gas Field

2 低产原因分析

表7 鄂尔多斯盆地东部地区Sh×井与苏里格气田Su×井盒8段电性、物性参数及试气产量对比Table 7Contrast of electrical,property parameters and test yield of He 8 member of Sh×well in eastern Ordos Basin and Su×well in Sulige Gas Field

为了分析鄂尔多斯盆地东部地区盒8段产量影响因素和低产原因，对该区Sh×井和苏里格气田Su×井盒8段电性、物性参数及试气产量（表7）进行了对比分析。从表7可看出：Sh×井试气无阻流量为0.8万m3/d，Su×井试气无阻流量为37.22万m3/d，而Sh×井和Su×井的声波时差和密度均较接近，孔隙度分别为9.6%和9.9%，渗透率均小于1 mD，均属于致密砂岩储层。研究认为鄂尔多斯盆地东部地区盒8段致密砂岩储层地层条件下应力敏感性强、水锁伤害大、气相渗流能力弱和水锁损害率高均是造成单井产量低的原因。

2.1 塑性组分含量高，应力敏感性强

通过对产气段岩矿特征的分析发现，鄂尔多斯盆地东部地区Sh×井产气段储层为岩屑石英砂岩，苏里格气田Su×井产气段储层为石英砂岩。Sh×井储层刚性组分（石英类）体积分数为78.5%，塑性组分体积分数为10.5%，具有刚性组分含量相对较低、塑性组分含量相对较高的特点（Su×井储层刚性组分体积分数为93.9%，塑性组分体积分数为1.1%）。在地层覆压条件下，塑性组分受压变形强烈，应力敏感性强，渗透率降低幅度大，是造成单井产量低的一个重要因素。

2.2 微细喉道发育，水锁伤害大

恒速压汞是近年来发展起来的测定储层孔隙结构的一种非常先进的技术手段，可以在一定的进汞速度条件下，对孔隙大小、喉道大小与孔隙-喉道配置情况进行测试，能够准确反映孔喉的分布情况［11-12］。Sh×井和Su×井盒8段储层岩样的恒速压汞实验（图6、表8）表明：Sh×井喉道半径小于1.5 μm，微喉发育，平均喉道半径为0.81 μm；Su×井相对较大的喉道比较发育，最大喉道半径达4 μm，平均喉道半径为1.34 μm。由于Sh×井储层微喉发育，可动流体饱和度低，束缚水饱和度高，从而导致水锁损害率高，水锁伤害大［13-14］（水锁损害率可达79.9%），外来水侵入储层后气相渗透率降低幅度大，是造成单井产量低的重要原因。

图6 鄂尔多斯盆地东部地区Sh×井与苏里格气田Su×井盒8段储层喉道半径对比图Fig.6Comparison of throat radius of He 8 member of Sh× well in eastern Ordos Basin and Su×well in Sulige Gas Field

表8 鄂尔多斯盆地东部地区Sh×井与苏里格气田Su×井盒8段储层喉道参数及水锁损害率对比Table 8Contrast of throat parameters and water lock damage rate of He 8 member of Sh×well in eastern Ordos Basin and Su×well in Sulige Gas Field

水锁损害率可由下式计算［15］：

式中：Dk为束缚水饱和下的水锁损害率，%；Ko为干岩心的气测渗透率，mD；Kwir为束缚水饱和下岩样的气测渗透率，mD。

3 结论

（1）鄂尔多斯盆地东部地区盒8段储层具有刚性组分含量相对较低、塑性组分含量相对较高、喉道半径小和可动流体饱和度低等特点，储层渗透率普遍小于1 mD，孔喉分选和连通性均较差。

（2）鄂尔多斯盆地东部地区盒8段储层岩屑石英砂岩的应力敏感性显著强于石英砂岩。

（3）鄂尔多斯盆地东部地区盒8段岩屑石英砂岩储层黏土矿物束缚水孔隙发育，束缚水饱和度高，可动流体饱和度低，气相渗透率曲线陡直，含水饱和度高，储层渗流能力弱。

（4）鄂尔多斯盆地东部地区盒8段储层应力敏感性强、水锁伤害大、气相渗流能力弱和水锁损害率高均是造成单井产量低的原因。

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（本文编辑：李在光）

Reasons of low yield of tight sandstone gas of He 8 member in eastern Ordos Basin

ZHAO Huitao1，2，WANG Huaichang1，2，LIU Jian1，2，DING Xuefeng3，LIU Yan1，2
（1.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China；2.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-permeability Oil and Gas Fields，Xi’an 710018，China；3.Department of Exploration，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China）

The reservoir of Neopaleozoic He 8 member in eastern Ordos Basin is characterized by low porosity,low permeability and low single well production,which restricts the large-scale development and submit scale of reserves, so it is necessary to study the characteristics of tight sandstone reservoir in this area and analyze the reason for the low yield of single well.By using cast thin sections,petrophysical analysis,high-pressure mercury injection,constantspeed mercury injection,gas water relative permeability,nuclear magnetic resonance and stress sensitivity experiment technology,this paper studied the characteristics of tight sandstone reservoir and the reasons of low yield of He 8 member in eastern Ordos Basin,and compared with Sulige Gas Field.The results show that the reservoir of He 8 member in the study area has poor properties,low content of rigid component,high content of plastic component,small pore throat radius and low movable fluid saturation.Strong stress sensitivity,great water lock damage and low gas permeability are the geological causes for the low yield of single well in the formation conditions.

tight sandstone；reservoir characteristics；lowyield reasons；He 8 member；Ordos Basin

TE122.2+3

：A

2013-12-07；

2014-03-19

国家重大科技专项“鄂尔多斯盆地天然气富集规律、目标评价与勘探关键技术”（编号：2011ZX05007-004）资助

赵会涛（1969-），男，高级工程师，主要从事天然气勘探方面的研究工作。地址：（710018）陕西省西安市未央区长庆兴隆小区长庆油田勘探开发研究院。E-mail：zht_cq@petrochina.com.cn。

1673-8926（2014）05-0075-05