苏里格气田致密气下限重新认识

2014-05-10杨小明石玉江张海涛钟晓勤

测井技术 2014年3期

杨小明, 石玉江, 张海涛, 钟晓勤

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

0 引言

国家能源局制订的行业标准中[1]定义致密砂岩气为“覆压基质渗透率小于或等于0.1×10-3μm2的砂岩气层,单井一般无自然产能或自然产能低于工业气流下限,但在一定经济条件和技术措施下可获得工业天然气产量。通常情况下,这些措施包括压裂、水平井、多分支井等”。苏里格气田储量计算中气层有效厚度的下限一般采用测试法确定。测试法标定下限的结果,空气渗透率为0.1×10-3μm2,孔隙度为5.0%,含水饱和度为50%。根据近几年苏里格地区致密气试气情况统计,一定数量低于该下限标准的致密气储层试气获得了大于1.0×104m3/d的井口产量,按照现有下限标准解释致密气会漏失部分有效储层,因此,需研究新的致密气下限标准解决勘探生产中存在的问题。

1 苏里格致密砂岩气层基本特征

按照新的致密砂岩气定义,收集了苏里格地区2007-2012年44口井(空气渗透率低于0.3×10-3μm2)致密气层测井、地质及分析化验等资料进行了详细分析,其中试气井口产量大于1.0×104m3/d的井有27口,占总井数的61.4%。从统计情况看,致密气层经过成功压裂改造,试气产量能够达到1.0×104m3/d以上。通过分析岩石学资料发现,苏里格地区致密气层岩性以岩屑石英砂岩与岩屑砂岩为主,孔隙类型主要是溶孔、晶间孔及微孔(见图1、图2),其物性整体表现为高密度(一般大于2.50 g/cm3)、低孔隙度(一般小于8%)、特低渗透率(一般小于0.3×10-3μm2)、高束缚水饱和度(一般大于55%)等特点,与常规储层差异明显。图3中S343井山1段3 703～3 709.88 m致密气层其密度为2.62 g/cm3,分析孔隙度5.2%,分析渗透率0.078×10-3μm2,分析含水饱和度52%,按照现有储量下限标准解释应为干层。但该层经过压裂改造,试气获井口产量1.106 7×104m3/d,试气效果良好。

图1 致密砂岩气储层碎屑颗粒直方图

图2 致密砂岩气储层孔隙特征直方图

图3 S343井山1段测井解释成果图*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同;1 mD=9.87×10-4 μm2,下同。

2 苏里格地区致密砂岩气层解释下限确定

常规储集岩中孔喉直径通常大于2 μm,致密含气砂岩介于2～0.03 μm之间,致密砂岩储层孔喉比常规砂岩储层细小,常规砂岩储层确定下限方法已不适用。本文将通过研究致密砂岩气层临界孔喉半径,进而确定致密砂岩气层物性下限,并利用密闭取心刻度法和气-水相渗法研究致密砂岩气层含气饱和度下限。

2.1 孔喉半径下限法确定物性下限

孔喉半径下限法是先确定储集层的孔喉半径下限,然后根据压汞实验中渗透率与孔喉半径(孔喉中值半径)的关系求出渗透率的下限值,最后利用孔隙度渗透率关系得出孔隙度下限值。

据邹才能等的研究成果[2],研究含气致密砂岩储层的喉道半径下限需要获得2个关键参数:①甲烷分子被稳定吸附的喉道尺寸临界值(或甲烷可以自由脱附的喉道尺寸临界值);②束缚水膜的厚度。两者相加即是理论上含气致密储层的喉道尺寸下限,进一步推导即可得出含气致密砂岩储层的物性下限。邹才能等通过苏里格气田样品孔隙尺寸大小和比表面积值的测试实验得出,甲烷分子被稳定吸附的喉道尺寸临界值约为20 nm;通过压汞实验得出,束缚水膜厚度平均值约为20 nm,由此可得苏里格气田致密气层孔喉半径下限为40 nm(0.04 μm)左右[2]。

利用苏里格地区20口井29个样品点致密砂岩储层压汞实验数据,统计出了致密砂岩储层渗透率与孔喉中值半径关系(见图4)。0.04 μm孔喉中值半径对应的渗透率为0.04×10-3μm2,该渗透率可以作为致密气层渗透率下限[3]。结合苏里格气田致密砂岩储层31口井504个样品点分析孔隙度一分析渗透率关系图(见图5)确定致密气层孔隙度下限为3%。

图4 苏里格地区致密砂岩气层压汞分析渗透率与孔喉中值半径关系图

图5 苏里格地区致密砂岩储层分析渗透率与分析孔隙度关系图

2.2 饱和度下限确定

2.2.1 密闭取心刻度法

密闭取心是采用密闭取心工具与密闭液,在水基钻井液条件下取出不受钻井液自由水污染的岩心,密闭取心分析含水饱和度接近地层真实含水饱和度,可信度高。本文首先利用致密砂岩密闭取心分析含水饱和度刻度测井计算含水饱和度,进而确定致密砂岩含气饱和度下限。

苏里格地区孔隙度渗透率关系较为复杂,储层的电性质与原生粒间孔隙为主的纯砂岩储层电性质有很大的差别,地层因素—孔隙度关系及电阻增大率—含水饱和度关系在双对数坐标下并不是线性关系,Archie模型难以适用。针对这一难题,建立了基于密闭取心刻度的含水饱和度计算模型。方法是对苏里格致密砂岩储层,首先用常规岩电参数代入阿尔奇公式计算其含水饱和度,并与密闭取心分析含水饱和度进行交会,得出密闭取心分析含水饱和度与计算含水饱和度的校正公式(见图6)。

Sw密闭=42.3 ln(Sw计算)-98.135

(1)

图6 苏里格地区盒8段密闭取心分析含水饱和度与测井计算含水饱和度交会图

然后利用上述校正公式,计算苏里格地区已试致密气井含气饱和度,并作孔隙度、渗透率与计算含气饱和度的交会图;气层含气饱和度下限值为26%。

2.2.2 气-水相渗法

根据曼农划分下限的方法,对于任一种岩样的相对渗透率曲线,其临界水饱和度和残余油饱和度之间的范围所对应的毛细管压力曲线上的高度为过渡带,在过渡带中油(气)水同产。对于确定的水饱和度,它相应有对油(气)和水的相渗透率曲线,当对水的相渗透率曲线占主导地位时,储集岩在开采条件下主要是产水。因此,可以根据对油(非润湿相)的相对渗透率的下部拐点作为划分储集岩下限的标准。这种方法实际应用也比较广泛,但是,在确定曲线拐点的时候不易区分,通常是取曲线的交叉点作为下限标准[4]。本文将相渗曲线中水和气相渗透率的交点所对应的含水饱和度作为储集层具有天然气产能的下限。

图7 致密气层密闭取心刻度含气饱和度与孔隙度、渗透率交会图

根据以上方法,收集苏里格地区致密砂岩储层24块样品的气-水相对渗透率资料。两相渗曲线的交点含水饱和度分布在61.2%～85.0%(见表1),平均值为73.9%,即对应含气饱和度下限为26.1%,与密闭取心资料确定的含气饱和度下限基本一致。

通过以上分析,结合实际生产情况,建立了苏里格致密砂岩气层物性及含气饱和度下限标准,即孔隙度下限为3%,渗透率下限为0.04×10-3μm2,含气饱和度下限为26.0%(见图7)。

表1 气-水相渗曲线交点含水饱和度

3 实际应用

苏里格南区储层整体埋藏深,厚度薄,物性差,普遍发育致密气层。图8中,苏南S314井山1段3 763.25～3 774.38 m致密气层视电阻率46.3 Ω·m,声波时差220.7 μs/m,测井密度2.63 g/cm3,平均分析孔隙度6.0%,平均分析渗透率0.065×10-3μm2,密闭取心刻度法计算含气饱和度为32.6%,一次测井解释为干层。二次精细解释时,发现该层气测录井有显示,且满足新的致密砂岩气层下限标准,解释为致密气层,试气获得井口产量1.326 5×104m3/d,验证了致密气层物性下限的正确性。

苏里格东区储层微孔隙较发育,普遍发育高束缚水饱和度致密气层。如图9,苏东Z54井盒8段3 098.5～3 104.0 m致密气层视电阻率18.7 Ω·m,声波时差248.5 μs/m,测井密度2.50 g/cm3,平均分析孔隙度11.2%,平均分析渗透率0.265×10-3μm2,密闭取心刻度法计算含气饱和度25.6%;3 124.0～3 128.8 m致密气层视电阻率19.1 Ω·m,声波时差244.1 μs/m,测井密度2.47 g/cm3,平均分析孔隙度 11.1%,平均分析渗透率0.384×10-3μm2,密闭取心刻度法计算含气饱和度26.9%,这2个段气层含气饱和度在新的致密气层下限标准附近,试气获得井口产量2.394 7×104m3/d,不产水验证了致密气层含气饱和度下限的正确性。,