川东北元坝须家河组第二段下亚段气层低阻成因

秦 华， 王 威

(中国石化勘探南方分公司研究院，成都 610041)

川东北元坝须家河组第二段下亚段气层低阻成因

秦 华， 王 威

(中国石化勘探南方分公司研究院，成都 610041)

探讨川东北元坝须家河组第二段下亚段气层低阻成因机制。通过系统分析储层段岩心薄片、物性、压汞、扫描电镜等分析测试资料，并对比其他区低阻现象，发现其岩性致密，导电矿物含量极少，微孔隙发育且含大量比表面积高的亲水性次生黏土矿物。这套储层低阻主要是地层含水引起，并且其特殊含水产状才是低阻的主要原因。

元坝；须家河组；电阻率；低阻；含水饱和度；黏土矿物

川东北元坝地区西北部的须家河组第二段下亚段(简称须二下亚段)中部岩屑砂岩储层为致密砂岩储层，其组成(质量分数)分别为：w石英=30%～50%，w岩屑=30%～40%(以沉积岩为主,变质岩次之)，w长石=10%～15%，w黏土杂基平均为10%；粒度多为中粒，少量粗粒和细粉粒，分选中等，平均为孔隙度为5.774%，平均渗透率为0.046×10-3μm2，属于特低孔特低渗致密砂岩储层。多口井测试获日产气数万立方米，为大型深层、低丰度、低产、基质孔隙型干气藏。但相对于该亚段顶部石英砂岩储层电阻率值多在百余欧姆·米，岩屑砂岩产气层电阻率值仅10～20 Ω·m，相邻较差储层电阻率值则多在数十至百余欧姆·米，储层具有“块状低阻、产层更低”的特征，与传统认识的“含气电阻率值变高”现象相反，甚至比同层段泥岩平均电阻率值还低。

1 泥浆对地层的侵入

1.1 泥浆对孔隙的污染

在地层水矿化度较低或含水较少情况下，泥浆侵入后双侧向电阻率曲线会出现正幅度差，差值越大，表明泥浆侵入对电阻率影响越大。而对产层电阻率统计表明：大部分井产层无明显幅度差，其中部分井表现为微小正幅度差，另有部分井出现微小负幅度差。即使同一口井，产层内上下岩性及相应的其他曲线相近的情况下，部分段出现微小正幅度差，也有部分段出现更小负幅度差，无明显规律。即使正的幅度差相对比较明显的YL10井(图1)，低阻层段平均正幅度差也很小(≤5%)，几乎可以忽略不计。

参考井漏和储层污染情况，除YL9井外，产层均未出现井漏。YL9井的井漏段也和附近未漏段电阻率值无明显差别；而YB2井表皮系数为1.26，即地层仍存在一定储层污染(认为主要来自钻井过程中泥浆的侵入)，正幅度差小且不明显，更说明了泥浆对电阻率值几乎不影响。

图1 YL10井测录井综合柱状图Fig.1 Logging integrated histogram of Well YL10

1.2 泥浆对裂缝的污染

当粒间孔隙与裂缝并存时，且裂缝尤其是微裂缝大量发育时，在钻井过程中会有相当的泥浆滤液侵入，驱赶并代替裂缝中的油气，使储层的电阻率明显下降，缩小了与水层的差别。

本区须二段下亚段储层岩性以高含岩屑为特征，岩屑主要为沉积岩碎屑和变质岩碎屑，石英含量相对低(质量分数<50%)，黏土杂基含量高，地层表现为塑性，不易形成裂缝，且电成像测井及大量储层段岩心均显示裂缝不发育，更不存在普遍性，故不存在泥浆大量侵入裂缝造成地层电阻率普遍偏低的条件。

2 地层骨架导电

2.1 黏土矿物

由阳离子交换产生的导电性称为黏土结合水的附加导电性，该附加导电性降低了含黏土的砂岩地层的电阻率。其影响因素主要有：(1)黏土矿物的阳离子交换能力：蒙脱石最强，伊利石其次，高岭石和绿泥石最低。(2)黏土的比表面积：颗粒越小，比表面积越大，黏土同附近水溶液接触面积也越大；所以，当黏土成分相同时，阳离子交换能力随黏土颗粒变小、比表面积增大而增大[1,2]。

在高地层水矿化度的情况下, 黏土矿物的附加导电性可忽略不计[3-5]。由于本区该测试层不产水，仅通过参考邻区安岳—合川气田须二段气藏地层水矿化度(163.1 g/L)[6]，并与其他气田低阻层类比计算表明：在较高矿化度地层水地区，当含气饱和度<60%时，黏土的附加导电性对地层的导电性只有10%左右的贡献，其影响是比较小的。故本储层黏土的附加导电性不是导致气层低阻的主要因素。

2.2 导电矿物

沉积储层中所含导电矿物主要有黄铁矿、磁铁矿和菱铁矿等，其对低阻造成的影响一般视具体情况而定，如本区印支期风化壳附近电阻率值常出现尖峰状低值，可低至2.50 Ω·m，相应伽马曲线为尖峰状极高值，研究表明为低能还原环境导致泥质中富含黄铁矿引起。而须二段的岩屑砂岩储层段不存在上述低能还原环境，伽马曲线也均为块状低值，二者区别明显。另外如塔里木盆地台盆区储层骨架中富含黄铁矿,导致油层电阻率降低[7]；且通过大量岩心和薄片观察，本层段导电矿物含量极低且分布不均，呈现零星分布，空间上也不能相连，故不对低阻形成系统影响。

3 地层水

3.1 含水率

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尽管该储层含水饱和度较高，平均近40%，但测试均不含水，证实为束缚水。通过对该储层的取心资料统计，粒度越大，则孔隙度越大，含水饱和度越小，即粒度与孔隙度近似正相关，与含水饱和度反相关，如孔隙度相对高的中砂岩含水饱和度多在40%以下，孔隙度相对低的细粉砂岩含水饱和度多在40%以上(表1)。

本区电阻率值较低的储层往往为粒度相对粗的中砂岩，即电阻率值越低的地层反而表现为含水饱和度低。但该现象并不能说明含水与低阻无关。进一步计算同一口井取心的9个样品，发现总含水率(孔隙度×含水饱和度)越高，电阻率值越低 (图2)。分析认为该储层含水率高(平均约3%)为低阻的主要原因之一，这也解释了含水饱和度较高的细、粉砂岩反而相对高阻的现象。

对比本区含水率接近的长兴组白云岩储层，电阻率值高达数百欧姆·米；相邻层位须二下亚段顶部石英砂岩储层也具有接近的含水率，电阻率值在100 Ω·m左右。可见含水率高并不是引起低阻的根本原因。

表1 不同粒度储层孔隙度与含水饱和度关系Table 1 The relationship between porosity and water saturation of the reservoirs with different grain size

图2 Y6井须二段岩心含水率与电阻率关系图Fig.2 The relationship between the core moisture and resistivity of Well Y6

3.2 含水产状

储层中的束缚水包括微孔隙中不能流动的水和吸附在岩石颗粒表面上的水[8]。

3.2.1 微孔喉含水产状

薄片观察发现储层面孔率多为1%左右，远低于孔隙度值。进一步通过扫描电镜观察，发现储层孔隙类型主要为黏土杂基充填粒间孔形成的黏土杂基孔和少量晶间孔、长石溶蚀孔等超微孔，残余原生孔少见，多数孔径<10 μm(图3)。

压汞最大进汞饱和度为47.75%～97.45%；退汞率为0%～29.1%，平均为12.368%，表明储层孔隙结构复杂。孔喉直方图(图4)表明存在大量喉道半径小于水膜厚度(测定水膜平均厚度为0.035 μm)的孔喉。喉道半径统计结果(表2)也表明该储层孔喉半径普遍偏小。

图3 须二下亚段主要孔隙类型Fig.3 The main pore types of the reservoir in Member 2 of Xujiahe Formation(A)黏土杂基孔; (B)石盐晶体晶间孔; (C)长石粒内溶孔; (D)长石粒间/粒内溶孔

图4 典型样品孔喉直方图Fig.4 The pore throat histogram of typical samples

可见微观上存在2个系统：一个是由尺度下限受毛细管力瓶颈约束的相对大孔喉形成的流体渗流系统；另一个是主要由微孔喉尤其是极细微孔喉(孔喉半径<0.1 μm)形成的导电系统，流体在其中流动缓慢或几乎不能流动，部分束缚水存在于其中导致电阻率的降低。

相比以残余原生粒间孔为主要孔隙类型的常规储层，束缚水因毛细管作用主要呈漏斗状存在于喉道中最细的部分附近和不连通的“死孔”中，其孔喉形成的“一球多管”的“金刚石”式导电结构存在2个导电缺陷：一是可能由于渗透性好使得孔隙中不含水，束缚水仅存在于喉道中，使得束缚水形成的导体在空间上不连续；二是对空间上能连续分布的束缚水形成的导体，导电能力取决于细喉中最细的部分。本储层微孔隙导电系统则不存在上述缺陷。

3.2.2 黏土矿物含水产状

通过薄片镜下观察，低阻段钾长石质量分数为10%～15%，黏土杂基的质量分数则在10%左右，成分主要为伊利石及少量绿泥石和伊蒙混层。通过扫描电镜观察(图5)，伊利石多以丝缕状状相互搭桥存在或以蜂巢形态产出，为交代高岭石和伊蒙混成成因，陆源沉积的较少见[9,10]。同时钾长石溶蚀现象常见，可见伊利石主要由钾长石直接或间接转化而来。绿泥石则主要来源于蒙脱石的转化[11]和富含铁镁的孔隙流体渗入[12,13]，将层状硅酸盐(伊利石、蒙脱石、高岭石)快速转化成绿泥石[14]。

表2 须二下亚段岩心压汞喉道半径统计Table 2 The statistics of throat radii of cores in Member 2 of Xujiahe Formation

图5 须二段岩屑砂岩储层中伊利石常见类型Fig.5 Common illite types in the lithic sandstone reservoir the Member 2 of Xujiahe FormationA、B为紧密堆积片状; C、D、E为片状、丝缕状并相互搭桥状伊利石; F为蜂巢状伊利石

图6 须二段岩屑砂岩中黏土矿物产状Fig.6 The occurrence of clay minerals in the lithic sandstone in Member 2 of Xujiahe Formation(A)绿泥石垂直颗粒边缘生长; (B)弯曲片状伊利石充填孔隙

岩心样品润湿性测定结果表明储层段岩石表现为亲水。本储层所含伊利石、绿泥石均具有较好的亲水性，部分束缚水存在于黏土矿物表面。微观上伊利石、绿泥石集合体形态多为针叶状、片状、搭桥状、玫瑰花状等，导致含水比表面积大，相当于增加了导体横切面积。另外伊利石多充填孔隙(图6-B)，绿泥石则多环绕颗粒表面垂直生长(图6-A)，形成颗粒包膜绿泥石，二种产状形成互补。

由于黏土矿物亲水性形成水膜和上述产状形成好的导体，且具有黏土包壳的颗粒间多为线接触-凹凸接触导致接触面积大，相当于具有一定厚度的球面状导体紧密堆积，形成连续的蜂窝状“立体面网”式导电结构，使导体变均匀，从而优化导电结构。

需要指出的是，上述微孔隙含水形成的导电系统和片状黏土矿物表面含水形成的导电系统微观上并不能完全区分，二者相互结合，分析认为此为造成低阻最根本的原因。

4 结 论

a.本区须二段储层低阻主要原因为地层含水，但含水率高只是一方面原因，根本原因是其特殊含水产状。

b.本区须二段储层低阻与泥浆污染、导电矿物无关，黏土矿物附加导电对低阻贡献较小。

c.本类储层束缚水饱和度高的原因：一是黏土矿物充填孔隙、堵塞喉道导致孔隙结构复杂，大量微孔隙含水；二是具大比表面积的黏土矿物表面含水。

d.对此类储层通过寻找低阻层来间接识别相对“高孔”层是有效的，即与伽马曲线配合寻找中低阻背景下块状“更低阻层”。

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Genesis of low resistance of lithic sandstone reservoir in Member 2 of Xujiahe Formation in Yuanba area, Northeast Sichuan, China

QIN Hua, WANG Wei

ResearchInstituteofSouthexplorationCompany,SINOPEC,Chengdu610041,China

This paper discusses the genetic mechanism of the low resistance of the reservoir in Member 2 of Upper Triassic Xujiahe Formation in the west of the Yuanba area in Northeast Sichuan. Through the systematic analysis of the rock slices, petrophysical characters, mercury injection parameters, SEM data and compared with the same phenomena of the low resistance in other areas. It is found that this reservoir has tight lithology, rarely conductive mineral content, well-developed micropores and a large number of hydrophilic secondary clay minerals with big specific surface. The low resistance of this reservoir is caused by the formation water and the special aqueous occurrence is the main reason of low resistance.

Yuanba; Xujiahe Formation; resistivity; low resistance; water saturation; clay mineral; conductivity

10.3969/j.issn.1671-9727.2014.05.06

1671-9727(2014)05-0577-05

2013-06-19 [基金项目] 国家科技重大专项(2011ZX05002-004)

秦华(1980-),男,工程师，主要从事石油地质综合研究, E-mail:qinh.ktnf@sinopec.com。

TE122.23; P631.811

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