苏里格气田南区上古气藏低阻气层形成机理

段新国，衡 勇，王洪辉，熊 坤，何 丹

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059；2.中国石油化工股份有限公司 华北油田分公司，郑州450006）

苏里格气田南区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡中西部，总体表现为东北向西南倾斜的单斜构造，发育多排小幅度鼻状隆起［1］。研究区上古气藏主力产气层为盒8段和山1段，属河流—三角洲沉积体系中的河流沉积模式［2－4］，有效储集层段岩石类型以中—粗粒岩屑石英砂岩和石英砂岩为主，分选性与磨圆度均为中等。储层孔隙类型以溶孔和晶间孔为主，发育少量粒间孔；孔隙度主要集中在4.0%～14.0%，平均值为7.9%；渗透率为（0.1～5.0）×10－3μm2，平均为0.584×10－3μm2，属于低孔、低渗储层。随着勘探开发的深入，该区低阻气层发育，气、水层识别难度较大。本文根据岩心分析、测井和试气资料，分析该区低阻的形成机理，为低阻气层的识别奠定基础。

1 低阻气层特征

低阻气层一般定义为在同一油水系统内油气层与纯水层的电阻率之比（电阻增大率）＜2［5］。本次研究在测井资料标准化的基础上统计了63口井的184个试气层段（气层172层、水层12层）的测井和试气资料，水层电阻率为11.9～32.7Ω·m，平均为20.4Ω·m；气层深侧向电阻率主要为15～160Ω·m。根据低阻气层的定义，对于苏南地区，电阻率＜40Ω·m的气层即为低阻气层。从统计结果来看，研究区低阻气层较为发育，所占比例高达20.24%（图1）。气层声波时差主要为215～257μs/m，随着声波时差和孔隙度的增大，气层电阻率呈降低趋势，即物性越好电阻率越低（图2）。

2 低阻气层成因

前人研究表明，低阻气层的成因复杂多样，可形成于沉积、成岩、成藏和钻井等过程中［6］。笔者在岩心、地层水分析、测井和试气等资料的基础上，结合构造特征和沉积背景，排除了砂泥岩薄互层、导电矿物等因素，重点分析了有可能影响电阻率的因素，包括不动水饱和度、黏土矿物、粒度、孔隙结构、地层水矿化度和泥浆侵入等。

图1 苏里格南区上古气藏气层深侧向电阻率直方图Fig.1 Histogram for the formation resistivity of the gas reservoirs in the Upper Paleozoic gas pool in the south of the Sulige gasfield

图2 苏里格南区上古气藏地层电阻率与孔隙度交会图Fig.2 Cross plot of the formation resistivity and porosity in the Upper Paleozoic gas pool of the south of the Sulige gasfield

2.1 高不动水饱和度

不动水是指在一定的生产压差下储层中不可流动的地层水，它是由薄膜滞水和毛管滞水组成。其中薄膜滞水为吸附在岩石颗粒表面不流动的束缚水；毛管滞水是指滞留在毛细管孔隙中的水，它的流动与否主要取决于毛管两端的压力差。

2.1.1 吸附作用的影响

任何颗粒都有吸附地层水的能力，颗粒吸附水的能力主要取决于岩石的比表面积，岩石颗粒越细、比表面积越大，吸附水量越多［7］。苏里格南区为河流—三角洲沉积，河道正韵律砂体顶部水动力比较弱，其砂岩颗粒相对较细，泥质含量高，比表面积大，吸附水量增加，电阻率降低。SN4-97井盒段砂体为正旋回沉积，随着粒度变细，泥质含量增加，含水饱和度增加，电阻率降低，砂体顶部表现为低阻气层特征（图3）。

2.1.2 复杂孔隙结构的影响

孔隙结构是指岩石所具有的孔隙和喉道的形状、大小、分布和相互连通关系［8］。从铸体薄片和扫描电镜来看（图4），研究区上古生界储层发育岩屑溶孔和晶间孔为主，二者约占总面孔率的64.1%。喉道主要为片状、弯片状，孔喉配置关系复杂。溶蚀型高岭石和发丝状伊利石的充填，使得晶间微孔隙发育，孔喉弯曲度增大，直径变小。岩屑溶孔和晶间微孔的发育使得储层具有孔隙度高、渗透率低的特点，孔隙结构指数（渗透率/孔隙度）分布在0.017～0.462，孔隙结构指数较低，反映储层微孔率高。其中低阻气层孔隙结构指数为0.017～0.172，孔隙结构指数值越大，含气性越好。随着孔隙结构指数变大，深侧向电阻率呈增大趋势，表明孔隙结构复杂是低阻成因的主控因素，其他因素对电阻率的影响在15Ω·m之间（图5）。SN4-97井盒射孔段3 564.0～3 566.0m 电阻率为22.46Ω·m，孔隙度为8.5%，渗透率为0.351×10－3μm2，合试日产气3.31×104m3，不产水；孔隙结构指数低、微孔率高，含水饱和度相对较高，气层电阻率相对较低。

图3 苏里格南区SN4-97井盒8段随粒度变化低阻气层Fig.3 Low resistivity gas reservoirs changing with granularity in Member 8of Shihezi Formation in Upper Paleozoic in the south of the Sulige gasfield

图4 苏里格南区盒8、山1段孔隙类型Fig.4 Pore styles of the Upper Paleozoic reservoirs in the south of the Sulige gasfield

图5 苏里格南区低阻气层孔隙结构指数与深侧向电阻率关系Fig.5 Relation of the deep lateral resistivity to the pore structure index of the low resistivity gas reservoir in the Upper Paleozoic，the south of the Sulige gasfield

压汞分析表明（表1）：排驱压力主要为0.01～5.15MPa，均值为1.05MPa；中值压力主要为2.20～36.38MPa，平均为9.05MPa；中值半径为0.01～1.27μm，平均为0.105μm；最大进汞饱和度平均为77.49%，退汞效率为41.15%；储层孔喉结构复杂，具有孔喉小、分选差、排驱压力高的特点。最大进汞饱和度和退汞效率低说明储层不具有渗流能力或渗流能力较差的微、细孔隙所占比例较大，导致不动水饱和度较高，从而导致地层电阻率较低。

2.1.3 天然气富集程度差和气水分异差

根据毛细管压力理论，孔喉越小，毛细管压力越大，油气充填所需驱替力越大［9］。研究区所处的鄂尔多斯盆地属“广覆式”生烃，且天然气充注时储层已致密化［10－12］，天然气在运移过程中总是首先进入物性较好、孔喉较大的储层；对于物性较差、孔喉较小的储层，天然气的充注需要克服较大的毛细管压力。当驱替力不足以克服毛管压力时，地层水被驱替不充分而遗留在微、细孔喉中，导致不动水饱和度高。颗粒越细、泥质含量越高、微细孔喉越发育，不动水饱和度越高。在考虑孔隙结构、烃源、驱替力的情况下，研究区可分为近源高充注高阻模式、远源低充注高/低阻模式、欠饱和充注低阻模式（表2）［13］。

苏里格南区上古气藏烃源主要为山2段［14］。主力产层山1段距离烃源较近，充注程度相对较高，含水饱和度低，电阻率较高，以高阻气层为主；盒8段距离烃源相对较远，充注程度中等或者不足，含水饱和度相对较高，特别是孔隙结构复杂的储层，低阻气层、差气层、气水同层和干层较为发育。研究区气藏具有构造幅度低、砂体横向连续性差、孔隙结构复杂的特征［15］，导致天然气的浮力难以克服低孔喉储层中毛细管力的阻力，微细孔喉中不动水发育，气水分异差，特别是盒8段，含气饱和度相对较低，含水饱和度高，低阻气层和气水同层较为发育（图6）。

2.2 黏土的作用

一般将直径＜2μm的颗粒称为黏土颗粒，它是构成砂岩泥质成分的主要组分［16］。研究区气层电阻率随泥质含量（黏土）的增加而降低。黏土矿物自身带有电荷，具有阳离子减缓吸附的特性，阳离子交换能力越大，附加导电能力越强［17］。研究区盒8、山西组的黏土矿物主要为阳离子交换能力弱的高岭石、水云母和绿泥石，其中高岭石的质量分数为3.32%、水云母的质量分数为5.16%（表3），且地层水矿化度较高，因阳离子交换引起的附加导电作用影响较低。黏土矿物对地层导电作用的影响主要体现在黏土的吸附作用和黏土分布状态所形成的“导电网络”，呈薄膜状分布和孔隙衬边式分布的伊利石和薄膜状分布的绿泥石大幅度增加颗粒表面薄膜水的厚度（图7），改善了地层导电路径；同时，黏土的充填使得孔喉弯曲度增大、直径变小，吸附水溶液中离子的能力变大，束缚水含量大幅度增加，从而使得地层电阻率大幅度降低。

表1 苏里格南区盒8、山1储层压汞参数平均值Table 1 Statistics of the mercury-injection parameters in Upper Paleozoic of the south of the Sulige gasfield

表2 驱替力－孔隙结构与测井响应对比Table 2 Comparison between the displacing force-pore structure and the logging response

图6 苏里格南区上古气藏SN2-123—G23-012井区气藏剖面图Fig.6 Gas pool profile of SN2-123—G23-012well field in Upper Paleozoic of the south of the Sulige gasfield

2.3 地层水矿化度

受沉积环境、成藏驱替和后期地层水活动的影响，储层间地层水矿化度存在差异。随着矿化度增大，地层水中离子增加，地层导电能力增强，电阻率降低，从而有可能模糊研究区气层与水层的电阻率特征［18］，影响低阻气层的识别。苏里格南区水质资料分析表明：上古气藏水型以CaCl2型为主，矿化度为30～216.94g/L，平均为84.43 g/L；计算地层水电阻率为0.03～0.11Ω·m，平均为0.07Ω·m。但是随着地层水矿化度的增加，地层水电阻率增大，储层电阻率并没有表现增大的趋势（表4、图8），这表明在影响储层电阻率的众多因素中，地层水矿化度高对储层电阻率有一定的影响，但影响较小。

图7 苏里格南区上古气藏黏土矿物分布状态Fig.7 Distribution of the clay minerals in the Upper Paleozoic gas pool of the south of the Sulige gasfield

表4 苏里格南区盒8段地层水矿化度、电阻率和地层电阻率比较Table 4 Comparison between formation water salinity，formation water resistivity and formation resistivity

图8 苏里格南区地层水总矿化度和电阻率关系图Fig.8 Relation of the formation water salinity and the resistivity of the reservoirs in the south of the Sulige gasfield

2.4 泥浆侵入

钻井液的侵入是一个复杂的过程，主要以驱替、混合和扩散3种动态过程进行［19］。该过程受到钻井液滤失性质、地层压力和钻井液柱压力差、钻井液浸泡时间、地层岩性物性等因素的影响。淡水泥浆和盐水泥浆对地层的影响各不相同。在盐水条件下，气层、水层均表现为低侵特征（ρxo＜ρt）；在淡水条件下，含气饱和度较高的气层表现为低侵特征（ρxo＜ρt），水层表现为高侵特征（ρxo＞ρt）［20］。研究区采用淡水钻井液，密度≤1.15 g/cm3，失水≤6mL，计算泥浆电阻率为0.20～0.23Ω·m。本次研究在考虑储层物性的基础上，通过对比ρxo、ρt和变化率研究泥浆侵入的影响，结果表明：泥浆侵入气层会导致所测得的电阻率偏低，如G56-2井冲洗带电阻率＜40Ω·m，气层表现为低阻侵入，水层表现为高阻侵入（表5）；且随着渗透率和孔隙结构指数的增加，电阻率变化率有增大的趋势，低阻气层的渗透率主要为（0.1～1）×10－3μm2，孔隙结构指数主要为0.017～0.1，渗透率和孔隙结构指数较高的低阻气层较为少见（图9）。这表明孔隙结构复杂是研究区储层低阻气层形成的主要原因，泥浆侵入使得研究区气层电阻率降低，但是通常达不到低阻气层的标准。

表5 苏里格南区上古气藏泥浆滤液侵入对电阻率的影响Table 5 Influence of mud invasion on the formation resistivity in the south of the Sulige gasfield

图9 苏里格南区储层渗透率、孔隙结构指数与电阻率变化率的关系Fig.9 Relation of permeability，pore structure index and change rate of resistivity

3 结论

苏里格南区上古气藏为低幅度单斜构造的低孔、低渗的岩性气藏，低阻气层发育，气层电阻率受构造特征、岩性、物性、地层水矿化度、黏土矿物、束缚水饱和度和泥浆侵入的影响。低阻气层的形成是多种因素综合影响的结果，研究区晶间孔发育，孔喉结构复杂，天然气的差异充注使得微小孔隙中的水无法排出，所导致的高不动水饱和度是造成气层低阻的主控因素；低幅度构造背景下气水分异差、颗粒变细、泥质含量增加、地层水矿化度高、黏土矿物的作用和泥浆的侵入对研究区气层电阻率的降低也有不可忽视的影响。其中黏土矿物的附加导电性小，对地层导电作用的影响主要体现在黏土的吸附作用和黏土分布状态所形成的“导电网络”。泥浆侵入可使得气层电阻率降低，特别是渗透率较好的储层。该区低阻气层的识别与评价过程中要充分考虑储层微细晶间孔发育程度及孔隙结构复杂程度，以提高低阻气层的辨识率。

［1］王建民，王佳媛.鄂尔多斯盆地伊陕斜坡上的低幅度构造与油气富集［J］.石油勘探与开发，2013，40（1）：49－57.Wang J M，Wang J Y.Low-amplitude structures and oil-gas enrichment on the Yishaan Slope，Ordos Basin［J］.Petroleum Exploration and Development，2013，40（1）：49－57.（In Chinese）

［2］何顺利，兰朝利，门成全.苏里格气田储层的新型辫状河沉积模式［J］.石油学报，2005，26（6）：25－29.He S L，Lan C L，Meng C Q.New braided river model in Sulige gas field of Ordos Basin［J］.Acta Petrolei Sinica，2005，26（6）：25－29.（In Chinese）

［3］尹志军，余兴云，鲁国永.苏里格气田苏6井区块盒8段沉积相研究［J］.天然气工业，2006，26（3）：26－27.Yi Z J，Yu X Y，Lu G Y，etal.Sedimentary facies of 8thmember of Shehezi fm in Block Su 6in Sulige gas field［J］.Natural Gas industry，2006，26（3）：26－27.（In Chinese）

［4］侯中健，陈洪德，田景春，等.苏里格气田盒8段高分辨率层序结构特征［J］.成都理工大学学报：自然科学版，2004，31（1）：46－52.Hou Z J，Chen H D，Tian J C，etal.Characteristics of high-resolution sequence structure for Member 8of Shihezi Formation in Sulige gas field of Ordos Basin［J］.Journal of Chengdu University of Technology（Science ＆ Technology Edition），2004，31（1）：46－52.（In Chinese）

［5］中国石油勘探与生产公司.低阻油气藏测井识别评价方法与技术［M］.北京：石油工业出版社，2006.Petroleum Exploration and Production Company of China.Method and Technology of Logging Identification and Evaluation for Low Resistivity Reservoir［M］.Peking：Petroleum Industry Press，2006.（In Chinese）

［6］王晓梅，赵靖舟，刘新社.苏里格地区致密砂岩地层水赋存状态和产出机理探讨［J］.石油实验地质，2012，34（4）：400－405.Wang X M，Zhao J Z，Liu X S.Occurrence state and production mechanism of formation water in the tight sandstone reservoirs of Sulige area，Ordos Basin［J］.Petroleum Geology ＆Experiment，2012，34（4）：400－405.（In Chinese）

［7］王允诚.油层物理学［M］.成都：四川科学技术出版社，2006.Wang Y C.Reservoir Physics［M］.Chengdu：Sichuan Science and Technology Press，2006.（In Chinese）

［8］范宜仁，任海涛，邓少贵，等.毛细管理论在低阻油气层油气运移与聚集机理中的应用［［J］.测井技术，2004，28（2）：104－107.Fan Y R，Ren H T，Deng S G，etal.Application of capillary theory in the migration and accumulation mechanism of oil/gas in low-resistivity zone［J］.Well Logging Technology，2004，28（2）：104－107.（In Chinese）

［9］窦伟坦，刘新社，王涛.鄂尔多斯盆地苏里格气田地层水成因及气水分布规律［J］.石油学报，2010，31（5）：767－773.Dou W T，Liu X S，Wang T.The origin of formation water and the regularity of gas and water distribution for Sulige gas field［J］.Acta Petrolei Sinica，2010，31（5）：767－773.（In Chinese）

［10］李熙喆，张满郎，谢武仁.鄂尔多斯盆地上古生界岩性气藏形成的主控因素与分布规律［J］.石油学报，2009，30（2）：168－175.Li X Z，Zhang M L，Xie W R.Controlling factors for lithologic gas reservoir and regularity of gas distribution in the Upper Paleozoic of Ordos Basin［J］.Acta Petrolei Sinica，2009，30（2）：168－175.（In Chinese）

［11］刘圣志，李景明，孙粉锦，等.鄂尔多斯盆地苏里格气田成藏机理研究［J］.天然气工业，2005，25（3）：4－6.Liu S Z，Li J M，Sun F J，etal.Reservoiring mechanism of Sulige gas field in E’erduosi Basin［J］.Natural Gas Industry，2005，25（3）：4－6.（In Chinese）

［12］赵林，夏新宇，戴金星，等.鄂尔多斯盆地上古生界天然气富集的主要控制因素［J］.石油实验地质，2000，22（2）：136－139.Zhao L，Xia X Y，Dai J X，etal.Major factors controlling the enrichment of the Upper Paleozoic natural gas in the Ordos Basin［J］.Petroleum Geology ＆Experiment，2000，22（2）：136－139.（In Chinese）

［13］张海涛，任战利，时卓，等.苏里格气田东区低阻气层成因机理分析［J］.西北大学学报：自然科学版，2011，41（4）：663－668.Zhang H T，Ren Z Li，Shi Z，etal.The causing mechanism of low resistivity gas zone in the east of Sulige Gasfield［J］.Journal of Northwest University（Natural Science Edition），2011，41（4）：663－668.（In Chinese）

［14］金文辉.低渗透致密砂岩气藏气水分布规律研究——以苏54区盒8、山1气藏为例［D］.成都.成都理工大学档案馆，2012.Jin W H.Research on Gas-Water Distribution of Low Permeability Sandstone Gas Reservoir：Taking Su 54Area He 8and Shan 1Gas Reservoir as Example［D］.Chengdu：The Archive of Chengdu University of Technology，2012.（In Chinese）

［15］杨勇，达世攀，徐晓蓉.苏里格气田盒8段储层孔隙结构研究［J］.天然气工业，2005，25（4）：50－52.Yang Y，Da S P，Xu X R.Pore structure study of P12sh8reservoir in Sulige gasfield［J］.Natural Gas Industry，2005，25（4）：50－52.（In Chinese）

［16］廖明光，苏崇华，唐洪，等.W油藏粘土矿物特征及油层低阻成因［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2010，32（5）：70－74.Liao M G，Su C H，Tang H，etal.Characteristics of clay minerals in W low resistivity reservoirs and the genesis of low resistivity［J］.Journal of Southwest Petroleum University（Science ＆ Technology Edition），2010，32（5）：70－74.（In Chinese）

［17］蒋裕强，张春，谭勇，等.川东南地区须家河组低阻气层成因机制［J］.石油与天然气地质，2011，32（1）：124－132.Jiang Y Q，Zhang C，Tan Y，etal.Genetic pattern of low-resistivity gas reservoirs in the Xujiahe Formation，southeastern Sichuan Province［J］.Oil ＆Gas Geology，2011，32（1）：124－132.（In Chinese）

［18］王楠.温压及地层水矿化度变化对岩电参数的影响［J］.科学技术与工程，2014，14（22）：141－145.Wang N.Effect of temperature，pressure and salinity on core electricity parameters［J］.Science Technology and Engineering，2014，14（22）：141－145.（In Chinese）

［19］欧阳健，王贵文，吴继余，等.测井地质分析与油气层定量评价［M］.北京：石油工业出版社，2000.Ouyang J，Wang G W，Wu J Y，etal.Log Geological Analysis and Petroleum Reservoir Quantitative Evaluation［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，2000.（In Chinese）

［20］黄龙，鲍志东，张文瑞，等.淡水泥浆侵入引起的低阻油气层实例分析［J］.西南石油大学学报，2008，30（2）：14－18.Huang L，Bao Z D，Zhang W R，etal.Case study on low resistivity oil ＆gas zone caused by fresh water mud invasion［J］.Journal of Southwest Petroleum University（Science ＆ Technology Edition），2008，30（2）：14－18.（In Chinese）