川西坳陷低阻致密砂岩储层测井评价方法

张世懋　葛　祥

（中国石化西南石油工程有限公司测井分公司）

川西坳陷低阻致密砂岩储层测井评价方法

张世懋葛祥

（中国石化西南石油工程有限公司测井分公司）

对四川盆地川西坳陷叠覆型致密砂岩气藏的勘探由正向构造转向负向构造中的有利圈闭，在低阻致密储层中也获得了较好的油气发现，但低阻致密砂岩储层难以利用沉积微相分析、井间类比分析等方法进行识别与有效评价。通过对低阻致密储层地质与测井特征进行分析，总结低阻致密储层与常规致密储层的特征差异，研究储层、地层水特征，结合其构造特征，认为在中—高地层水矿化度背景下，孔隙结构复杂、束缚水饱和度偏高是导致气层低阻的主要原因，其分布规律受构造因素控制。利用测井方法对低阻致密储层进行评价时，可先对储层的含气性进行判别，再通过可动水饱和度计算与侵入特征分析等多方法的结合，对地层水的可动性进行分析，并计算储层品质参数，对低阻致密储层进行综合评价。该方法较好地解决了川西坳陷低阻致密储层测井评价的难题，在天然气勘探开发中取得了良好的应用效果。图5表1参16

四川盆地川西坳陷负向构造致密砂岩气藏低阻储层束缚水饱和度测井评价

0　引言

“十二五”以前，四川盆地川西坳陷致密砂岩气藏的勘探主要针对正向构造，几乎不存在低阻气层。2010年以后，随着对川西坳陷叠覆型致密砂岩气区勘探的深入，勘探目标开始转向负向构造，寻找向斜和斜坡区的有利圈闭。勘探中发现叠覆型致密砂岩气区存在储层致密、气水关系复杂等特点，难以在其中寻找统一的气水界面［1-2］。在对崇州—郫县、马井—什邡、中江—高庙等研究区致密砂岩储层进行测井评价时，遇到了低阻致密砂岩储层测试产气不产水的情况，证实了低阻致密砂岩气层的存在［3-6］。在低阻致密砂岩气层中仅仅利用沉积微相分析或井间简单类比的方法难以准确识别与评价储层。因此有必要对低阻致密砂岩气层的成因和识别、评价方法进行研究，以提高测井解释的准确率。

1　低阻致密气层特征

川西坳陷侏罗系蓬莱镇组、沙溪庙组均有低阻致密气层发育，其岩性通常为中—细粒岩屑长石砂岩，导电矿物含量少，矿物颗粒分选中等—好，磨圆度以次棱角状为主，孔隙式胶结，孔隙类型多为剩余粒间孔与次生溶孔，裂缝不发育，黏土矿物类型以绿泥石、伊利石为主，蒙脱石含量较少。

川西坳陷负向构造中的低阻致密气层具致密储层典型的低孔、低渗—特低渗特征，孔隙度通常小于15%，渗透率多小于0.6 mD，孔隙结构复杂，具较强的非均质性。低阻致密砂岩气层的自然伽马值较常规气层略高，反映黏土含量可能更高，孔隙度曲线值与常规气层近似，电阻率值较常规气层低，与邻近的泥岩、水层电阻率值相当，视电阻率值通常小于20 Ω·m、电阻率指数小于2；气层段常见“挖掘效应”；因储层致密，泥浆侵入浅，深浅侧向电阻率值常呈正差异（图1）。

2　低阻致密气层成因

目前国内外对气层低阻的成因主要划分为内因与外因两种［7-9］。内因可具体概括为与储层特性有关的成因，如存在导电矿物、孔隙结构复杂、束缚水含量高、黏土矿物附加导电性；与流体性质有关的成因，如高地层水矿化度；与成藏背景有关的成因，如低幅度构造油气充满程度低；与工程因素有关的原因为外因，如薄互层段测井仪器分辨率不足、低阻泥浆深侵入等。针对川西坳陷，可从6个方面来进行低阻致密气层的成因分析。

2.1地层水矿化度

川西坳陷侏罗系致密砂岩储层中的地层水型多为CaCl2型，矿化度为中—高值，对15口井145个样本水样进行分析，其平均矿化度为32 146 ppm，靠近断层位置的地层水矿化度可达70 000 ppm以上，但高阻气层与低阻气层之间的地层水矿化度无显著差异。部分致密储层中的地层水型为Na2SO4、MgCl2型，具中等的地层水矿化度。因此，中—高地层水矿化度是致密储层低阻的形成背景，但并非储层低阻的主要原因。

2.2导电矿物

川西坳陷低阻致密砂岩储层岩性以岩屑长石砂岩为主，石英含量较少，岩石粒度为中砂、细砂，局部可见黄铁矿、锆石等导电矿物呈分散状分布，含量普遍较少。JS301井Js33-2砂体测井响应为中下部电阻率值陡降，岩心可见锆石、磁铁矿、电气石、黄铁矿等重矿物，局部黄铁矿含量最高可达2%，但典型低阻致密气层电阻率曲线整体偏低，且同一河道的低阻气井并非全都发育大量导电矿物。马井—什邡、崇州—郫县研究区的情况与此类似，黄铁矿等导电矿物仅在局部低阻致密气层可见，证明了导电矿物并非导致川西坳陷致密气层低阻的主要原因。

图1　川西坳陷沙溪庙组不同性质储层的测井响应特征对比图（1ft=0.304 8 m，in=28.4 mm，下同）

图2　川西坳陷下沙溪庙组砂岩中的绿泥石镜下图

2.3黏土矿物

川西坳陷低阻致密砂岩储层中的黏土矿物含量总体较常规储层高，低阻致密储层中的黏土矿物含量平均为10.3%，侏罗系蓬莱镇组与沙溪庙组，三叠系须家河组黏土矿物类型均以绿泥石、伊利石为主，蒙脱石含量较少。镜下常见岩石颗粒周围包裹有绿泥石环边，扫描电镜下可见绿泥石、伊利石充填于喉道中（图2）。绿泥石的存在对储层的影响是双面的，一方面绿泥石环边阻止了石英的次生加大、胶结作用等破坏性成岩作用的进行，保留了原生孔隙，在有些地区还可以作为优质储层发育的指示性标志之一［10-11］；另一方面绿泥石的存在导致喉道变窄，烃类流体渗流变得异常困难，绿泥石溶蚀形成的微孔使储层的孔隙结构进一步复杂，储层的束缚水饱和度增加，形成新的导电路径，易导致气层低阻。据前人研究，伊利石与绿泥石的阳离子交换能力（CEC）远小于蒙脱石的CEC能力。因此研究区黏土矿物对气层低阻的影响力主要体现在使孔隙结构复杂，束缚水含量增加，而黏土矿物的附加导电性并非导致其低阻的主要原因。

2.4孔隙结构

川西坳陷致密砂岩储层孔隙类型以溶蚀孔与少量原生粒间孔为主，裂缝发育程度低，孔隙结构非常复杂，少有双峰孔隙发育。钻井过程中泥浆侵入不深，对深侧向电阻率的测井响应影响不大。分析压汞实验结果（表1），发现相对于常规致密气层来讲，低阻致密气层具有更高的排驱压力与中值压力及更小的中值半径（一般小于0.1 μm）与最大孔喉半径，反映其喉道极为狭窄，渗流能力小于常规致密储层。极小的喉道半径构成了复杂的孔隙结构，孔渗相关性差，气体难以充注，更易形成具有高束缚水饱和度的低阻储层。利用相渗曲线法分析5口井的低阻致密气层含水饱和度，最高达到66%，即低阻致密气层的含气饱和度仅为34%。故复杂孔隙结构导致高束缚水饱和度是致密气层低阻的主要原因。

表1　低阻致密气层与常规致密气层压汞实验结果对比表

2.5砂泥岩薄互层

目前川西坳陷低阻致密气层多见于三角洲、滨浅湖等沉积亚相。在砂体厚度比较大的沉积微相（河道砂体、较厚的坝砂）中，低阻致密砂岩储层的成分、结构成熟度相对较高，电阻率曲线在低值背景下呈箱状；在一些砂体厚度较小的沉积微相（河道边缘、席状滩砂）中，低阻致密砂岩储层电阻率曲线常呈指状特征，由于薄互层厚度小于测井仪器的纵向分辨率，可能导致气层低阻现象发生（图3）。

图3　砂泥岩薄互层低阻致密气层测井曲线特征图（1ft=0.304 8 m，in=28.4 mm，下同）

2.6构造位置

川西坳陷低阻致密砂岩储层主要存在于侏罗系岩性圈闭中，而侏罗系气藏全部是远源次生气藏，其烃源层主要是上三叠统须家河组五段。天然气的运移主要依靠连接烃源的断层，其次是扩散作用。虽然烃源丰富，但因构造幅度小、储层致密、运移距离远等原因，侏罗系气藏的气柱高度较小，这也是负向构造区气层低阻的原因之一。

侏罗系蓬莱镇组储层、沙溪庙组储层均在K2早期—E1早期成藏。蓬莱镇组地层在古近纪受成岩作用影响而变得致密，整个成藏过程属先成藏后致密，油气充注相对充分。沙溪庙组地层为K2末期—E初期受压实作用、胶结作用等破坏性成岩作用影响而致密，其成藏过程属边成藏边致密，油气充足程度会受到断层与储层配置关系的制约。离断层近的高庙子构造沙溪庙组油气以水溶相运移为主，面状充注，相对充分；远离断层的中江构造沙溪庙组储层为游离相扩散，网状充注，油气运移路径为孔隙及裂缝、微裂缝，充注程度不高，易受构造位置影响，在低部位较易发育低阻致密气层。

综上分析，川西坳陷致密砂岩储层在高矿化度地层水背景下，复杂的孔隙结构导致高束缚水饱和度，这是其呈现低阻特征的主要原因，而相对较高的黏土含量、砂泥岩薄互层、气柱高度较低等因素为次要原因。

3　低阻致密储层测井评价

针对川西坳陷低阻致密砂岩储层特有的地质、测井特征，结合前人的研究［12-14］，可在低阻成因分析的基础上，首先定性判别致密砂岩储层的含气性，评价地层水的可动性，再计算储层品质参数，进而对低阻致密储层进行综合评价。

3.1致密储层含气性判别

川西坳陷致密砂岩储层中的烃类流体主要为天然气，由于储层中天然气的存在会导致补偿中子测井曲线出现“挖掘效应”，即ФCNL＜ФDEN＜ФAC，因此利用反映储层孔隙度的声波时差曲线或密度曲线与中子孔隙度曲线进行等孔隙度重叠，可以快速有效地识别致密砂岩储层的含气性（图4）。基于中子“挖掘效应”，还可利用测井、测试资料制作声波-中子、密度-中子交会图版，定性识别低阻致密砂岩储层的含气性。

图4　低阻致密砂岩储层含气性的重叠法测井曲线识别图

由于单一或少数测井信息在解释时常常存在多解性，有时需要综合利用尽可能多的信息对低阻储层流体性质进行判别，多参数综合判别法是解决这个难题的方法之一，其构建原理是将测井资料进行正态化处理，选择对气响应敏感的声波时差、中子、密度和自然伽玛、自然电位及电阻率测井资料，构筑VV函数，VV值大反映孔隙度高或含气性好，气层的VV值一般大于1。VV函数的准确性与测井资料的丰富程度密切相关，因此多参数判别法适用于较为成熟的勘探目标区，有大量的岩心实验结果可用于构建较为完善的判别模型。

3.2致密储层可动水分析

对致密砂岩储层可动水进行分析时，可基于侵入特征判别流体在储层中的赋存形式。具体应用时可考虑利用浅探测与深探测电阻率的测井响应差异来反映储层的可动流体性质，选用微球聚焦（RMSF）或浅侧向电阻率与深侧向电阻率（RD）比较，从而进行可动水（RMT）分析：

当储层含高矿化度地层水时，储层具高侵特征，RMT＞1；当储层含气时，具低侵特征，RMT＜1。

川西坳陷中浅层发育的低阻致密砂岩气层主要是由于高束缚水含量引起，因此可通过计算可动水饱和度Swm来对储层流体性质进行分析。总含水饱和度减去束缚水饱和度Swi即可获得可动水饱和度，计算公式为：

式中：

Sw—总含水饱和度，一般用Archie公式计算。

束缚水饱和度Swi的获得方法一般有3种，①利用岩心压汞实验求取Swi；②利用岩心相渗实验求取Swi；③利用测试和生产证实的纯气层段密闭取心的岩心含水饱和度作为束缚水饱和度Swi。川西气田主要根据密闭取心气层段的含水饱和度确定Swi。由于束缚水饱和度Swi与储层的泥质含量、孔隙度、渗透率、粒度中值存在一定关系，可利用测井计算的孔隙度、渗透率与自然伽马曲线值建立统计关系求取。

川西坳陷致密砂岩储层生产经验证明，储层低阻但含气特征明显，且可动水饱和度Swm不大于8%时，为低阻致密气层。

3.3孔喉中值半径计算

川西坳陷致密砂岩气层低阻的主要原因是小孔喉导致孔隙结构复杂，并具有高束缚水饱和度，因此低阻与反映孔隙结构的参数（如孔喉中值半径相对较小等）密切相联。储层孔喉中值半径的大小受储层泥质含量高低的影响，与反映储层孔隙条件的地层密度值、声波时差值有一定的相关性［15］。因此可以研究由岩心实验得出的孔喉中值半径与伽马、密度、声波时差、电阻率值的统计关系，建立地区经验公式，定量计算储层的孔喉中值半径，评价储层品质。杨锦林（1998）在对川西地区致密碎屑岩储层进行研究时，利用GR测井值与孔喉半径建立统计关系，有效地利用测井资料计算出了孔隙结构参数，评价了致密砂岩储层品质［16］。

3.4应用效果

CZ7井是位于川西坳陷负向构造中一处有利圈闭的探井，远离断层，具备低阻致密气层发育的地质基础。钻井过程中，在Jp16砂组（井深1 519.0～1 531.3 m）钻遇到良好的油气显示，测井资料显示该段深侧向电阻率值最低为6 Ω·m，按常规认识应解释为水层。利用声波-中子交会法判断本层具备良好的含气性，可动水分析RMT＜1，计算的可动水饱和度值近似于0，综合评价该砂组为低阻致密气层（图5）。实事上，该层在测试中获得天然气产量2.293 3×104m3/d，证实了测井评价结果是正确的。

图5　CZ7井J砂组测井评价成果图

4　结论

（1）川西坳陷低阻致密储层的成因复杂多样，综合分析认为中高矿化度背景下的复杂孔隙结构导致了较高的束缚水饱和度，这是致密气层低阻的主要形成原因，而相对较高的黏土含量、砂泥岩薄互层、气柱高度较低等因素为次要原因。

（2）评价低阻致密储层时，可以首先定性判别致密砂岩储层的含气性，再分析地层水的可动性，最后结合储层品质参数计算，对低阻致密储层进行综合评价。该方法在川西坳陷致密砂岩储层测井评价中取得了良好的应用效果。

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（修改回稿日期2016-03-01编辑陈玲）

张世懋，男，1987年出生，博士研究生在读，工程师；从事测井资料解释与测井地质综合研究。地址：（610100）四川省成都市龙泉驿区鲸龙路66号。电话：13688086577。E-mail：itinyfull@163.com