红岗油气田黑帝庙油气层低电阻原因分析

2018-05-23周俊廷

石油地质与工程 2018年2期

周俊廷，苏晴

低阻油气层属于非常规油气储层，电性特征通常表现为两种类型：①绝对低电阻率，即油气层、水层电阻率值均小于2.0 Ω·m；②相对低电阻率，即油气层的电阻率值并不是很低，但油气层与水层的电性差异小，电阻增大率一般小于2倍。低电阻率油气层的成因比较复杂[1]。

1 研究区低阻气层测井曲线特征

低阻气层的总体测井曲线特征为自然伽玛值较低，一般小于70 API；电阻率值相对较低，一般为1～30 Ω·m，双侧向出现“正差异”或差异不明显，且随泥质的增高电阻率反而相对升高；阵列感应曲线出现幅度差异。气水同层的测井曲线特征一般为自然伽玛值较低，电阻率值相对较低，在井径正常处深侧向电阻率一般为1～20 Ω·m，并且气水同层电阻率值比气层更低。

研究区低阻的气水同层与水层在电性上相差非常小，而气层电阻率则相对略高一些。图1中的水层、气水同层与气层电阻率值分别为5.5，6.5，8.5～9.5 Ω·m，属于相对低电阻率类型。

2 黑帝庙油气层低电阻率原因分析

搜集研究区气层的地质资料，经过整理分析，本文认为造成黑帝庙气层低阻的主要原因包括以下四个方面。

2.1 气藏饱和程度较低

低缓构造背景和砂岩非均质性造成天然气富集程度较低，部分砂岩气藏可能为欠饱和气藏。红岗油气田构造位置处于松辽盆地南部中央坳陷区红岗阶地红岗构造西翼，为典型的南北向长轴背斜构造。

图1 红岗HH102井黑帝庙气层典型低阻曲线

油气运移路径上遇到低幅度圈闭（一般小于40 m）是低阻油气藏成藏的有利区。形成低阻油气层的基本地质背景是低幅度圈闭与较小的油气水密度差，即其驱替力较小，一般小于0.05 MPa，造成其含油饱和度较低，约为50%～60%。红岗油气田圈闭幅度较低，仅为 28 m。同时受沉积和成岩作用影响，储层物性差异较大，油气水在圈闭内分异不好，形成低含油饱和度油气层或气水同层[2]。

黑帝庙储层是以三角洲前缘薄层砂、断续砂等为主。总体上气层比较薄，一般为2～5 m。岩性细，泥质含量高，含油气饱和度低，使得多数油气层测井电阻率低[3]。黑帝庙气层单砂体多呈孤立透镜状，平面上各井的渗透率变化较大。气藏含气饱和度较低，构造稳定、缺乏纵向通畅的天然气运移通道，是天然气充满程度不高的主要原因，从而造成气层测井电阻率数值低。因此，低缓构造背景导致天然气饱和程度不高，造成本区气层低阻。

2.2 高不动水饱和度

2.2.1 高不动水饱和度的成因

任何颗粒都有吸附地层水的能力。颗粒吸附水作用包括砂岩颗粒吸附和黏土颗粒吸附两种类型。

砂岩颗粒的吸附水作用。许多低阻油气层的岩石颗粒都较细，一般为细砂岩和粉砂岩。砂岩颗粒吸附地层水的能力与其颗粒大小有关。当颗粒较细时，岩石颗粒比表面积变大，吸附能力较强。多数地层是亲水的，可以吸附大量的地层水而使之成为束缚水。

黏土颗粒的吸附水作用。黏土颗粒的直径一般小于2 μm，研究区常见的黏土矿物主要有高岭石、伊利石和绿泥石，具有较强的吸水能力。

2.2.2 束缚水饱和度增高造成气层电阻率降低

储层中的束缚水影响了油气层的电阻率值。储层岩石颗粒越细，颗粒之间的孔喉半径就越小，毛细管力就越大，使得毛细管中水的含量升高、电阻率降低[4]。通过对样品的化验分析，得出红岗气藏黑帝庙气层束缚水饱和度与油气层电阻率关系（图2）。可以看出，束缚水饱和度对电阻率的影响明显，这说明束缚水饱和度高是造成油气层电阻率降低的主要原因之一。

图2 黑帝庙气层束缚水饱和度与电阻率关系

另外根据研究区岩心样品的核磁共振结果，黑帝庙气层束缚水饱和度含量较高（表1），其中最高的九号样品的束缚水饱和度高达90%（图3）。图中T2弛豫时间大于16 ms的各点幅度和占T2谱上所有点幅度和的百分比即为可动流体饱和度，反之T2弛豫时间小于16 ms的各点幅度和占T2谱所有点幅度和的百分比即为束缚水饱和度。

图3 高束缚水饱和度状态下核磁共振T2谱的频率分布

表1 红岗黑帝庙气层化验分析结果

2.2.3 岩石孔隙结构复杂化使束缚水饱和度升高

砂岩储层的孔隙结构是由组成岩石骨架的颗粒分布及其排列方式和黏土矿物的充填方式所决定。随着粒度中值小于10 μm的微细颗粒含量的增加，砂岩的比表面增大，孔隙直径变小。束缚水饱和度明显增高，导致油气层的电阻率降低。岩电实验结果表明，砂岩孔隙结构的复杂化使束缚水饱和度升高。

2.3 泥质含量增高及黏土矿物富集

2.3.1 泥质含量的影响

泥质是指由各种微细颗粒矿物（粉砂、黏土）和水（通常指束缚水）组成的混合物。在沉积成岩过程中，泥质含量升高导致岩石孔隙的几何形状复杂化，即孔喉弯曲度增大、孔隙喉道直径变小、渗透率降低，导致微小的毛细孔隙发育，使束缚水饱和度明显增高，从而形成以束缚水为介质的十分发达的微小孔隙的导电网络，使泥质砂岩的导电性增强，电阻率降低[4]。

从黑帝庙气层样品全岩X衍射分析资料得知，黑帝庙储层黏土矿物含量较高，通常在20%左右（表2）。黏土矿物表面具有负电荷，其中一部分可被吸附在黏土表面的异性电荷所平衡，这样就会在黏土表面附近的液体中积累相当数量的附加阳离子，阳离子很容易与液体中的阳离子发生交换；在黏土表面及其附近高浓度阳离子是造成黏土表面导电性的主要原因。这种导电性与黏土的阳离子交换量成正比，而与地层水矿化度无关。在高矿化度的地层水中，黏土表面附近的阳离子层将被压缩，降低了阳离子的流动性和导电能力。

然而在低矿化度的地层水中，阳离子交换增大了黏土矿物对泥质砂岩储集层导电性的贡献，使地层电阻率降低。

表2 红岗油气田黑帝庙气层全岩X衍射分析

另外，当泥质含量增加时，泥岩的表面积（一般为2 000 ～ 3 000 cm2/g）远大于砂岩，使得地层中束缚水含量增高，形成发达的导电网络，进一步造成气层的电阻率下降。根据测井解释结果，黑帝庙地层平均泥质含量较高，因此，造成地层电阻率明显下降，形成气层低阻。

2.3.2 黏土矿物富集造成的影响

黏土矿物X衍射分析表明，黑帝庙地层黏土矿物以蒙脱石为主，平均含量占黏土矿物总量的50%～60%（表3）。蒙脱石晶格间距比较大，分子间引力相对较弱，并具有相当大的表面积，因此，具有较强的吸水性，容易造成束缚水饱和度较高。同时高岭石和蒙脱石晶体聚合体之间通常形成微孔隙，使双孔隙结构发育，亦会造成束缚水饱和度增高及地层电阻率下降。因此，本区黏土矿物含量高也是低阻气层形成的一个主要原因。

表3 红岗油气田黑帝庙气层黏土矿物X衍射分析 %

表4 主要黏土类型的阳离子交换容量 mmol/100 g

综合分析表明，储层岩性变细、泥质含量增高及黏土矿物相对富集，是导致研究区气层电阻率降低的一个原因，而束缚水饱和度的增高与泥质附加导电性增加则是它的主要表现形式。

2.4 储层内导电性矿物

黄铁矿导电性较好。储层中黄铁矿的含量及地层水电阻率大小对气层电阻率影响十分明显，当地层水电阻率为 0.06 Ω·m，黄铁矿含量为1%时，感应测井电阻率下降30%；黄铁矿含量为2%时，感应电阻率下降50%。当地层水电阻率为0.3 Ω· m，黄铁矿含量为1%时，感应测井电阻率仅下降10%，黄铁矿含量为2%时，感应电阻率下降20%。

通过对本区黑帝庙气井岩心观察与岩心重矿物化验分析表明，该区导电矿物黄铁矿含量为 0.7%～2.5%，是导致气层低阻的原因之一（表5）。

表5 红岗黑帝庙油层重矿物分析数据 %

3 研究区低电阻率气层的识别方法

在红岗黑帝庙气层的开发过程中，可以采用以下方法综合识别低阻油气层[5–8]：①在物性相差不大的条件下，油气层的自然电位幅度相对较小，水层的自然电位幅度差异相对较大；②在相同地层水矿化度条件下，油气层的电阻率略大于水层的电阻率，有些可以达到1.5倍左右；③在三孔隙度曲线中，油气层可能出现幅度差或者挖掘效应特征，而水层一般会产生曲线重叠；④在感应电阻率曲线中，水层普遍呈下凹状态，而气层的感应电阻率曲线则相对饱满。