疏松砂岩气藏低阻气层成因及识别研究<br/>——以柴达木盆地涩北气田为例

疏松砂岩气藏低阻气层成因及识别研究
——以柴达木盆地涩北气田为例

2020-06-04顾端阳窦文博丁富寿严力吕浩

物探与化探 2020年3期

顾端阳,窦文博,丁富寿,严力,吕浩

(1.中国石油天然气股份有限公司青海油田分公司勘探开发研究院，甘肃敦煌 736202；2.中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第十一采油厂，甘肃庆阳 745000；3.中国石油天然气股份有限公司青海油田分公司采油三厂，青海茫崖 816400)

0 引言

涩北气田位于柴达木盆地中东部三湖地区湖相沉积坳陷内，是生气中央凹陷涩北构造带上的一个三级背斜构造，气田钻遇地层为第四系的7个泉组和新近系的狮子沟组，沉积地层顶部薄、翼部加厚，呈现较为典型的同沉积背斜的构造特征。沉积岩性以第四系滨浅湖相灰色、浅灰色泥岩和泥质粉砂岩沉积为主，粉砂岩次之，细砂岩较少。不同粒级的岩性频繁交互，成岩程度低，属于浅层未压实地层，总体表现为高孔隙度，中—低渗透率的特点。

该区域已探明天然气储量主体是第四系生物气藏，气水分布主要受构造控制，局部受岩性影响。气层集中于构造高部位，层数多、井段长、横向连通率高、分布稳定，地层水主要以边水状态存在为主。

由于储集层存在“高孔隙度、高矿化度、高黏土含量、含(黄/磁)铁矿高电导”等“四高”背景，形成了低阻气层和特殊的特低阻气层，导致气水特征判断的困难，形成在流体性质识别和气水分布认识上的偏差。针对气砂体流体性质识别的难点，本文从砂体的测井响应、平面展布、生产特征等方面开展分析，认识低阻气层的成因机理，针对不同原因造成的低阻气层提出相应的识别方法，有效地指导涩北气田的开发。

1 低阻气层特征

广义的低电阻率气层分为绝对低电阻率气层和相对低电阻率气层两种[1]。绝对低电阻率气层的特点是探测电阻率绝对值低，常在1～2 Ω·m左右，但电阻率指数一般大于4。相对低电阻率气层是指气层的电阻率与临近水层的电阻率十分接近。涩北气田低阻气层是多种因素造成的绝对低阻。该区域低阻气藏的形成，主要受相应的岩性、物性、水性因素控制[2]。

1.1 常规低阻气砂体测井响应特征

涩北气田储层岩性主要为泥质粉砂岩，其次是粉砂质泥岩、含粉砂泥岩和泥岩、粉砂岩，纵向上以泥砂岩剖面为主要特征，储集层发育繁杂，泥砂岩交互层较为常见。其常见响应特征主要表现为：

气层一般呈现自然电位负异常[3]，薄砂体和泥砂岩叠合砂体负异常幅度下降；自然伽马分辨能力明显高于自然电位，可以体现泥砂岩隔夹层差异；气层测井电阻率一般在0.4～2.0 Ω·m之间，电阻率高于围岩但整体较为平缓[4]。

如图1中涩X2井0-2-1小层，电阻率平直，自然伽马中等偏高，深感应电阻率0.5 Ω·m，本层试气4 mm油嘴日产气4 478m3，无水。类似这样的低阻气层电阻率一般在0.4～1.0 Ω·m之间，自然电位负异常较小，中子—密度测井响应一般无明显“镜像”交会的气效应特征。

图1 涩X2井气层测井响应特征Fig.1 Logging response characteristics of Se X2 gas well

1.2 特殊矿物层段测井响应特征

该区域陆源含(黄/磁)铁矿和成岩黄铁矿富集现象较为常见，全岩矿物分析黄铁矿类含量平均为3.1%，但实际存在中则是层状特征分布于地层中，造成局部的电性特征异常[5]。由于铁矿质特殊的导电能力致电阻率明显下降或响应异常，严重影响储集层气水性质的判断。解释工作中结合特殊矿物的导电特征和邻井对比，区分特殊导电层段，与水层、水侵层加以区分，同时避免气层含有特殊导电矿物时的误判。其主要特征如下：

1)特殊导电矿物多数分布在非储集层、砂体界面附近，部分存在于砂体内或跨砂体界面。这些铁矿发育位置一般呈电阻率下降和密度增大特征。

2)特殊矿物发育层段，自然伽马响应一般中等，岩石储集性质未受严重影响，显示其只是零星分散于岩石骨架中，或成薄层状态分布。

3)此类储集层为明显低阻特征，感应电阻率呈现“U”、“V”形态快速下降而上下界面电阻率跳跃的特点，电阻率最低值多数低于0.2 Ω·m，而水层电阻率一般呈现较为平缓的形态，不会出现电阻率陡降的形态，也较少会低于0.2 Ω·m[6]。

4)气砂体内部含有特殊矿物时，电阻率呈现大幅下降形态，电阻率不具备反映含气状况的能力。

如图2所示，涩2-XX井射孔投产段2-2-3b，日产气1.2×104m3，无水，为铁矿质发育层段，电阻率局部低于0.2 Ω·m，自然伽马中等，中子孔隙度和密度测井响应难以体现出气层特征，流体性质识别较为困难。

图2 涩2-XX井特殊矿物层段测井响应特征Fig.2 Logging response characteristics of special mineral intervals in Se 2-XX gas well

1.3 低阻气层空间展布

整个涩北气田储层平面连通较好，但非均质性较严重，同一气层在平面上各井区好、中、差等级类型变化频繁[7]。从沉积角度来看，由于不同的测井响应形式是不同沉积微相的体现，通过沉积微相分析，砂坝相是发育较好的气层，而低阻气层一般发育在滩砂相带中，岩性以泥质粉砂岩、粉砂岩为主，泥质含量较高；从构造特征上分析，气藏低部位的气井低阻气层发育的比例更大。

铁矿质发育层段的储集层，其平面展布特征亦相对稳定，可对比性较好。只是由于铁矿质组分的含量变化，对电阻率测井的影响程度有一定变化，表现为电阻率异常的厚度和幅度存在差异。而对感应测井干扰最为严重，侧向测井影响程度相对较小。平面对比显示，铁矿质层段的平面展布相对稳定，甚至在涩北一、二号全区基本都有比较好的连续沉积。

1.4 低阻气层产能特征

通过该区域60余口单砂体生产特征分析，气砂体的月产气量分布在(20～135)×104m3，跨度较大。统计显示，对应电阻率形态平直且在1.0 Ω·m以下，气层电性特征不明显的储集层，其月产气量集中在(40～80)×104m3，水气比低于0.3 m3/104m3，产能亦较为稳定；含铁矿质的特殊低阻气层则多数表现为低产层，其月产气能力一般在(10～40)×104m3，水气比一般在2.0 m3/104m3以下(见图3所示)。

从开发阶段气砂体的生产变化特征对比分析，低阻气砂体平面上发育稳定，连通性好。

另外，图3中显示单砂体水侵初期产能和水气比情况。投产的水侵气砂体多数是水侵程度较低的气层，另有少量气水同层，与气层的显著差异是气砂体的水气比明显出现升高现象[5]，其水气比集中在0.3 m3/104m3以上。

2 低阻气层成因机理分析

涩北气田的气砂体呈现低阻特征，部分呈现异常低阻特征，其主要原因是岩性细、地层水矿化度高、束缚水饱和度高造成的，工程的钻井液侵入也会造成一定的低阻[8]。

1)埋藏浅、岩性疏松、储层孔隙度高。气砂体发育在400～1 600 m之间，成岩作用差，岩性疏松，砂体呈现高孔隙度特征，岩石孔隙度29%左右，这是储集层低阻的重要原因[9]。

2)岩性细、黏土含量高。分析显示，砂体以粉砂岩、泥质粉砂岩、少量细砂岩为主，储集层黏土含量高达40%左右，黏土附加导电特征明显；由于岩性细、黏土含量高，形成高孔中低渗储集层，气层束缚水饱和度偏高，电阻率明显偏低[10]。

3)盐湖背景下的高矿化度特征。涩北气田是在柴达木盆地盐湖背景下形成的，气藏原始地层水矿化度在130 000 mg·L-1，客观上形成了较强的地层水导电能力[11]。

图3 单层投产初期产能与水气比关系Fig.3 Relationship between the capacity of producing gas and water-gas ratio of the single sand bodies in its initial stage of production

4)特殊矿物导电因素。由于储集层内含铁矿类物质导致电阻率大幅度下降或跳跃失真，该区域超过1/3的气砂体受含(黄/磁)铁矿质显著影响，而局部受影响的储集层比例更大，表现为含(黄/磁)铁矿含量相对低，或层内分布较为零散，导致电阻率出现整体下降。含(黄/磁)铁矿的存在造成电阻率严重下降，导致气水性质无法识别，同时饱和度失真、气砂体厚度划分和决策射孔位置受影响。

含(黄/磁)铁矿层对储集层物性的有一定影响，一定程度上造成孔隙度下降和渗透性降低，储集层的产能相对而言低于一般砂体的产能，而水气比则与一般砂体接近。

3 低阻气层识别

3.1 自然伽马—电阻率交会方法的提出

由于该区域气砂体测井电阻率低，气层、气水同层、水层的电阻率差异小，导致电阻率绝对值划分流体性质和储集层类型困难，电阻率界限混淆。

另一方面，由于低阻气层多数为黏土含量高的低渗透气砂体，或黄铁矿含量高形成的相对致密气砂体，其束缚水饱和度相对较高，中子孔隙度较大，气效应不显著，形成“中子—密度交会”的现象较少，利用孔隙度测井识别流体性质的效果较差[12]。

研究认为，涩北气田储集层尽管岩性差异大，但是组分相对稳定，主要是岩石颗粒粗细(泥质含量高低)在控制储集层差异，储集层孔隙度变化范围小，物性差异与总孔隙度关系不密切，但与岩性测井资料如自然伽马测井关系密切[13]。对于气层，自然伽马—电阻率呈现较好的极值对称形态，即在一个气砂体内，基本是自然伽马极小值处对应电阻率极大值，而随着储集层岩性变化，这种对称关系也随之发生改变，储集层越好，其对称幅度越大[14]。

依据这一认识，通过完成全区电阻率、自然伽马的标准化研究，建立自然伽马—感应电阻率、自然伽马—侧向电阻率的“极值对称交会识别方法”，通过定量化刻度自然伽马、地层电阻率，形成交会剖面，可以直观判断储集层流体性质、地层铁矿质异常层段、水侵特征等情况。

3.2 极值交会识别方法的应用

基于该区域气藏的基础地质特征(高矿化度、低阻)，感应测井具有较好的流体识别能力[8]。因此，利用“自然伽马—深感应交会”可以较好识别流体性质和水侵层的特征；但是，由于大量含铁矿质的砂体的存在，以及感应对薄层、叠合型砂体的分辨能力有限，结合侧向测井可以大幅度提高综合评价能力[15]，解释中同时参考利用“自然伽马—深侧向交会”方法，可以有效规避铁矿质影响，并辅助识别薄互层中砂体的流体性质。

1)识别不同类型气砂体。极值交会对称避免了电阻率绝对值低，中子密度交会识别气层效果较差的弊端，形成直观识别剖面，优质储集层形成低阻伽马—高电阻交会特征，出现较大的交会面积和对称关系；较差的储集层则形成中高伽马—低阻交会特征，交会范围明显下降，储集层差异识别更为直观[16]。图4为涩X-33井交会分析图，其中1-5、2-1、3-1小层显示了较好的气层特征，而1-4、2-3a小层则显示了差气层的特征。交会面积和交会对称形态为认识气层特征提供了直观的识别剖面。

2)有效识别水侵层。气砂体开发过程中，随着水侵的发生，电阻率下降或者峰值偏移[17]，这种对称形态就会改变或者消失。解释中依交会识别进行定性分析、饱和度解释进行定量分级[18]。定性分析中以感应—伽马交会、侧向—伽马交会综合分析。首先开展区域资料的标准化工作，绘制岩电交会剖面，通过分析岩电极值对称交会剖面，初步划分和识别水侵层段。

如图4，显示出986.2～991.2 m、1 010.2～1 017.9m对称交会形态明显消失，水侵特征明显。同时依据测井数字处理解释成果评价的可动水饱和度范围和定性分析认识，划分为中等级别水侵。实际投产后，初期月度产气80×104m3，产水250 m3左右，水气比在(1.8～3.5)×104m3/104m3之间波动，与解释认识一致。

3)“双交会剖面”的综合应用。基于该区域气藏的基础地质特征(高矿化度、低阻)，感应测井具有较好的流体识别能力[10]。但是，由于大量含铁矿质的砂体的存在，以及感应对薄层、叠合型砂体的分辨能力有限，结合侧向测井可以大幅度提高综合评价能力[19]。

图4 涩X-33井极值对称交会识别方法区分气层与水侵层Fig.4 The application of lithology electrical property rendezvous method are used to identify the gas zone and the water invasion zone in Se X-33 gas well

在图4中970～974 m井段为含(黄/磁)铁矿层段，感应测井失真明显，而深测向则相对稳定，仅在对应含(黄/磁)铁矿位置出现较薄的两层电阻率下降。另外，由于含(黄/磁)铁矿造成的电阻率“V”型形态出现电阻率升高部位，易造成气水识别混淆，而在侧向上一般不会出现。

另外，对于叠合型砂体发育的涩北气田而言，厚度1.5 m以下的砂体较为常见，感应测井难以对薄砂体做出精确反应，导致电测井识别流体性质存在难度，通过侧向测井资料的辅助分析，则可以提供对薄砂体的解释精度[20]。

因此，在涩北气田的定性解释中，目前采用自然伽马—感应电阻率、自然伽马—侧向电阻率的两个“极值对称交会剖面”，直观判定气层性质、含水特征，开展铁矿质影响分析等工作，成为现场直观解释的核心方法。