史安平,申輝林,秦敏,劉歡,黃信雄

(中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東 青島 266580)

0 引 言

由于低電阻率油層在中國(guó)東西部油田分布普遍,國(guó)內(nèi)外學(xué)者及專家基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、數(shù)值模擬及理論推演等手段對(duì)油層低電阻率成因的微觀及宏觀機(jī)理進(jìn)行了大量研究,基本已經(jīng)形成共識(shí),認(rèn)為導(dǎo)致低電阻率的因素主要有地質(zhì)因素和工程因素[1-3]。前者包括低構(gòu)造幅度、黏土附加導(dǎo)電作用、巖性細(xì)和微毛細(xì)管發(fā)育、束縛水含量高、導(dǎo)電礦物作用、油水層礦化度差異;后者主要包括高礦化度鉆井液侵入、砂泥巖薄層等,不同地區(qū)低電阻率成因復(fù)雜多樣,需要具體分析[4-10]。準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡帶頭屯河組二段整體呈現(xiàn)中低孔隙度滲透率及強(qiáng)親水特征,特定地質(zhì)背景條件下,長(zhǎng)期存在油層電阻率低,油水層電阻率差異不明顯的問(wèn)題,嚴(yán)重制約了油藏的勘探及開(kāi)發(fā)進(jìn)程。本文以薄片、掃描電鏡、X-衍射、壓汞、地層水分析及物性分析為手段,對(duì)儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)、束縛水飽和度、黏土含量及類(lèi)型、地層水礦化度變化、含油飽和度特征及鉆井液侵入進(jìn)行了深入對(duì)比,厘清研究區(qū)儲(chǔ)層低電阻率成因及相關(guān)機(jī)理,該研究思路可為同類(lèi)型油藏的勘探開(kāi)發(fā)提供借鑒。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)阜東斜坡帶構(gòu)造上東接北三臺(tái)凸起、西鄰阜康凹陷生烴中心,侏羅系發(fā)育大型鼻狀構(gòu)造,其中北三臺(tái)凸起是一個(gè)持續(xù)性的古隆起,高部位經(jīng)歷了長(zhǎng)期的剝蝕,斷裂發(fā)育,構(gòu)造位置優(yōu)越,是勘探有利目標(biāo)區(qū)。其主要物源區(qū)為東部古隆起剝蝕區(qū)和南面的博格達(dá)山。

目的層系頭屯河組,主要為三角洲前緣沉積,以水下分流河道砂體為主。頭屯河組可細(xì)分為頭屯河組三段、二段和一段,巖性組合特征及顏色基本相似,巖性主要為灰綠色、灰色粉砂巖、細(xì)砂巖互層。頭屯河組三段厚度變化相對(duì)較大,在60～120 m之間,向北三臺(tái)凸起方向厚度漸薄,砂體相對(duì)欠發(fā)育,泥巖發(fā)育、厚度大,是頭屯河組油藏的直接蓋層。從目前鉆探情況看,頭屯河組二段厚度相對(duì)穩(wěn)定,一般在140～180 m之間。砂體相對(duì)比較發(fā)育,砂泥比高、單砂層厚度大,主力砂層厚度一般在20～35 m之間分布廣,是頭屯河組最重要的儲(chǔ)層。頭屯河組一段厚度變化相對(duì)不大,一般在80～110 m之間,該段砂體較發(fā)育,以砂、泥巖互層為主、單砂層厚度相較小,是頭屯河組較主要的儲(chǔ)層。頭屯河組含油砂體主要發(fā)育在頭屯河組二段,頭屯河組一段和三段也發(fā)育個(gè)別巖性油藏。目前已發(fā)現(xiàn)的低電阻率油層主要分布在頭屯河組二段。

2 頭屯河組低電阻率成因分析

通過(guò)試油資料統(tǒng)計(jì),目的層水層電阻率分布在2～8 Ω·m之間,以絕對(duì)值衡量,定義8 Ω·m為常規(guī)和低電阻率油層的分界線,即電阻率分布在3～10 Ω·m之間的儲(chǔ)層可以視為低電阻率儲(chǔ)層。

2.1 微孔隙發(fā)育及孔隙結(jié)構(gòu)的影響

依據(jù)常規(guī)巖心物性、壓汞實(shí)驗(yàn)、鑄體薄片及掃描電鏡資料顯示,研究工區(qū)目的層巖石類(lèi)型以細(xì)砂巖和粉砂巖為主,占86.85%。儲(chǔ)層孔隙度分布主要在10%～24.3%間,平均16.86%;其滲透率主要分布于在(0.073～433)×10-3μm2之間,平均9.74×10-3μm2,屬于中孔隙度、中低滲透率儲(chǔ)層。從圖1目的層系典型巖心的壓汞孔喉特征參數(shù)直方圖可以看出,儲(chǔ)層喉道比較小,孔喉半徑呈現(xiàn)單峰顯示,主要發(fā)育微孔隙。對(duì)阜東井區(qū)侏羅系頭屯河組儲(chǔ)層巖心樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì),巖石最大孔喉半徑平均5.39 μm,中值半徑平均0.54 μm,平均毛細(xì)管半徑1.63 μm,孔喉體積比平均為3.68,退汞效率平均為26.97%,非飽和孔隙體積百分?jǐn)?shù)平均為25.60%,因此,孔隙結(jié)構(gòu)以中孔-細(xì)中喉型為特征,儲(chǔ)集性能中等。

圖1 巖心壓汞孔喉特征參數(shù)直方圖

通常認(rèn)為,微孔隙指孔隙半徑小于0.1 μm的孔隙,因此,微孔隙中通常被毛細(xì)管束縛水完全占據(jù),微孔隙中的地層水為電流提供了附加的導(dǎo)電路徑,使巖心電阻率減小。所以,儲(chǔ)層微孔隙發(fā)育與否和儲(chǔ)層電阻率并無(wú)直接的因果關(guān)系。微孔隙發(fā)育是引起儲(chǔ)層呈現(xiàn)低電阻率的必要條件而非充分條件,當(dāng)儲(chǔ)層所含地層水礦化度相對(duì)高、油氣成藏的動(dòng)力相對(duì)弱,且儲(chǔ)層微孔隙相對(duì)發(fā)育時(shí),如儲(chǔ)層含油,可表現(xiàn)為低電阻油層特征。頭屯河組微孔隙發(fā)育率約為8%,所以,微孔隙不是阜東油田低電阻率成因。

2.2 黏土附加導(dǎo)電作用影響

黏土礦物導(dǎo)電的機(jī)理主要有2個(gè)原因:①由于黏土陽(yáng)離子交換所產(chǎn)生的附加導(dǎo)電性;②由于泥質(zhì)含量的增加,地層孔隙結(jié)構(gòu)將變得更加復(fù)雜,從而使得儲(chǔ)層的孔隙直徑變小、電流的迂曲度增大。據(jù)全巖分析,目的層泥質(zhì)含量總量在3.05%～24.8%之間,主要黏土礦物類(lèi)型為伊蒙混層、高嶺石、綠泥石和伊利石(見(jiàn)圖2)。但從不同礦物類(lèi)型的占比來(lái)看,主要黏土礦物類(lèi)型以水敏性強(qiáng)的伊蒙混層為主,占到71%,該礦物遇水極易發(fā)生膨脹,使孔隙喉道變窄,同樣可以使得孔隙結(jié)構(gòu)變復(fù)雜,束縛水含量增加,從而增加了儲(chǔ)層的導(dǎo)電性[11-14]。此外,從泥質(zhì)含量絕對(duì)值及伊蒙混層占比與儲(chǔ)層電阻率值的交會(huì)圖(見(jiàn)圖3和圖4)可以看出,隨泥質(zhì)含量的增加和伊蒙混層占比的升高,儲(chǔ)層電阻率大幅下降,這一統(tǒng)計(jì)關(guān)系也成為黏土礦物附加導(dǎo)電的佐證。黏土礦物含量中伊蒙混層占71%, 伊利石占8%,高嶺石占10%,綠泥石占11%。

圖2 研究工區(qū)儲(chǔ)層黏土結(jié)構(gòu)特征

圖3 伊蒙混層含量與電阻率關(guān)系

圖4 泥質(zhì)含量與電阻率關(guān)系

2.3 地層水礦化度影響

巖石由固體骨架和孔隙空間2部分組成,而骨架只含有極少量的自由電子,因此,骨架的導(dǎo)電性非常差。特別是阜東斜坡區(qū)骨架所含有的導(dǎo)電礦物很少,其影響可以忽略不計(jì)。對(duì)目的層水樣進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)地層水變化范圍增大,最小值2 072.37 mg/L,最大值33 122.46 mg/L,體現(xiàn)了極強(qiáng)的非均質(zhì)性,且從表1的地層水樣品不同離子類(lèi)型的濃度統(tǒng)計(jì)看,除個(gè)別樣品點(diǎn)硫酸根較高,顯示受一定地表水影響外,其余的樣品均可認(rèn)為是較為可靠的地下水樣。對(duì)其原因進(jìn)行分析,認(rèn)為研究區(qū)目的層地層水礦化度受到斷裂體系的不規(guī)則分布影響,主體分布區(qū)間為3 000～20 000 mg/L,含鹽量較高。受不同構(gòu)造部位、不同小圈閉及不同斷裂影響,地層水各自形成良好的連通網(wǎng)絡(luò),在局部區(qū)域可形成高地層水礦化度儲(chǔ)層,從而,相比較于常規(guī)中低礦化度儲(chǔ)層表現(xiàn)出更低的儲(chǔ)層電阻率。當(dāng)?shù)貙铀V化度從3 000 mg/L變化到20 000 mg/L時(shí),儲(chǔ)層電阻率從12 Ω·m降到4.5 Ω·m左右,下降比例可達(dá)60%。綜上分析表明,局部高礦化度地層水是該區(qū)部分儲(chǔ)層呈現(xiàn)低電阻率的主要成因之一(見(jiàn)圖5)。

表1 儲(chǔ)層地層水特征統(tǒng)計(jì)表

圖5 地層水礦化度與電阻率關(guān)系

2.4 鹽水泥漿鉆井液的侵入

研究工區(qū)采用鹽水泥漿,當(dāng)鉆井時(shí)間比較長(zhǎng)時(shí),鉆井液會(huì)在儲(chǔ)層被打開(kāi)的過(guò)程中漏失到地層中,從而降低油層的電阻率。為了比較鉆井液對(duì)地層電阻率的影響,選取了物性相近、同一地質(zhì)層段的水基井和油基井油層進(jìn)行電阻率值比較(見(jiàn)圖6),巖性與物性相當(dāng)時(shí),油基泥漿的電阻率比鹽水泥漿的電阻率明顯偏高,大約在2倍左右,說(shuō)明地層水高礦化度和鹽水泥漿侵入是阜東油田低電阻率的主要原因。

圖6 油基井和水基井孔隙度與電阻率關(guān)系

2.5 低含油飽和度

根據(jù)侏羅系頭屯河組二段斷裂構(gòu)造特征、結(jié)合試油成果,認(rèn)為阜東地區(qū)頭屯河組二段油藏主要為鼻狀凸起構(gòu)造背景下的巖性油藏,同時(shí)小斷層也有一定的控制作用。從圖7阜東5-阜東052-阜東9的連井油藏剖面看,同一套層系構(gòu)造幅度差為150 m左右,若油藏相互連通,則阜東9應(yīng)該是擁有極高的含油柱高度,導(dǎo)致高含油飽和度并且極高產(chǎn),但這與事實(shí)不符。因此,認(rèn)為阜東地區(qū)的頭屯河組油藏應(yīng)是疊瓦狀,橫向連片不連通,圖7的連井剖面有誤。分析認(rèn)為,相互孤立的巖性油藏由于圈閉幅度低,油水重力分異差,導(dǎo)致該區(qū)含油飽和度不高,約在50%左右,即低閉合高度下油柱高度充注不夠,引起油層低電阻率。這是該區(qū)低電阻率的主要原因。

3 結(jié)論

(1)頭屯河組儲(chǔ)層屬于中孔隙度、中低滲透率儲(chǔ)層,其巖性細(xì),孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,強(qiáng)水敏的特性極易引起低電阻率。

(2)通過(guò)對(duì)薄片、掃描電鏡觀察、X-衍射礦物、壓汞實(shí)驗(yàn)、地層水礦化度分析及巖心常規(guī)分析的對(duì)比結(jié)果看,以伊蒙混層為主要類(lèi)型的黏土礦物附加導(dǎo)電、局部?jī)?chǔ)層高地層水礦化度、長(zhǎng)時(shí)間的鹽水泥漿侵入及弱成藏動(dòng)力下的低含油氣充滿度是造成研究區(qū)儲(chǔ)層表現(xiàn)為低電阻率的主要原因。