泥巖隔層發(fā)育背景下的河道砂巖氣藏剩余氣挖潛實踐
——以新場氣田JS22氣層為例

黎虹瑋，袁劍，趙志川，周志林

（1.中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都 610041；2.中國石化西南油氣分公司采氣一廠，四川德陽 610800）

新場沙溪廟組沙二段致密砂巖氣藏（JS2氣藏）是新場氣田的絕對主力氣藏，其中JS22氣層為主要貢獻產(chǎn)層之一[1?2]。由于該氣層部分砂體內(nèi)部發(fā)育泥巖隔層，形成JS22?2、JS22?1兩期三角洲平原亞相分流河道微相沉積[3]（圖1a、圖1b），之前已對該兩套砂體的展布特征、儲層特征進行了詳細研究，針對兩套砂體開展了地質(zhì)建模、氣藏數(shù)值模擬和經(jīng)濟評價研究等工作[4?7]，提出同一小層平面經(jīng)濟極限井距在多層合采情況下可降低至300 m左右[5,7]，并據(jù)此在主體部位部署了一系列加密調(diào)整井，取得了較好的增儲上產(chǎn)成效。

目前JS22氣層已進入開發(fā)中后期，在中低品位儲量區(qū)部署加密井鉆井成本較高，難以獲得較大經(jīng)濟效益，而老井挖潛能實現(xiàn)該類區(qū)域的低成本剩余氣開發(fā)[8?10]。對于單期河道發(fā)育區(qū)域（如JS22?2層西部—中部區(qū)域），僅需潛力井滿足單井對應(yīng)層位地質(zhì)挖潛標準及平面處于鄰井經(jīng)濟極限半徑之外即可，而在雙層砂體發(fā)育區(qū)，則需將泥巖隔層發(fā)育分布情況納入挖潛論證評價。如A1 井僅射孔壓裂其中一層JS22?2（圖2），另一層JS22?1砂體單井錄井油氣顯示較好，測井參數(shù)符合JS22層挖潛標準，且單從JS22?1層平面來看處于生產(chǎn)鄰井A2、A3 控制半徑之外（圖1c）（利用RTA 數(shù)值模擬軟件計算得出，輸入?yún)?shù)為生產(chǎn)井的原始地層壓力、地層溫度、天然氣壓縮系數(shù)、動態(tài)儲量、儲層垂厚、測井解釋孔隙度、滲透率、含氣飽和度），具備挖潛潛力，但JS22?1層垂向是否被下層壓竄動用尚不清楚，隔層垂向封隔性能未有挖潛先例驗證，影響了該井區(qū)剩余氣的開發(fā)，因此，以鉆、測、錄井資料為基礎(chǔ)，開展新場地區(qū)JS22氣層隔層單井識別劃分、發(fā)育規(guī)模研究以及平面分布規(guī)律研究，利用挖潛井探索河道砂巖內(nèi)部泥巖隔層垂向封隔性能，該成果將對JS22氣層剩余氣開發(fā)提供新思路和實踐依據(jù)，對進一步提高整個氣藏采收率具有重要意義。

圖2 新場氣田A1井氣層地質(zhì)綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive histogram of gas reservoir in Well-A1 of Xinchang Gas Field

1 儲層和泥巖隔層的識別與劃分

1.1 泥巖隔層巖性特征與成因

隔層是指在垂向上分隔滲透層的非滲透層，具有良好的橫向連續(xù)性，常作為劃分小層的有利標志層。隔層的物性極差，能夠有效阻擋其上下滲透層之間的垂向滲流，其在發(fā)育位置、產(chǎn)狀、縱橫向分布規(guī)模等方面與夾層均有差異[11?15（]表1）。綜合各項特征及前期開發(fā)認識，本次研究對象主要為砂巖層間的隔層。

表1 隔、夾層特征對比Table 1 Comparison of interlayer and interbed features

錄井資料表明，JS22氣層砂體巖性主要為灰綠色細、中粒長石巖屑砂巖，隔層主要為褐色泥巖，局部發(fā)育褐灰色粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖。泥巖隔層主要由洪泛期的細粒沉積物垂向加積而成，與下伏粗粒沉積物組成河流二元結(jié)構(gòu)[11]。

研究表明，JS22?1儲層孔隙度平均為10.24 %，滲透率平均為0.19×10?3μm2，JS22?2儲層孔隙度平均為10.74 %，滲透率平均為0.271×10?3μm2[4]。由于未對JS22層泥巖隔層專層取心，無法獲取物性參數(shù)，但通過新場地區(qū)沙溪廟氣藏上部另一主力氣藏——蓬萊鎮(zhèn)氣藏JP22層與JP23層之間的泥巖隔層（取樣垂深約1 050 m）取心物性分析表明，泥巖孔隙度0.46%，垂向滲透率0.015×10?3μm2，埋深更大的JS22層（垂深為2 250～2 450 m）內(nèi)泥巖受壓實作用更強，物性顯然更低于淺層蓬萊鎮(zhèn)氣藏的泥巖物性。宋修章等[16]研究表明新場上沙溪廟組儲層有效孔隙度下限為4.6%，有效滲透率下限為0.07×10?3μm2，泥巖隔層的物性顯著低于砂巖層有效物性下限，屬于相對非滲透層。此外，對JS21層與JS22層之間的泥巖隔層巖心突破壓力試驗表明，泥巖突破壓力梯度為120 MPa/m，而JS22層砂體原始地層壓力（氣井投產(chǎn)前所測地層靜壓）在40～50 MPa[3]，平均為43 MPa，進一步表明在現(xiàn)今埋藏條件下，未被加砂壓裂改造的砂巖內(nèi)天然氣垂向上難以突破泥巖層，即泥巖層在未受上下砂巖壓裂波及時應(yīng)具有較好的垂向封隔性能。

1.2 儲層和泥巖隔層測井識別標準

錄井資料識別隔層效率較低，而測井資料識別隔層直觀便捷、實用性更強，因此，優(yōu)選發(fā)育隔層的34口井，以巖屑資料標定測井資料，建立隔層的測井識別劃分標準。

對單井砂巖層和泥巖隔層求取各測井曲線均值，繪制蛛網(wǎng)（圖3），結(jié)果表明自然伽馬、密度、電阻率、中子這4條曲線砂巖層與泥巖隔層在數(shù)值范圍上有明顯差異，可以定量區(qū)分砂巖層與隔層；自然電位曲線和聲波時差曲線則只能通過與上下砂巖層的測井曲線相對變化定性識別。

圖3 新場氣田砂巖層及泥巖隔層識別蛛網(wǎng)模式Fig.3 Logging cobweb plots of sandstone layer and mudstone interlayer of in Xinchang Gas Field

綜合統(tǒng)計分析對比，建立JS22隔層測井識別標準見表2。

表2 新場氣田砂巖層與隔層測井識別標準Table 2 Logging identification standards of sandstone layer and interlayer of in Xinchang Gas Field

表2 新場氣田砂巖層與隔層測井識別標準Table 2 Logging identification standards of sandstone layer and interlayer of in Xinchang Gas Field

測井位置砂巖層隔層相對砂體變化自然伽馬（API）50～70 75～95變大密度（g/cm3）2.35～2.55 2.50～2.65變大補償中子（%）13～20 9～16變小電阻率（Ω·m）15～35 12～22變小自然電位（mV）?100～50?100～50無差異聲波時差（μs/m）212～278 230～245變小

2 泥巖隔層分布特征研究

通過建立的測井曲線識別標準，對全區(qū)鉆遇JS22層的氣井進行隔層識別劃分，其中68 口井發(fā)育泥巖隔層，厚度主要介于5～15 m，占發(fā)育隔層總井?dāng)?shù)的67.6 %，其中相對厚層（厚度不小于10 m）發(fā)育井僅26口，占38%（圖4）。

圖4 泥巖隔層厚度分布直方圖Fig.4 Histogram of thickness distribution of mudstone interlayer

在單井劃分隔層及小層精細對比基礎(chǔ)上，繪制泥巖隔層厚度等值線圖，研究隔層平面分布規(guī)律。結(jié)果表明，泥巖隔層主要分布于JS22氣藏東部，呈北東—南西向展布，總體特征為沿展布方向兩厚夾一?。▓D5），相對厚層（厚度不小于10 m）穩(wěn)定分布區(qū)域有限，兩厚層區(qū)域平行排列，個別井區(qū)厚度大于15 m。

圖5 新場氣田氣層泥巖隔層厚度等值線Fig.5 Mudstone interlayer thickness contour map of gas reservoir in Xinchang Gas Filed

JS22?1層砂體主要分布于JS22氣藏東部（圖1b），其總體展布范圍與隔層一致，但是更向東側(cè)拓展，即最東一線雖然發(fā)育JS22?1砂體且砂體厚度較大（15～30 m），但未發(fā)育隔層和JS22?2砂體，說明JS22?1時期河道整體向東遷移，直接疊置于JS22?2河道東側(cè)邊緣洪泛泥巖層之上。

3 泥巖隔層發(fā)育背景下的剩余氣挖潛實踐

3.1 挖潛選井原則及優(yōu)選潛力井

剩余儲量是指氣藏中在現(xiàn)有技術(shù)條件或人為控制條件下尚未采出和難以采出的天然氣地質(zhì)儲量，剩余儲量中的天然氣即為剩余氣[17?20]。本次研究主要圍繞受垂向隔層隔擋且平面生產(chǎn)鄰井經(jīng)濟極限半徑之外的單層未射孔層段開展剩余氣復(fù)查工作，總體屬井網(wǎng)未控制型剩余氣。

由泥巖隔層發(fā)育規(guī)?？芍琂S22氣層泥巖隔層厚度總體不大，厚度大于10 m 的區(qū)域有限，目前JS22層尚未有一層已射孔壓裂、挖潛另一層的先例，隔層垂向封隔厚度下限缺乏實踐數(shù)據(jù)支撐。之前實驗?zāi)M研究表明，加砂壓裂時隔層內(nèi)垂向造縫高度受產(chǎn)層和隔層厚度配置、地層應(yīng)力差、壓裂液成分和黏度、施工排量等綜合影響[21?23]，根據(jù)川西中淺層陸相砂巖氣藏鉆井壓裂經(jīng)驗，在隔層厚度為5 m 時，當(dāng)產(chǎn)層及隔層滿足一定厚度和應(yīng)力差條件時，通過合理設(shè)計壓裂液成分和黏度、控制排量，理論上垂向不會壓竄隔層[23?24]，因此，本次研究暫定隔層垂向封隔理論厚度下限5 m，據(jù)此優(yōu)選挖潛潛力井。

在理論隔層厚度下限約束下，結(jié)合新場JS22層單井歷年挖潛標準（表3），采用鄰井類比法判別垂向動用情況，即將符合單井挖潛標準的單層射孔壓裂潛力井與其1～2 km 內(nèi)的JS22?1、JS22?2兩層合采生產(chǎn)井進行對比（圖6）：

圖6 隔層發(fā)育區(qū)潛力井與鄰井Fig.6 Potential wells with interlayer and its adjacent wells

1）靜態(tài)地質(zhì)特征相似：在潛力井1～2 km 井區(qū)內(nèi)，砂體、隔層（厚度不小于5 m）展布相對穩(wěn)定，A、B井測錄井特征相似。

2）動態(tài)特征差異大：數(shù)值模擬顯示潛力單層存在生產(chǎn)鄰井未控制區(qū)域、剩余儲量大，且A 井雙層射孔壓裂動態(tài)儲量大，但B 井僅單層射孔壓裂動態(tài)儲量小。

符合上述特征的潛力層受隔層垂向隔擋影響，可能未被動用。據(jù)此標準，優(yōu)選符合條件的A1 井開展挖潛作業(yè)（圖1c、表3），探索泥巖隔層的垂向封隔性能。

表3 新場氣田氣層單井挖潛標準與A1井層地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Table 3 Standards of potential tapping of old wells ingas reservoir and basic geological date of gas reservoir in Well-A1 of Xinchang Gas Field

表3 新場氣田氣層單井挖潛標準與A1井層地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Table 3 Standards of potential tapping of old wells ingas reservoir and basic geological date of gas reservoir in Well-A1 of Xinchang Gas Field

測井?dāng)?shù)據(jù)砂體垂厚（m）隔層垂厚（m）挖潛潛力井?dāng)M挖潛層位密度（g/cm3）孔隙度（%）滲透率（10?3μm2）平面未動用指標挖潛標準A1 JS2 2?1或JS2 2?2≥13.0≥5.0自然伽馬（API）40.0～75.0聲波時差（μs/m）≥213深側(cè)向電阻率（Ω·m）16～50補償中子（%）8～18 2.30～2.60≥5≥0.20含水飽和度（%）≤80.0 JS2 2?1 22.4 10.5 60.5 242 16 11 2.35 11 0.59 45.5與生產(chǎn)鄰井距離大于鄰井控制半徑598～1 008 m＞90～163 m

3.2 泥巖隔層發(fā)育井挖潛實踐

A1井是位于新場構(gòu)造南翼最南端的一口開發(fā)井（圖1），2011年3月投產(chǎn)，JS22?2、JS23層合采（JS22?2層底與其下JS23層頂垂深差為32.7 m），挖潛前日產(chǎn)氣量0.11×104m3，累計產(chǎn)氣量1 140×104m3，可采儲量1 237×104m3，采出程度92%。

A1 井區(qū)1 km2范圍內(nèi)JS22?1層砂體厚度展布穩(wěn)定，各井厚度為20～25 m。各井均發(fā)育泥巖隔層，厚度為3.7～10.5 m，其中A1井隔層厚度最大，有10.5 m（圖7）。A1 井JS22?1層砂體垂厚22.4 m，巖性為中砂巖，在泥漿密度由1.78 g/cm3下降至1.76 g/cm3的情況下，槽面氣泡20 %，氣測全烴值由4.87 %上升至45.084 %，測井自然伽馬值60.5 API，聲波時差值229～262 μs/m，電阻率16 Ω·m，孔隙度11 %，滲透率0.59×10?3μm2，含水飽和度45.5 %，綜合解釋為氣層，該層物性較好，錄井油氣顯示較好，測井參數(shù)達到JS22層挖潛標準。

圖7 新場氣田A1井區(qū)層連井剖面Fig.7 Well section of gas reservoir in Well-A1 area of Xinchang Gas Field

基于單井測井解釋滲透率對JS22?1層滲透率物性建模表明，JS22?1層內(nèi)部滲透率集中分布在（0.1～0.4）×10?3μm2[4]，普遍高于之前研究所述沙溪廟組儲層有效滲透率下限0.1×10?3μm2，表明同層砂體內(nèi)部泥巖夾層數(shù)量有限，物性差異主要是砂體孔隙結(jié)構(gòu)、膠結(jié)物、雜基等導(dǎo)致，但由于砂體滲透率普遍高于有效滲透率下限，也不存在側(cè)向物性隔層（否則也不會形成JS22?1層整體成藏）。之前利用序貫高斯模擬方法對JS22?1層滲透率建模表明，A1 井和生產(chǎn)鄰井（A2 井、A3 井）見圖1c，這3 口井測井滲透率均為（0.5～0.6）×10?3μm2，而井間部分區(qū)域滲透率為（0.3～0.5）×10?3μm2[4]，物性相對變差，A1 井區(qū)的天然氣難以在鄰井開發(fā)的近10年內(nèi)快速滲流至A2 和A3 井區(qū)，這可能是A1 井區(qū)存在剩余氣的地質(zhì)原因。利用RTA 軟件數(shù)值模擬結(jié)果表明，生產(chǎn)鄰井JS22?1層控制半徑在90～163 m，A1 井與生產(chǎn)鄰井間距較大（598～664 m），綜合分析認為A1 井區(qū)JS22?1層存在井網(wǎng)未控制型（工程技術(shù)原因）兼層內(nèi)非均質(zhì)型（地質(zhì)原因）剩余氣，容積法計算未動用區(qū)面積為0.66 km2，未動用儲量約為0.26×108m3。

A2 井、A3 井均為JS22?1、JS22?2兩層同時射孔壓裂，對比發(fā)現(xiàn)，A1 井JS22氣層動態(tài)儲量803×104m3（已剔除合采層JS23的動態(tài)儲量）遠小于地質(zhì)條件相似的鄰井動態(tài)儲量（A2 井動態(tài)儲量4 416×104m3、A3 井動態(tài)儲量8 485×104m3，表4），且A1 井處隔層厚度較大，有10.5 m，垂向可能未被動用。

表4 新場氣田A1井區(qū)層地質(zhì)基本數(shù)據(jù)Table 4 Basic geological data ofandgas reservoir in A1 well area of in Xinchang Gas Field

表4 新場氣田A1井區(qū)層地質(zhì)基本數(shù)據(jù)Table 4 Basic geological data ofandgas reservoir in A1 well area of in Xinchang Gas Field

井名及層位JS2 2?1 A1（挖潛潛力井）（挖潛潛力層）JS2砂巖垂深（m）22.4砂巖巖性中砂巖泥巖隔層垂厚（m）10.5槽面顯示（%）20鉆時（min/m）4～7黏度（mPa·s）53上升至55自然伽馬（API）60.5聲波時差（μs/m）229 2?2（已射孔壓裂）JS2 15.7細砂巖10.5 25 10下降至4 53上升至56 59.5 253 2?1 22.2中砂巖3.7 20 2～3 46上升至47 57～74 239～255 A2（已射孔壓裂）JS2 2?2（已射孔壓裂）JS2 22.2 3.7 20 2～7 43上升至44 68 252 2?1 23 6.5 20 12下降至1 32上升至50 60.3 256 A3（已射孔壓裂）JS2 2?2（已射孔壓裂）22 6.5 20 6下降至2泥漿密度（g/cm3）1.78下降至1.76 1.78下降至1.76 1.70下降至1.69 1.71下降至1.70 1.91下降至1.76 1.75下降至1.71 32上升至50氣測全烴（%）4.87上升至45.10 9.96上升至58.97 0.94上升至76.98 6.13上升至66.36 0.33上升至11.77 1.94上升至5.8 66.3 260井名及層位密度（g/cm3）孔隙度（%）滲透率（10?3μm2）含水飽和度（%）綜合解釋動態(tài)儲量（104 m3）與A1井距離（m）A1（挖潛潛力井）JS2 2?1（挖潛潛力層）JS2深側(cè)向電阻率（Ω·m）16中砂巖細、中砂巖細、中砂巖淺側(cè)向電阻率（Ω·m）14.5補償中子（%）11 2.35 11.0 0.59 45.5氣層2?2（已射孔壓裂）JS2 15 13.5 12 2.31 11.5 0.74 46.5氣層803 2?1 23 21 11.5～13.0 12 0.53 45氣層4 416 598 A2（已射孔壓裂）JS2 2?2（已射孔壓裂）JS2 22 21 13.4 12 0.65 46氣層4 416 598 2?1 18.2 16.5 13.6 2.42 13 0.58 43氣層8 485 664 A3（已射孔壓裂）JS2 2?2（已射孔壓裂）17.5 15.9 14.0 2.40 15 0.65 47氣層8 485 664

綜上所述，A1 井JS22?1層油氣顯示好，符合新場JS22層挖潛標準，泥巖隔層厚度較大，下層JS22?2層射孔壓裂可能未波及JS22?1層，且平面上處于生產(chǎn)鄰井控制范圍之外，遂提出對該井挖潛。2020年5月，該井JS22?1、JS21層（JS22?1層頂與其上JS21層底垂深差為33.7 m）經(jīng)射孔壓裂改造后，獲天然氣無阻流量2.16×104m3/d，經(jīng)生產(chǎn)測井表明，JS22?1層產(chǎn)能貢獻占40%，即JS22?1單層無阻流量約0.86×104m3/d，相較原層JS22?2（單層產(chǎn)量約0.05×104m3/d）增產(chǎn)明顯，首次證實了該井區(qū)10 m泥巖隔層厚度具有較好的垂向封隔性。該成果將為新場JS22氣層剩余氣開發(fā)提供新思路和實踐依據(jù)，后續(xù)工作將進一步梳理此類隔層發(fā)育的單層射孔壓裂井，利用老井挖潛低成本開發(fā)方式進一步探索泥巖垂厚封隔下限，提升氣藏采收率。

4 結(jié)論

1）通過建立新場氣田JS22氣層泥巖隔層測井曲線識別標準，在單井隔層識別劃分和小層精細對比基礎(chǔ)上，開展隔層發(fā)育規(guī)模和平面分布規(guī)律研究，結(jié)果表明，泥巖隔層主要分布在JS22氣藏東部，總體表現(xiàn)為兩厚夾一薄特征。

2）利用A1 井挖潛實踐，原未射孔壓裂層經(jīng)加砂后較原產(chǎn)層增產(chǎn)明顯，首次證實該井區(qū)JS22氣層10 m 泥巖隔層具有較好垂向封隔性能，該成果將對JS22氣層剩余氣開發(fā)提供新思路和實踐依據(jù)，對提高整個氣藏采收率具有重要意義。