鄂爾多斯盆地L地區致密低阻氣層成因研究

郭冀寧，韓藝，陳烈，王旭，安東

(1．長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，湖北武漢430100;2．長江大學地球物理與石油資源學院，湖北武漢430100;3．中國石油集團測井有限公司青海事業部，青海冷湖816300)

鄂爾多斯盆地L地區致密低阻氣層成因研究

郭冀寧1，2，韓藝1，2，陳烈1，2，王旭3，安東3

(1．長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，湖北武漢430100;2．長江大學地球物理與石油資源學院，湖北武漢430100;3．中國石油集團測井有限公司青海事業部，青海冷湖816300)

低電阻率油氣層(簡稱低阻油氣層)在國內外分布十分廣泛，低阻油氣層的識別與評價是一個難點也是一個重點，然而對于低阻油氣層成因的確定是其識別與評價的基礎。針對鄂爾多斯盆地L地區致密氣層的低阻成因，基于鑄體薄片實驗資料確定導電礦物的含量，基于X衍射實驗資料確定粘土礦物的類型與含量，基于巖石電阻率實驗與半滲透隔板實驗資料確定儲層的含水量，排除了導電礦物、粘土附加導電與高不動水作用是導致鄂爾多斯盆地L地區致密氣層出現低阻氣層的主要原因;基于雙相流體的孔隙介質的滲流力學理論結合阿爾奇模型對儲層感應測井響應值進行數值模擬，對比測井實測值與模擬值，確定了鉆井液的侵入為鄂爾多斯盆地L地區致密氣層出現低阻氣層的主要原因，為實現研究區塊或其他區塊低阻氣層識別與評價提供參考與借鑒。

低阻氣層;粘土附加導電;高不動水;鉆井液侵入

0 前言

對于低電阻率油氣層(簡稱低阻油氣層)的識別與評價一直是石油勘探開發領域的一個挑戰，也是世界各國今后在石油地質重點研究的領域之一。低阻油氣層并沒有一個統一的定義，有學者認為是在同一油(氣)水系統內油(氣)層與純水層的電阻率之比小于2，即油層的電阻增大率小于2［1］。研究表明，低阻儲層在世界內廣泛分布，美國墨西哥灣、加拿大東部近海及中東地區，中國東、西部油田，如渤海灣盆地、松遼盆地、塔里木盆地和鄂爾多斯盆地等均具有低阻儲層［2］。

低阻油氣層的識別與評價的基礎是低阻油氣層成因的確定。低阻氣層的成因十分復雜，根據文獻調研，主要的成因有:粘土附加導電、高不動水飽和度、導電礦物、鉆井液侵入等［3-7］。謝青等［3］對鄂爾多斯志丹、安塞地區長6低阻油層進行識別，得出該區塊低阻主要是由孔隙結構復雜、黏土附加導電與高地層水礦化度造成的;羅水亮等［4］對柴達木盆地臺南氣藏低阻成因進行分析，鉆井液侵入與高束縛水飽和度是造成低阻的主要原因;王友凈等［5］通過研究高尚堡地區的低阻成因，發現高尚堡深層油藏具有易于形成低阻油氣藏的地質條件，其低阻油層的發育是沉積、成巖、成藏綜合作用的結果;于慶洲［6］研究發現低阻儲層與黏土附加導電和泥漿侵入有關;程相志［7］總結形成低阻油氣層的內因和外因，內因主要有高不動水和高陽離子交換量，外因主要有泥漿侵入、砂泥巖薄互層及油水層礦化度的差異等。

本文基于鑄體薄片實驗、X衍射實驗、巖石電阻率實驗與半滲透隔板實驗資料以及鉆井液侵入數值模擬，對鄂爾多斯某地區的低阻成因進行研究分析，進而為實現研究區塊或其他區塊低阻氣層識別提供參考與借鑒。

1 儲層特征

L地區位于鄂爾多斯盆地晉西撓褶帶，上古生界二疊系石盒子組是研究區的主要產氣層段;沉積環境上部主要發育湖泊和三角洲沉積。儲集層物性較差，孔隙度分布區間主要為3．0%～12．0%，滲透率分布區間主要為0．01～3．0 mD，是典型的致密儲集層。

依據巖心鑄體薄片資料發現儲層主要巖性分為巖屑石英砂巖和巖屑砂巖;巖屑成分主要為火山巖和火山碎屑巖;填隙物成分中以粘土、絹云母和方解石為主，導電礦物含量少;分選性為中和差，不同層組略有差異;支撐類型主要為顆粒支撐;多見、可見石英次生加大現象;風化蝕變程度深;磨圓度主要以次圓為主;顆粒接觸方式主要為線—凹凸和凹凸接觸;巖石儲集空間主要為殘余粒間孔和溶蝕粒間孔，次之為裂隙孔。

2 低阻氣層成因機理研究

基于儲層巖石組分以及孔喉結構特征，儲層的導電礦物含量較少，排出導電礦物的作用，確定研究區的鄂爾多斯盆地L地區致密氣層的低阻成因可能為粘土附加導電作用、高不動水飽和度作用與鉆井液侵入作用。針對以上的可能成因，依據X衍射實驗、巖視電阻率實驗、半滲透隔板實驗資料與泥漿侵入數值模擬，確定研究區低阻氣層的主要原因。

2．1粘土附加導電作用

粘土礦物一般包括高嶺土、蒙脫石、伊利石及綠泥石等，粘土礦物對會使地層出現附加導電性，降低地層的電阻率，出現低阻油氣層［8］。儲層巖石的陽離子交換能力值是表征儲層巖石粘土附加導電能力的一個重要物理參數，不同類型的粘土礦物具有不同的晶體構造，導致陽離子交換能力值也有很大差異，其大小關系為蒙皂石＞伊利石、綠泥石＞高嶺石［6］。因此，當儲層粘土含量較高、粘土類型為蒙皂石或伊蒙混層時極易形成低阻氣層。

依據研究區石盒子組47塊巖石樣品的X衍射實驗數據，研究區的粘土礦物含量低于10%。圖1為研究區X衍射粘土礦物相對含量統計圖(圖1中S，I，K，C，I/S和C/S分別代表蒙皂石，伊利石，高嶺石，綠泥石，伊蒙混層，綠蒙混層)。

圖1粘土礦物相對含量統計

由圖1可以發現:粘土礦物主要以伊利石和高嶺石為主，其平均相對含量均超過30%以上，且蒙皂石或伊蒙混層不發育，說明儲層陽離子交換能力較差，粘土附加導電能力不強，不易形成以粘土附加導電引起的低阻氣層。

2．2高不動水作用

不動水指的是在一定的生產壓差下儲層孔隙中不可流動的水，包含巖石顆粒的薄膜滯水和毛細管孔隙中的毛管滯水［9］，即束縛水是不動水的一部分。砂巖主要儲集空間是溶蝕孔隙，致密儲層微觀非均質強，孔吼分選性差造成油氣運移對地層水驅替不徹底，地層殘余水含量高［8］。水是地層中很好的導電體，特別是高礦化度的地層中，不動水的聚積可以較好地改善儲層的導電性，從而降低儲層的電阻率［10］。

圖2為研究區77塊巖石樣品的巖石電阻率實驗的電阻率指數與含水飽和度的關系圖。

圖2電阻率指數與含水飽和度關系

依據低阻儲層的定義，電阻率指數小于2的儲層為低阻儲層，由圖2可以發現，電阻率指數小于2所對應的含水飽和度數值最小為0．7，即孔隙空間含水大于70%時，才能引起低阻。圖3為28塊巖石樣品的半滲透隔板實驗結果統計圖。

由圖3可以發現束縛水飽和度大于70%的數據頻率僅為3．57%，說明研究區的束縛水普遍低于70%。綜合上述兩點，研究區低阻氣層的成因不是高不動水飽和度引起。

2．3鉆井液侵入作用

圖3束縛水飽和度統計

鉆井過程中，井內壓力一般大于地層壓力，在滲透性地層，發生鉆井液侵入地層是一種常見現象。井內鉆井液侵入滲透性儲層是一個復雜的物理過程，涉及鉆井液的濾失性質(靜動濾失與泥餅滲透率)、井內鉆井液柱與地層的壓力差、油水相滲透率、鉆井液濾液與地層水的礦化度差別以及鉆井液浸泡儲層的時間等因素［11］。由于鉆井液的侵入，改變了井壁周圍地層流體的飽和度、水的礦化度以及相應的電阻率剖面等，使得電測井受其影響而產生低阻［12］。

研究區石盒子組普遍埋藏深度在1 200～1 600 m之間，通過對6口井31個測井解釋氣層進行統計分析，發現低阻氣層的浸泡時間均大于12 d，浸泡時間較長。結合上述低阻成因研究與浸泡時間，低阻氣層的成因排除了粘土附加導電和高不動水飽和度作用，則主要成因極有可能是鉆井液侵入引起。

基于雙相流體孔隙介質的滲流力學理論結合阿爾奇模型得到地層電阻率的計算公式，通過數值模擬來建立隨著侵入時間的推移地層電阻率的變化規律。對X井1 467～1 473 m段的儲層進行數值模擬，模擬參數為孔隙度12%，滲透率1．5×10－3μm2，地層水礦化度4．95%，泥漿濾液礦化度0．34%，地層溫度42．98℃，井眼壓力20 MPa，地層壓力14．5 MPa。圖4為鉆井液侵入的陣列感應電阻率響應數值模擬結果。

該層段測井時，鉆井液已浸泡17 d，實測的深感應測井響應值為11．4 Ω·m，實測的中感應測井響應值為12．913 Ω·m，模擬結果與實測結果吻合很好;該層段模擬反演的地層真電阻率為22 Ω·m，可以推算浸泡17 d后，深感應測井響應值下降了48%，中感應測井響應值下降了41%。因此可以說明，鄂爾多斯盆地L地區致密氣層的低阻成因主要為鉆井液侵入作用。

圖4鉆井液侵入數值模擬結果

3 結論

基于巖石樣品的鑄體薄片實驗、X衍射實驗、巖石電阻率實驗與半滲透隔板實驗，排除了導電礦物、粘土附加導電與高不動水作用是導致鄂爾多斯盆地L地區致密氣層出現低阻氣層的主要原因;基于雙相流體的孔隙介質的滲流力學理論結合阿爾奇模型的數值模擬，確定了鉆井液的侵入為鄂爾多斯盆地L地區致密氣層出現低阻氣層的主要原因，為實現研究區塊或其他區塊低阻氣層識別與評價提供參考與借鑒。

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［3］謝青，王建民．鄂爾多斯盆地志丹、安塞地區長6低阻油層成因機理及識別方法［J］．巖性油氣藏，2013，25(3):106－111．

［4］羅水亮，許輝群，劉洪，等．柴達木盆地臺南氣田低阻氣藏成因機理及測井評價［J］．天然氣工業，2014，34(7):41－45．

［5］王友凈，宋新民，何魯平，等．高尚堡深層低阻油層的地質成因［J］．石油學報，2010，31(3):426－431．

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A Research on Genesis of Low Resistivity of Tight Gas Reservoir in L Area of Ordos Basin

GUO Jining1，2，HAN Yi1，2，CHEN Lie1，2，WANG Xu3，AN Dong3
(1．Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources of Education Ministry of Yangtze University，Wuhan，Hubei 430100，China;2．Geophysics and Oil Resource Institute，Yangtze University，Wuhan，Hubei 430100，China;3．Qinghai Division，PetroChina Well Logging Limited Company，Lenghu，Qinghai 816300，China)

The low resistivity reservoirs(the low-resistivity pay)is widely distributed at home and abroad．The identification and evaluation of low resistivity reservoir is a difficulty and a key point，too．However，the formation of low resistivity reservoir is the basis of identification and evaluation．Aiming at the genesis of low resistivity of tight gas reservoir in L area of Ordos Basin，we think the determination of conductive minerals will come out of experimental data in cast thin section，basing on determination of clay mineral types and contents by X diffraction experiment data．Regarding to rock resistivity experiment，we have found semi permeable clapboard experiment data will determine reservoir water content，excluding conductive minerals．The additional conductive clay and high immobile water is the main reason for the formation of low resistivity gas reservoirs in the L area of Ordos Basin．Based on seepage mechanics theory of two-phase fluid in porous media，numerical simulation is carried out for reservoir induction log response to combine with Archie model，by contrasting measured value of well logging and simulation value．The main reason for formation of low resistivity gas reservoirs is invasion of drilling fluid in the L area of Ordos Basin to provide reference and reference for identification and evaluation of low resistivity gas reservoirs in research blocks or other blocks．

Low resistivity gas reservoir;Clay additional conductivity;High immobile water;Invasion of drilling fluid

P618．13

A

10．14101/j．cnki．issn．1002－4336．2017．01．006

2016－12－19

湖北省自然科學基金(2013CFB396)

郭冀寧(1994－)，男，遼寧盤錦人，在讀碩士研究生，研究方向:非常規儲層測井解釋與評價，手機:15071111314，E-mail:lnpjgjn@163．com．