低渗透岩性气藏含水特征分析与测井识别技术——以苏里格气田为例

　　(本文作者：石玉江1，2，3 杨小明1，2 张海涛1，2，3 刘天定1，2 1.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室;2.中国石油长庆油田公司;3.西北大学地质学系)

　　摘要：鄂尔多斯盆地苏里格地区上古生界发育低渗透砂岩岩性气藏。随着苏里格气田勘探向北部、西部的拓展，在大面积含气背景下，部分井、层出现不同程度的产水，出水井产水量大小、含水特征各异，平面分布规律复杂，影响了单井产量的提高和储量评价工作。为此，以苏里格气田为例，从低渗透岩性气藏成藏机理出发，分析了气藏充注不充分的条件下低渗透岩性气藏的含水特征，结合储层微观、宏观非均质特征，明确了束缚水、层间水和滞留水3种地层水赋存状态，分析了其测井响应特征及识别方法，结合试气工艺方案的优化，提出了有针对性的气层改造措施，以期达到控水增气的目的。

　　关键词：苏里格气田;低渗透油气藏;岩性气藏;地层水;非均质性;测井;解释;控水增产

　　鄂尔多斯盆地苏里格气田西区(以下简称研究区)局部岩性气藏近几年出现了不同程度的产水现象，制约了单井产量的提高和气藏规模的进一步扩大，已经影响到该区上古生界天然气的勘探[1～2]。

　　1 气层含水特征分析

　　1.1 出水井特征

　　如图1所示，研究区内苏173井盒8段气层1和气层2射孔段分别为3612.0～3614.0m、3642.0～3644.0m，两段分压合求，试气获井口产量1.8838×104m3/d，产水13.0m3/d。研究区试气出水井基本都呈现出高阻的特征，给测井识别气、水层带来了很大网难。

　　1.2 地层水的形成机理

　　研究区储层微观孔隙结构复杂，储层产水与储层孔隙结构关系密切。二叠系盒8段、山1段低渗透砂岩气藏为高压充注成藏，成藏后气、水分布主要受储层毛细管力与气体向上浮力的共同控制(图2)，下面用数学方法计算研究区储层毛细管力(pcR)、天然气向上浮力(pgr)。储层毛细管力为：

　　pcR=2σgwcosθgw/r (1)

　　式中σgw为气水两相界面张力，研究区在地层条件(30MPa、110℃)下取25mN/m;θgw为润湿接触角，由于水是完全润湿流体，天然气为强非润湿相，取值为0°;r为孔喉半径，研究区取值0.05～0.6μm。

　　根据式(1)计算研究区地层条件下储层毛细管力主要分布在0.15～2.0MPa之间。

　　天然气向上浮力(图2-b)在储层中的大小与气柱连续高度和气、水密度差成正比。计算公式如下：

　　pgr=H(ρw-pg)g (2)

　　式中H为气藏高度，m;ρw为地层条件下地层水密度，研究区取值为0.96×103kg/m3;凤为地层条件下气体密度，研究区取值为0.16×103kg/m3。

　　研究区区域构造平缓，通过对大量盒8段、山1段气藏剖面统计，渗透性好、横向连通好的气层连续高度主要分布在10～35m，一般不超过40m。根据上述公式计算得研究区盒8段、山1段气藏天然气向上浮力介于0.08～0.28MPa。

　　上述计算结果对比表明，对于研究区含水储层，气体向上浮力(0.08～0.28MPa)难以有效地克服储层毛细管阻力(0.15～2.0MPa)(图3);研究区地层水的分布受毛细管力影响较大，不同物性及孔隙结构的储层，成藏后气、水在纵向上分布各异。

　　1.3 地层水赋存状态分类

　　1.3.1 储层微孔隙发育造成的高束缚水

　　这类储层主要是由于岩石细粒成分(粉砂)增多和(或)黏土矿物的充填富集，导致微孔隙十分发育。而微孔隙发育，导致地层水易吸附于岩石颗粒表面或储层微细毛细管中，形成高束缚水储层，束缚水在原始地层状态下难于流动，仅在压裂改造后产出少量水。这类储层在测井曲线上主要表现出自然伽马值较高(一般大于40API)，中高声波时差(220～250μs/m)、中低电阻率(20～50Ω·m)的特征，无明显的水层测井响应特点，储层物性较差。研究区苏69井山1段气层视电阻率为54Ω·m，声波时差为229.8μs/m，平均分析孔隙度为8.70%，平均分析渗透率为0.23mD。从压汞曲线上也可以发现，排驱压力值高，SHg0.1仅为16%，说明该层段仅发育中小孔隙，物性较差。压裂改造后，试气获井口产量3.228 6×104m3/d，产水4.5m3/d，出水即为储层压裂改造后，束缚水得以解放所致。

　　1.3.2 储层非均值性造成的层间水

　　这类地层水存在于非均质性较强储层的毛细管中，主要受毛细管力控制，重力作用影响小，主要发育存河道侧翼或主河道沉积旋回顶面颗粒变细层段。这类储层在测井曲线上表现出电阻率曲线纵向呈现韵律式变化，气水分异不明显，无明显的气水界面。研究区苏170井盒8段气水层视电阻率为82.53Ω·m，声波时差为211.16μs/m，按照一般认识应该为较好的气层，但试气获井口产量1.590 ×104m3/d，产水11.1m3/d。从测井曲线分析出水原因，发现在气水层段电阻率值降低时，岩心分析物性也明显变差，而且从压汞曲线上也可以看到，分析物性变差的储层段进汞饱和度低，孔喉分选较差;分析物性较好的储层段进汞饱和度高，孔隙结构也较好，在孔隙结构差的储层段由于储层毛细管力的作用，地层水滞留于其中，导致压裂改造后储层出水。

　　1.3.3 气藏充注程度不足形成的局部滞留水

　　这类地层水是在低幅度构造和低渗透背景条件下，对局部孔隙结构、物性较好的储层，受成藏条件或成藏后构造弱分异作用控制，残留于储层或砂体底部的水，主要分布于主河道构造下倾部位或者周围致密层圈闭的孤岛透镜状渗透性砂体中，从测井曲线上看电性参数有明显的水层特征。研究区苏63井盒8段气层呈现出高阻、高时差特征，而且分析物性好，压汞曲线显示该段排驱压力低，进汞饱和度高，孔隙结构好，储层底部电阻明显降低，三孔隙度曲线也显示物性明显变差，出现水层特征，地层水由于重力分异作用，存在于储层底部，该井试气获井口产量1.595 7×104m3/d，产水30.0m3/d。

　　2 测井识别方法

　　2.1 高分辨率感应-侧向联合识别气水层

　　由于侧向和感应测井测量原理不同，淡水钻井液侵入水层、气层后对其影响有很大不同。双侧向测井的测井值主要取决于储集层高电阻率部分的贡献;而感应测井的测井值主要取决于储集层低电阻率部分的贡献[3～4]。淡水钻井液侵入水层时，侵入带内形成高侵电阻率剖面，由于侧向测井受侵入带高阻部分影响大，测量值明显比实际值成倍增高，钻井液愈淡、侧向测井测量值愈高。而感应测井也反映高侵，但深感应测井受高侵侵入带的影响相对较小，测量值增幅不大(与双侧向测井相比)。因此，在淡水钻井液条件下，对于水层，受侵入影响不同，侧向测井值比感应测井值升高更多，其比值(RILD/RLLD)应大于气层的二者比值。故可以用侧向-感应联合解释，以识别受钻井液侵入影响的部分气水层。据研究区感应一侧向联测的试气井资料制作侧向-感应联合识别气水层图版(图4)，在苏128井二次精细解释中应用此图版，其深感应电阻率(M2RX)与深侧向电阻率比值为0.64，深侧向电阻率平均为25Ω·m，在图版上位于含水区，复查解释为气水层，顶部射开试气后获井口产量1.0514×104m3/d，产水22.0m3/d，应用取得良好效果。

　　2.2 声波时差与电阻率交会图版法

　　据研究区已试探井资料制作了声波时差-一一深侧向电阻率交会图版(图5)。依据阿尔奇公式，在图版中作等饱和度曲线，从中可发现，研究区气层的含气饱和度在60%以上，与地质情况吻合，该图版应用于研究区探井测井解释，符合率超过90%，应用效果良好。

　　2.3 气测综合判识法

　　气测作为一种地球化学录井方法，通过在井口采集钻井液气样作出含烃量分析，并将它与对应的地层联系起来进行油气层判别。如果储层物性好，含气饱和度高，储层中的气与钻井液混合返至井口时，气测录井就会呈现出较好的气显示异常。因此，根据全烃曲线形态可以对储层流体性质做出初步的判断。通过对比分析，总结出以下几种类型的曲线形态，结合电性资料可以用于定性的气水识别(图6)。曲线形态包括：①饱满形——全烃显示厚度比储层厚度大或基本相等，说明气充满了整个储层，此形态最好，一般解释为气层;②欠饱满形～全烃显示厚度小于储层厚度，储层含气不饱满，上气下水，解释为气水同层或差气层;③倒三角形——曲线前沿陡，后沿缓慢回落，高点在上部，储层顶部有少量游离气，呈气帽特征，解释为气层或含气水层;④正三角形——曲线前沿缓慢爬升，后沿陡，高点在下部，水中溶解的气欠饱和，顶部无游离气，解释为含气水层或水层。

　　3 针对性的气层改造措施

　　苏里格地区砂体特征从平面上看储层厚度、物性特征变化较大，非均质性较强。从纵向上看：部分储层含水，气水关系复杂。针对此特点，结合试气工艺方案的优化，将苏里格地区盒8段、山1段储层按纵向砂体、气层结构的差异分成5类，分别提出了针对性的改造措施建议，以获得更好的试气效果(表1)。

　　4 结论

　　1) 气源条件的差异和储层非均质性导致苏里格气田不同区带储层天然气充注差异，气水关系复杂，苏里格地区地层水的分布受毛细管力影响较大，不同物性及孔隙结构的储层，成藏后气、水在纵向上分布各异。

　　2) 研究区储层物性与孔隙结构的不同导致地层水有明显不同的赋存状态，将其分为储层微孔隙发育造成的高束缚水、储层非均质性造成的层间水与气藏充注程度不足形成的局部滞留水。

　　3) 据研究区已试探井测井资料，重点研究了气水识别技术，提出了3种测井气水识别方法。

　　4) 结合试气工艺方案的优化，将苏里格地区盒8段、山1段储层按纵向砂体、气层结构的差异分成5类，并分别提出了针对性的改造措施建议。

　　参考文献

　　[1] 张厚福.石油地质学[M].北京：石油工业出版社，1999.

　　[2] 《测井学》编写组.测井学[M].北京：石油T业出版社，1998.

　　[3] 李长喜，李潮流，周灿灿，等.淡水钻井液侵入对双感应和双侧向测井响应的影响[J].石油勘探与开发，2007，34(5)：603-608.

　　[4] 谭廷栋.天然气勘探中的测井技术[M].北京：石油工业出版社，1994.

　　(本文作者：石玉江1，2，3 杨小明1，2 张海涛1，2，3 刘天定1，2 1.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室;2.中国石油长庆油田公司;3.西北大学地质学系)