鄂尔多斯盆地镇北油田长81油藏电阻率差异成因

冯渊，杨伟伟，刘一仓，王晔，焦廷奎，张海波

（1.中国石油长庆油田分公司a.勘探开发研究院；b.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710021；2.中国石油长庆油田分公司第十一采油厂，甘肃庆阳745000）

鄂尔多斯盆地镇北油田长81油藏电阻率差异成因

冯渊1，杨伟伟1，刘一仓2，王晔1，焦廷奎1，张海波1

（1.中国石油长庆油田分公司a.勘探开发研究院；b.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710021；2.中国石油长庆油田分公司第十一采油厂，甘肃庆阳745000）

鄂尔多斯盆地镇北油田长81超低渗油藏电阻率差异较大，油藏西部电阻率明显小于油藏东部，部分油层电阻率甚至接近水层，使得西部油层难以识别，给油田开发带来一定难度。为此，对油藏东、西部储集层电阻率差异成因进行了研究。研究结果表明，造成该油藏西部电阻率明显偏低的主要原因是：油藏西部储集层地层水矿化度高于油藏东部；西部储集层中阳离子交换能力较强的伊利石和绿泥石含量更高，其附加导电作用较强；由于油藏西部储集层中吸附水分子能力强的黏土矿物含量高、储集层孔隙结构更为复杂以及成藏动力弱等因素，导致其束缚水饱和度偏高。这一研究成果，对超低渗低阻油藏的勘探与开发具有重要意义。

鄂尔多斯盆地；镇北油田；电阻率差异；地层水矿化度；黏土矿物；束缚水饱和度

鄂尔多斯盆地镇北油田长81油藏资源丰富，是超低渗透油藏产建的主要对象之一。近年来的勘探开发实践表明，镇北油田不同区域长81油藏电阻率存在较大差异，油藏西部与油藏东部相比，电阻率明显偏低，部分油层与围岩电阻率相接近甚至更低。

目前，国内外对低阻油藏成因机理研究较多，已发现的低电阻率油层主要受储集层孔喉结构、孔隙空间大小、黏土矿物成分与含量、地层水矿化度、构造类型、钻井液侵入等因素影响，但这些研究对象多集中于低电阻率油藏本身，而对于低渗、超低渗背景下同一油藏中不同区域油层电阻率的差异成因研究较为匮乏，难以指导此类油藏的勘探开发。本文从储集层流体、岩石微观特征以及油气成藏等方面入手，根据岩心扫描电镜、X射线衍射、黏土矿物和毛细管压力等资料，对镇北油田不同区域储集层电性响应的差异性进行深入探讨，以期为评价该类油气藏提供借鉴。

1　研究区概况

镇北油田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡和天环坳陷交界区南部（图1），构造形态为一个西倾单斜。上三叠统延长组长81油层组为主力产层之一，主要发育三角洲前缘水下分流河道砂体，砂岩类型为长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩，以细砂岩为主，平均孔隙度10.24%，平均渗透率0.72mD，属于典型的超低渗岩性油藏。

图1　研究区构造位置

镇北油田长81油藏产纯油层段的电阻率分布范围较广（图2），区域差异明显，油藏电阻率由东向西逐渐降低。据研究区内338口井的统计，按电阻率可将长81油藏分为西部、中部和东部3个区域（图3），其中油藏东部电阻率平均可达50.4Ω·m，而西部电阻率平均为24.8Ω·m，最低处仅为9.86Ω·m，低于围岩，与水层接近。镇北油田长81油藏高、低电阻率油层共存，给测井解释油水层带来了很大困难，使油层与水层的识别难度加大。因此，研究油藏电阻率差异成因机理就显得至关重要。

图2　镇北油田长81油藏电阻率分布频率

2　储集层电阻率差异性成因

图3　镇北油田长81油藏电阻率等值线

储集层电阻率主要由构成储集层的岩石骨架和孔隙中流体所决定，但同一油藏中造成油层电阻率差异的成因复杂，类型多样[1]。对比分析镇北油田长81油藏油层特征，发现长81油藏西部地层水矿化度高于东部，同时储集层黏土矿物含量以及束缚水饱和度也是西部高于东部，在这些因素的共同作用下，形成了镇北油田长81油藏不同地区油层电阻率的差异。

（1）地层水矿化度地层水矿化度增高，会使地层中导电离子增多，导电能力增强[2]，高矿化度的地层水在大量连通的微孔隙中形成了密布的导电网络，使油气层电阻率明显降低[3]。镇北油田长81油藏地层水以CaCl2型为主（表1），有少量MgCl2型和Na2SO4型，地层水总矿化度为7.51~72.59 g/L.镇北油田长81油藏西部储集层地层水平均矿化度为54.37 g/L，而东部为17.61 g/L，油藏西部储集层地层水矿化度总体上高于东部，从电阻率与地层水矿化度关系（图4）可看出，油层电阻率随着地层水矿化度的增加而降低。同时油藏东部储集层地层水中存在Na2SO4型地层水，这可能与东部储集层裂缝发育、储集层连通性好、油藏埋藏较浅有关。可见，地层水矿化度是造成镇北油田长81油藏不同区域电阻率差异的原因之一，高地层水矿化度引起西部地区油层电阻率的降低。

（2）黏土矿物黏土矿物由于其独特的结构及微粒性而具有阳离子交换特性。黏土颗粒表面的负电荷可直接吸附极性分子中的阳离子，这些阳离子可与岩石溶液中的其他水合离子交换位置，引起黏土矿物的附加导电性[4]。不同黏土矿物其阳离子交换能力也不同，各类黏土矿物阳离子交换量大小排序为：蒙脱石（700~1 400mmol/kg）＞伊利石和绿泥石（100~400mmol/kg）＞高岭石（30~150mmol/kg）[5]。X射线衍射分析表明：镇北油田长81油藏储集层黏土矿物平均含量西部为10.96%，东部为5.90%（表2），阳离子交换能力较强的伊利石、绿泥石绝对含量均西部高于东部。同时，据扫描电镜观察，镇北油田长81油藏黏土矿物中伊利石主要呈搭桥状（图5a）、丝状（图5b）分布于岩石颗粒之间，可形成类似“电桥”的导电网络，增加了油藏西部储集层的导电能力，而呈叶片状（图5c）以衬边薄膜形态生长的绿泥石对导电网络的改善也起到了积极作用。因此，黏土矿物的含量及其分布形式，是造成镇北油田长81油藏西部电阻率低于东部的原因之一。

表1　镇北油田长81油藏不同地区地层水分析对比

图4　镇北油田长81油藏电阻率与地层水矿化度关系

表2　镇北油田长81油藏储集层黏土矿物含量统计（%）

（3）束缚水饱和度束缚水一般由岩石颗粒表面吸附的薄膜滞留水和微细孔隙中的毛细管滞留水两部分组成，当压差不能克服毛细管滞留力时，毛细管滞留水不可流动，此时的毛细管滞留水与薄膜滞留水一起组成不动水[6]，不动水体积的增加，必然会使储集层导电能力提高。从镇北油田长81油藏岩心样品束缚水饱和度来看，油藏西部储集层有更高的束缚水饱和度（表3）。由图6可看出，油层电阻率随着束缚水饱和度的增加而降低。经分析认为，致使镇北油田长81油藏储集层不同区块束缚水饱和度存在差异的因素主要有：①黏土矿物含量不同；②孔隙结构差异；③成藏动力强弱。

图5　镇北油田长81油藏储集层黏土矿物赋存特征

表3　镇北油田长81油藏储集层孔渗特征与束缚水饱和度

图6　镇北油田长81油藏电阻率与储集层束缚水饱和度关系

黏土颗粒表面吸附的阳离子可以通过黏土水化作用与极性水分子结合，在黏土颗粒表面形成一层薄水膜[4]。因此，随着黏土矿物含量的增高，对极性水分子的吸附能力也随之增强。黏土矿物中蒙脱石、绿泥石的比表面和膨胀系数较大，其吸附的薄膜滞留水较多[6]。镇北油田长81油藏西部储集层绿泥石绝对含量高，平均含量高达4%，这些黏土颗粒的直径一般小于2μm，在孔隙空间中呈衬边薄膜状或孔隙桥状存在（图5），吸水可形成束缚水膜，能增加含油地层的导电路径。

镇北油田长81油藏长81油层组储集层以细砂岩为主，西部储集层填隙物含量较高（表4），导致储集层孔喉结构相对复杂，毛细管排替压力大，毛细管中的地层水被驱替不充分而遗留在微小的孔喉中，容易导致不动水饱和度高[7]。分析镇北油田长81油藏39口井的压汞资料，从压汞曲线得知：西部多为双峰型曲线，中部多为陡斜式，而东部则多为平直型（图7）。其中油藏西部储集层双峰型曲线，反映了储集层的双孔隙结构特征，大小不均的孔喉相对集中发育。这是由于油藏西部储集层颗粒普遍含有较多的绿泥石膜，成岩阶段绿泥石的存在具有一定的抗压实作用，另外，早期的绿泥石膜可以阻止石英、长石的次生加大，保存了一定量相对较大的粒间孔。但同时，绿泥石膜的形成使喉道弯曲变形更强，而其他胶结物的充填可使喉道连通性进一步变差[8]，形成较多的微孔隙，降低储集层渗透率，使储集层毛细管压力增加，束缚水饱和度增大。油藏东部储集层平直型曲线表明储集层孔喉分选较好，大小相对均一，这与东部储集层填隙物含量少，黏土矿物含量较低有关，因此油藏东部储集层束缚水饱和度低，电阻率也相应较高。油藏中部储集层压汞曲线相对东部较陡，反映了储集层孔喉分选性较差，中部填隙物含量介于东部与西部之间，其微孔隙较东部储集层发育，束缚水饱和度也较高。

表4　镇北油田长81油藏储集层填隙物含量%

成藏动力的差异是造成镇北油田长81油藏东西部储集层束缚水饱和度差异的另一重要因素，随着成藏动力的减弱，油气进入低渗储集层微孔隙的驱动力减小，导致这部分孔隙水不能完全被驱替排出，从而增大了储集层束缚水饱和度。镇北油田长81油藏油源主要是上覆优质烃源岩[9]，油气通过烃源岩生烃作用和欠压实作用产生的异常高压向下充注[10]，而并未发生长距离侧向运移[11]。镇北油田位于鄂尔多斯盆地西南缘，东部相比西部更靠近盆地生烃中心，因此，长81油藏西部成藏期油气充注压力小于东部，从而使得西部长81储集层微孔隙束缚水高于东部。

图7　镇北油田长81油藏不同区域储集层压汞曲线

总之，镇北油田长81油藏西部储集层相对较高的黏土矿物含量，更为复杂的储集层孔隙结构以及较弱的成藏动力，造成油藏西部储集层孔隙内的薄膜滞留水和毛细管滞留水偏高，使其束缚水饱和度偏高，从而导致其电阻率偏低。因此，束缚水饱和度的差异是导致油藏电阻率差异的另一重要因素。

3　结论

（1）镇北油田长81油藏西部地层水平均矿化度为54.37 g/L，而油藏东部平均为17.61 g/L，地层水矿化度的增高使得西部油气层电阻率明显降低。

（2）储集层中的黏土矿物主要为阳离子交换能力较强的绿泥石和伊利石，伊利石以搭桥状、丝状分布于岩石颗粒之间，绿泥石呈针叶状以衬边形式包绕颗粒分布，可形成类似“电桥”的导电网络，由于西部黏土矿物含量为10.96%，而东部含量为5.90%，这增加了油藏西部储集层的导电能力。

（3）油藏西部储集层含量过高的绿泥石会吸附较多的薄膜滞留水，同时导致储集层的双孔隙结构，加之较弱的成藏动力，以致西部储集层孔隙内束缚水饱和度偏高，这种束缚水饱和度的差异是引起油层电阻率差异的重要因素之一。

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Analysison CausesofReservoir Resistivity DifferencesofChang 81Reservoir in Zhenbei Oilfield,Ordos Basin

FENGYuan1,YANGWeiwei1,LIUYicang2,WANGYe1,JIAOTingkui1,ZHANGHaibo1
（1.PetroChina ChangqingOilfield Company,a.Research Institute ofExploration and Development, b.State Key Laboratory ofLow Permeability Petroleum Exploration and Development,Xi’an,Shaanxi710021,China; 2.No.11OilProduction Plant,ChangqingOilfield Company,PetroChina,Qingyang,Gansu 745000,China）

The ultra⁃low permeability reservoirofChang 81in Zhenbeioilfield ofOrdosbasin is characterized by distinctformation resistiv⁃itywhich in westpart ofthe reservoir is obviously lower than that in eastpart,even partofit closes to thatofaqueous layers,which allows thewestern reservoir’spay zone to be difficultly identified and developed.This paperanalyzed the genesis ofthe resistivity differences in thisreservoir.The results show that the causesoflowerresistivity in thewestern reservoircompared with the eastern reservoir include three aspectsas below:1)The salinity offormationwater in thewestern reservoir ishigher than that in the eastern reservoir;2)thewestern reser⁃voir contains higher content ofillite and chlorite with stronger capacity ofcation exchange and additional conductivity;and 3)it contains higher clayminerals andmore complex pore structures aswellasweakerhydrocarbon accumulation dynamics,which result in higher irre⁃duciblewatersaturation in it.This could be ofsignificance forexploration and developmentofultra⁃low permeability reserfvoirs.

Ordosbasin;Zhenbeioilfield;resistivity difference;formationwatersalinity;claymineral;irreduciblewatersaturation

TE112.23

A

1001-3873（2015）05-0526-05

10.7657/XJPG20150505

2015-04-10

2015-06-01

国家科技重大专项（2011ZX05001-002）

冯渊（1985-），男，甘肃静宁人，工程师，硕士研究生，油气田开发地质，（Tel）029-86593526（E-mail）fengyuan8501 @163.com.