鄂尔多斯盆地L地区致密低阻气层成因研究

郭冀宁，韩艺，陈烈，王旭，安东

(1．长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北武汉430100;2．长江大学地球物理与石油资源学院，湖北武汉430100;3．中国石油集团测井有限公司青海事业部，青海冷湖816300)

鄂尔多斯盆地L地区致密低阻气层成因研究

郭冀宁1，2，韩艺1，2，陈烈1，2，王旭3，安东3

(1．长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北武汉430100;2．长江大学地球物理与石油资源学院，湖北武汉430100;3．中国石油集团测井有限公司青海事业部，青海冷湖816300)

低电阻率油气层(简称低阻油气层)在国内外分布十分广泛，低阻油气层的识别与评价是一个难点也是一个重点，然而对于低阻油气层成因的确定是其识别与评价的基础。针对鄂尔多斯盆地L地区致密气层的低阻成因，基于铸体薄片实验资料确定导电矿物的含量，基于X衍射实验资料确定粘土矿物的类型与含量，基于岩石电阻率实验与半渗透隔板实验资料确定储层的含水量，排除了导电矿物、粘土附加导电与高不动水作用是导致鄂尔多斯盆地L地区致密气层出现低阻气层的主要原因;基于双相流体的孔隙介质的渗流力学理论结合阿尔奇模型对储层感应测井响应值进行数值模拟，对比测井实测值与模拟值，确定了钻井液的侵入为鄂尔多斯盆地L地区致密气层出现低阻气层的主要原因，为实现研究区块或其他区块低阻气层识别与评价提供参考与借鉴。

低阻气层;粘土附加导电;高不动水;钻井液侵入

0 前言

对于低电阻率油气层(简称低阻油气层)的识别与评价一直是石油勘探开发领域的一个挑战，也是世界各国今后在石油地质重点研究的领域之一。低阻油气层并没有一个统一的定义，有学者认为是在同一油(气)水系统内油(气)层与纯水层的电阻率之比小于2，即油层的电阻增大率小于2［1］。研究表明，低阻储层在世界内广泛分布，美国墨西哥湾、加拿大东部近海及中东地区，中国东、西部油田，如渤海湾盆地、松辽盆地、塔里木盆地和鄂尔多斯盆地等均具有低阻储层［2］。

低阻油气层的识别与评价的基础是低阻油气层成因的确定。低阻气层的成因十分复杂，根据文献调研，主要的成因有:粘土附加导电、高不动水饱和度、导电矿物、钻井液侵入等［3-7］。谢青等［3］对鄂尔多斯志丹、安塞地区长6低阻油层进行识别，得出该区块低阻主要是由孔隙结构复杂、黏土附加导电与高地层水矿化度造成的;罗水亮等［4］对柴达木盆地台南气藏低阻成因进行分析，钻井液侵入与高束缚水饱和度是造成低阻的主要原因;王友净等［5］通过研究高尚堡地区的低阻成因，发现高尚堡深层油藏具有易于形成低阻油气藏的地质条件，其低阻油层的发育是沉积、成岩、成藏综合作用的结果;于庆洲［6］研究发现低阻储层与黏土附加导电和泥浆侵入有关;程相志［7］总结形成低阻油气层的内因和外因，内因主要有高不动水和高阳离子交换量，外因主要有泥浆侵入、砂泥岩薄互层及油水层矿化度的差异等。

本文基于铸体薄片实验、X衍射实验、岩石电阻率实验与半渗透隔板实验资料以及钻井液侵入数值模拟，对鄂尔多斯某地区的低阻成因进行研究分析，进而为实现研究区块或其他区块低阻气层识别提供参考与借鉴。

1 储层特征

L地区位于鄂尔多斯盆地晋西挠褶带，上古生界二叠系石盒子组是研究区的主要产气层段;沉积环境上部主要发育湖泊和三角洲沉积。储集层物性较差，孔隙度分布区间主要为3．0%～12．0%，渗透率分布区间主要为0．01～3．0 mD，是典型的致密储集层。

依据岩心铸体薄片资料发现储层主要岩性分为岩屑石英砂岩和岩屑砂岩;岩屑成分主要为火山岩和火山碎屑岩;填隙物成分中以粘土、绢云母和方解石为主，导电矿物含量少;分选性为中和差，不同层组略有差异;支撑类型主要为颗粒支撑;多见、可见石英次生加大现象;风化蚀变程度深;磨圆度主要以次圆为主;颗粒接触方式主要为线—凹凸和凹凸接触;岩石储集空间主要为残余粒间孔和溶蚀粒间孔，次之为裂隙孔。

2 低阻气层成因机理研究

基于储层岩石组分以及孔喉结构特征，储层的导电矿物含量较少，排出导电矿物的作用，确定研究区的鄂尔多斯盆地L地区致密气层的低阻成因可能为粘土附加导电作用、高不动水饱和度作用与钻井液侵入作用。针对以上的可能成因，依据X衍射实验、岩视电阻率实验、半渗透隔板实验资料与泥浆侵入数值模拟，确定研究区低阻气层的主要原因。

2．1粘土附加导电作用

粘土矿物一般包括高岭土、蒙脱石、伊利石及绿泥石等，粘土矿物对会使地层出现附加导电性，降低地层的电阻率，出现低阻油气层［8］。储层岩石的阳离子交换能力值是表征储层岩石粘土附加导电能力的一个重要物理参数，不同类型的粘土矿物具有不同的晶体构造，导致阳离子交换能力值也有很大差异，其大小关系为蒙皂石＞伊利石、绿泥石＞高岭石［6］。因此，当储层粘土含量较高、粘土类型为蒙皂石或伊蒙混层时极易形成低阻气层。

依据研究区石盒子组47块岩石样品的X衍射实验数据，研究区的粘土矿物含量低于10%。图1为研究区X衍射粘土矿物相对含量统计图(图1中S，I，K，C，I/S和C/S分别代表蒙皂石，伊利石，高岭石，绿泥石，伊蒙混层，绿蒙混层)。

图1粘土矿物相对含量统计

由图1可以发现:粘土矿物主要以伊利石和高岭石为主，其平均相对含量均超过30%以上，且蒙皂石或伊蒙混层不发育，说明储层阳离子交换能力较差，粘土附加导电能力不强，不易形成以粘土附加导电引起的低阻气层。

2．2高不动水作用

不动水指的是在一定的生产压差下储层孔隙中不可流动的水，包含岩石颗粒的薄膜滞水和毛细管孔隙中的毛管滞水［9］，即束缚水是不动水的一部分。砂岩主要储集空间是溶蚀孔隙，致密储层微观非均质强，孔吼分选性差造成油气运移对地层水驱替不彻底，地层残余水含量高［8］。水是地层中很好的导电体，特别是高矿化度的地层中，不动水的聚积可以较好地改善储层的导电性，从而降低储层的电阻率［10］。

图2为研究区77块岩石样品的岩石电阻率实验的电阻率指数与含水饱和度的关系图。

图2电阻率指数与含水饱和度关系

依据低阻储层的定义，电阻率指数小于2的储层为低阻储层，由图2可以发现，电阻率指数小于2所对应的含水饱和度数值最小为0．7，即孔隙空间含水大于70%时，才能引起低阻。图3为28块岩石样品的半渗透隔板实验结果统计图。

由图3可以发现束缚水饱和度大于70%的数据频率仅为3．57%，说明研究区的束缚水普遍低于70%。综合上述两点，研究区低阻气层的成因不是高不动水饱和度引起。

2．3钻井液侵入作用

图3束缚水饱和度统计

钻井过程中，井内压力一般大于地层压力，在渗透性地层，发生钻井液侵入地层是一种常见现象。井内钻井液侵入渗透性储层是一个复杂的物理过程，涉及钻井液的滤失性质(静动滤失与泥饼渗透率)、井内钻井液柱与地层的压力差、油水相渗透率、钻井液滤液与地层水的矿化度差别以及钻井液浸泡储层的时间等因素［11］。由于钻井液的侵入，改变了井壁周围地层流体的饱和度、水的矿化度以及相应的电阻率剖面等，使得电测井受其影响而产生低阻［12］。

研究区石盒子组普遍埋藏深度在1 200～1 600 m之间，通过对6口井31个测井解释气层进行统计分析，发现低阻气层的浸泡时间均大于12 d，浸泡时间较长。结合上述低阻成因研究与浸泡时间，低阻气层的成因排除了粘土附加导电和高不动水饱和度作用，则主要成因极有可能是钻井液侵入引起。

基于双相流体孔隙介质的渗流力学理论结合阿尔奇模型得到地层电阻率的计算公式，通过数值模拟来建立随着侵入时间的推移地层电阻率的变化规律。对X井1 467～1 473 m段的储层进行数值模拟，模拟参数为孔隙度12%，渗透率1．5×10－3μm2，地层水矿化度4．95%，泥浆滤液矿化度0．34%，地层温度42．98℃，井眼压力20 MPa，地层压力14．5 MPa。图4为钻井液侵入的阵列感应电阻率响应数值模拟结果。

该层段测井时，钻井液已浸泡17 d，实测的深感应测井响应值为11．4 Ω·m，实测的中感应测井响应值为12．913 Ω·m，模拟结果与实测结果吻合很好;该层段模拟反演的地层真电阻率为22 Ω·m，可以推算浸泡17 d后，深感应测井响应值下降了48%，中感应测井响应值下降了41%。因此可以说明，鄂尔多斯盆地L地区致密气层的低阻成因主要为钻井液侵入作用。

图4钻井液侵入数值模拟结果

3 结论

基于岩石样品的铸体薄片实验、X衍射实验、岩石电阻率实验与半渗透隔板实验，排除了导电矿物、粘土附加导电与高不动水作用是导致鄂尔多斯盆地L地区致密气层出现低阻气层的主要原因;基于双相流体的孔隙介质的渗流力学理论结合阿尔奇模型的数值模拟，确定了钻井液的侵入为鄂尔多斯盆地L地区致密气层出现低阻气层的主要原因，为实现研究区块或其他区块低阻气层识别与评价提供参考与借鉴。

［1］张冲，毛志强，张超，等．低阻油层的成因机理及测井识别方法研究［J］．工程地球物理学报，2008，5(1):48－53．

［2］王赛英，赵冠军，张萍，等．低阻油层形成机理及测井识别方法研究［J］．特种油气藏，2010，17(4):10－14．

［3］谢青，王建民．鄂尔多斯盆地志丹、安塞地区长6低阻油层成因机理及识别方法［J］．岩性油气藏，2013，25(3):106－111．

［4］罗水亮，许辉群，刘洪，等．柴达木盆地台南气田低阻气藏成因机理及测井评价［J］．天然气工业，2014，34(7):41－45．

［5］王友净，宋新民，何鲁平，等．高尚堡深层低阻油层的地质成因［J］．石油学报，2010，31(3):426－431．

［6］于庆洲．低阻油层的主要成因机理研究［D］．北京:中国地质大学(北京)，2005．

［7］程相志．低阻油气层识别评价技术及分布规律研究［D］．山东:中国石油大学(华东)，2008．

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［9］常俊，罗利，胡振平，等．束缚水饱和度在苏里格气田气水识别中的应用［J］．测井技术，2008，32(6):549－552．

［10］夏冬冬，张庆红，司马立强，等．叙利亚A低阻灰岩油藏束缚水饱和度特征与电阻率的关系［J］．西安石油大学学报(自然科学版)，2013，28(2):40－45．

［11］李薇，闫伟林，白建平．淡水钻井液侵入对油层电阻率影响的理论分析和实验研究［J］．石油勘探与开发，2004，31(3): 143－145．

［12］李长喜，石玉江，周灿灿，等．淡水钻井液侵入低幅度—低电阻率油层评价方法［J］．石油勘探与开发，2010，37(6):696－702．

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

湖北省自然科学基金(2013CFB396)

郭冀宁(1994－)，男，辽宁盘锦人，在读硕士研究生，研究方向:非常规储层测井解释与评价，手机:15071111314，E-mail:lnpjgjn@163．com．