准噶尔盆地阜东斜坡区头屯河组低电阻率成因分析

史安平,申辉林,秦敏,刘欢,黄信雄

(中国石油大学地球科学与技术学院,山东 青岛 266580)

0 引 言

由于低电阻率油层在中国东西部油田分布普遍,国内外学者及专家基于实验数据、数值模拟及理论推演等手段对油层低电阻率成因的微观及宏观机理进行了大量研究,基本已经形成共识,认为导致低电阻率的因素主要有地质因素和工程因素[1-3]。前者包括低构造幅度、黏土附加导电作用、岩性细和微毛细管发育、束缚水含量高、导电矿物作用、油水层矿化度差异;后者主要包括高矿化度钻井液侵入、砂泥岩薄层等,不同地区低电阻率成因复杂多样,需要具体分析[4-10]。准噶尔盆地阜东斜坡带头屯河组二段整体呈现中低孔隙度渗透率及强亲水特征,特定地质背景条件下,长期存在油层电阻率低,油水层电阻率差异不明显的问题,严重制约了油藏的勘探及开发进程。本文以薄片、扫描电镜、X-衍射、压汞、地层水分析及物性分析为手段,对储层微观孔隙结构、束缚水饱和度、黏土含量及类型、地层水矿化度变化、含油饱和度特征及钻井液侵入进行了深入对比,厘清研究区储层低电阻率成因及相关机理,该研究思路可为同类型油藏的勘探开发提供借鉴。

1 研究区地质概况

研究区阜东斜坡带构造上东接北三台凸起、西邻阜康凹陷生烃中心,侏罗系发育大型鼻状构造,其中北三台凸起是一个持续性的古隆起,高部位经历了长期的剥蚀,断裂发育,构造位置优越,是勘探有利目标区。其主要物源区为东部古隆起剥蚀区和南面的博格达山。

目的层系头屯河组,主要为三角洲前缘沉积,以水下分流河道砂体为主。头屯河组可细分为头屯河组三段、二段和一段,岩性组合特征及颜色基本相似,岩性主要为灰绿色、灰色粉砂岩、细砂岩互层。头屯河组三段厚度变化相对较大,在60～120 m之间,向北三台凸起方向厚度渐薄,砂体相对欠发育,泥岩发育、厚度大,是头屯河组油藏的直接盖层。从目前钻探情况看,头屯河组二段厚度相对稳定,一般在140～180 m之间。砂体相对比较发育,砂泥比高、单砂层厚度大,主力砂层厚度一般在20～35 m之间分布广,是头屯河组最重要的储层。头屯河组一段厚度变化相对不大,一般在80～110 m之间,该段砂体较发育,以砂、泥岩互层为主、单砂层厚度相较小,是头屯河组较主要的储层。头屯河组含油砂体主要发育在头屯河组二段,头屯河组一段和三段也发育个别岩性油藏。目前已发现的低电阻率油层主要分布在头屯河组二段。

2 头屯河组低电阻率成因分析

通过试油资料统计,目的层水层电阻率分布在2～8 Ω·m之间,以绝对值衡量,定义8 Ω·m为常规和低电阻率油层的分界线,即电阻率分布在3～10 Ω·m之间的储层可以视为低电阻率储层。

2.1 微孔隙发育及孔隙结构的影响

依据常规岩心物性、压汞实验、铸体薄片及扫描电镜资料显示,研究工区目的层岩石类型以细砂岩和粉砂岩为主,占86.85%。储层孔隙度分布主要在10%～24.3%间,平均16.86%;其渗透率主要分布于在(0.073～433)×10-3μm2之间,平均9.74×10-3μm2,属于中孔隙度、中低渗透率储层。从图1目的层系典型岩心的压汞孔喉特征参数直方图可以看出,储层喉道比较小,孔喉半径呈现单峰显示,主要发育微孔隙。对阜东井区侏罗系头屯河组储层岩心样品进行统计,岩石最大孔喉半径平均5.39 μm,中值半径平均0.54 μm,平均毛细管半径1.63 μm,孔喉体积比平均为3.68,退汞效率平均为26.97%,非饱和孔隙体积百分数平均为25.60%,因此,孔隙结构以中孔-细中喉型为特征,储集性能中等。

图1 岩心压汞孔喉特征参数直方图

通常认为,微孔隙指孔隙半径小于0.1 μm的孔隙,因此,微孔隙中通常被毛细管束缚水完全占据,微孔隙中的地层水为电流提供了附加的导电路径,使岩心电阻率减小。所以,储层微孔隙发育与否和储层电阻率并无直接的因果关系。微孔隙发育是引起储层呈现低电阻率的必要条件而非充分条件,当储层所含地层水矿化度相对高、油气成藏的动力相对弱,且储层微孔隙相对发育时,如储层含油,可表现为低电阻油层特征。头屯河组微孔隙发育率约为8%,所以,微孔隙不是阜东油田低电阻率成因。

2.2 黏土附加导电作用影响

黏土矿物导电的机理主要有2个原因:①由于黏土阳离子交换所产生的附加导电性;②由于泥质含量的增加,地层孔隙结构将变得更加复杂,从而使得储层的孔隙直径变小、电流的迂曲度增大。据全岩分析,目的层泥质含量总量在3.05%～24.8%之间,主要黏土矿物类型为伊蒙混层、高岭石、绿泥石和伊利石(见图2)。但从不同矿物类型的占比来看,主要黏土矿物类型以水敏性强的伊蒙混层为主,占到71%,该矿物遇水极易发生膨胀,使孔隙喉道变窄,同样可以使得孔隙结构变复杂,束缚水含量增加,从而增加了储层的导电性[11-14]。此外,从泥质含量绝对值及伊蒙混层占比与储层电阻率值的交会图(见图3和图4)可以看出,随泥质含量的增加和伊蒙混层占比的升高,储层电阻率大幅下降,这一统计关系也成为黏土矿物附加导电的佐证。黏土矿物含量中伊蒙混层占71%, 伊利石占8%,高岭石占10%,绿泥石占11%。

图2 研究工区储层黏土结构特征

图3 伊蒙混层含量与电阻率关系

图4 泥质含量与电阻率关系

2.3 地层水矿化度影响

岩石由固体骨架和孔隙空间2部分组成,而骨架只含有极少量的自由电子,因此,骨架的导电性非常差。特别是阜东斜坡区骨架所含有的导电矿物很少,其影响可以忽略不计。对目的层水样进行分析,发现地层水变化范围增大,最小值2 072.37 mg/L,最大值33 122.46 mg/L,体现了极强的非均质性,且从表1的地层水样品不同离子类型的浓度统计看,除个别样品点硫酸根较高,显示受一定地表水影响外,其余的样品均可认为是较为可靠的地下水样。对其原因进行分析,认为研究区目的层地层水矿化度受到断裂体系的不规则分布影响,主体分布区间为3 000～20 000 mg/L,含盐量较高。受不同构造部位、不同小圈闭及不同断裂影响,地层水各自形成良好的连通网络,在局部区域可形成高地层水矿化度储层,从而,相比较于常规中低矿化度储层表现出更低的储层电阻率。当地层水矿化度从3 000 mg/L变化到20 000 mg/L时,储层电阻率从12 Ω·m降到4.5 Ω·m左右,下降比例可达60%。综上分析表明,局部高矿化度地层水是该区部分储层呈现低电阻率的主要成因之一(见图5)。

表1 储层地层水特征统计表

图5 地层水矿化度与电阻率关系

2.4 盐水泥浆钻井液的侵入

研究工区采用盐水泥浆,当钻井时间比较长时,钻井液会在储层被打开的过程中漏失到地层中,从而降低油层的电阻率。为了比较钻井液对地层电阻率的影响,选取了物性相近、同一地质层段的水基井和油基井油层进行电阻率值比较(见图6),岩性与物性相当时,油基泥浆的电阻率比盐水泥浆的电阻率明显偏高,大约在2倍左右,说明地层水高矿化度和盐水泥浆侵入是阜东油田低电阻率的主要原因。

图6 油基井和水基井孔隙度与电阻率关系

2.5 低含油饱和度

根据侏罗系头屯河组二段断裂构造特征、结合试油成果,认为阜东地区头屯河组二段油藏主要为鼻状凸起构造背景下的岩性油藏,同时小断层也有一定的控制作用。从图7阜东5-阜东052-阜东9的连井油藏剖面看,同一套层系构造幅度差为150 m左右,若油藏相互连通,则阜东9应该是拥有极高的含油柱高度,导致高含油饱和度并且极高产,但这与事实不符。因此,认为阜东地区的头屯河组油藏应是叠瓦状,横向连片不连通,图7的连井剖面有误。分析认为,相互孤立的岩性油藏由于圈闭幅度低,油水重力分异差,导致该区含油饱和度不高,约在50%左右,即低闭合高度下油柱高度充注不够,引起油层低电阻率。这是该区低电阻率的主要原因。

3 结论

(1)头屯河组储层属于中孔隙度、中低渗透率储层,其岩性细,孔隙结构复杂,强水敏的特性极易引起低电阻率。

(2)通过对薄片、扫描电镜观察、X-衍射矿物、压汞实验、地层水矿化度分析及岩心常规分析的对比结果看,以伊蒙混层为主要类型的黏土矿物附加导电、局部储层高地层水矿化度、长时间的盐水泥浆侵入及弱成藏动力下的低含油气充满度是造成研究区储层表现为低电阻率的主要原因。