大牛地氣田盒1 段氣層產能主控因素分析

客 昆，劉 棟，劉愛田，過 敏，劉廣景

（成都理工大學能源學院，四川成都 610059）

大牛地氣田盒1 段氣藏屬于低滲透致密砂巖定容彈性驅動巖性氣藏[1]。以構造平緩、斷層不發育、辮狀河沉積砂體側向遷移頻繁且分布范圍廣為特點，后期成巖過程壓實和膠結作用較強，是儲層物性變差的主要原因[2]，致使儲層縱橫向非均質性強，低品位氣層廣泛分布。這種致密化與復雜化導致物性、下伏地層裂縫、溶縫系統和含氣性的差異性，是氣層成藏好壞、優質氣層的分布及后期開發的重要影響因素。前人利用本區致密氣層的測井參數與產能關系做過大量研究[3，4，5]，提出了產能預測方法，少有對產能控制因素進行直接的詳細分析，且未涉及小層氣層的精細刻畫。如今致密氣田（大牛地、蘇里格氣田等）大量采用水平井開采，氣層精細刻畫、弄清單套氣層的主控因素和平面分布規律對勘探開發具有重要意義，同時對與盒1 段氣層特征類似的山西組氣層具有一定的參考意義。本文通過測井、薄片鑒定、實驗分析、試井等測試分析資料，進行大牛地氣田上古生界盒1 段氣層四性關系研究和產能主控因素分析，找尋巖性、物性、泥質、成藏有效性對氣層含氣性的影響及對產能的控制，精細刻畫氣層特征，弄清氣層縱橫向展布規律，為氣層評價和勘探開發進程提供參考。

1 儲層特征

“四性”關系是指儲層的巖性、物性、電性及含油氣性之間的關系，它能綜合反映儲層孔滲特征、含油氣性的好壞及其測井響應[6]。研究測井響應與儲層物性、含油氣性的關系，能夠更高效、低耗的進行生產實踐。一般情況下，巖性、物性不同的層段各類測井曲線相應特征有所不同；同時二者對含氣性、產能也有不同程度的影響[7]。大牛地盒1 段氣藏屬于下生上儲近源成藏組合；具有下伏煤系發育、廣覆式生烴、南部演化程度高于東北部的烴源巖特征，天然氣就近運移，儲集砂體發育，垂向厚度較大，呈現低孔滲、含氣性較差的氣層特點,聚集成藏過程浮力所起作用不大，動力主要來自源儲剩余壓差[8]。

圖1 盒1 段氣層巖石薄片顯微鏡下特征

研究區儲集巖以含礫中、粗粒巖屑和巖屑石英砂巖為主。巖石所經壓實作用較強，顆粒多呈線接觸、縫合式接觸；粒間孔隙少見且多被泥質充填；膠結物多以方解石、硅質和次生粘土礦物為主，致密層段鈣質、硅質與粘土膠結均較發育。

儲層孔隙空間以微裂縫和粘土內微孔隙、溶蝕孔隙為主，部分井段的高孔滲主要來自粒內、粒間溶孔的貢獻。物性普遍不好，孔滲基本在6 %～10 %、0.1 mD～0.3 mD，大于1 mD 的高滲氣層僅占10 %（見圖1）。毛管壓力曲線特征主要為陡斜式和高陡型壓汞曲線形態，啟動壓力小但中值壓力大，反映孔喉分布不均勻，裂縫對于天然氣的初始流動起到重要作用，屬低孔特低滲氣層（見圖2）。

2 產能控制因素分析

產能的影響因素主要有巖性、物性、含氣性、有效厚度、非均質性和鉆采工藝等。從前文研究來看，盒1段物性對含氣性影響較為明顯，含氣性、有效厚度、封蓋性（關系到充盈度）等因素對產能是否具有直接影響，下文針對這幾個方面對產能的影響進行評估。

2.1 含氣飽和度與產能的關系

圖2 大牛地氣田盒1 段氣層巖樣壓汞曲線圖

氣層含氣飽和度與無阻流量關系較為密切，隨著含氣性變好，無阻流量總體上增大趨勢明顯。從平面分布圖（見圖3）來看，中高產氣層基本在含氣飽和度高于55 %的區域內，大部分位于60 %以上的區域，這也與交匯圖結果吻合。

2.2 砂巖厚度與含氣性的關系

在常規儲層條件下，砂巖厚度越大，氣層連通性越好，越易成藏，形成的氣藏開發過程產能也越高，而對于致密氣層而言，儲層連通性普遍較差，單套砂體厚度所起的連通作用被物性、巖性夾層大大掩蓋，從前文研究結果也可以看出，有效厚度與產能的關系也不甚明顯，結合含氣性與產能的相關關系可以判斷，厚度對于氣層含氣性影響不大。

2.3 過剩壓力與產能的關系

油氣運移是浮力、水動力、毛細管力、流體壓力、構造應力等綜合作用的結果（吳保祥）[9]，研究認為油氣運移過程中的成藏動力主要是烴類在水中的靜浮力差和源儲兩點之間的剩余壓力差（柳廣弟）[10]，根據計算浮力（0.16 MPa）相比源儲壓差20 MPa 左右，在一定烴源巖壓力條件下，儲層的過剩壓力越大，則對應的源儲剩余壓差越小，相應流體充注也越難。D47-26 與D1-3-26 的過剩壓力對比發現，過剩壓力小的產能更高。通過統計盒1 段所有單采氣層的無阻流量與源儲壓差后，進行對應關系分析也發現，氣層與過剩壓力關系較為密切，隨著過剩壓力值的增大，產能呈現指數降低趨勢（見圖4）。也存在一些過剩壓力不大且產能不大的中低產氣層，這些氣層可能受夾層、物性等因素影響。

3 氣層含氣性影響因素分析

圖3 盒1 段氣層含氣飽和度與無阻流量交匯圖

圖4 過剩壓力與無阻流量的關系圖

分析結果可以看出除去鉆采因素影響，決定盒1段氣層產能高低的地質主因是物性和含氣性兩個參數，巖性、有效厚度等因素無明顯影響，在一定的巖性基礎上，物性好壞直接取決于成巖過程的差異性。下面針對影響盒1 段含氣性的因素即物性、砂巖厚度、源儲壓力差、上覆封蓋層發育情況等幾個方面進行分析。

3.1 物性對含氣性的影響

盒1 段氣層隨物性變好含氣飽和度（Sg）明顯增大，兩者具有較好相關性?？傮w來看該區域高孔滲、含氣性好的優質氣層較少，存在少量中孔滲含氣性較好的氣層。當孔滲高于8 %、0.5 mD 的大部分氣層含氣性較好（見圖5）。因此，物性應是影響盒1 段含氣性的主因之一；一方面，物性好壞關系著儲集天然氣空間大小，進而影響到總體含氣豐度；另一方面，物性的好壞關系著成藏過程能否優先成藏、充注氣量多少等。

3.2 砂巖厚度與含氣性的關系

在常規儲層條件下，砂巖厚度越大，氣層連通性越好，越易成藏，形成的氣藏開發過程產能也越高，而對于致密氣層而言，儲層連通性普遍較差，單套砂體厚度所起的連通作用被物性、巖性夾層大大掩蓋，從前文研究結果也可以看出，有效厚度與產能的關系也不甚明顯，結合含氣性與產能的相關關系可以判斷，厚度對于氣層含氣性影響不大。

3.3 源儲壓差對含氣性的影響

在儲層致密和裂縫不發育的條件下，源儲壓差作為天然氣成藏的主要動力，同時也是決定氣層好壞的重要因素，同樣的上覆巖層源儲壓力差越大，則天然氣突破阻力進行運移成藏的可能性越大，天然氣的運移聚集量也應越大。從前文研究結果也可以看出這一特點，隨著過剩壓力的增大，則源儲剩余壓力差減小，天然氣向上運移可能性也越小，受物性、運移距離、夾層數量等其他因素的控制則更為明顯。源儲壓差與物性一樣，在成藏過程中共同決定著儲層的含氣性好壞。

3.4 夾層的發育對含氣性的影響

盒1 段存在大量砂體厚度大、孔滲較好、含氣性中等、單套氣層厚度大而單層可采厚度較小的一類氣層，這類氣層夾層較發育，既有物性夾層，也有巖性夾層，因此，雖物性較好，但是含氣性中等或更差，導致氣層不具備工業產能。對盒1 段而言，夾層的發育對氣層有如下幾個方面影響：（1）夾層數量越多，成藏過程中需要與源巖直接接觸的下伏砂體積累氣量和能量越大方可繼續向上運移，因此阻力也更大，天然氣沿優勢通道運移，進入離散分布的優質儲層成藏，形成分散的“甜點”區，而致密砂巖的非均質性和滲透率級變系數是決定其成藏規模與含氣飽和度的主要控制因素，均質性較好的致密砂巖含氣性更好[11]，物性較差、非均質性強的盒1 段則整體含氣性偏低；（2）夾層發育導致單層優質氣層厚度較小，側向連通性也不好，氣層運移成藏過程在平面上運移也較差，如若運移動力不足，則成藏范圍便小，整體含氣豐度較差，開采過程天然氣能量供給也較慢；（3）夾層發育，平面、垂向非均質性的增強會導致單氣層解釋的含氣性控制范圍受限，無法反映單套氣層的整體含氣性好壞。

圖5 盒1 段氣層實測孔滲與含氣飽和度交匯圖

3.5 上覆封蓋層對氣層含氣性的影響

盒1 段發育大套砂體，作為上覆氣層的天然氣運移通道（李仲東），上覆局部封蓋層的發育與否直接關系到形成的氣藏中天然氣向上繼續運移速率，若封蓋性能較差，則可能導致盒1 段天然氣向上散失速率大于充注速率，則成藏后難于保存，導致氣藏含氣性偏低。為蓋層對盒1 段氣層的影響，選取相鄰兩口井氣層進行對比，選取氣層滿足以下幾個條件：（1）氣源充足，選取研究區西南角高產氣層發育區，反映了充足的氣源供給；（2）儲集砂體物性、電性特征類似，保證對比的有效性；（3）天然氣向盒1 段氣層運移，通常選取的下伏山西組裂縫發育的區域。以D1 井與D1-3-6 井盒1段氣層進行對比，H1-1 氣層前者含氣性和產能明顯高于后者。從聲波、伽馬曲線、泥質含量可以看出D1 井盒1 段上覆泥巖更為發育，并且聲波異常判斷泥巖內可能存在異常壓實，而D1-3-6 井上覆地層基本為砂泥互層或砂泥質巖類，聲波值與砂巖相差不大，可以斷定D1 井盒1 段上覆封蓋性能好于D1-3-6 井。

4 優質氣層主控因素及成因分析

盒1 段氣層整體較為復雜，但從前文研究可知，對氣層產能影響最為直接的有物性與含氣性兩個因素。氣層的復雜性主因來自沉積、成巖作用過程，沉積微相變化主導了這一過程，機械壓實、膠結、溶蝕等成巖作用在孔隙演化和改造過程起到了至關重要的作用（侯瑞云）。巖相是物性變化的物質基礎，巖屑、泥質成分等塑性顆粒含量較大，壓實作用較強是導致物性變差的主要原因，從薄片和壓汞曲線特征來看，大量孔隙空間應屬微孔隙、微裂縫，極少數溶蝕作用較強（見圖1），孔隙較好。砂泥頻繁互層及在平面上的互相疊置，同時膠結、溶蝕作用、非均勻壓實和微裂縫的不同程度發育加劇了氣層內和氣層間的物性非均質性，導致氣層整體復雜性加深。

物性的好壞決定了天然氣儲集空間的大小和充注過程的動力大小，先致密后成藏的過程（楊智，2010）對決定物性參數有重要影響，在天然氣運移聚集過程中，較好的優勢通道是天然氣優先運移的途徑，在高壓流體充注過程中，這也是最先改造的部分，而較好的物性則提供了優先改造和成藏的條件。另一方面，物性較好的儲層，層內連通性一般較好，在埋藏過程中形成異常高壓的可能性比物性更差的儲層要低，容易形成低勢區，有利于天然氣成藏，因此，良好的物性條件是含氣性較好的有利前提。

含氣性好壞直接關系到氣層產能的高低，同時受控于物性好壞、夾層的發育、儲層上覆封蓋層好壞、源儲壓差的高低等因素。這幾個因素在成藏過程中均有不同程度的影響，物性、巖性夾層的發育與否在某種程度直接關系到氣層成藏有效性，致密砂巖儲層的垂向、平面連通性較差，夾層的發育起到了分割不同儲層的效果，導致氣層運移距離和阻力加大，需要更大的運移動力方可進行有效成藏；烴源巖古壓力大小差異不大，而源儲壓差大小更多取決于儲層古壓力大小，源儲壓差與夾層多少、物性好壞的匹配條件好壞是決定天然氣成藏多少的關鍵因素。儲層上覆局部封蓋層的好壞關系到氣層形成后能否較好的保存，否則向上逸散、運移進入盒2、盒3 段成藏。

氣層厚度雖然對氣層好壞影響不明顯，但統計結果顯示具備工業產能的氣層有效厚度值基本在3 m 以上，可以認為3 m 是盒1 段氣層進行工業開采的有效厚度下限。

在上述幾個參數中，無論是夾層、上覆封蓋層、源儲壓差均與砂泥巖不同配置有關，若砂泥巖配置較好，沉積的下砂上泥巖層分別較穩定，則夾層數量減少，上覆封蓋層也可在成藏后對氣層進行較好的保存，較為穩定的沉積砂巖體縱橫向連通性變好，相對開放的儲層比存在物性、巖性夾層的儲層古壓力也更低，有利于成藏。可見，盒1 段氣層是在沉積、成巖作用控制下由物性、含氣性好壞直接影響的巖性定容氣藏。

5 結論

（1）氣層與過剩壓力關系較為密切，一般產能隨著過剩壓力值的增大而降低，同時氣層產能也受控于含氣性的好壞，高產氣層絕大多數位于含氣性較好的區域，盒1 段高產氣層少，主要由于優質氣層平面非均質性強、整體含氣性偏低、平面巖性變化劇烈，導致巖性與物性夾層發育。

（2）大牛地氣田盒1 段氣層含氣性受物性影響較大，而物性在一定程度上受控于粒度、泥質含量等因素；此外，成巖作用對物性改善有一定影響，當高嶺石含量高于2 %時對物性改善作用明顯。

（3）含氣性普遍偏低的原因有物性較差、上覆局部封蓋層不發育、巖性與物性匹配不好影響天然氣成藏等因素。

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