麻木乌苏区块赛1井储层工程地质特征研究

麻木乌苏区块赛1井储层工程地质特征研究摘要：通过赛1井巴音戈壁组的岩石薄片、常规孔渗、全岩及粘土矿物成分分析、压汞、敏感性实验、岩石力学及地应力测试等实验分析，结果表明：在路井凹陷近洼缓坡带部署的赛1井巴一段储层岩性主要为岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩和岩屑石英砂岩，碎屑总量平均74.4%；填隙物含量较高，主要占平均25.6%。胶结物以碳酸盐为主，胶结类型主要为孔隙-镶嵌式胶结。物性较差，属于特低孔低渗储层。巴音戈壁组粘土矿物含量较高，粘土矿物中伊蒙混层和伊利石含量高。孔喉半径细小、分选差，分形维数高，渗流通道表面极粗糙、褶皱。水敏程度中等偏强。杨氏模量28.51～48.02GPa之间，泊松比在0.19～0.29之间，参数变化较大。结合声波时差及密度测井资料计算了巴音戈壁组动态杨氏模量、泊松比，与静态杨氏模量、泊松比建立了经验公式。巴一段最大水平主应力与最小水平主应力相差大、变化快，储层改造时，不利于裂缝的延伸，增加了制造复杂缝的难度。综上分析认为，赛1井的工程地质特征为勘探开发和储层改造技术提出了较高的要求。关键词：路井凹陷；麻木乌苏；工程地质特征；动态杨氏模量在路井凹陷，前期的油气勘探取得了一些成果，获得了低产油流。但其勘探程度低且地质条件复杂，储层工程地质特征不明确。于是依据石油勘探成果及地质、物探综合研究认识，以近源成藏理论为指导，在近洼缓坡带靠近深湖区部署预探井赛1井。前人主要研究麻木乌苏区块构造-沉积演化特征、生储盖组合及成藏特征等研究[1-3]，对区块储层的工程地质特征研究较少，在钻井和储层改造前，工程地质特征研究是必要的，可以为该区块提供基础的岩性、物性、岩石力学等参数。通过测录井资料、薄片鉴定、孔渗、敏感性、岩石力学等实验结果，分析总结出了该区块巴音戈壁组储层的工程地质特征，为下步的勘探开发提供依据。作者简介:薛林青(1991—)，河南郑州，工程师，现从事岩心分析与实验研究工作。1.地质概况麻木乌苏区块面积102.3km2，位于银额盆地居延海坳陷路井凹陷赛乌苏次凹，行政区划属内蒙古自治区阿拉善盟额济纳旗。据初步估算，麻木乌苏区块中生界石油资源量约373.18万吨，资源丰度3.65×104t/km2。研究表明，麻木乌苏区块是中生界油气生成、运移和聚集成藏的有利区域，具有良好的油气勘探前景。2.地质特征2.1储层岩石学特征赛1井巴一段15块碎屑岩的薄片鉴定结果显示巴一段石英含量较前期探井石英含量ac高。碎屑岩储层砂岩类型主要为岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩和岩屑石英砂岩。碎屑类型主要为石英、长石和岩屑，岩石中石英含量较高，分布在42%～69%之间，平均55.3%；长石含量分布在5%～14%之间，平均9.2%；岩屑含量分布在4%～9%之间，平均6%，岩屑以火山岩岩屑和变质岩岩屑为主。总体来说碎屑总量在59%～88%之间，平均74.4%；填隙物含量较高，主要占12%～41%，平均25.6%。填隙物包括杂基和胶结物，杂基以粘土为主，杂基含量较高；胶结物以碳酸盐为主，胶结类型主要为孔隙-镶嵌式胶结，其次为孔隙结，支撑类型为颗粒支撑，接触方式主要是凹凸-缝合线和点线接触。粒度测试结果表明随深度变化，岩性变化较大，岩性主要为不等粒砂岩、细砂岩、含砂砾岩、砂砾岩。细砂岩主要粒径范围为0.04～0.7mm，含砾砂岩0.06～4mm。粒径范围变化较大，磨圆度为次棱-次圆，岩石的分选差。前期探井巴二段薄片鉴定结果表明，岩性主要为含砾岩屑砂岩，其中石英40%，燧石4%，岩屑43%，主要是基性火山侵入岩、辉绿岩、变质千枚岩，云英片岩为主，其次有变砂岩、喷发岩以及云母等，分选差，不等粒结构，杂基含量高。赛1井巴二段6块岩石的薄片鉴定结果表明，储层类型主要为碎裂化蚀变花岗岩。主要矿物为石英及长石，次要矿物为蚀变的暗色矿物（角闪石、黑云母），裂缝发育，使得原岩碎裂，并多呈“X”型剪切缝，缝宽约0.1～5.8mm，第一期充填微晶石英及围岩小角砾；第二期缝充填“钙泥质岩屑流”；第三期缝充填铁方解石，第四期缝充填沥青。扫描电镜显示，苏红图组泥岩结构致密，层片状粘土矿物及分散的碎屑颗粒，可见层片结构的伊蒙混层及碎屑石英颗粒。巴二段泥岩顺层定向分布层片状伊蒙混层等粘土矿物，可见溶蚀孔及顺层缝；巴二段岩石结构较为致密，可见碎屑石英、长石颗粒及颗粒间充填的粘土矿物。巴一段砂岩结构致密，碎屑石英颗粒及其粒间充填的粘土矿物，可见残余粒间孔；巴一段泥岩结构较为致密，顺层定向分布的粘土矿物及分散的碎屑石英、长石颗粒。图2-1巴二段2469.30m薄片鉴定扫描电镜图2-2巴一段3300.18m薄片鉴定扫描电镜路井凹陷沉积相变化较快，有扇三角洲、湖泊相等，细分亚相有扇三角洲前缘、深湖、半深湖等，碎屑颗粒的结构成熟度和成分成熟度低，属于短物源搬运沉积。通过分析对比发现赛1井与前期探井的巴一段、巴二段岩石学特征有明显不同，甚至巴二段出现了岩石类型的改变，说明该区块沉积相带窄、复杂多变。2.2储层物性特征赛1井巴一段71个样品、巴二段44个样品常规物性分析，巴二段孔隙度0.3%～4.4%，平均值1.9%，集中分布在1%～3%；渗透率0.04～1.97×10-3μm2,平均值0.29×10-3μm2,集中分布在0.1～0.5×10-3μm2；岩石密度2.62～2.73g/cm3，平均值2.68g/cm3，主要随岩性的变化而变化。巴一段砂岩孔隙度0.1%～2.7%，平均值1.4%，集中分布在1%～2%；渗透率0.04～5.12×10-3μm2,平均值0.06×10-3μm2,集中分布在0.1×10-3μm2以下；岩石密度2.57～2.67g/cm3，平均值2.63g/cm3。从已测的巴二段与巴一段岩心常规物性测试结果与薄片鉴定结果表明，巴二段存在微裂缝，孔隙度渗透率分布较巴一段分散，巴一段渗透率分布较集中。图2-3赛1井巴音戈壁组巴二段储层物性特征图2-4赛1井巴音戈壁组巴一段储层物性特征2.3岩心矿物组分利用X衍射全岩判定储层岩石矿物组成，是评价储层地质特征的基本参数，也是储层保护及钻井技术所需的重要内容。对苏红图组泥岩，巴二段砂岩、泥岩，巴一段砂岩、泥岩开展全岩矿物成分分析和粘土矿物成分分析共计43组。图2-5全岩与粘土矿物成分纵向分布图从测试结果来看赛1井苏红图组2086-2091m、巴二段2435-2442m、巴一段3212-3558m黏土矿物含量较高，平均含量大于32%；粘土矿物中伊蒙混层和伊利石含量高，其中伊蒙混层易导致井壁膨胀失稳，伊利石会产生膨胀附加压力破坏井壁；储层改造时伊蒙混层易膨胀，堵塞喉道，产生水敏，入井液体考虑加入防膨剂；伊利石由于是“丝毛”状，驱替速度过快会堵塞细小的喉道，产生速敏。部分井段含有绿泥石，酸化可能产生酸敏，考虑加入除氧剂与酸敏抑制剂。2.4岩样孔隙结构岩样孔隙结构参数测试采用康塔Poremaster60高压压汞仪进行测试，巴二段与巴一段累计开展17样次实验。图2-6赛1井巴二段毛管压力曲线图2-7赛1井巴一段毛管压力曲线巴二段进汞压力曲线偏向右上方，属于细歪度，细小孔喉占比多，且有的曲线几乎没有平缓段，分选性很差。巴一段进汞曲线形态类型多，既有排驱压力低，孔径大，中间平缓段长，分选性好的岩心也有排驱压力高，孔径小，分选差的岩心，巴一段和巴二段储层孔隙结构的非均质性强。对汞饱和度进行加权平均，结合毛管压力的计算公式得出每个层的归一化孔径分布，巴二段进汞率为34.0%，巴一段进汞率为64.8%；储层孔径分选性巴一段较巴二段好，但巴二段有的岩心孔径较大。按照霍多特的吸附理论，小于10nm为吸附区，气体极难流动，大于10nm为渗流区[4]。巴一段渗流孔隙体积占有效孔隙体积的59.2%，主要孔径分布在16～160nm，巴二段渗流孔隙体积占有效孔隙体积的25.0%，主要渗流孔径为160～1000nm。图2-8巴二段孔径分布图2-9巴一段孔径分布利用毛管压力曲线可计算孔隙结构的分形维数D。储层毛管压力曲线的分形几何公式如下[5-6]：式中：Pmin储层中最大孔径相应的毛管压力，MPa；Pc为毛管压力MPa；SHg为毛管压力Pc时储层中汞的饱和度，小数。将上式取对数，可得：由lg（1-SHg）与lgPc作图，可获得精确的D和Pmin。通过上述lg（1-SHg）与lgPc的关系分析，巴二段岩心在lgPc在1.07附近的时候，即孔径在63nm左右，曲线的关系明显地分为一个直线段和一个曲线段两部分。孔径大于63nm时lg（1-SHg）与lgPc的相关性显著，相关系数在97%以上，此段孔隙具有明显的分形特征；孔径小于63nm，二者的相关性不明显，此段孔隙不具分形特征。巴一段岩心孔径大于25nm时，具有一定的分形结构。巴二段岩心分形维数在2.920～2.982之间，巴一段岩心分形维数在2.765～2.943之间。而常规砂岩孔隙结构分维数在2.2～2.6之间变化[7]，说明巴二段、巴一段孔隙形状极不规则，大小分布复杂，表面极粗糙、褶皱。岩样的储集性能差，孔隙结构比较复杂。图2-102474.38mlg（1-SHg）与lg（Pc）关系图2-113552.78mlg（1-SHg）与lg（Pc）关系表2-1岩样分形维数层位编号深度孔隙度渗透率孔隙分形维数判定系数（m）（%）10-3um2D巴二段12466.292.40.4322.9550.991222467.012.20.2752.9820.998732468.891.20.1742.9480.987642469.771.50.3292.9340.995652470.911.20.1562.9200.999662472.282.50.1412.9670.994172474.382.70.1002.9760.9966巴一段83216.231.50.0912.9430.989493299.652.70.1162.9210.9673103404.481.90.0832.9360.9601113405.171.80.0812.8850.9719123550.620.80.0502.8400.9568133552.781.00.0482.8330.9755143657.691.30.1002.7650.98612.5储层的敏感性经过实验，巴二段与巴一段均存在水敏，敏程度为中等偏强。当较低矿化度的注入水或液体进入储层后引起黏土膨胀、分散、运移，使得渗流通道发生变化，导致储层岩石渗透率发生变化。图2-12巴二段2472.10m、巴一段3299.29m岩心水敏实验柱状图产生水敏感性的根本原因主要与储层中黏土矿物的特性与含量有关，如蒙脱石、伊／蒙混层矿物在接触到淡水时发生膨胀后体积比正常体积要大许多倍，并且高岭石在接触到淡水时由于离子强度突变会扩散运移。膨胀的黏土矿物占据许多孔隙空间，非膨胀黏土的扩散释放许多微粒，水敏感性实验目的在于评价产生黏土膨胀或微粒运移时引起储层岩石渗透率变化的最大程度。赛1井碎屑颗粒间充填层片状粘土矿物，黏土矿物含量较高，黏土矿物中伊蒙混层含量高，孔喉细小，迂曲度大，这些都影响着储层水敏感性。3岩石力学及地应力特征3.1岩石力学常规三轴抗压试验是指，加载方式是使岩样的轴向应力和径向围压，等值增加到规定围压值后，保持径向围压不变，而继续增加轴向应力直至岩石破坏。对不同层位，不同岩性的岩石取芯，进行岩石力学实验，获得抗压强度、杨氏模量、泊松比、内聚力等参数，钻取了赛1井26块标准小岩样开展岩石力学三轴实验，一组摩尔圆实验。巴二段岩心在净围压下进行岩石力学实验，杨氏模量28.51～48.02GPa之间，泊松比在0.19～0.29之间，抗压强度在132～291MPa，杨氏模量、泊松比及抗压强度变化较大，反应岩性及岩石内部微观非均质性对岩石力学参数影响较大。对巴一段的泥岩、细粒岩屑石英砂岩、含砾中粒岩屑石英砂岩在净围压下进行岩石力学实验19样次，发现抗压强度细粒岩屑石英砂岩最强，中粒岩屑石英砂岩次之，泥岩最小；杨氏模量：细粒岩屑石英砂岩最大，泥岩次之，中粒岩屑石英砂岩最小；泊松比在0.24～0.27范围内。实验采用烘干之后的泥岩，可能与地层条件下含水时，结果有一定的差异。岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等岩块构成上的特征,都会影响岩石力学性质。表3-1巴一段不同岩性岩心的岩石力学参数岩性抗压强度MPa杨氏模量GPa泊松比泥岩25739.90.25中粒岩屑石英砂岩38839.50.27细粒岩屑石英砂岩41547.30.24通常情况，利用横波、纵波以及密度测井资料，可以通过下列公式计算岩石的动态岩石力学参数。实际上大部分井没有直接的横波测量结果，可以采用纵波及密度测井资料，转化估算[8-10]，主要公式为动态泊松比：QUOTE动态杨氏模量：QUOTE式中式中QUOTE蠎d蠎d——为动态泊松比、QUOTEEdEd——为动态杨氏模量QUOTE、QUOTE——分别为地层的横波时差、纵波时差，QUOTE渭s/m渭s/mQUOTE——地层体积密度将实验室测量的岩石三轴静态力学实验测试结果与声波时差和密度测井资料计算得出的实验结果进行拟合分析，发现砂、泥岩的动静态泊松比相差不大；砂岩的动静态杨氏模量存在相关性，满足线性关系：QUOTEEs=0.4204Ed+2.0502Es=0.4204Ed+2.0502_〖〗___________ො_ෞ_෠_෤_෨_෪_၄_၆_ႌ图3-1动态杨氏模量与静态杨氏模量拟合图3.2地应力大小及方向根据地应力地图以及板块运动认识，可以预测区域最大主应力方向垂直于构造面，约为北偏西20-35°；该区域为逆断层控制区域。目前根据该区钻井实践，构造发生改变，上覆岩层压力为中间地应力大小。根据巴音戈壁组巴一段3405m附近3块岩心的声发射实验结果，上覆岩层压力为77～82MPa，最大水平主应力为95～104MPa，最小水平主应力为56～70MPa。最大水平主应力与最小水平主应力相差大、变化快，储层改造时，不利于裂缝的延伸，增加了制造复杂缝的难度。表3-2可能声发射事件结果及主应力样品编号垂直凯塞尔点（MPa）0度凯塞尔点（MPa）45度凯塞尔点（MPa）90度凯塞尔点（MPa）井深（m）垂向应力（MPa）最大水平主应力（MPa）最小水平主应力（MPa）156827149340577.9310470.04260706538340681.9495.3656.52355704541340776.9595.3559.554结论（1）赛1井巴一段储层岩性主要为岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩和岩屑石英砂岩，碎屑总量在59%～88%之间，平均74.4%；填隙物含量较高，主要占12%～41%，平均25.6%。胶结物以碳酸盐为主，胶结类型主要为孔隙-镶嵌式胶结。巴一段砂岩孔隙度0.1%～2.7%，平均值1.4%，渗透率0.04～5.12×10-3μm2,平均值0.06×10-3μm2。巴二段孔隙度0.3%～4.4%，平均值1.9%；渗透率0.04～1.97×10-3μm2,平均值0.29×10-3μm2。巴音戈壁组储层物性较差，属于特低孔低渗储层。（2）经过实验巴音戈壁组岩心水敏程度中等偏强。敏感性与粘土矿物种类、含量和孔喉结构有关。巴二段2435-2442m、巴一段3212-3558m黏土矿物含量较高，平均含量大于32%，粘土矿物中伊蒙混层和伊利石含量高。毛管压力曲线计算得出的分形维数很高，表明渗流通道表面极粗糙。按照霍多特的吸附理论，小于10nm为吸附区，气体极难流动，大于10nm为渗流区。巴一段渗流孔隙体积占有效孔隙体积的59.2%，主要孔径分布在16～160nm，巴二段渗流孔隙体积占有效孔隙体积的25.0%，主要渗流孔径为160～1000nm。巴音戈壁组渗流孔径都比较小，且渗流孔径体积占总有效体积小。（3）巴音戈壁组杨氏模量分布在28.51～48.02GPa之间，泊松比分布在0.19～0.29之间，岩石力学参数变化较大。砂、泥岩的动静态泊松比相差不大；砂岩的动静态杨氏模量存在相关性，满足线性关系：QUOTE