陕北志丹地区长6低电阻率油层成因机制研究

陕北志丹地区长6低电阻率油层成因机制研究

谢青1，2，杨兴科1，梁莉3

(1.长安大学 地球科学与资源学院，陕西 西安 710054；2.西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065；3.中国石油西部管道兰州输气分公司，甘肃 兰州730070)

摘要：低电阻率油藏作为一种非常规油藏已被人们所认知，由于成因机制复杂，识别难度大，常被人们遗漏或错判。为了详细研究陕北志丹地区低电阻率油层的成因机制，以长6储层为研究目的层位，采用实验分析、测井曲线重叠法、交会图等方法，建立相关的平、剖面图，并结合研究区试油试采成果，对长6储层低电阻率油层的成因机制进行了深入分析。认为志丹油区低阻油层发育众多，资源潜力大，约占其总储量的40%，分布广泛，成因机制复杂，很难用常规方法进行识别；多数油层电阻率主要介于2～21 Ω·m之间，甚至小于0.6 Ω·m.最终得出沉积砂体控制作用、岩性细，束缚水饱和度高、粘土附加导电性和高放射性砂岩是长6低电阻率油层发育的主要因素；由于区域地质状况的差异，初步探索出了适合研究区的低电阻率油层识别标准，以便为以后研究低阻油藏提供参考与借鉴。

关键词：低电阻率油层；成因机理；识别标准；志丹地区

DOI:10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2015.0214

文章编号：1672-9315(2015)02-0214-07

收稿日期：*2014-09-20责任编辑：李克永

基金项目：陕西省自然科学基础研究项目(2010JM5003)；中国地调局项目(12120113039900)

通讯作者：谢青(1987-)，女，陕西延安人，博士研究生，E-mail:xieqingsunny@163.com

中图分类号：TE 311文献标志码： A

GeneticmechanismresearchofChang6lowresistivityoillayerinZhidanregion，NorthernShaanxi

XIEQing1，2，YANGXing-ke1，LIANGLi3

(1.School of Earth Science and Resource，Chang’an University，Xi’an 710054，China;

2.School of Earth Sciences and Engineering，Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，China；

3.Petro China West Pipeline Gas Company，Lanzhou 730070，China)

Abstract：Low resistivity reservoirs have been cognitive as a kind of unconventional reservoirs.Due to its complex genetic mechanisms and difficult identification，thus a large number of oil and gas resources are abandoned or miscalculation.In order to research genetic mechanism of resistivity reservoir in Zhidan region，northern Shaanxi，Chang 6 reservoir as a research layer，using experimental analysis，well logging curve overlapping，cross-plot method，et al，setting up relevant plans and profiles，combined with oil and production test，a in-depth research of the genetic mechanism of Chang 6 low resistivity reservoir has been made.Research results show：many low resistivity oil layers developed in Zhidan region，the resource potential is tremendous，which accounts for about 40% of its total oil-gas resource with wide distribution and complexity genetic mechanism，and it’s difficult to identify them with traditional methods；Most of the oil layers resistivity are mainly from 2 to 21 Ω·m，some of them are lower than 0.6 Ω·m.Sedimentary sand body rhythm control，fine lithology，high irreducible water saturation，clay with conductive ability and highly radioactive sandstone are the main causes for the Chang 6 low resistivity oil layers；Because of the difference of regional geological conditions，the suitable identifying standards of low resistivity reservoir are explored in the study area，to provide more references for the later research on low resistivity oil layer.

Key words： low resistivity oil layer；genetic mechanism；identifying standards ；Zhidan region

0引言

低电阻率油层(简称低阻油层)是指在同一油水系统内油层与水层的电阻率之比小于2或3，或者是本身电阻率绝对值很小的油层[1]。但由于其较低的电阻率，导致一些油气层被解释为水层，用传统的技术方法很难识别它们，致使大量油气资源被遗弃。随着油气勘探开发实践的不断深入，已经由原来的勘探开发常规油气藏转向非常规油气藏的勘探开发，具体表现为由明显的构造油气藏逐渐转移到特低渗、低孔渗、低电阻率和复杂油气藏等[2]。众多资料表明，世界上多数油田都存在着低电阻率油气层，如中东地区、墨西哥湾、阿塞拜疆、加拿大东部近海地区和我国的渤海湾、塔里木、准葛尔及鄂尔多斯等盆地都先后发现了大量的低电阻率油气层[3]。低阻油层产生的成因复杂多样，其中沉积砂体控制、孔喉结构复杂，束缚水含量高、黏土矿物附加导电性、高矿化度地层水、油水对比关系变化、钻井液侵入等因素为其主要的成因机理。由于低阻油层资源潜力大，识别难度高，其必将成为油气勘探开发领域中最具潜力的研究对象之一，因此，研究区低阻油层的成因机理和识别标准也随之成为本次研究的重心。

近年来，志丹地区长2、长6储层内发现了大量低阻油层[4]，据不完全统计，研究区低阻油气资源量约占其油气总储量的40%，资源潜力巨大，识别难度大，用传统方法很难识别它们，造成大量油气资源的遗失。为此，采用实验分析方法、测井曲线重叠法、交会图等方法，建立了相关的平、剖面图，并结合研究区试油试采成果，对志丹地区长6储层低电阻率油层的岩性、物性、电性及含油性进行了深入分析，以期待获得陕北志丹油区长6低电阻率油层详细的成因机理和适合的识别标准，以便为以后研究低阻油藏提供参考与借鉴。

1区域地质概况

志丹油田位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡中部，为一平缓的大单斜，整体为东高西底，

坡降5～7 m/km，地层倾角小于1度，发育一些鼻状隆起构造(图1)[2]。经过多年来的勘探实践，尤其是勘探技术的不断进步，发现中生界延长组低渗透率砂岩储层是鄂尔多斯盆地南部的主产油层，且还发育了众多低阻油气层[4]。依据沉积旋回，可将长6油层组进一步划分为长61、长62、长63、长64等4个亚油层组[5]，研究区低阻油气主要储藏在长62及长63小层内。该区长6储层为三角洲前缘亚相沉积，分布宽广，其主要的沉积微相为分流河道和河口坝沉积[6]。

图1　研究区位置图 Fig.1　Location of the research area

研究区岩性细，主要为细砂、极细砂或粉砂岩。孔隙度中等-低(8%～14%)，渗透率低(0.1～1.6×10-3μm2)，属中孔-低渗储层[7]，喉道偏细，平均喉道宽度4.63 μm.电性特征表现复杂，很难用常规的思维方法去解释，有相当一部分油层电阻率很低，主要介于2～21 Ω·m之间，有的甚至低至0.6 Ω·m.

2低阻油层成因机理

由于受沉积条件、构造环境、电性、含油性、侵入性等多种因素的影响，使得低阻油层产生的成因类型复杂，如泥质含量高、孔隙结构复杂、束缚水饱和度高、矿化度高及测井环境等因素[8]。实质上油层电阻率的高低主要是由岩石孔隙中流体的性质及其分布、束缚水含量及电离子浓度等因素所决定的[9-10]。在测井响应上主要表现为电阻率增大系数小于2或3，明显低于高阻油层，甚至与水层相当[3-11]，鉴于低阻油层有着非常规的表现特征，本次研究对此做了详细分析与大胆探索，得出研究区低阻油层产生的主要成因有沉积砂体韵律控制、岩性细，束缚水饱和度高、粘土附加导电性以及高放射性砂岩等因素。

图2　志丹地区长6 1和长6 2砂体顶部电阻率变化(Y149井) Fig.2　Resistivity changes of the upper sand body of the Chang 6 1 and Chang 6 2 from well Y149

2.1沉积砂体韵律控制作用

据勘探实践，低阻油层多出现在不同沉积体系的正韵律沉积层上部薄层或反韵律沉积层下部[12]；对正韵律单砂体来说，多出现在砂体的顶部。该区长61和长62顶部均存在上述现象，自然伽马、自然电位曲线由下至上正幅度增大，而对应段电阻率曲线值自下而上逐渐降低(图2)。

通过对研究区典型井油藏剖面的分析，在单一砂体内，自储层砂体的底部到顶部，砂体中的流体依次呈现为干层或水层、油水同层及油层的分布特征；在纵剖面上，油水分异比较明显，呈现为上油下水的特征，地层电阻率随综合含水率的升高而降低，从而使某些油层呈现出低阻现象[13]。

2.2岩性细，束缚水饱和度高

据已发现的众多低阻油层，发现它们最明显的岩性特征是以细砂、极细砂或粉砂岩为主。据样品实验分析，储层的岩性较细，其细砂岩或极细粒砂岩约占70%以上(粉砂3%，极细砂59%，细砂28%，中砂10%)，粗砂很少，粒度中值平均0.25 mm[4]。喉道偏细，平均喉道宽度4.63 μm，其沉积环境一般为弱水动力的低能环境。一般岩石颗越粒细，孔隙结构越复杂，束缚水含量越高，越容易引起岩石电阻率降低[14]。同时，粒度大小会直接影响孔隙直径大小及孔喉粗细，岩性细，孔隙小、吼道细，毛细管压力高，从而导致束缚水被“滞留”，无法及时排出，束缚水饱和度增高。此外，岩性细，岩石表面与水接触面积就越大，岩石本身又具有亲水性，这样细小颗粒的表面就会吸附更多的束缚水。

据研究区长6储层铸体薄片图像分析，该区平均孔隙半径15.6 μm，孔隙较小。从镜下分析，该区微孔隙较发育(图3(a))，约占样品总孔隙量的6%，填隙物以粘土矿物为主，少量碳酸盐岩充填(图3(b))。绿泥石、高岭石含量相对高，伊利石和伊/蒙混层含量较少，这些填隙物的充填会导致微孔隙数量的增加，孔隙结构变差，束缚水含量就会残留在这些微小的空间内。此外，研究区石英和钾长石碎屑含量相对高，且多数石英、钾长石颗粒的次生加大使孔隙半径缩小(图3(c))；不规则状伊利石、针叶状自生绿泥石及蜂窝状伊/蒙混层以孔隙充填式或薄膜状包裹于颗粒表面(图3(a)(b)(d))。由于粘土颗粒具有很强的吸附水性质，它们的出现增加了颗粒表面的薄膜滞留水，颗粒表面滞留水与孔隙内的束缚水连通，形成一个良好的“导电网络”，储层导电性增强，电阻率降低(图4)[7]。

图3　扫描电镜显微照片 Fig.3　Micrograhp (a)粒表自生石英晶粒与弯曲状、丝状伊利石共生，微孔隙较发育(X882井，1 541.50 m)　(b)颗粒间被针叶状自生绿泥石及少量碳酸盐质充填，微孔隙发育(Y195井，1 753.56 m)　(c)石英、长石颗粒的次生加大使孔隙缩小，颗粒表面溶蚀部分粘土化(X882井，1 517.36 m)　(d)包裹于颗粒表面的粘土质为绿泥石、伊利石及蜂窝状伊/蒙混层(Y149井，1 730.84 m)

2.3粘土附加导电能力

粘土含量及其附加导电性是研究区低阻油层

产生的重要因素之一，泥质砂岩储层主要依靠粘土所附加的导电性来导电的。

图4　志丹地区束缚水饱和度与地层电阻率关系 Fig.4　Relationship between the irreducible water saturation and the formation resistivity in Zhidan region

一般而言，储层的粘土含量越高，其电阻率越低。储层中含有较多的伊利石、绿泥石、蒙脱石及高岭石等粘土矿物时，由于其电性处于欠饱和状态，为了达到电性的平衡，它们就会吸附孔隙中等量的金属阳离子，所吸附的阳离子与粘土颗粒表面的阳离子进行交换，称谓阳离子吸附交换能力(CEC)[15]。据研究并不是所有的粘土矿物都具有很强的离子交换能力，一般蒙脱石最高，伊利石次之，高岭石和绿泥石相对较弱[8]。研究区绿泥石含量约占粘土总含量的57.67%，高岭石为24.5%，伊利石为8.66%，伊/蒙混层为9.17%.该区阳离子交换能力相对较高，CEC最高可达3.89 mmol/100 g(表1)，储层的导电性会随着阳离子交换量的增大而提高，电阻率降低。此外，充填于孔隙或包裹于颗粒表面的绿泥石、伊利石以及蜂窝状伊/蒙混层增加了颗粒表面的薄膜滞留水，促使束缚水饱和度的增加。同时，高岭石蚀变产生更多的晶间微孔隙，为束缚水滞留提供了有利空间。粘土矿物就是通过以上方式，连通了储层的导电系统，提高了导电性，降低了储层电阻率[16-17]。

表1　研究区粘土矿物的阳离子交换能力

2.4高放射性砂岩

研究区长6油层中普遍存在高放射性砂岩。测井曲线响应上表现为自然伽马与声波时差相对高，电阻率相对低的特征，与泥岩电性特征较为相似，自然电位存在明显负异常，微电极存在明显幅度差[12]。该区含有高放射性砂岩的主要原因就是普遍含有放射性钾长石，有的区块这种钾长石含有量可占陆源碎屑的40%以上，表2高含量的钾长石导致某些砂岩具有很高的w(U),w(Th)和w(K)，导致高放射性砂岩的产生，在测井曲线上呈现高自然伽马的明显特征。高放射性砂岩段常导致油层呈现“泥岩”的假象，而使油层被误判。

表2　研究区长6放射性砂岩检测结果

图5　研究区长6 1高放射性砂岩段测井响应特征(Y195井) Fig.5　Logging response characteristics of highly radioactive sandstone segment of the Chang 6 1 in well Y195

研究区Y195井剖面图，1 754.5～1 756 m为一高伽马值段，其值可高达143 API，所对应的电阻率仅为17 Ω·m，利用油层识别方法，结合试油试采等资料，得出该高自然伽马、低电阻率段具有较好的含油性(图5)。

3低阻油层识别标准

据前人研究结果，低阻油层的识别标准很多，且不同地区的低阻油层识别标准不同。利用研究区80多口井的油层、水层及油水层等1 000多个层点，结合100多个试油层点，制作了声波时差与地层电阻率交会图，得到长6储层的常规油层的声波时差和电阻率值下限，以及低阻油层电阻率值上限分别为[12]

Δt≥218 μs/m，Rt≥21Ω·m.

低电阻率油层Rt≤21Ω·m.

制作地层电阻率与地层孔隙度关系图，得到有效油层地层电阻率及孔隙度下限，以及低阻油层电阻率上限分别为

φ≥8%，Rt≥21 Ω·m.

低电阻率油层Rt≤21 Ω·m.

同时，又制作了含油饱和度分别与地层电阻率及声波时差的关系图，得到有效油层含油饱和度下限So≥32%.

据研究区岩心资料，制作了该区长6砂岩含油级别分布频率图，油斑级及以上合计占整个长6油气显示总厚度的43.68%，而油迹、荧光两者共占显示总厚度的17.8%，故将有工业价值的含油级别下限定为油斑级(图6)。

表3　研究区长6低阻油层的识别标准

图6　研究区长6砂岩含油级别分布频率图 Fig.6　Distribution frequency of oil-bearing level of the Chang 6

有效油层的电性标准，是根据该区单层测试结果和现有测井系列中与岩性、物性、含油性对应较好层段的声波时差、地层电阻率平均值构成的关系图[16,18]，以及声波时差曲线分别与自然电位、深感应曲线，实测自然电位与计算自然电位(SP′)等不同测井曲线相互重叠得出的[19]。

通过上述综合分析与解释，初步确定了研究区低阻油气层的有关识别标准(表3)。

经验证，这些识别标准基本可以定性识别出研究区多数钻井的低阻油层，若要定量识别还需相关方法和技术的配合。

4结论

低阻油层一直是勘探开发领域的一个研究重点，本研究立足于区域地质特征，做了大量的研究工作，得出如下结论

1)根据实验分析和测井资料，发现志丹地区低阻油层发育众多，资源量大，成因机制复杂，识别难度大；研究区长6低阻油层产生的主要因素有沉积砂体韵律控制、岩性细，束缚水饱和度高、粘土附加导电能力及高放射性砂岩等；

2)通过对研究区“四性”(岩性、物性、电性及含油性)资料的分析，结合前人研究成果及新的识别方法，尤其是测井识别法的应用，得到适合于志丹油区的低阻油层识别标准，并对其它具相似特征区域的低阻油层研究提供参考与借鉴。

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