麻木烏蘇區(qū)塊賽1井儲(chǔ)層工程地質(zhì)特征研究

麻木烏蘇區(qū)塊賽1井儲(chǔ)層工程地質(zhì)特征研究摘要：通過(guò)賽1井巴音戈壁組的巖石薄片、常規(guī)孔滲、全巖及粘土礦物成分分析、壓汞、敏感性實(shí)驗(yàn)、巖石力學(xué)及地應(yīng)力測(cè)試等實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果表明：在路井凹陷近洼緩坡帶部署的賽1井巴一段儲(chǔ)層巖性主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑石英砂巖，碎屑總量平均74.4%；填隙物含量較高，主要占平均25.6%。膠結(jié)物以碳酸鹽為主，膠結(jié)類(lèi)型主要為孔隙-鑲嵌式膠結(jié)。物性較差，屬于特低孔低滲儲(chǔ)層。巴音戈壁組粘土礦物含量較高，粘土礦物中伊蒙混層和伊利石含量高。孔喉半徑細(xì)小、分選差，分形維數(shù)高，滲流通道表面極粗糙、褶皺。水敏程度中等偏強(qiáng)。楊氏模量28.51～48.02GPa之間，泊松比在0.19～0.29之間，參數(shù)變化較大。結(jié)合聲波時(shí)差及密度測(cè)井資料計(jì)算了巴音戈壁組動(dòng)態(tài)楊氏模量、泊松比，與靜態(tài)楊氏模量、泊松比建立了經(jīng)驗(yàn)公式。巴一段最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力相差大、變化快，儲(chǔ)層改造時(shí)，不利于裂縫的延伸，增加了制造復(fù)雜縫的難度。綜上分析認(rèn)為，賽1井的工程地質(zhì)特征為勘探開(kāi)發(fā)和儲(chǔ)層改造技術(shù)提出了較高的要求。關(guān)鍵詞：路井凹陷；麻木烏蘇；工程地質(zhì)特征；動(dòng)態(tài)楊氏模量在路井凹陷，前期的油氣勘探取得了一些成果，獲得了低產(chǎn)油流。但其勘探程度低且地質(zhì)條件復(fù)雜，儲(chǔ)層工程地質(zhì)特征不明確。于是依據(jù)石油勘探成果及地質(zhì)、物探綜合研究認(rèn)識(shí)，以近源成藏理論為指導(dǎo)，在近洼緩坡帶靠近深湖區(qū)部署預(yù)探井賽1井。前人主要研究麻木烏蘇區(qū)塊構(gòu)造-沉積演化特征、生儲(chǔ)蓋組合及成藏特征等研究[1-3]，對(duì)區(qū)塊儲(chǔ)層的工程地質(zhì)特征研究較少，在鉆井和儲(chǔ)層改造前，工程地質(zhì)特征研究是必要的，可以為該區(qū)塊提供基礎(chǔ)的巖性、物性、巖石力學(xué)等參數(shù)。通過(guò)測(cè)錄井資料、薄片鑒定、孔滲、敏感性、巖石力學(xué)等實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析總結(jié)出了該區(qū)塊巴音戈壁組儲(chǔ)層的工程地質(zhì)特征，為下步的勘探開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。作者簡(jiǎn)介:薛林青(1991—)，河南鄭州，工程師，現(xiàn)從事巖心分析與實(shí)驗(yàn)研究工作。1.地質(zhì)概況麻木烏蘇區(qū)塊面積102.3km2，位于銀額盆地居延海坳陷路井凹陷賽烏蘇次凹，行政區(qū)劃屬內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟額濟(jì)納旗。據(jù)初步估算，麻木烏蘇區(qū)塊中生界石油資源量約373.18萬(wàn)噸，資源豐度3.65×104t/km2。研究表明，麻木烏蘇區(qū)塊是中生界油氣生成、運(yùn)移和聚集成藏的有利區(qū)域，具有良好的油氣勘探前景。2.地質(zhì)特征2.1儲(chǔ)層巖石學(xué)特征賽1井巴一段15塊碎屑巖的薄片鑒定結(jié)果顯示巴一段石英含量較前期探井石英含量ac高。碎屑巖儲(chǔ)層砂巖類(lèi)型主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑石英砂巖。碎屑類(lèi)型主要為石英、長(zhǎng)石和巖屑，巖石中石英含量較高，分布在42%～69%之間，平均55.3%；長(zhǎng)石含量分布在5%～14%之間，平均9.2%；巖屑含量分布在4%～9%之間，平均6%，巖屑以火山巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑為主?？傮w來(lái)說(shuō)碎屑總量在59%～88%之間，平均74.4%；填隙物含量較高，主要占12%～41%，平均25.6%。填隙物包括雜基和膠結(jié)物，雜基以粘土為主，雜基含量較高；膠結(jié)物以碳酸鹽為主，膠結(jié)類(lèi)型主要為孔隙-鑲嵌式膠結(jié)，其次為孔隙結(jié)，支撐類(lèi)型為顆粒支撐，接觸方式主要是凹凸-縫合線(xiàn)和點(diǎn)線(xiàn)接觸。粒度測(cè)試結(jié)果表明隨深度變化，巖性變化較大，巖性主要為不等粒砂巖、細(xì)砂巖、含砂礫巖、砂礫巖。細(xì)砂巖主要粒徑范圍為0.04～0.7mm，含礫砂巖0.06～4mm。粒徑范圍變化較大，磨圓度為次棱-次圓，巖石的分選差。前期探井巴二段薄片鑒定結(jié)果表明，巖性主要為含礫巖屑砂巖，其中石英40%，燧石4%，巖屑43%，主要是基性火山侵入巖、輝綠巖、變質(zhì)千枚巖，云英片巖為主，其次有變砂巖、噴發(fā)巖以及云母等，分選差，不等粒結(jié)構(gòu)，雜基含量高。賽1井巴二段6塊巖石的薄片鑒定結(jié)果表明，儲(chǔ)層類(lèi)型主要為碎裂化蝕變花崗巖。主要礦物為石英及長(zhǎng)石，次要礦物為蝕變的暗色礦物（角閃石、黑云母），裂縫發(fā)育，使得原巖碎裂，并多呈“X”型剪切縫，縫寬約0.1～5.8mm，第一期充填微晶石英及圍巖小角礫；第二期縫充填“鈣泥質(zhì)巖屑流”；第三期縫充填鐵方解石，第四期縫充填瀝青。掃描電鏡顯示，蘇紅圖組泥巖結(jié)構(gòu)致密，層片狀粘土礦物及分散的碎屑顆粒，可見(jiàn)層片結(jié)構(gòu)的伊蒙混層及碎屑石英顆粒。巴二段泥巖順層定向分布層片狀伊蒙混層等粘土礦物，可見(jiàn)溶蝕孔及順層縫；巴二段巖石結(jié)構(gòu)較為致密，可見(jiàn)碎屑石英、長(zhǎng)石顆粒及顆粒間充填的粘土礦物。巴一段砂巖結(jié)構(gòu)致密，碎屑石英顆粒及其粒間充填的粘土礦物，可見(jiàn)殘余粒間孔；巴一段泥巖結(jié)構(gòu)較為致密，順層定向分布的粘土礦物及分散的碎屑石英、長(zhǎng)石顆粒。圖2-1巴二段2469.30m薄片鑒定掃描電鏡圖2-2巴一段3300.18m薄片鑒定掃描電鏡路井凹陷沉積相變化較快，有扇三角洲、湖泊相等，細(xì)分亞相有扇三角洲前緣、深湖、半深湖等，碎屑顆粒的結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度低，屬于短物源搬運(yùn)沉積。通過(guò)分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)賽1井與前期探井的巴一段、巴二段巖石學(xué)特征有明顯不同，甚至巴二段出現(xiàn)了巖石類(lèi)型的改變，說(shuō)明該區(qū)塊沉積相帶窄、復(fù)雜多變。2.2儲(chǔ)層物性特征賽1井巴一段71個(gè)樣品、巴二段44個(gè)樣品常規(guī)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%；滲透率0.04～1.97×10-3μm2,平均值0.29×10-3μm2,集中分布在0.1～0.5×10-3μm2；巖石密度2.62～2.73g/cm3，平均值2.68g/cm3，主要隨巖性的變化而變化。巴一段砂巖孔隙度0.1%～2.7%，平均值1.4%，集中分布在1%～2%；滲透率0.04～5.12×10-3μm2,平均值0.06×10-3μm2,集中分布在0.1×10-3μm2以下；巖石密度2.57～2.67g/cm3，平均值2.63g/cm3。從已測(cè)的巴二段與巴一段巖心常規(guī)物性測(cè)試結(jié)果與薄片鑒定結(jié)果表明，巴二段存在微裂縫，孔隙度滲透率分布較巴一段分散，巴一段滲透率分布較集中。圖2-3賽1井巴音戈壁組巴二段儲(chǔ)層物性特征圖2-4賽1井巴音戈壁組巴一段儲(chǔ)層物性特征2.3巖心礦物組分利用X衍射全巖判定儲(chǔ)層巖石礦物組成，是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層地質(zhì)特征的基本參數(shù)，也是儲(chǔ)層保護(hù)及鉆井技術(shù)所需的重要內(nèi)容。對(duì)蘇紅圖組泥巖，巴二段砂巖、泥巖，巴一段砂巖、泥巖開(kāi)展全巖礦物成分分析和粘土礦物成分分析共計(jì)43組。圖2-5全巖與粘土礦物成分縱向分布圖從測(cè)試結(jié)果來(lái)看賽1井蘇紅圖組2086-2091m、巴二段2435-2442m、巴一段3212-3558m黏土礦物含量較高，平均含量大于32%；粘土礦物中伊蒙混層和伊利石含量高，其中伊蒙混層易導(dǎo)致井壁膨脹失穩(wěn)，伊利石會(huì)產(chǎn)生膨脹附加壓力破壞井壁；儲(chǔ)層改造時(shí)伊蒙混層易膨脹，堵塞喉道，產(chǎn)生水敏，入井液體考慮加入防膨劑；伊利石由于是“絲毛”狀，驅(qū)替速度過(guò)快會(huì)堵塞細(xì)小的喉道，產(chǎn)生速敏。部分井段含有綠泥石，酸化可能產(chǎn)生酸敏，考慮加入除氧劑與酸敏抑制劑。2.4巖樣孔隙結(jié)構(gòu)巖樣孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)試采用康塔Poremaster60高壓壓汞儀進(jìn)行測(cè)試，巴二段與巴一段累計(jì)開(kāi)展17樣次實(shí)驗(yàn)。圖2-6賽1井巴二段毛管壓力曲線(xiàn)圖2-7賽1井巴一段毛管壓力曲線(xiàn)巴二段進(jìn)汞壓力曲線(xiàn)偏向右上方，屬于細(xì)歪度，細(xì)小孔喉占比多，且有的曲線(xiàn)幾乎沒(méi)有平緩段，分選性很差。巴一段進(jìn)汞曲線(xiàn)形態(tài)類(lèi)型多，既有排驅(qū)壓力低，孔徑大，中間平緩段長(zhǎng)，分選性好的巖心也有排驅(qū)壓力高，孔徑小，分選差的巖心，巴一段和巴二段儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性強(qiáng)。對(duì)汞飽和度進(jìn)行加權(quán)平均，結(jié)合毛管壓力的計(jì)算公式得出每個(gè)層的歸一化孔徑分布，巴二段進(jìn)汞率為34.0%，巴一段進(jìn)汞率為64.8%；儲(chǔ)層孔徑分選性巴一段較巴二段好，但巴二段有的巖心孔徑較大。按照霍多特的吸附理論，小于10nm為吸附區(qū)，氣體極難流動(dòng)，大于10nm為滲流區(qū)[4]。巴一段滲流孔隙體積占有效孔隙體積的59.2%，主要孔徑分布在16～160nm，巴二段滲流孔隙體積占有效孔隙體積的25.0%，主要滲流孔徑為160～1000nm。圖2-8巴二段孔徑分布圖2-9巴一段孔徑分布利用毛管壓力曲線(xiàn)可計(jì)算孔隙結(jié)構(gòu)的分形維數(shù)D。儲(chǔ)層毛管壓力曲線(xiàn)的分形幾何公式如下[5-6]：式中：Pmin儲(chǔ)層中最大孔徑相應(yīng)的毛管壓力，MPa；Pc為毛管壓力MPa；SHg為毛管壓力Pc時(shí)儲(chǔ)層中汞的飽和度，小數(shù)。將上式取對(duì)數(shù)，可得：由lg（1-SHg）與lgPc作圖，可獲得精確的D和Pmin。通過(guò)上述lg（1-SHg）與lgPc的關(guān)系分析，巴二段巖心在lgPc在1.07附近的時(shí)候，即孔徑在63nm左右，曲線(xiàn)的關(guān)系明顯地分為一個(gè)直線(xiàn)段和一個(gè)曲線(xiàn)段兩部分?？讖酱笥?3nm時(shí)lg（1-SHg）與lgPc的相關(guān)性顯著，相關(guān)系數(shù)在97%以上，此段孔隙具有明顯的分形特征；孔徑小于63nm，二者的相關(guān)性不明顯，此段孔隙不具分形特征。巴一段巖心孔徑大于25nm時(shí)，具有一定的分形結(jié)構(gòu)。巴二段巖心分形維數(shù)在2.920～2.982之間，巴一段巖心分形維數(shù)在2.765～2.943之間。而常規(guī)砂巖孔隙結(jié)構(gòu)分維數(shù)在2.2～2.6之間變化[7]，說(shuō)明巴二段、巴一段孔隙形狀極不規(guī)則，大小分布復(fù)雜，表面極粗糙、褶皺。巖樣的儲(chǔ)集性能差，孔隙結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。圖2-102474.38mlg（1-SHg）與lg（Pc）關(guān)系圖2-113552.78mlg（1-SHg）與lg（Pc）關(guān)系表2-1巖樣分形維數(shù)層位編號(hào)深度孔隙度滲透率孔隙分形維數(shù)判定系數(shù)（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儲(chǔ)層的敏感性經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，巴二段與巴一段均存在水敏，敏程度為中等偏強(qiáng)。當(dāng)較低礦化度的注入水或液體進(jìn)入儲(chǔ)層后引起黏土膨脹、分散、運(yùn)移，使得滲流通道發(fā)生變化，導(dǎo)致儲(chǔ)層巖石滲透率發(fā)生變化。圖2-12巴二段2472.10m、巴一段3299.29m巖心水敏實(shí)驗(yàn)柱狀圖產(chǎn)生水敏感性的根本原因主要與儲(chǔ)層中黏土礦物的特性與含量有關(guān)，如蒙脫石、伊／蒙混層礦物在接觸到淡水時(shí)發(fā)生膨脹后體積比正常體積要大許多倍，并且高嶺石在接觸到淡水時(shí)由于離子強(qiáng)度突變會(huì)擴(kuò)散運(yùn)移。膨脹的黏土礦物占據(jù)許多孔隙空間，非膨脹黏土的擴(kuò)散釋放許多微粒，水敏感性實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谠u(píng)價(jià)產(chǎn)生黏土膨脹或微粒運(yùn)移時(shí)引起儲(chǔ)層巖石滲透率變化的最大程度。賽1井碎屑顆粒間充填層片狀粘土礦物，黏土礦物含量較高，黏土礦物中伊蒙混層含量高，孔喉細(xì)小，迂曲度大，這些都影響著儲(chǔ)層水敏感性。3巖石力學(xué)及地應(yīng)力特征3.1巖石力學(xué)常規(guī)三軸抗壓試驗(yàn)是指，加載方式是使巖樣的軸向應(yīng)力和徑向圍壓，等值增加到規(guī)定圍壓值后，保持徑向圍壓不變，而繼續(xù)增加軸向應(yīng)力直至巖石破壞。對(duì)不同層位，不同巖性的巖石取芯，進(jìn)行巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，獲得抗壓強(qiáng)度、楊氏模量、泊松比、內(nèi)聚力等參數(shù)，鉆取了賽1井26塊標(biāo)準(zhǔn)小巖樣開(kāi)展巖石力學(xué)三軸實(shí)驗(yàn)，一組摩爾圓實(shí)驗(yàn)。巴二段巖心在凈圍壓下進(jìn)行巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，楊氏模量28.51～48.02GPa之間，泊松比在0.19～0.29之間，抗壓強(qiáng)度在132～291MPa，楊氏模量、泊松比及抗壓強(qiáng)度變化較大，反應(yīng)巖性及巖石內(nèi)部微觀(guān)非均質(zhì)性對(duì)巖石力學(xué)參數(shù)影響較大。對(duì)巴一段的泥巖、細(xì)粒巖屑石英砂巖、含礫中粒巖屑石英砂巖在凈圍壓下進(jìn)行巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)19樣次，發(fā)現(xiàn)抗壓強(qiáng)度細(xì)粒巖屑石英砂巖最強(qiáng)，中粒巖屑石英砂巖次之，泥巖最??；楊氏模量：細(xì)粒巖屑石英砂巖最大，泥巖次之，中粒巖屑石英砂巖最??；泊松比在0.24～0.27范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)采用烘干之后的泥巖，可能與地層條件下含水時(shí)，結(jié)果有一定的差異。巖石內(nèi)礦物顆粒的大小、形狀、排列方式及微結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況與粒間連結(jié)方式等巖塊構(gòu)成上的特征,都會(huì)影響巖石力學(xué)性質(zhì)。表3-1巴一段不同巖性巖心的巖石力學(xué)參數(shù)巖性抗壓強(qiáng)度MPa楊氏模量GPa泊松比泥巖25739.90.25中粒巖屑石英砂巖38839.50.27細(xì)粒巖屑石英砂巖41547.30.24通常情況，利用橫波、縱波以及密度測(cè)井資料，可以通過(guò)下列公式計(jì)算巖石的動(dòng)態(tài)巖石力學(xué)參數(shù)。實(shí)際上大部分井沒(méi)有直接的橫波測(cè)量結(jié)果，可以采用縱波及密度測(cè)井資料，轉(zhuǎn)化估算[8-10]，主要公式為動(dòng)態(tài)泊松比：QUOTE動(dòng)態(tài)楊氏模量：QUOTE式中式中QUOTE蠎d蠎d——為動(dòng)態(tài)泊松比、QUOTEEdEd——為動(dòng)態(tài)楊氏模量QUOTE、QUOTE——分別為地層的橫波時(shí)差、縱波時(shí)差，QUOTE渭s/m渭s/mQUOTE——地層體積密度將實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的巖石三軸靜態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與聲波時(shí)差和密度測(cè)井資料計(jì)算得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合分析，發(fā)現(xiàn)砂、泥巖的動(dòng)靜態(tài)泊松比相差不大；砂巖的動(dòng)靜態(tài)楊氏模量存在相關(guān)性，滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系：QUOTEEs=0.4204Ed+2.0502Es=0.4204Ed+2.0502_〖〗___________?_?_?_?_?_?_?_?_?圖3-1動(dòng)態(tài)楊氏模量與靜態(tài)楊氏模量擬合圖3.2地應(yīng)力大小及方向根據(jù)地應(yīng)力地圖以及板塊運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)，可以預(yù)測(cè)區(qū)域最大主應(yīng)力方向垂直于構(gòu)造面，約為北偏西20-35°；該區(qū)域?yàn)槟鏀鄬涌刂茀^(qū)域。目前根據(jù)該區(qū)鉆井實(shí)踐，構(gòu)造發(fā)生改變，上覆巖層壓力為中間地應(yīng)力大小。根據(jù)巴音戈壁組巴一段3405m附近3塊巖心的聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)結(jié)果，上覆巖層壓力為77～82MPa，最大水平主應(yīng)力為95～104MPa，最小水平主應(yīng)力為56～70MPa。最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力相差大、變化快，儲(chǔ)層改造時(shí)，不利于裂縫的延伸，增加了制造復(fù)雜縫的難度。表3-2可能聲發(fā)射事件結(jié)果及主應(yīng)力樣品編號(hào)垂直凱塞爾點(diǎn)（MPa）0度凱塞爾點(diǎn)（MPa）45度凱塞爾點(diǎn)（MPa）90度凱塞爾點(diǎn)（MPa）井深（m）垂向應(yīng)力（MPa）最大水平主應(yīng)力（MPa）最小水平主應(yīng)力（MPa）156827149340577.9310470.04260706538340681.9495.3656.52355704541340776.9595.3559.554結(jié)論（1）賽1井巴一段儲(chǔ)層巖性主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑石英砂巖，碎屑總量在59%～88%之間，平均74.4%；填隙物含量較高，主要占12%～41%，平均25.6%。膠結(jié)物以碳酸鹽為主，膠結(jié)類(lèi)型主要為孔隙-鑲嵌式膠結(jié)。巴一段砂巖孔隙度0.1%～2.7%，平均值1.4%，滲透率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%；滲透率0.04～1.97×10-3μm2,平均值0.29×10-3μm2。巴音戈壁組儲(chǔ)層物性較差，屬于特低孔低滲儲(chǔ)層。（2）經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)巴音戈壁組巖心水敏程度中等偏強(qiáng)。敏感性與粘土礦物種類(lèi)、含量和孔喉結(jié)構(gòu)有關(guān)。巴二段2435-2442m、巴一段3212-3558m黏土礦物含量較高，平均含量大于32%，粘土礦物中伊蒙混層和伊利石含量高。毛管壓力曲線(xiàn)計(jì)算得出的分形維數(shù)很高，表明滲流通道表面極粗糙。按照霍多特的吸附理論，小于10nm為吸附區(qū)，氣體極難流動(dòng)，大于10nm為滲流區(qū)。巴一段滲流孔隙體積占有效孔隙體積的59.2%，主要孔徑分布在16～160nm，巴二段滲流孔隙體積占有效孔隙體積的25.0%，主要滲流孔徑為160～1000nm。巴音戈壁組滲流孔徑都比較小，且滲流孔徑體積占總有效體積小。（3）巴音戈壁組楊氏模量分布在28.51～48.02GPa之間，泊松比分布在0.19～0.29之間，巖石力學(xué)參數(shù)變化較大。砂、泥巖的動(dòng)靜態(tài)泊松比相差不大；砂巖的動(dòng)靜態(tài)楊氏模量存在相關(guān)性，滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系：QUOTE