矿物含量分析在肃宁构造带沙一下亚段致密储集层改造措施优选中的应用

0 引 言

饶阳凹陷位于冀中坳陷中部,是一个受复杂断裂系统控制、走向为北北东的大型东断西超式单断凹陷,面积约为6 300 km²,是冀中坳陷最大的凹陷^[1,2,3]。历经几十年大规模油气勘探后,其中形态好、面积大、成藏条件优越的油气藏发现越来越难^[4],目前致密油油藏已成为勘探热点。

肃宁构造带位于饶阳凹陷中央隆起带的中南部,东侧为河间-窝北洼漕,西侧为肃宁-饶阳洼漕^[5],四周紧邻的赵皇庄构造带、八里庄构造带、薛庄构造带等均已实现成功开发。该构造带油气资源丰富,东营组、沙一上亚段地层均已成功开发;然而,在沙一下亚段地层,仅在1983年部署的N 30井获工业油流,之后一直未获突破,勘探工作被迫停滞。从试油情况来看,沙一下亚段地层试油以低产油层为主,前期勘探工作中对储集层进行过酸化改造,但效果并不明显,产量依然较低。对于产量低的主要因素,目前还缺乏系统论证;对于如何提高地层产液能力,更无有效措施。本文将以XRD矿物含量分析技术为手段,对这两方面的问题进行研究论证。

1 地层特征

该区沙一下亚段地层在纵向上可分为E s1下Ⅰ、E s1下Ⅱ两个砂层组。E s1下Ⅰ砂层组是特殊岩性段,岩性以灰褐色页岩、钙质页岩、油页岩、褐色白云质灰岩、棕褐色白云质灰岩为主;E s1下Ⅱ砂层组是尾砂岩段,岩性为砂岩、泥岩互层。从试油结果来看,低产油层在两个砂层组均有分布,都是该区的主要目的层。由实钻情况可知,沙一下亚段储集层含油性、原油性质均较好,且呈现高压低渗储集层的特点。肃宁构造带烃源岩发育^[6,7],凡是钻遇沙一下亚段地层的井,多数见良好油气显示,E s1下Ⅰ砂层组显示厚度最大可达24.4 m,E s1下Ⅱ砂层组显示厚度最大可达27.5 m,显示级别多数在油斑、油浸以上,含油性较好。根据试油统计结果(表1)可见原油性质较好,相对密度在0.841 40.888 1之间,粘度在5.2834.62 mPa·s之间(仅N 627井油质稍差)。肃宁构造带沙一下亚段地层压力较高,能量充足,录井过程中油气显示比较活跃,例如:N 627井发生过三次油气侵,槽面油花、气泡占100%,同时褐色原油涌出井口,连续3 h左右,之后每次下钻到底都见大量油花气泡;N 99井全烃达100%,槽面油花占5%,气泡占5%;N 11-70X井全烃最高达60%,槽面见条带状油花占30%,气泡占5%;N 33井槽面见油花占20%,气泡占10%15%。

对于储集层物性,在研究井区内,沙一下亚段未进行过钻井取心,无岩心物性分析数据,因此只能参考其他方面的资料。

(1)测井物性资料:统计该区测井物性数据可见(图1),不管是E s1下Ⅰ砂层组还是E s1下Ⅱ砂层组,储集层物性均较差,孔隙度主体在16%以下,渗透率主体在20 mD以下,主要为低孔低渗甚至特低孔特低渗储集层。

(2)赵皇庄构造带物性资料:赵皇庄构造带构造位置距肃宁构造带较近,沉积环境类似,具有相似的地质条件。赵皇庄构造带进行过系统的钻井取心,从岩心物性分析数据来看(图2),不管是E s1下Ⅰ砂层组还是E s1下Ⅱ砂层组,储集层物性均比较差,孔隙度主体在15%以下 ,渗透率主体在10 mD以下,主要为低孔低渗甚至特低孔特低渗储集层。

通过以上分析推断,肃宁构造带沙一下亚段储集层物性较差,是限制产量的主要因素,因此必须针对储集层采取改造措施以提高产量。

2 储集层改造措施优选

2.1 酸化改造措施适应性分析

前期勘探工作中,已对沙一下亚段储集层采取过酸化改造措施。从酸化前、酸化后产液量对比(图3)来看,增产效果并不明显,酸化前、后产液量并无太大变化,甚至还会出现产液量降低的情形。因此推断,酸化措施不适合肃宁构造带沙一下亚段的储集层改造。

为研究其原因,以XRD矿物含量分析技术为手段,对不同构造带之间进行横向对比。在华北油田冀中探区,采用酸化方式进行储集层改造成功的典型储集层有两类:一是潜山带碳酸盐岩储集层,二是束鹿凹陷沙三段泥灰岩储集层。选取代表性较好的潜山带奥陶系碳酸盐岩储集层(AT 5X井)、束鹿凹陷沙三段泥灰岩储集层(ST 3X井)与肃宁构造带沙一下亚段储集层(N 99X井)进行XRD矿物含量分析对比如图4所示。

由图4可见,3个地区储集层的矿物含量有显著区别。潜山带奥陶系碳酸盐岩储集层方解石+白云石含量最高,主体在65%80%之间,而黏土+杂基含量最低,主体在10%30%之间,石英+长石主体在5%20%之间;束鹿凹陷沙三段泥灰岩储集层次之,方解石+白云石含量有所降低,主体在40%70%之间,石英+长石含量有所升高,主体在10%40%之间,黏土+杂基含量与潜山带碳酸盐岩储集层接近;肃宁构造带沙一下亚段储集层方解石+白云石含量最低,主体在30%以下,黏土+杂基含量最高,主体在20%50%之间,石英+长石主体在20%60%之间。因此认为,黏土+杂基含量高、方解石+白云石含量低是肃宁构造带沙一下亚段储集层不适合酸化改造的主要原因。

2.2 压裂改造措施适用性分析

除酸化以外,另一种储集层改造的有效措施是压裂。但是到目前为止,对肃宁构造带沙一下亚段储集层还从未采取过压裂改造措施,因此只能参考其他区块进行对比分析,而在四川长宁地区页岩气储集层(N 213井)通过压裂改造已获得成功。对这两个地区地层进行XRD矿物含量分析对比,如图5所示。

对于沙一下亚段尾砂岩段储集层,临近的赵皇庄构造带N 72X井在对应的尾砂岩段通过压裂改造已获工业油流,这两个地区的XRD矿物含量分析对比结果如图6所示。

由图5、图6可见,适合压裂的长宁地区页岩气储集层、赵皇庄构造带沙一下亚段尾砂岩储集层石英+长石含量最高,主体在40%70%之间;方解石+白云石含量主体在10%30%之间;黏土+杂基含量主体在10%50%之间。肃宁构造带沙一下亚段储集层与这两个地区的储集层矿物含量相近,黏土+杂基含量基本一致,石英+长石、方解石+白云石含量高低略有出入,但这两类矿物均为适合压裂的矿物,因此认为肃宁构造带沙一下亚段储集层同样适合采取压裂改造措施。

2.3 矿物含量与储集层改造措施适用性关系原理

根据以上论述,分析矿物含量与储集层改造措施适用性关系原理,总结酸化、压裂改造措施适用地层的不同矿物含量范围。

对于酸化改造措施,适用于以潜山带碳酸盐岩、束鹿凹陷沙三段泥灰岩为代表的储集层。这类储集层方解石+白云石含量最高,主体在40%80%之间;黏土+杂基含量低,主体在10%30%之间;石英+长石含量主体在5%40%之间。而肃宁构造带沙一下亚段储集层不适合酸化改造,主要是由于黏土+杂基含量过高,主体在20%50%之间,酸化后黏土+杂基与酸不发生化学反应,会残留在地层中不被排出,随着地层流体的流动发生运移,堵塞孔隙通道,反而对储集层造成一定伤害,使渗透率降低。

对于压裂改造措施,适用于以长宁地区页岩、赵皇庄构造带沙一下亚段尾砂岩为代表的储集层。这类储集层石英+长石含量最高,主体在40%70%之间;方解石+白云石含量主体在10%30%之间;黏土+杂基含量主体在10%50%之间。肃宁构造带沙一下亚段储集层与这两个地区的储集层矿物含量相近,故认为适合采取压裂改造措施。

3 应用效果

根据以上分析论证,对肃宁构造带沙一下亚段储集层进行地质综合研究工作,目前已部署井位进行钻探,即N 11-70X井。从实钻结果来看(图7),该井在沙一下亚段见良好油气显示,共计23.0 m/6层,其中E s1下Ⅰ砂层组12.0 m/2层,E s1下Ⅱ砂层组11.0 m/4层。对沙一下亚段两个砂层组进行合并试油,压裂前产油3 t/d,少量乳化水,产液量较低,与前期认识一致;压裂后自喷求产,试油初期产油15.36 t/d,无水。目前产油稳定在6 t/d左右,获得工业油流,压裂效果较好,证实前期研究结果正确。

N 11-70X井的钻探成功,为肃宁构造带沙一下亚段储集层的勘探提供了新思路。经统计发现,该构造带前期部署的N 33、NG 2、N 627等老井(表1),以及近期部署的N 11-52X、N 11-13X等新井,油气显示均较好,部分井经试油已获得低产油层,均与N 11-70X井的地质、工程情况类似,可借鉴该井的成功经验,采取压裂改造措施进行储集层改造,以获得进一步突破,推动该构造带的勘探进程。

4 结束语

(1) 肃宁构造带油气资源丰富,但沙一下亚段储集层试油普遍获低产油层,导致勘探工作一直未获突破。储集层物性较差是限制产量的主要因素,前期勘探工作中普遍采用酸化改造措施,但是效果并不明显。

(2) 通过对不同地区进行XRD矿物含量分析对比可知,肃宁构造带与适合酸化改造的潜山带碳酸盐岩储集层、束鹿凹陷沙三段泥灰岩储集层有明显差别,该区沙一下亚段储集层方解石+白云石含量较低而黏土+杂基含量较高,因此不适合酸化;但是与适合压裂改造的长宁地区页岩气储集层、赵皇庄构造带尾砂岩储集层矿物含量接近,因此适合压裂改造。

(3) 通过分析矿物含量与储集层改造措施适用性的关系原理,总结酸化、压裂改造措施适用地层的不同矿物含量范围。

(4) 实钻结果表明,新钻井经压裂改造后获工业油流,证实前期研究结果正确,以此为新思路可推动该构造带的勘探进程。

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参考文献

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