（石油与天然气工程专业论文）长庆气田碳酸盐岩储层加砂压裂工艺技术研究.pdf

中文摘要 论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 长庆气田碳酸盐岩储层加砂压裂工艺技术研究 石油与天然气工 苟阿莉( 签名) 吴晋军( 签名) 王鸿( 签名) 摘要 鄂尔多斯盆地是我国天然气资源富集地区之一，是我国“西气东输”重点工程的重 要气源，目前长庆投入开发的各个气田中，靖边气田储层探明地质储量3 2 7 2 8 3 x 1 0 8 m 3 ， 管网及辅助设施配套，是长庆气田增产稳产的重要物资基础。靖边气田的主要储量是下 古致密碳酸盐岩储层，随着气田开发储层压力下降和日益增长的环保压力，酸化改造面 临诸多新的不利因素，针对气田实际情况，长庆开展了碳酸盐岩水力加砂压裂工艺的研 究和试验，通过管柱、压裂液、支撑剂及工艺方面的优化，为长庆下古生界碳酸盐岩储 层压裂增产提供技术支持。本文总结分析了长庆碳酸盐岩储层压裂遇到的困难和应对措 施的探索过程，通过新型压裂液、交联剂研发，液氮助排工艺的配套应用以及施工设计 的优化，基本解决了长庆碳酸盐岩加砂难题，通过现场实践，施工成功率达到8 7 9 ， 在储层状况总体变差、储层压力不断下降的情况下气层改造效果良好，有力的减少残酸 残液的排放，取得了明显的经济效益和社会效益。在长庆碳酸盐岩常规压裂取得成功后 又积极探索交联酸携砂压裂，目前也取得了一定的进展。长庆碳酸盐岩加砂压裂取得的 重大进展拓宽了压裂改造适用范围，也为其它碳酸盐岩油气藏压裂提供了有益的借鉴。 关键词：碳酸盐岩压裂降滤 论文类型：应用研究 l i 英文摘要 s u b j e c t ：t h et e c h n i q u e f o rc o n d e n s ec a r b o n a t er o c kf r a c t u r i n gi nc h a n g q i n gg a s f i e l d s p e c i a l i t y ：p e t r o l e u ma n dn a t u r a lg a se n g i n e e r i n g n a m e ：g o u a l l ( s i g n a t u r e i n s t r u c t o r ：w uj i n j u n ( s i g n a t u r e ) 丞亟星巡从删州 w a n gh o n g ( s i g n a t u 心l 芷盟逝膨 子 a b s t r a c t e r d o sb a s i n , w h i c hi so n eo ft h em a j o rg a sr e s o u r c e so ft h en a t i o n a lk e yp r o j e c t “w e s t - e a s tn a t u r a lg a st r a n s m i s s i o np r o j e c t ，i sr i c hi ng a sr e s o u r c e s a m o n gt h ed e v e l o p e dg a s f i e l d si nc h a n g q i n gg a sf i e l d ，d e m o n s t r a t e dr e s e r v eo fl o w e rp a l a e o z o i ce r a t h e mi s 3 2 7 2 8 3 x1 0 8 m 3 p i p e l i n e sa n ds u p p l e m e n t a r yf a c i l i t i e sa r ei n d i s p e n s a b l ef o rs t i m u l a t i o ni n c h a n g q i n gg a sg i e l d w i t hd e c l i n i n gr e s e r v o i rp r e s s u r ea n dr e q u i r e m e n t sf o re n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n ，a c i dt r e a t m e n tf o rc o n d e n s ec a r b o n a t er o c kr e s e r v o i rf a c e sal o to fd i s a d v a n t a g e s c h a n g q i n gg a s f i e l dc o n d u c t e das e r i e so fs t u d i e so nh y d r a u l i cf r a c t u r i n gt e c h n i q u e sw i t h g r a v e li n p u ti nc o n d e n s ec a r b o n a t er o c kr e s e r v o i r s o p t i m i z a t i o n so ns t r i n g s ，f r a c t u r i n gf l u i d s ， p r o p p a n t sa n dc r a f t sg r e a t l ys u p p o r tf r a c t u r i n gi nc o n d e n s ec a r b o n a t er o c kr e s e r v o i r s t h i st h e s i so f f e r sa r g u r n e m sf o rt h ea c h i e v e m e n t si nc h a n g q i n gg a sf i e l da n da n a l y z e s t h ed i f f i c u l t i e si nc o n d e n s ec a r b o n a t er o c kf r a c t u r i n ga n dt h em e t h o d st os o l v et h e s ep r o b l e m s t h ep r o b l e m si n g a v e li n p u ti nc h a n g q i n gc o n d e n s ec a r b o n a t e r o c k f r a c t u r i n gh a v e f u n d a m e n t a l l yb ew o r k e do u tt h r o u g hr e s e a r c h e so nn e wf r a c t u r i n gf l u i d s ，f r a c t u r i n gd i v e r t e r s a n dt h r o u g ho p t i m i z a t i o n so fc o n s t r u c t i n gm e t h o d sa n dt h r o u g hc l e a n u pm a t i n go fl i q u i d n i t r o g e n a p p l i c a t i o n ss h o w8 7 9 s u c c e s s e s r e c o n s t r u c t i o n so ng a sf o r m a t i o n sw o r kw e l l a n dl e s s e nd r a m a t i c a l l yr e a c t e da c i da n dr e s i d u a ll i q u i di ns p i t eo ft h ed e t e r i o r a t i o no f r e s e r v o i rc o n d i t i o n sa n dd e c r e a s i n go fr e s e r v o i rp r e s s u r e ，w h i c hb r i n g s9 0 0 ds o c i a la n d e c o n o m i cb e n e f i t s a c h i e v e m e m si nc h a n g q i n gc o n d e n s ec a r b o n a t er o c kf r a c t u r i n gb r o a d e n h y d r a u l i cf r a c t u r i n ga n do f f e re x p e r i e n c ef o rc o n d e n s ec a r b o n a t er o c kf r a c t u r i n gi n o t h e r r e g i o n s k e yw o r d s ：c a r b o n a t er o c k h y d r a u l i cf f a “u n n g f l u i dl o s s t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y i i i 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：鸢翻笙】 日期：矗堡：2z 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名：莲衅 导师签名：碰 日期：壶! ! 竺： 日期：丝芷：! ! ：! 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章前言 第一章前言 现今全球能源紧缺，低价格能源时代结束，而油气层改造是实现油气井增产的有效 手段，在新发现油气资源品位的不断下降和原有老油气田进入开发中后期挖潜阶段的形 势下，越来越多的边际油气田需经储层改造后方可投入正常开发，储层改造的重要性更 为突出，大量人力物力被用于推动增产措施的技术进步，压裂数量和规模迅速增加。国 内自1 9 5 5 年在玉门油田实现首次压裂，到2 0 0 5 年仅中石油下属施工队伍就压裂施工 1 4 0 5 3 层次，比上年增加5 ，长庆油田试油气压裂层位也连年增加，2 0 0 7 试油压裂 5 4 2 3 5 层，2 0 0 8 年将超过6 0 0 0 层。作为储层改造的主要手段，压裂酸化技术近年获 得了很大发展，但碳酸盐岩油气藏加砂压裂一直是个难题，施工成功率及改造效果有待 提高。 鄂尔多斯盆地奥陶系古风化壳已找到目前中国陆上屈指可数的整装气田，累计探明 地质储量2 3 8 4 8 5 1 0 8 m 3 ，该气田属于大型古地貌气藏，含气面积与奥陶系古沟槽展布密 切相关伯。目前该气田开发主要以酸压为主，随着勘探开发的深入和环境保护的需要， 非常有必要探索碳酸盐岩加砂压裂技术。本文对国内外压裂酸化发展现状进行了调研， 总结碳酸盐岩储层压裂遇到的问题，对制约碳酸盐岩加砂的因素寻找解决办法，拓宽压 裂技术适用新领域，促进油气田增产技术进一步发展。 1 1 研究的目的与意义 长庆气田位于西气东输主干道上，是西气东输的重要气源，目前长庆投入开采的气 田中，主力气田还是靖边气田，靖边气田下古碳酸盐岩气藏储量丰富，开采管网及辅助 条件齐备，具备增产稳产的条件。 同所有碳酸盐岩储层一样，长庆靖边气田早期开采手段以酸压为主，经历了普通酸 酸压、稠化酸酸压、降阻酸酸压、控制滤失酸酸压等一系列酸液改造手段。但是，酸蚀 裂缝缺乏有效支撑，气田开采过程中气藏压力逐年下降，闭合压力增加，酸压改造效果 变差，同时，施工后残酸排放也面临越来越大的环保压力，探索碳酸盐岩加砂压裂技术 非常必要。 本文建立在室内实验和现场实践的基础上，分析研究长庆碳酸盐岩加砂压裂过程中 遇到的难题和困境，寻找切实有效的解决办法，并通过实践不断进行检验、总结和修正。 经过4 - 5 年的实践，目前已经形成了一套比较行之有效的办法，基本解决长庆碳酸盐 岩加砂的难题，值得进一步研究推广和相关领域借鉴，可以为我国各油田油水井增产措 施提供理论依据，并为现场压裂设计、施工提供指导作用。 1 2 碳酸盐岩成藏机理 目前国内外对碳酸盐岩的成岩机理研究已比较透彻，由于其复杂性，对其力学性质 西安石油大学硕士学位论文 研究较为薄弱。 1 2 1 碳酸盐岩矿物组成 碳酸盐岩广泛分布于近2 0 亿年以来的各地质时代，蕴含着全世界4 0 以上的石油 天然气资源( 1 j ，近几十年在碳酸盐岩沉积学方面取得了突飞猛进的发展。总的来讲碳酸 盐岩的结构有四种组成成分：颗粒、基质、胶结物和空隙。成因上属盆地内沉积，比较 容易风化，矿物组成比较单一，颗粒类型及矿物类型却很丰富，颗粒类型主要包括：非 骨骼颗粒( 包覆颗粒、球粒、凝聚颗粒、内碎屑) 和骨骼颗粒；矿物类型主要包括：方 解石( c a c 0 3 】、白云石( c a m g ( c 0 3 ) 2 ) ，有时还会有少量的文石 c a c 0 3 】、菱铁矿 【f e c 0 3 、菱镁矿 m g c 0 3 、铁白云岩 c a ( m g ，f e ) ( c 0 3 ) 2 】。 1 2 2 碳酸盐岩的主要类型 表l 一1 碳酸盐岩主要类型( f o l k ，1 9 6 2 年) 主要由亮晶胶结 异化岩主要由岩屑颗粒组成 主要以泥晶作为基质 正化岩 主要由泥晶组成 生物礁岩 生物灰岩 表l - 2 碳酸盐岩分类表( b u n h a 且, 1 9 6 2 ) 粘结岩：其原始组成在生命活动时就粘结在一起，如生物礁 泥岩( 颗粒小于1 0 ) 微颗粒岩( 颗粒大于1 0 ) 泥晶支撑 含泥原始组成没粘结 含颗粒岩( 泥晶大于1 0 ) 颗粒支撑 颗粒岩( 泥晶小于1 0 ) 结晶碳酸盐岩：原始沉积物因重结晶而被破坏 1 2 3 石灰岩的成岩固结过程 石灰岩由三种作用生成： ( 1 ) 在原来的岩石中，通过无机的、有机的或二者都存在的碳酸钙结晶作用，形 成钙质层、纳里钙质层、钙质土壤壳、硬骨骼礁、石灰华和洞穴沉积； ( 2 ) 碳酸钙颗粒的石化作用，其方式与石英颗粒变为砂岩的石化作用相似； ( 3 ) 其他物质，如硫酸钙或石英被碳酸钙交代。 绝大多数石灰岩是第二种作用形成。造成石灰岩固结石化的成岩作用机制大致有 以下3 种类型： ( 1 ) 先存岩石中的碳酸钙结晶作用； ( 2 ) 碳酸钙沉积物的石化作用； ( 3 ) 其他矿物被碳酸钙交代的作用 化学方程式： 2 c a s 0 , + 2 ( c h 2 0 ) = 2 c a o + 2 s + 2 c 0 2 + 2 h 2 0 + 0 2 2 第一章前言 2 c a 0 + 2 c 0 2 - - 2 c a c 0 3 碳酸盐岩成岩作用主要经历六种作用过程，它们是胶结作用、微生物泥晶化作用、 溶解作用、压实( 压溶) 作用以及自云石化作用f 。胶结化作用是碳酸钙从空隙水中沉 淀出来并附着于沉积物颗粒表面上或与沉积物颗粒构成同轴次生加大的过程，沉积物中 的空隙水必须呈碳酸钙过饱和状态，而且在化学动力学因素不妨碍碳酸钙沉积的情况下 胶结作用才能发生。微生物泥晶化作用为石内藻类、细菌和真菌对海底或临近海底的骨 髂碎屑颗粒产生作用的过程。微生物泥晶化作用用来描述矿物结构的交代和重结晶等一 切转变过程。溶解作用是空隙水呈碳酸盐矿物不饱和状态发生的碳酸盐沉积物的溶解作 用，可影响碳酸盐沉积物、胶结物及已石化的碳酸盐岩。压实( 压溶) 作用是由于上覆 沉积物重力而使得沉积物颗粒受挤压而靠拢的作用过程。白云石化作用是碳酸钙沉积物 被白云石t c a m g ( c 0 3 ) 2 ) 所交代的过程。主要分为三个阶段，第一阶段主要由于沉 积物脱水而导致沉积物颗粒的堆积关系发生变化而变得致密；第二阶段表现在由于沉积 压实沉积物颗粒发生重新排列和定向而趋向于平行层面，泥质沉积物则表现为继续发生 脱水作用直至沉积物形成自我支撑的格架，第三阶段上覆压力直接作用于颗粒接触处， 从而使沉积物颗粒发生槊性变形或脆性破碎作用。 表1 - 3 碳酸盐岩成岩作用过程及对空隙总量和类型的影响 成岩作用过程对空隙度影响 晶簇状结晶作用原生空隙度减小 多晶变晶作用 文石方解石空隙度减少8 新生变形作用 方解石白云石空隙度增大1 3 重结晶作用无变化 印模空隙及空洞型空隙的 淋滤作用 空隙度增大 玉隧充填空隙原生空隙度减少 硅化作用 交代作用无变化 1 2 4白云岩的石化固结过程 白云岩的产状和成因比石灰岩更复杂，它还包括许多交代作用。白云石的形成机理 目前尚不清楚，但碳酸钙沉积物后期的交代作用的地质论据还是被认同的。大部分白云 岩是碳酸钙沉积物在沉积环境中交代而成的，由于该过程体积收缩空隙度增大，白云岩 空隙发育，容易成为巨大的油气储集层。 1 2 5 碳酸盐岩的空隙结构特征 油气储层的空隙度和渗透率对无论对于开采还是对于施工都是非常重要的，由于 碳酸盐岩成岩的复杂性，研究碳酸盐岩储层空隙结构更为重要。j o d r y ( 1 9 7 2 ) 认为控制 碳酸盐岩储层生产能力的不是空隙度和渗透率，主要决定于空隙喉道的几何形态，取决 于空隙的连通性。 根据国内外研究，空隙喉道主要有三种类型：l 喉状喉道，空隙与喉道无明显界限， 3 西安石油大学硕士学位论文 孔收缩为喉道，喉道扩大部分为空隙；2 管状或纤维状喉道，空隙间由细长的管子相连， 横截面接近圆形；3 片状喉道。在白云岩中空隙的发育是经由四面体到多面体孔，最后 在晶粒之间形成片状喉道。国内孔金祥根据孔喉的大小，结台空隙组台，将四川碳酸盐 岩储集层空隙结构分为四类：1 租孔大喉型，多为亮晶鲕粒白云岩和粉品藻屑白云岩 为很好的工业性储层；2 粗孔中喉型或细孔中喉型，常为粉晶白云岩、泥晶砂屑白云岩、 亮晶砂屑白云岩、亮晶鲕粒自云岩和泥晶藻白云岩，为较好的储集层，油气易储易采： 3 粗孔小喉型或细孔小喉型，常为粉品白云岩、亮晶鲕粒灰岩、亮晶凝块自云岩、亮晶 砂屑白云岩及藻粘结凝块白云岩等，中等储集层，储集能力中等，渗透能力差；4 微隙 微喉型，常为生屑泥晶灰岩、泥晶古泥质灰岩、泥晶含泥质白云岩及粉晶白云岩，为非 空隙性储集岩。从第一至第四，毛管压力曲线从粗度分选变为细度分选极差，孔喉分布 从高分选中粗喉道变为微喉道。 1 3 长庆下古生界奥陶系碳酸盐岩储层低渗透气藏概况 ( 1 ) 长庆下古生界奥陶系碳酸盐岩储层构造背景 鄂尔多斯盆地地理位置为东经1 0 63 07 1 1 1 2 07 ，北纬3 44 0 4 0 4 0 ，范围广阔，跨越 陕、甘、宁、蒙、晋五省区，是一个矩形构造盆地，盆地面积3 7 x 1 0 4 k m 2 ，本部面积 2 5 x 1 0 4 k m 2 。 鄂尔多斯盒构连e 划a * 气日位置目 圈i l 鄂尔多斯盆地构造区划厦油气压位置 第一章前言 鄂尔多斯盆地奥陶系沉积在盆地内分布广泛，自下而上主要有冶里组、亮甲山组、 上下马家沟组、平凉组( 广义) 和背锅山组等。其中冶里、亮甲山组只在盆地东、南部 和贺兰山地区分布，而盆地本部缺失。上下马家沟组在盆地内沉积较广，除伊盟古陆外 其余地区均有分布。但在宁探l 井区遭受严重剥蚀，导致寒武系地层出露。马六段( 峰 峰组) 也在盆地本部遭到大面积剥蚀，仅在南部保存较全。平凉组( 广义) 主要分布于 盆地西、南缘，盆地本部尚未沉积。背锅山组仅在盆地南缘的渭北、陇县带尚有分布 ( 张吉森、费安琦1 9 8 3 ) 。由于受区域构造的影响，奥陶系上、中、下统之间均存在着 明显的沉积间断。鄂尔多斯地块基底岩系由太古界和下元古界组成，结晶基底岩系主要 出露在地块周缘地区，地块内部仅有个别钻井钻遇基底，早元古代末期的吕梁运动使得 原地槽褶皱形成了褶皱带。可以认为，在早元古代末鄂尔多斯地区经克拉通化，已演化 成陆壳性质的地块。吕梁运动以后，鄂尔多斯地块进入稳定的地台发展阶段。它作为华 北地台的一部分，其地质构造演化离不开华北地台整体的构造背景。鄂尔多斯缘受中亚 蒙古大洋板块向南俯冲的影响，呈相对隆起状态。地块总的地势北高南低，期间经历数 度海水进退，海水一般由南侧出入，接受了寒武纪至中奥陶世沉积。晚奥陶世至早石炭 世加里东运动，使整个华北地台处于隆升状态，缺失这一时期的地层。盆地内各层特征 如下： 1 冶里组，在盆地东部岩性主要为浅灰色、浅褐灰色泥质白云岩与竹叶状白云岩， 厚度4 0 7 0 m 。盆地南部主要为黄灰色中厚层白云岩，厚度6 0 1 6 0 m 。西部贺兰山地区 为一套灰色含燧石的中厚层泥质白云岩，厚度1 1 0 m 左右，与上寒武统整合接触。 2 亮甲山组，在盆地东部岩性为富含燧石条带和团块的中厚层白云岩，清水河一 带夹有黄绿色页岩，厚度4 0 6 0 m 。盆地南部与东部岩性大体相同，沉积厚度4 0 - - 1 2 0 m 。 与下伏冶里组连续沉积，由于怀远运动，项部遭受不同程度剥蚀。 3 上下马家沟组，共分六个岩性段，其中马六段相当于华北峰峰组。由于海侵范 围及地壳升降运动的不均衡性，导致马家沟组在盆地各地分布均有一定差异。 表1 4 鄂尔多斯盆地中部地区地层简表 地层厚度 主要地壳运动主要岩性 界系统组符号 ( m ) 第 黄土、亚粘土夹黄褐色、浅棕色砂质粘土及砾石 新 l 心 四q 层 系 生 第 界 = r啦1 0 红色粘土，砂砾石层，富含钙质结核 喜马拉雅运动 系 中白下 洛河组k 1 1 垩 0 - , 7 7 0 晚期燕山运动 粉红色块状砂岩，局部夹粉砂岩及泥质条带 系 统 宣君组 k f f 侏 顼部为泥灰岩，中部为紫红色泥岩，底部为灰黄 生 巾 安定组j 俎 i 2 0 罗 统 色细砂岩 系 直罗组j 2 z灰绿、紫红色泥岩与浅灰色砂岩互层 西安石油大学硕士学位论文 下延安组 坷 早燕山运动深灰、灰黑色泥岩与灰色砂岩互层煤，夹多层， 界 统 底为厚层状砂砾岩，含油层系 富县组j i f厚层块状砂砾岩夹杂色泥岩 - 上 上部为泥岩夹粉细砂岩、炭质页岩及煤层，中部 = 统 延长组 t 3 y 1 0 0 肚1 1 0 0 以厚层、块状砂岩为主夹砂质泥质、炭质页岩， 印支运动 下部为长石砂岩夹紫色泥岩，中上部为含油层系 叠 由 上部为灰绿、棕紫色泥岩夹砂岩，下部为灰绿色 统 纸坊组t 2 z 3 3 0 4 2 0 砂砾岩 系 下 和尚沟组t l h 1 0 0 1 2 0 棕红、紫红色泥岩夹同色砂岩及砂砾岩 统 刘家沟组t l l 2 6 0 2 8 0 灰色、灰白色块状砂岩夹同色泥岩及砂砾岩 海西期 上部为棕红色含钙质结核泥岩，下部为砂岩夹棕 上石千峰组 p 2 s 2 5 0 璐o ( 无明显的构 红色泥岩 统 造活动) 紫红、黄绿色泥岩夹灰白、灰棕色砂岩 一 上石盒子组p 2 s l i 叠 2 5 0 3 0 0 黄灰、灰绿色块状砂岩、含砾砂岩与泥岩互层 系下 下石盒子组p l s l i 统 含气层系 山西组 p t s 7 0 1 3 0 深灰、灰色泥岩夹灰白色砂岩、煤层，含气层系 古 上 上部为深灰色生物碎屑灰岩，夹煤层或炭质泥岩， 石 统 太原组 c 3 t删 炭 下部为灰黑色泥岩与砂岩夹煤层，含气层系 系 中 本溪组 c 2 b o 踟 灰黑色泥页岩，砂质泥岩夹薄层泥灰岩，底部发 统 育砂岩，铁铝岩，含气层系 生 深灰、灰黑色厚层、块状泥晶灰岩，零星分布于 峰峰组0 2 f o l o 中部地区 奥 由 全组分五段，一、三、五段为灰色泥、粉晶云岩， 陶 统 含泥云岩，膏质云岩夹膏、盐岩。二、四段为灰 系 马家沟组0 四 3 0 0 硼0 界 色、深灰色灰岩，云斑灰岩夹灰质云岩，主要含 上 加里东运动 气层系 灰色厚层、块状、竹叶状白云岩、细晶白云岩和 寒统 ，3 m o 含泥质白云岩互层 武 出 张夏组 2 z3 0 一1 2 0 深灰色残余鲕粒灰岩夹泥灰岩及生物灰岩 系徐庄组2 x3 0 加 暗紫红色灰质泥岩夹颗粒灰岩 统 毛庄组 2 m3 0 6 0 暗紫红色砂质页岩夹泥灰岩、砂岩 中元 长 蓟县运动 城p 1 2 c3 0 l 0 0 0条运动 肉红色石英岩状砂岩 古界 系 下元古 牡太 p c _ 舡 变质岩系 古界 ( 1 ) 马一段，主要分布于盆地东部的陕参l 井、陕1 5 井以东和南部渭北地区，岩 性为灰黄色泥质白云岩，白云质粉砂岩，乌审旗东部的中参l 井见砾状砂岩，柳林三川 河剖面中见薄层黑色页岩与粉砂岩互层。其上发育白云岩、硬石膏岩和盐岩。沉积厚度 2 0 6 0 m ，宜川一带达到1 0 5 m ，南部的旬探l 井为9 7 m ，与下伏亮甲山组假整合接触。 ( 2 ) 马二段，沉积范围在马一段的基础上向盆地中心略有推进，在盆地中东部主 要分布于城川l 井以东和南部的渭北地区，盆地西部与马二段相对应的三道坎组，主要 分布于桌子山任l 井及青龙山以西。沉积厚度4 0 - - ，6 0 m ，最厚达l o o m 。岩性主要为石灰 岩与白云岩，盆地东部井下尚有硬石膏岩，西部三道坎组下部则为砾屑白云岩、砂岩和 6 第一章前言 砂质白云岩。 ( 3 ) 马三段，除中央隆起带外，其它地区均有沉积，厚度1 6 0 2 4 0 m ，盆地中东部 和南部主要为一套白云岩，硬石膏岩和盐岩组合，西部三道坎组上部则为砂岩与砂质白 云岩。 ( 4 ) 马四段，因处于最大海侵期，分布范围最广，沉积厚度一般1 8 0 3 0 0 m ，最厚 4 1 0 m 。除伊盟古陆外，盆地广大地区均有沉积。岩性为一套泥一粉晶石灰岩，砂屑一 颗粒石灰岩，南部与中央古隆起区则为含膏白云岩与泥晶白云岩。西部与马四段相当的 桌子山组或水泉岭组，主要为泥晶石灰岩，球粒和云斑石灰岩。中部定边一带发育中一 细晶白云岩。 ( 5 ) 马五段，沉积范围除中央古隆起外盆地其它地区均有沉积。但因处于海退期， 岩性纵向变化频繁，主要为泥一粉晶白云岩、硬石膏岩、盐岩夹3 层泥一粉晶石灰岩。 沉积厚度一般9 0 3 2 0 m ，米脂、绥德一带最厚达3 8 0 m 。盆地西部与马五段相对应的桌 子山组上部，则为泥晶灰岩、颗粒灰岩等。本段上部是古风化壳气藏的主要产层，为方 便生产，该段进一步划分为1 0 个小层。 ( 6 ) 马六段( 峰峰组) ，由于受加里东运动影响，在盆地本部的沉积多被风化剥蚀， 仅在盆地中东部尚有零星分布，南部保存较厚，约5 0 0 m 左右，岩性为含藻石灰岩和粉 晶白云岩，颗粒白云岩。西部与马六段相当的克里摩里组或三道沟组为一套深水斜坡沉 积的泥晶薄层灰岩、浊积角砾灰岩夹黑色笔石页岩，厚度l5 0 - 2 0 0 m 。 4 平凉组，主要分布于盆地西、南缘，盆地本部尚未沉积。大体分为上下两段， 下段相当于桌子山地区的乌拉力克组和拉什仲组；上段相当于公乌素组和蛇山组。主要 为一套深水笔石页岩与钙屑浊积岩和碎屑浊积岩夹灰绿色砂质泥岩，沉积厚度 3 0 0 “o o m ，贺兰山一带最厚达1 0 0 0 m 以上。南部岩性主要为厚层块状砂屑石灰岩、泥 晶石灰岩、颗粒石灰岩和生物灰岩，沉积厚度3 0 0 - - 6 0 0 m 。 5 背锅山组，主要分布于盆地南缘的渭北和陇县地区，岩性为一套灰色、灰褐色 块状粉晶石灰岩、砾屑石灰岩和浊积角砾灰岩，厚度3 0 0 4 0 0 m 。 1 3 1 主要储集岩及物性特征 1 储集岩类型及岩石组成 奥陶系沉积相和古岩溶研究表明，碳酸盐岩的沉积成岩环境多变，岩石类型种类 繁多，经过不同类型不同期次古岩溶的叠加改造，能够对天然气具有储集意义的主要储 集岩，通过区内8 0 余口探井岩芯观察和薄片鉴定，可系统归纳为4 类：即颗粒灰岩储 集岩、盆缘白云岩储集岩、混合水白云岩储集岩和热水白云岩储集岩啪。 ( 1 ) 颗粒灰岩储集岩 这类储集岩形成于碳酸盐岩陆棚及缓坡的滩相沉积环境，具有一定的原始微孔隙。 因此在古岩溶发育过程中，岩溶水容易渗入产生选择性溶蚀作用，而形成发育的次生孔 隙。其岩石组成，主要有砂屑灰岩，生屑灰岩，珊瑚骨架岩、藻叠层石粘结岩，砾屑灰 7 西安石油大学硕士学位论文 岩组成，基质多为亮晶结构，部分为泥晶结构。在成岩过程中，组成颗粒灰岩的砾屑、 砂屑、生屑和少量鲕粒常被压实而发生变形，呈扁园形、长条形。颗粒灰岩的方解石含 量平均7 8 7 ，白云石含量一般在1 6 9 左右，酸不溶物含量小于5 。 ( 2 ) 盆缘白云岩储集岩 盆缘白云岩，形成于陆棚盆地的盆缘含膏云坪环境。在盆地中东部马家沟组一、 三、五段均较发育，特别在马五段分布更为广泛，是古风化壳气藏主要储集岩。由于其 富含石膏晶屑和结核、经多期古岩溶改造后，次生孔隙普遍发育。其岩石组成主要有泥 粉晶含膏云岩、细粉晶含膏云岩、泥晶云岩、含膏粉晶云岩、角砾状细粉晶云岩、粗粉 晶云岩、鲕粒云岩、含泥云岩等。其中细粉晶含膏云岩的百分比高达3 7 1 ，角砾状细 粉晶云岩百分比占1 2 4 7 ，泥粉晶云岩百分比占1 1 7 。其它岩类所占比例相对较低。 盆缘白云岩的白云石含量平均8 1 ，方解石含量为8 4 ，酸不溶物含量达1 0 6 。 ( 3 ) 混合水白云岩储集岩 混合水白云岩，是大气淡水和咸化水混合后产生的混合云化作用成因的白云岩。 主要发育在中东部马五段层间岩溶带或盆地西部和北部风化壳上部。由于淡水的介入， 稀释了卤水后有利于晶粒的生长。在广阔的盆缘云坪上或西部定边一带，在上奥陶世沉 积期暴露于岸缘的马四、马五段沉积层，常被淡水淋滤并与咸化水混合，导致混合水云 化发生，形成了富晶间孔，晶间溶孔的储集体。主要岩石组成有细晶白云岩、粗粉晶白 云岩。二者所占比例约为7 4 1 ，而细中晶云岩，所占百分比为1 2 6 ，其它岩类所占 比例较低约1 3 3 。这类白云岩，由于结晶较粗，在储层中的不均质分布，通常称为糖 粒状云岩。晶体自形、半自形多数污浊，多呈雾心亮边的环状结构，其白云石含量约占 9 1 4 ，方解石含量低于5 ，酸不溶物也较少，储集性能较高。 ( 4 ) 热水白云岩储集岩 这类白云岩储集岩是本区奥陶系内幕储层的主要岩石类型，中东部古风化壳气田 区也有分布。主要为富铁的白云岩，低价铁含量常在5 0 0 0 p p m - 1 0 0 0 0 p p m 之间，包裹 体均一温度一般在1 5 0 c 3 5 0 之间，其成因是在其它白云化基础上或由富镁的热水直 接对灰岩的改造产生，晶间孔、晶间溶孔与热水溶蚀的孔洞较为发育。主要岩石由细晶 云岩和粗粉晶云岩组成，所占百分比分别为4 5 1 和3 7 1 ，其次为细粉晶云岩，所占 比例为1 1 2 ，其它岩类所占比例相应较少。热水白云岩的晶体较大，多为半自形、麦 粒形及它形，晶间常镶嵌接触，白云石含量一般7 9 2 ，方解石含量1 1 3 ，酸不溶物 含量多在9 左右。 2 储集层物性特征 在奥陶系各类储集岩中，古岩溶作用产生的储集空间，多为溶洞、溶孔伴生，微 孔隙、裂缝共存，配置关系复杂，分布非均质性强。因此在盆地不同区带不同层段，则 具有不同的物性特征。根据以往的研究，孔隙发育程度与渗透率变化关系不明显。因而 本次研究重点注意了物性的系统变化。并在全区重点探井物性统计中利用了许家玉 8 第一章前言 ( 1 9 9 3 ) 通过实物孔隙度标定所建立的测井孔隙度计算方法 2 1 ： ：a t - a t m 蝎一a n n ( 石灰岩) = 筹24 7 7 ( 白云岩) 式中：o 一测井解释孔隙度o 卜一测井解释声速时差陋m o t i t i - 泥浆声波时差取6 2 0 9 s m ： 廿一岩石骨架声波时差取15 5 “s m ： ( 1 ) 通过全区已钻探井测井孔隙度计算和统计，奥陶系碳酸盐储集层孔隙度平均 值变化在1 - - 6 之间。其中孔隙度平均值大于4 以上的发育区，除中部风化壳气田外， 盆地东部主要有盟8 井以南、榆林地区、铺2 井区、陕2 1 6 井区、麒参l 井区、鱼l 井 区、陕1 0 9 井区等7 个区块，盆地西部主要分布在李华l 井到鄂6 井、苏2 井一带，盆 地南部主要在旬探l 井区。平均孔隙度的变化规律与古岩溶叠加发育区基本吻合，表明 古岩溶作用对碳酸盐岩储集性能具有明显的控制作用【3 1 。 ( 2 ) 根据已钻探井碳酸盐岩储集层厚度( h ) 与平均孔隙度( ) 建立的表证储 集规模的h c d 值，揭示了碳酸盐岩储集体在区内的分布特征。其值越大，反映了储集规 模和储集能力越好。从可以看出，在古风化壳气田之外的不同区带，h o 值的平面分布， 仍然存在着不少高值区。其中盆地西部定探l 井一鄂6 井一苏2 井一带，h o 值变化在 6 0 1 2 0 之间。表明储层厚度和物性均较优越。类似于该区的区带还有陕1 9 6 井一召8 井区，h o 值变化在6 0 1 2 0 之间：榆林地区，h o 值变化在6 0 之间：神l 井南区和神 3 井以东地区，h o 值变化在6 0 之内：盆地东部的陕2 1 6 井区、陕1 7 1 井区，h o 值变 化在6 0 8 0 之间；盆地南部的陕1 0 4 井区、陕1 0 9 井区，h 值变化在6 0 8 0 之间；古 风化壳气田的两侧陕5 3 井区和陕5 4 井区和乌审旗地区，h o 值变化在8 0 1 2 0 之间： 东南部吉l 井，h o 值为6 0 8 0 之间。表明上述各区带储层的储集能力较好，其物性特 征可与古风化壳气田主要产层物性类比，除上述各区外，盆地其它地区奥陶系碳酸盐岩 储层的h o 值一般均低于4 0 ，表明储集能力相对较差。 ( 3 ) 主要储集岩物性特征，因分布的区带不同，也存在着明显的差异。其中颗粒 灰岩储集岩，主要分布在盆地西、南缘，其平均孔隙度1 6 9 ，渗透率0 0 5 x 1 0 3 9 m 2 ， 相对较好的马六段，平均孔隙度3 2 ，渗透率0 1 9 x 1 0 刁m ? 。反映了该类储集岩物性相 对较差。盆缘白云岩储集岩，物性普遍较好，最大孔隙度1 9 5 1 ，渗透率6 4 5 x 1 0 2 ， 平均孔隙度3 5 8 8 1 ，渗透率0 5 3 x 1 0 。岬：1 2 2 5 5 2 x 1 0 。心，主力层位主要为马五1 3 和马五4 1 ，其次是马五- 2 和马五1 4 局部层段。混合水白云岩储集岩，主要分布在盆地西 部和北部，最大孔隙度1 2 6 8 ，渗透率1 6 7 5 x1 0 弓i l m 2 ，平均孔隙度3 1 4 ，渗透率 0 8 7 x 1 0 弓i x m 2 。热水白云岩储集岩主要分布在盆地西部马四段和南部的马六段。盆地中 东部的风化壳段也有分布，如陕1 9 6 井马五5 段、榆3 井马五1 4 段和陕1 2 井、陕8 井 9 西安石油大学硕士学位论文 马五1 3 层等均有热水岩溶作用形成的富晶间孔粉细晶白云岩储集岩。最高孔隙度为 l o 0 8 ，渗透率4 2 6 x 1 0 3 岬2 ，平均孔隙度2 7 7 5 0 3 ，渗透率3 2 3 1 0 3 ，1 1 9 3 1 0 3 9 m 2 ， 这类储集岩物性较为均一，在奥陶系分布较广。 1 3 2 储层孔隙结构特征 1 储集孔隙类型及组合 ( 1 ) 孔隙类型 本区奥陶系碳酸盐岩储集空间，主要由古岩溶成因的孔、洞、缝组成，原生孔隙 极少，目前所能见到的孔隙可分为三大类十小类( 表1 5 ) 。 晶间孔，多见于粉晶白云岩、中一细晶白云岩及颗粒白云岩，常呈多面体或四 面体，孔径一般0 0 l 0 1 8 m m ，面孔率一般为1 0 o - 5 ，最高可达1 0 1 5 ，部分晶间孔 常被泥质及细粒碳酸盐充填。 晶间溶孔，由晶间孔、晶间微孔经溶蚀扩大而成。孔隙形态不规则，孔隙周围 多呈溶蚀状、港弯状，孔径一般0 1 - - 0 6 m m ，面孔率一般2 - 8 ，多呈分散状或顺层密 集状分布于混合水白云岩与热水白云岩中，盆缘白云岩中相对较少。 溶蚀孔洞，包括针状溶孔、斑状溶孔、溶洞等3 个亚类，主要由石膏晶屑、颗 粒、盐晶、砾屑、砂屑、鲕粒等溶蚀后形成的孔隙。孔径8 m m 为溶孔，大于2 m m 以上 为溶洞，形态有圆、椭圆及不规则状，孔径为0 0 3 2 m m ，多呈层状、串珠状、斑状或 弧立状分布，面孔率一般1 8 ，局部可达2 0 3 0 ，4 类储集岩中分布均较普遍。 铸模孔，多见于石膏晶屑、石盐晶屑及藻屑选择性溶蚀后形成的孔隙，形态有 长方形、近正方形或三角形和不规则形，孔径0 2 0 3 5 m m ，宽0 0 2 - 4 ) 0 3 m m 。鲕粒被 选择性溶蚀后形成鲕模孔一般为0 1 - 4 ) 5 m m 。 粒内溶孔，由抗溶蚀性较弱的岩石颗粒被部分选择性溶蚀而成，孔径一般 0 0 l 0 1 m m 。 晶内溶孔，白云石或方解石晶体内部由差异溶蚀形成的孔隙，孔径一般 0 1 o 5 m m ，圆形或不规则形等。 角砾间孔，由岩石垮塌破碎后，形成的角砾之间的不规则孔隙。大小不等，多 见半充填或全充填。 构造缝，由构造应力产生的裂缝，常呈高角度分布，半充填或全充填，缝宽 多为0 0 3 o 1 m m ，大者可达0 5 l m m ，个别充填缝宽l o m m 以上。 溶缝主要由岩溶作用沿裂缝溶蚀扩大的裂缝，缝壁凹凸不平，缝宽大小不一， 长度多在0 5 m 左右。 成岩缝，主要由沉积成岩过程中，岩石脱水收缩或化学压溶等作用下形成的裂 缝，多顺层分布，呈不规则的变曲状或锯齿状。本区还包括岩溶作用形成的拉裂缝和岩 溶塌陷缝等。 ( 2 ) 主要储集岩孔隙组合 1 0 第一章前言 根据铸体薄片和图像分析统计，奥陶系主要储集岩，由于岩性特征和经历的岩溶 作用不同，其孔隙组合也具有一定差异。 颗粒灰岩储集岩，主要以溶蚀孔洞为主，成岩裂缝次之。孔隙组合中，溶蚀孔 洞约占5 0 5 ，裂缝占3 3 5 ，铸模孔、粒间孔和粒内溶孔所占比例仅为1 6 。 盆缘白云岩储集岩，主要以溶蚀孔洞为主，晶间溶孔次之。孔隙组合中溶蚀孔 洞约占5 0 ，晶间溶孔占2 2 ，裂缝占1 5 4 ，其它孔隙仅占1 2 6 。 混合水白云岩储集岩，主要由溶蚀孔洞为主，晶间溶孔和晶间孔次之。孔隙组 合中溶蚀孔洞约占4 1 ，晶间溶孔约占2 5 ，晶间孔占1 5 6 ，裂缝及铸模孔约占1 8 9 。 热水白云岩储集岩主要以溶蚀孔洞为主，晶间溶孔次之，孔隙组合中溶蚀孔洞 约占3 8 ，晶间溶孔占2 1 4 ，晶间孔占1 2 2 ，构造裂缝占1 4 ，成岩缝约占1 0 ， 溶缝仅4 4 。由此可以看出各类储集岩中普遍发育溶蚀孔洞和晶间溶孔，唯热水白云 岩储集岩构造裂缝相对发育。 表1 - 5 储层孔隙类型表 孔隙类型岩性特征孔径大小孔隙形态充填程度面孔率 见于粉晶自云岩，中 多面体或四半充填连 l 巧， 晶问孔 一细晶白云岩及部分 0 o l 棚1 8 r a m最高达 粉晶颗粒云岩 面体状通性较好 1 0 铸 膏盐晶石膏盐类矿物选择性 长形，近方大多未充 模 模孔溶蚀而形成 o 1 5 枷3 m m 形、三角形、填少呈半 最高可达 矩形等充填 2 孔 鲕粒被选择性溶蚀而大多半充 鲕模孔o 1 o 5 m m 形成填 岩石颗粒选择性溶解一般为 粒内溶孔 而成的孔隙 0 0 l 0 i m m 溶针状由石膏、盐、砾屑、 孔径 4 m m 半充填为 主 晶内溶孔 白云岩或方解石晶体园形近、矩 隙 内部的溶蚀孔隙 l l u n - - 6 m m 形、多角形 由晶间孔、晶间微孔大多未充 晶间溶孔 0 1 0 6 m m 形态不规则 2 8 溶蚀扩大而成填 岩石受膏溶、岩溶垮 塌作用或构造应力而 破碎或角砾化时常在多为半充 角砾间孔大小不等形态不规则 岩石的碎裂部分或角填 砾之间产生溶孔和溶 缝 西安石油大学硕士学位论文 是在沉积、干裂、地下水及化学压溶等作用下形成的裂缝，多顺层分布，呈不规 成岩裂缝 则的弯曲状或锯齿状，缝内充填泥质或有机质。包括晶间缝、层内收缩缝、层间 裂 缝、压溶缝、溶塌缝和拉裂缝等 构造裂 主要形成于海西一印支期和燕山期，早期形成的构造裂缝，大多已被方解石、白 缝 云石或石英全充填，晚期形成的构造裂缝大多未充填，呈张开一半张开状。 是由其它类型的裂缝溶蚀扩大而成，其缝壁凹凸不平，缝宽大小不一，形态弯曲， 溶缝 可使彼此孤立的孔隙相连，溶缝的发育程度受岩性，水介质等条件控制。 2 孔隙结构特征 ( 1 ) 孔喉类型及大小 根据铸体薄片、岩芯观察和图像分析，储层孔隙大体可分为4 类；大于1 0 0 9 m 的 孔隙为i 类；1 0 0 - 5 0 9 m 的孔隙为2 类：5 0 1 0 p m 的孔隙为3 类； 1 0 u m 的为4 类而连 通孔隙的喉道，主要有裂缝和晶间的片状喉道。裂缝喉道按其宽度可分为粗缝喉道， 般宽度大于2 1 a m 宽缝喉道，一般宽度2 o 5 s u m 细缝喉道，一般宽度0 5 - - , 0 0 4 5 1 t m ： 微缝喉道，一般宽度 0 0 4 5 m m 。晶间片状喉道通常具有两类，一是片状喉道，二是缩 颈喉道，这两种喉道在混合水白云岩与热水白云岩中常见。 ( 2 ) 毛管压力曲线特征 毛管压力曲线特征能很好的反映储层孔隙结构特征，其曲线形态是表征各级喉道 所连通的孔隙占总孔隙的百分数并且包括了孔隙和喉道两方面的内容，从三维空间反映 了孔隙的