鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)黃39-羅1井區(qū)長81低滲透儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征研究

(油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長江大學(xué)）；長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

龔福華(長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

祝旭雙(油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長江大學(xué)），長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

儲(chǔ)集巖的孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通的關(guān)系。因?yàn)榭刂苾?chǔ)層特征和產(chǎn)能的因素是孔隙的形狀、大小及其分布，也就是油氣儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征控制和影響著流體在巖石中的流動(dòng)分布特征、滲流特征、驅(qū)油效率，并最終決定著油氣藏產(chǎn)能的大小[1]。早在上世紀(jì)70年代我國對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的研究始于儲(chǔ)集巖毛管力問題，而毛管力是孔隙大小和分布理論研究的基礎(chǔ)。目前，對(duì)其特征的描述主要依賴于實(shí)驗(yàn)方法，包括室內(nèi)的半滲透隔板法、離心機(jī)法、水銀注入法、動(dòng)力毛細(xì)管壓力法、蒸氣壓力法等[2]，其中水銀注入法應(yīng)用最為普遍。姬塬地區(qū)黃39-羅1井區(qū)是長慶油田重點(diǎn)層段開發(fā)區(qū)，而延長組長81儲(chǔ)層具有典型的低孔低滲的特征，因而不能用常規(guī)物性分析方法來描述。因此，筆者利用水銀注入法對(duì)鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)黃39-羅1井區(qū)長81低滲透儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究。

1 儲(chǔ)層特征

姬塬地區(qū)長81儲(chǔ)層砂巖主要為巖屑長石砂巖，填隙物含量較高。碎屑成分雜，主要有石英、長石和巖屑等，成分成熟度低，結(jié)構(gòu)成熟度中等偏好。砂巖粒級(jí)以細(xì)砂為主，中砂次之。儲(chǔ)層粒徑分布中砂含量平均為6．19%，細(xì)砂含量平均為75．7%，平均粒徑一般在0．10～0．15mm。顆粒呈次棱角狀，分選中等-好。顆粒支撐，線接觸或點(diǎn)-線接觸為主，少量凹凸接觸。

研究區(qū)內(nèi)陸源碎屑體積分?jǐn)?shù)平均為86．1%，其中石英體積分?jǐn)?shù)為23．7%～36%，平均為29．4%，長石體積分?jǐn)?shù)為20．7%～34%，平均為27．4%，巖屑體積分?jǐn)?shù)為13%～34．8%，平均為25．4%。膠結(jié)物含量偏高，部分樣品膠結(jié)物含量最高可達(dá)35%～40%，充填整個(gè)孔隙。研究區(qū)長81油層砂體滲透率最大值6．29×10-3μm2，最小值0．18×10-3μm2，平均0．98×10-3μm2；孔隙度最大值14．7%，最小值6．9%，平均值10．75%，屬于低孔超低滲儲(chǔ)層。

2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

孔隙和喉道構(gòu)成了巖石的毛管網(wǎng)絡(luò)，孔隙和喉道的大小、幾何形態(tài)、分布及相互連通關(guān)系，對(duì)儲(chǔ)層的滲濾能力、流體分布、油氣產(chǎn)層的產(chǎn)能、油水在油層中的運(yùn)動(dòng)、水驅(qū)油效率及原油采收率的大小起著重要的作用。

2．1 參數(shù)分析

儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)是影響巖石滲流的重要因素，定量表征孔隙結(jié)構(gòu)的參數(shù)很多，主要包括孔喉大小、分選及控制流體運(yùn)動(dòng)特征的參數(shù)[3]。

1）反映孔喉大小的特征參數(shù) 反映孔喉大小的特征參數(shù)包括最大孔喉半徑和孔喉中值半徑，具體內(nèi)容如下：①最大孔喉半徑。最大孔喉半徑為沿毛細(xì)管壓力曲線平緩段作切線，與孔隙喉道半徑軸相交所對(duì)應(yīng)的值，其反映滲流條件的好壞。研究區(qū)長81儲(chǔ)層最大孔喉半徑分布在0．272～2．59μm，平均1．15μm，最大孔喉半徑與滲透率相關(guān)性很好(見圖1（a））。②孔喉中值半徑（R50）。汞飽和度為50%時(shí)的毛管壓力為飽和中值壓力，其所對(duì)應(yīng)的毛管半徑稱做喉道中值半徑。孔喉中值半徑越大，孔滲條件就越好。該區(qū)中值半徑分布在0．03～0．28μm，平均0．11μm?？缀碇兄蛋霃脚c滲透率相關(guān)性不是很好（見圖1（b）），中值半徑整體值偏小，影響儲(chǔ)層的物性，是導(dǎo)致該區(qū)超低滲的主要原因之一。

圖1 長81儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與滲透率關(guān)系

2）反映孔喉分選性的特征參數(shù) 反映孔喉分選性的特征參數(shù)包括分選系數(shù)、變異系數(shù)和歪度，具體內(nèi)容如下：①分選系數(shù)。分選系數(shù)是儲(chǔ)層巖石樣品中孔隙喉道大小標(biāo)準(zhǔn)偏差的量度，其直接反映了孔隙喉道分布的集中程度。該區(qū)分選系數(shù)分布在0．82～2．53之間，平均1．63，表明分選一般，分選系數(shù)與滲透率相關(guān)性不好(見圖1（c））。②變異系數(shù)。變異系數(shù)通過將標(biāo)準(zhǔn)差作為算術(shù)平均數(shù)的百分比來表示，以說明樣品的分散程度。該區(qū)變異系數(shù)分布在0．06～0．24，平均0．135，與滲透率相關(guān)性不明顯（見圖1（d））。③歪度。歪度為孔喉頻率分布的對(duì)稱性參數(shù)，反映喉道分布相對(duì)于平均值來說是偏大喉還是偏小喉。該區(qū)歪度分布在-0．82～1．59，平均0．147。

3）反映孔喉滲流能力的特征參數(shù) 反映孔喉滲流能力的特征參數(shù)包括排驅(qū)壓力、中值壓力和退汞效率，具體內(nèi)容如下：①排驅(qū)壓力。排驅(qū)壓力是指孔隙系統(tǒng)中最大連通孔隙喉道所對(duì)應(yīng)的毛細(xì)管壓力。排驅(qū)壓力與巖石滲透率有明顯的關(guān)系，滲透率高的巖樣，排驅(qū)壓力值就低，是劃分儲(chǔ)集性能的主要指標(biāo)之一。該區(qū)排驅(qū)壓力在0．28～5．15MPa之間，平均1．69MPa，排驅(qū)壓力大，顯然該區(qū)長81儲(chǔ)層滲透性很差。排驅(qū)壓力與滲透率呈負(fù)相關(guān)性(見圖1（e）），隨著排驅(qū)壓力增大，滲透率減小。②中值壓力。中值壓力為汞飽和度為50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的毛細(xì)管壓力值，是毛細(xì)管壓力分布趨勢的量度。該區(qū)中值壓力在2．57～26．51MPa，平均為9．71MPa，與滲透率呈明顯的負(fù)相關(guān)性(見圖1（f））。③退汞效率。退汞效率為在限定的壓力范圍內(nèi)，當(dāng)最大注入壓力降到最小壓力時(shí)從巖樣內(nèi)退出的水銀體積占降壓前注入的水銀總體積的百分?jǐn)?shù)，反映了非潤濕相毛管效應(yīng)的采收率。該區(qū)退汞效率偏低，一般在21．9%～45．6%，與滲透率相關(guān)性不明顯(見圖1（g））。

2．2 孔隙特征

1）孔隙類型 姬塬地區(qū)黃39-羅1井區(qū)長81儲(chǔ)層孔隙以原生粒間孔(占儲(chǔ)層空間36．9%）、長石溶蝕孔隙(占儲(chǔ)層空間58．8%）為主，其次為巖屑溶蝕孔隙(占儲(chǔ)層空間4%），其他孔隙不發(fā)育(占儲(chǔ)層空間0．4%），具體內(nèi)容如下：①原生粒間孔隙。該孔隙為儲(chǔ)層經(jīng)受機(jī)械壓實(shí)作用及多種膠結(jié)作用之后剩余的粒間孔隙，其中方解石膠結(jié)物的早期析出，大大增強(qiáng)了孔隙的抗壓實(shí)能力，阻止了進(jìn)一步的機(jī)械壓實(shí)作用。研究表明，該區(qū)由于機(jī)械壓實(shí)作用使原生孔隙喪失14%～21%[4]。原生粒間孔隙喪失的另一個(gè)重要因素是綠泥石薄膜膠結(jié)，綠泥石薄膜膠結(jié)物的分布和膜厚，使得孔隙再一次減少。②次生孔隙，該類孔隙包括長石溶蝕孔隙和巖屑溶蝕孔隙。長石溶解是形成次生孔隙的主要因素，因?yàn)殚L石溶解可以形成沿長石解理面發(fā)育的小溶孔帶或形成較大的鑄模孔。掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，前者普遍發(fā)育，大部分可以與粒間孔連通，成為有效孔隙，而后者盡管孔隙大，但分布局限，僅有少量鑄?？着c粒間孔連通成為有效孔隙。長81儲(chǔ)層經(jīng)過成巖作用的改造，原生孔隙大大減少，而次生孔隙長石溶蝕孔進(jìn)一步使儲(chǔ)層儲(chǔ)集性得到改善。

2）孔隙大小分布 根據(jù)長慶油田低滲透儲(chǔ)層開發(fā)的動(dòng)態(tài)特征，結(jié)合鑄體薄片孔隙圖像分析，把長81儲(chǔ)層中的孔隙大小分為如下5類[5]：①大孔。孔隙直徑大于80μm，薄片中該類孔隙大致相當(dāng)于顆粒直徑或大于顆粒直徑，占總孔隙比例6．25%，為粒間孔隙。②中孔?？紫吨睆浇橛?0～50μm之間，一般小于顆粒直徑，此類孔隙占總孔隙比例12．5%，一般為粒間孔和長石溶孔。③小孔?？紫吨睆浇橛?0～10μm之間，與顆粒相比，此類孔隙相當(dāng)于顆粒的1／3～1／5，以粒間孔、長石溶孔、巖屑溶孔為主，占總孔隙比例56．3%。④細(xì)孔?？紫吨睆浇橛?0～0．5μm之間，多是巖屑溶孔，占總孔隙比例25%。⑤微孔?？紫吨睆叫∮?．5μm，為晶間孔，不發(fā)育。該研究區(qū)長81儲(chǔ)層孔隙以小孔和細(xì)孔為主，二者分別占總孔隙度的比例為56．3%、25%，從而導(dǎo)致儲(chǔ)層為低孔特征。

2．3 喉道特征

喉道為連通孔隙的狹窄通道，對(duì)儲(chǔ)層的滲流能力有決定性影響，喉道的大小和形態(tài)主要取決于巖石的顆粒接觸關(guān)系、膠結(jié)類型及顆粒的形狀和大小。按飽和度中值半徑，長81儲(chǔ)層的喉道可分為如下4種類型[6]：①大喉型。R50＞2μm，由于儲(chǔ)層壓實(shí)和膠結(jié)作用較弱，砂巖顆粒之間為點(diǎn)-線接觸，溶蝕作用較強(qiáng)，部分顆粒接觸處的邊緣呈凸凹型，因而喉道粗而短。該類喉道的另一成因是喉道本身就是孔隙的縮小部分，與孔隙之間無截然的界限，但該類喉道在該研究區(qū)不發(fā)育，很少見。②中喉型：R50分布在0．5～2μm之間，由于儲(chǔ)層經(jīng)壓實(shí)膠結(jié)作用較強(qiáng)，孔隙式膠結(jié)為主，顆粒為點(diǎn)-線接觸，接觸處的溶蝕作用使喉道增長并相應(yīng)擴(kuò)大。該類喉道主要是連通粒間孔與長石溶蝕孔隙，在該研究區(qū)不發(fā)育，也很少見。③小喉型。R50分布在0．04～0．5μm之間，該類喉道可長可短，長小喉可穿過4～5個(gè)以上砂巖顆粒，短小喉可穿過2～3個(gè)砂巖顆粒。長小喉由于壓實(shí)作用較強(qiáng)，顆粒以線性接觸為主，形成細(xì)長片狀或不規(guī)則彎片狀喉道，短小喉的是由于薄膜狀綠泥石膠結(jié)導(dǎo)致原來中喉道半徑縮小而成。小喉型是該區(qū)長81儲(chǔ)層最主要的喉道類型，占總喉道比例的81．25%，主要連通粒間孔、長石溶孔、巖屑溶孔。是水上分流河道微相的主要喉道類型。④微喉道。R50＜0．04μm，其喉道本身就是微孔隙，存在于填隙物之間，占總喉道比例的18．75%，該類喉道比較發(fā)育，但對(duì)流體的滲流能力的貢獻(xiàn)不大。

綜上所述，研究區(qū)長81儲(chǔ)層以小喉型為主，對(duì)流體的滲流能力貢獻(xiàn)大。微喉型比較發(fā)育，但對(duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)不大，基本為無效喉道。

3 結(jié)構(gòu)類型劃分

研究區(qū)長81儲(chǔ)層小喉型喉道最為發(fā)育，且最大喉道中值半徑0．2857μm，平均小喉喉道中值半徑不超過0．2μm。根據(jù)該研究區(qū)32個(gè)樣品壓汞資料分析，將孔隙結(jié)構(gòu)劃分為4類：①小喉-偏大型喉道。R50分布在0．5～0．2μm之間。統(tǒng)計(jì)的樣品中該類樣品有5個(gè)，占總樣品數(shù)比例的15．62%。其排驅(qū)壓力平均值0．73MPa，中值壓力平均值3．1MPa，分選系數(shù)平均值2．0，喉道中值半徑平均值0．24μm(見圖2（a））。該類孔隙結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)集性能較好，見于水上分流河道微相砂體中，但在該研究區(qū)不發(fā)育。②小喉-中型喉道。R50分布在0．2～0．1μm之間。統(tǒng)計(jì)的樣品中該類樣品有11個(gè)，占總樣品數(shù)比例的34．37%。其排驅(qū)壓力平均值1．46MPa，中值壓力平均值6．17MPa，分選系數(shù)平均值1．63，喉道中值半徑平均值0．12μm(見圖2（b））。該類孔隙結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)集性能中等偏較好，在研究區(qū)長81儲(chǔ)層中普遍分布，主要位于三角洲平原亞相分流河道砂體中。③小喉-偏小型喉道。R50分布在0．1～0．04μm之間。統(tǒng)計(jì)的樣品中該類樣品有10個(gè)，占總樣品數(shù)比例的31．25%。其排驅(qū)壓力平均值1．72MPa，中值壓力平均值9．99MPa，分選系數(shù)平均值1．62，喉道中值半徑平均值0．07μm。該類孔隙結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)集性能中等偏差，在研究區(qū)普遍發(fā)育，位于三角洲平原亞相分流河道微相砂體上部和天然堤微相，其形成與沉積作用、成巖作用有密切的關(guān)系。④微型喉道。R50＜0．04μm。統(tǒng)計(jì)的樣品中該類樣品有6個(gè)，占總樣品數(shù)比例的18．75%。其排驅(qū)壓力平均值2．87MPa，中值壓力平均值21．26MPa，分選系數(shù)平均值1．34，喉道中值半徑平均值0．03μm(見圖2（c））。該類孔隙結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)層屬于非儲(chǔ)層，孔喉內(nèi)多為束縛水占據(jù)。

圖2 長81儲(chǔ)層壓汞曲線圖

4 結(jié) 論

1）研究區(qū)低孔超低滲儲(chǔ)層具有高的排驅(qū)壓力和中值壓力、最大孔喉半徑和中值半徑較小、分選差等特點(diǎn)，連通性不好，整體上表現(xiàn)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)差。

2）長81儲(chǔ)層研究區(qū)儲(chǔ)層以原生粒間孔、長石溶孔為主，巖屑溶孔次之，以小孔、細(xì)孔為主，是該區(qū)油氣的主要儲(chǔ)集空間，從而導(dǎo)致該研究區(qū)為低孔特征。

3）長81儲(chǔ)層以小喉型為主，對(duì)該區(qū)流體的滲流能力貢獻(xiàn)大；微喉型比較發(fā)育，但對(duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)不大，基本上為無效喉道。

4）小喉-中型、小喉-偏小型為該區(qū)常見的孔隙結(jié)構(gòu)特征，小喉-偏大型喉道少見，微型喉道屬于非儲(chǔ)層。反映該區(qū)成巖作用強(qiáng)烈，非均質(zhì)性強(qiáng)，整體物性差。

[1]王新光，李茂，覃利娟，等．利用壓汞資料進(jìn)行低滲透儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征分析——以W11-7油田流沙港組三段儲(chǔ)層為例 [J]．海洋石油，2011，31(1）：42-47．

[2]羅蟄潭，王允誠．油氣儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu) [M]．北京：科學(xué)出版社，1986．

[3]戴啟德，黃玉杰．油田開發(fā)地質(zhì)學(xué) [M]．東營：石油大學(xué)出版社，2002．

[4]吳元燕，徐龍，張昌民．油氣儲(chǔ)層地質(zhì) [M]．北京：石油工業(yè)出版社，1996．

[5]張春生，夏長灘，程啟貴，等．靖安油田五里灣一區(qū)長6儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征 [J]．礦物巖石，2001，21（1）：38-42．

[6]裘亦楠．油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)技術(shù) [M]．北京：石油工業(yè)出版社，1997．