超深低滲透碎屑巖儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究——以塔中順托果勒地區(qū)柯坪塔格組下段為例

蔡玥，李勇 （ 長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院成礦作用及其動力學(xué)部級重點實驗室 （長安大學(xué)），陜西 西安710054）

葛善良 （中石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊830011）

丁迎超 （長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安710054）

下志留統(tǒng)柯坪塔格組 （S1k）為塔里木盆地塔中地區(qū)油氣勘探的重點層段，自下而上可以劃分為3段。長期以來的關(guān)注焦點和研究成果均集中于上段層位［1～5］，而柯坪塔格組下段 （S1kL）由于分布局限且未見良好油氣顯示，對其研究一直停留在探討沉積體系及地層展布特征等方面。

2011年，順托果勒地區(qū)S9井通過加砂壓裂在S1kL獲得低產(chǎn)油流，后又在S901井鉆遇油氣顯示，由此實現(xiàn)了該層段油氣勘探的突破［6，7］。已有鉆井資料顯示，S1kL埋藏深度均大于5400m，屬于超深埋藏的碎屑巖儲層。目前，以該層段儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征為重點的研究甚少［6～9］，缺乏精細(xì)的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征描述，將孔隙結(jié)構(gòu)與孔隙流體相聯(lián)系的研究更屬空白。

儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征控制和影響著流體的分布及滲流特征，對其研究是否深入在一定程度上影響著油（氣）、水分布規(guī)律的認(rèn)識和油田的勘探開發(fā)［10～13］。筆者在掃描電鏡、鑄體薄片觀察的基礎(chǔ)上，結(jié)合常規(guī)壓汞、核磁共振、恒速壓汞等多項測試技術(shù)，實現(xiàn)了對順托果勒地區(qū)S1kL儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的精細(xì)表征，以期為該區(qū)下一步的勘探開發(fā)提供一定的地質(zhì)依據(jù)［14，15］。

1 地質(zhì)概況

順托果勒地區(qū)位于在塔里木盆地中部的中央隆起帶上，是夾持于沙雅隆起和卡塔克隆起、滿加爾坳陷和阿瓦提斷陷之間的 “馬鞍形”低隆起［5～7］（圖1），形成于加里 東中 期，在海西早期運(yùn)動中加強(qiáng)改造，歷經(jīng)多次構(gòu)造變動后形成現(xiàn)今相對平緩的構(gòu)造格局。

圖1 研究區(qū)位置圖

S1kL在該區(qū)主要發(fā)育以潮坪為主的碎屑海岸沉積［7，8］，儲層巖石類型以巖屑砂巖為主。填隙物以膠結(jié)物為主，體積分?jǐn)?shù)變化較大，平均為7．18%。碎屑顆粒多呈次棱角－次圓狀，以線接觸為主，分選中等，總體上，成分成熟度低、結(jié)構(gòu)成熟度中等。

研究區(qū)S1kL儲層孔隙度 （剔除裂縫樣品）主要分布于4%～8%，滲透率主要分布于0．05～0．87mD，為典型的低孔、超低滲透儲層［8～10］（圖2）。成巖早期的壓實作用和膠結(jié)作用造成砂巖中原生孔隙的大量喪失，長石、巖屑等溶蝕產(chǎn)生的次生孔隙在一定程度上改善了儲層物性，晚期的膠結(jié)作用最終使得儲層物性變差［6］。

圖2 研究區(qū)S1kL儲層孔隙度－滲透率相關(guān)關(guān)系圖

2 儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

2．1 孔隙、喉道類型

鑄體薄片和掃描電鏡觀察可見，順托果勒地區(qū)S1kL儲層孔隙類型多樣，孔徑大小相差懸殊且迂回程度較高，面孔率整體較低，平均為4．1% （表1）。

表1 研究區(qū)S1kL儲層孔隙類型統(tǒng)計表

殘余粒間孔在S1kL占據(jù)主導(dǎo)地位，由原生粒間孔被充填改造而形成，分布不均勻，其邊緣較為平直且多被綠泥石薄膜包裹，多呈三角形或規(guī)則多邊形。次生孔隙主要是粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔，粒間溶孔主要是自生長石和方解石溶蝕形成，而粒內(nèi)溶孔主要由巖屑、長石等不穩(wěn)定顆粒溶蝕而形成。與殘余粒間孔不同，次生溶蝕孔邊緣多呈不規(guī)則港灣狀、蜂窩狀且直徑變化較大，但同樣具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性。

孔隙類型中還發(fā)育有花瓣狀綠泥石、蜂窩狀伊－蒙混層內(nèi)的晶間孔以及微裂縫。微裂縫在S1kL普遍發(fā)育，主要包括由石英顆粒受壓實作用在周緣形成的粒緣縫和破裂形成的裂理縫，巖石收縮或構(gòu)造變形形成的結(jié)構(gòu)縫以及區(qū)域應(yīng)力作用下的構(gòu)造縫。裂縫不同程度的發(fā)育對儲層物性，尤其是滲透率的改善起到了積極的作用。

喉道為連通孔隙的狹窄通道，其大小和形態(tài)對儲層的滲流能力有決定性的影響。研究區(qū)S1kL儲層喉道類型以片狀喉道為主，其次為縮頸型喉道和管束狀喉道。

2．2 孔喉連通狀況

孔喉連通狀況常用鏡下薄片中連通單個孔隙的喉道數(shù)量表征，即孔喉配位數(shù)。統(tǒng)計表明S1kL儲層孔喉配位數(shù)大多為1～2個，少數(shù)為3～4個。相比較而言，在長石、石英含量較高且粒度較粗處孔喉連通狀況較好，而在雜基及巖屑含量較高處連通狀況較差?？傮w來說，S1kL儲層孔喉連通狀況一般且復(fù)雜程度較高。

2．3 孔隙結(jié)構(gòu)類型

研究區(qū)S1kL儲層孔隙結(jié)構(gòu)劃可分為3種類型（圖3），分別為Ⅰ類細(xì)喉型 （低排驅(qū)壓力）、Ⅱ類微細(xì)喉型 （中排驅(qū)壓力）和Ⅲ類微喉型 （高排驅(qū)壓力），從Ⅰ類到Ⅲ類儲層，微觀孔隙結(jié)構(gòu)依次變差。

Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)毛細(xì)管壓力曲線平臺較明顯，孔喉分選相對較好，排驅(qū)壓力平均小于1MPa。殘余粒間孔和溶蝕孔隙相對發(fā)育，孔喉連通性較好，孔隙度一般為5．5%～9．1%，滲透率分布在0．06～0．83mD之間，平均孔喉半徑0．15～2．37μm，最大進(jìn)汞飽和度平均值接近85%，退汞效率23．07%～31．34%。該類孔隙結(jié)構(gòu)主要發(fā)育于潮汐水道和潮汐砂壩微相，是S1kL較好且最為發(fā)育的孔隙結(jié)構(gòu)類型，分布頻率為50．9%。

Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)毛細(xì)管壓力曲線相對于Ⅰ類平臺不明顯，多出現(xiàn)在潮汐水道和潮汐砂壩的較薄砂體中，出現(xiàn)頻率為18．2%。排驅(qū)壓力普遍大于1MPa，粒間孔與溶蝕孔含量比Ⅰ類少，且連通性一般，孔隙度為5．7%～7．0%，滲透率為0．04～0．23mD，平均孔喉半徑分布于0．03～0．22μm之間，最大進(jìn)汞飽和度平均為74．2%，退汞效率平均為23．07%。

Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)中僅發(fā)育少量溶蝕孔隙和微孔，殘余粒間孔幾乎不發(fā)育，孔喉半徑分布范圍窄且不連通，排驅(qū)壓力均大于2MPa。該類孔隙結(jié)構(gòu)中滲透率一般低于0．06mD，基本不具備儲集性能，多出現(xiàn)于潮汐砂壩及陸棚的薄層砂體中，個別分布于潮汐水道砂體中，由于后期成巖作用使得孔隙結(jié)構(gòu)變差。

圖3 研究區(qū)S1kL儲層常規(guī)壓汞毛細(xì)管壓力曲線特征圖

2．4 孔隙結(jié)構(gòu)特征

分析常規(guī)壓汞試驗中獲取的參數(shù)與儲層孔隙度、滲透率之間的關(guān)系，確定影響物性的主要孔喉特征參數(shù) （表2、圖4）。

表2 研究區(qū)S1kL儲層常規(guī)壓汞孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)統(tǒng)計

排驅(qū)壓力代表汞能在孔隙內(nèi)流動的最小壓力，反映了汞注入的難易程度；中值壓力則反映孔隙中同時存在油、水兩相時原油的產(chǎn)能大小，二者與孔隙度、滲透率均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。隨著物性變差，排驅(qū)壓力、中值壓力以指數(shù)規(guī)律遞減，且對滲透率更為敏感。

研究區(qū)S1kL平均孔喉半徑較小，屬于微細(xì)－細(xì)喉道儲層，與物性呈正相關(guān)關(guān)系。分選系數(shù)、變異系數(shù)均是孔隙喉道差異的度量，當(dāng)數(shù)值增大時，物性隨之增大且投點分布有離散趨勢，表明隨著物性的變好，分選系數(shù)、變異系數(shù)與物性的相關(guān)性變差。最大進(jìn)汞飽和度反映了儲層儲集空間的變化，孔隙度、滲透率隨該值增大而增大。

圖4 研究區(qū)S1kL儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與物性相關(guān)關(guān)系圖

3 儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)對孔隙流體的影響

核磁共振成像技術(shù)是快速無損探測巖石物性和流體性質(zhì)的一項新技術(shù)［16，17］，根據(jù)目的層段12塊樣品測試結(jié)果統(tǒng)計 （表3）表明，S1kL可動流體飽和度范圍變化較大，從2．78%～26．3%均有分布，平均為13．53%，總體可動流體飽和度低。占據(jù)大部分孔隙空間的小孔喉難以參與流體的流動，是導(dǎo)致該區(qū)儲層滲流能力較差的主要原因。

表3 研究區(qū)S1kL儲層核磁共振試驗結(jié)果統(tǒng)計

筆者對12塊核磁共振樣品同時也做了常壓壓汞試驗并對其孔隙結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行了劃分。Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)類型樣品中粒間孔和溶蝕孔較為發(fā)育且連通性較好，平均孔喉半徑最大，因此其可動流體飽和度最高，滲流能力相對最好；Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)特征樣品僅發(fā)育少量的溶蝕孔隙和微孔隙，絕大部分孔隙為微小的死孔隙，大部分孔隙流體處于束縛不可動狀態(tài)，其所對應(yīng)的可動流體飽和度最小，滲流能力最差；Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)類型樣品與Ⅲ類相比粒間孔較為發(fā)育，但小于Ⅰ類樣品，孔喉連通狀況中等，所以可動流體飽和度介于兩類之間，滲流能力中等。從Ⅰ類到Ⅲ類，孔喉對應(yīng)的可流動流體飽和度依次降低，表明儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)對孔隙流體的賦存狀態(tài)及其可流動性具有明顯的控制作用。

影響低滲透儲層可動流體的微觀孔隙結(jié)構(gòu)因素眾多，排驅(qū)壓力、中值壓力、平均孔喉半徑和最大進(jìn)汞飽和度這4個參數(shù)與可動流體飽和度相關(guān)性較好，其中平均孔喉半徑與其相關(guān)性最好，而其他參數(shù)與之相關(guān)性均較差 （圖5）。與此同時，研究區(qū)內(nèi)S1kL微裂縫普遍發(fā)育，可有效改善孔喉連通性，使可動流體含量增加。因此，研究區(qū)較大孔喉半徑及微裂縫發(fā)育程度高的儲層應(yīng)作為重點開發(fā)的對象。

圖5 研究區(qū)S1kL儲層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與可動流體飽和度相關(guān)關(guān)系圖

恒速壓汞測試作為新興的孔隙結(jié)構(gòu)研究手段，在低滲透儲層中得到了廣泛應(yīng)用且多集中于鄂爾多斯盆地［18～20］。該測試的先進(jìn)之處在于能夠有效區(qū)分孔隙、喉道并提供其含量分布。筆者從目的層段Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)中選取2塊樣品進(jìn)行恒速壓汞測試，從中獲取了總毛細(xì)管壓力曲線以及單獨(dú)的孔隙、喉道毛細(xì)管壓力曲線（圖6）。

從圖6中可以看出，當(dāng)進(jìn)汞壓力較小時，汞首先進(jìn)入大喉道所控制的孔隙內(nèi)，喉道的影響并不明顯，總毛細(xì)管壓力曲線的形態(tài)主要取決于孔隙毛細(xì)管壓力曲線的變化特征；當(dāng)進(jìn)汞壓力持續(xù)增加時，汞開始進(jìn)入小喉道所控制的孔隙，孔隙中進(jìn)汞量的增加顯得異常緩慢，此時喉道開始起控制作用，總毛細(xì)管壓力曲線的變化逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛珊淼浪刂?。由此表明，對S1kL低滲透儲層的開發(fā)，應(yīng)尤其注重喉道的開發(fā)和保護(hù)。

圖6 研究區(qū)S1kL儲層恒速壓汞毛細(xì)管壓力曲線特征圖

4 結(jié)論

1）塔中地區(qū)柯坪塔格組下段 （S1kL）儲層為典型的低孔、超低滲透儲層，孔隙類型多樣且分布不均，以殘余粒間孔為主，其次為溶蝕孔隙及微裂隙，晶間微孔含量最少。

2）根據(jù)常規(guī)壓汞孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)和毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)劃分出Ⅰ類細(xì)喉型 （低排驅(qū)壓力）、Ⅱ類微細(xì)喉型 （中排驅(qū)壓力）和Ⅲ類微喉型 （高排驅(qū)壓力）3種孔隙結(jié)構(gòu)類型，以Ⅰ類最為發(fā)育，從Ⅰ類到Ⅲ類，儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)逐漸變差。

3）S1kL儲層可動流體飽和度變化較大，總體較低。儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)控制著孔隙流體的賦存狀態(tài)及其可流動性，從Ⅰ類到Ⅲ類可動流體飽和度依次降低。

4）S1kL中具較大孔喉半徑且微裂縫發(fā)育程度高的儲層應(yīng)作為開發(fā)重點，在開發(fā)過程中應(yīng)尤其注重喉道的開發(fā)與保護(hù)。

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