川西新場須四段致密砂巖儲層微觀孔喉與可動流體變化特征

肖開華，馮動軍，李秀鵬

(中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

川西新場須四段致密砂巖儲層微觀孔喉與可動流體變化特征

肖開華，馮動軍，李秀鵬

(中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

為了評價川西新場須四段致密砂巖儲層，應用恒速壓汞及核磁共振實驗方法對儲層微觀孔喉與可動流體變化特征進行定量分析。結果表明，須四段致密砂巖儲層可動流體參數(shù)、喉道特征參數(shù)及孔隙參數(shù)變化幅度大。微裂隙發(fā)育的致密砂巖儲層孔隙對可動流體參數(shù)的影響較喉道要更大一些，在微觀上可動流體參數(shù)主要受孔隙控制?？缀戆霃奖容^大、分布范圍寬是致密砂巖儲層可動流體含量低、可動用程度差的主要原因之一。微裂隙發(fā)育的致密砂巖儲層具有喉道進汞飽和度較孔隙進汞飽和度高的特點，說明新場須四段致密砂巖儲層的儲集空間類型主要為孔隙—裂縫型。

可動流體參數(shù)；孔喉特征；核磁共振；恒速壓汞；致密砂巖儲層；川西

致密砂巖儲層孔喉結構復雜，可動流體變化大，這一觀點已得到普遍認同[1-9]。然而，這一結論多數(shù)都是在單一的孔喉或可動流體特征研究中得到的，事實上孔喉特征的差異會直接導致可動流體參數(shù)變化，但可動流體參數(shù)變化主要受孔隙或喉道影響尚不明確。基于這一考慮，將核磁共振和恒速壓汞技術相結合，對川西新場地區(qū)須四段致密砂巖儲層微觀孔喉與可動流體變化特征進行了定量分析評價。

1 實驗介紹

恒速壓汞技術以非常低的進汞速度(通常為0.000 05 mL/min)將汞注入巖石孔隙體積內，根據(jù)進汞壓力的升降將巖石內部的喉道和孔隙分開，可直接獲取孔隙、喉道的數(shù)量分布[10-12]，并得到孔隙、喉道半徑和孔喉半徑比分布等巖石微觀特征參數(shù)，這更利于對孔喉性質差異較大的致密儲層進行研究。當孔隙半徑足夠小時，孔隙中的流體將被毛細管力或黏滯力所束縛而無法流動。核磁共振(NMR)技術利用孔隙大小與氫核弛豫率的反比關系，根據(jù)核磁共振譜(T2譜)的截止值將可動流體與不可動流體分開，獲取可動流體參數(shù)。

為保證實驗結果的準確性，核磁共振和恒速壓汞實驗采用同一塊樣品，先進行核磁共振測試，然后再進行恒速壓汞實驗。

2 實驗結果

根據(jù)13個樣品的物性分析，樣品的孔隙度介于1.70%～10.90%，平均為6.22%；滲透率分布于(0.02～2.81)×10-3μm2范圍內，平均為0.396×10-3μm2，屬于典型致密儲層。實驗分析中，將孔徑大于截止孔徑的孔隙體積占巖樣總孔隙體積的百分數(shù)稱為可動流體百分數(shù)，而將孔隙度與可動流體百分數(shù)的乘積稱為可動流體孔隙度，可動流體百分數(shù)是可動用儲量的上限，而可動流體孔隙度則反映單位體積樣品內的可動流體量?？紫栋霃脚c喉道半徑之比稱為孔喉半徑比，孔隙進汞飽和度與喉道進汞飽和度之和等于總進汞飽和度。

3 儲層物性和孔隙結構特征

本次13個實驗樣品的孔隙度為1.70%～10.90%，滲透率為(0.02～2.81)×10-3μm2(圖1)，表明儲層的非均質性較強。圖1中前6個樣品為須四上亞段，孔隙度為5.90%～10.90%，平均值為8.22%，滲透率為(0.16～2.81)×10-3μm2，平均為0.72×10-3μm2；后7個樣品為須四下段，孔隙度為1.70%～8.80%，平均值為4.50%，滲透率為(0.03～0.38)×10-3μm2，平均為0.119×10-3μm2，顯然須四上亞段的物性較須四下亞段好。

圖1 實測樣品孔隙度、滲透率直方圖

巖石的孔隙度與平均孔隙半徑、主流孔隙半徑關系密切，而與平均喉道半徑、孔喉半徑比的相關性相對較弱(圖2)。巖石的滲透性與主流喉道半徑、平均喉道半徑關系密切[13]，而與平均孔隙半徑、孔隙半徑比的相關性相對較弱(圖3)。巖石排驅壓力與滲透率關系密切，而與巖石孔隙度相關性相對較弱。

圖2 孔隙度與孔隙半徑、喉道半徑的相關關系

圖3 滲透率與孔隙半徑、喉道半徑的相關關系

4 孔喉特征對可動流體參數(shù)的影響

根據(jù)恒速壓汞和核磁共振實驗結果參數(shù)，可以從3個方面分析微觀孔喉特征與可動流體參數(shù)的變化關系。

4.1孔喉半徑的影響

13個實測樣品的孔隙半徑分布在8.72～173.32 μm之間，喉道半徑分布在0.100～1.088 μm之間，孔隙半徑和喉道半徑均差異較大?？蓜恿黧w飽和度在10.55%～49.45%，而可動流體孔隙度分布范圍為0.15%～2.49%，可以看出可動流體參數(shù)之間變化幅度也較大。為了表征孔隙、喉道對可動流體參數(shù)的影響，選取了平均孔隙半徑、平均喉道半徑、主流喉道半徑參數(shù)來進行分析。

13個樣品的平均孔隙半徑介于8.72～173.32 μm，其中10個樣品的平均孔隙半徑集中在123.46～173.32 μm之間，級差僅為1.4，表明不同滲透率級別樣品孔隙之間差異不大。從平均孔隙半徑與可動流體參數(shù)的相關關系可以看出(圖4)，可動流體百分比與平均孔隙半徑之間的相關性非常差，可動流體孔隙度與平均孔隙半徑之間的相關性相對較好，說明孔隙對可動流體參數(shù)具有較大影響。

喉道是連通孔隙之間的相對狹窄部分，喉道的形狀、大小直接關系孔隙之間連通性的好壞，進而也就影響可動流體參數(shù)的變化[14]。實驗結果表明，13個樣品的平均喉道半徑分布范圍為0.100～1.088 μm，變化幅度較大，級差達到了10.88?？蓜恿黧w百分比與平均喉道半徑之間的相關性非常差，可動流體孔隙度與平均喉道半徑值之間的相關性相對較好(圖5)。依據(jù)泊稷葉定理，喉道半徑越大，對滲透率的貢獻越大。定義滲透率貢獻達到95%時的所有喉道加權平均值為主流喉道半徑，該參數(shù)體現(xiàn)的是儲集層主要滲流空間的大小。13個實測樣品的主流喉道分布于0.10～0.904 μm，可動流體參數(shù)與主流喉道半徑的相關性和與平均喉道半徑的相關性具有同樣的規(guī)律(圖6)。

圖4 平均孔隙半徑與可動流體參數(shù)的相關關系

圖5 平均喉道半徑與可動流體參數(shù)的相關關系

圖6 主流喉道半徑與可動流體參數(shù)的相關關系

通過對可動流體參數(shù)與平均孔隙半徑、平均喉道半徑及主流喉道半徑的相關性對比分析可見，可動流體參數(shù)與平均孔隙半徑的相關性要比可動流體參數(shù)與平均喉道半徑及主流喉道半徑的相關性略好，與常規(guī)孔隙型砂巖儲層的規(guī)律相反，表明儲層喉道發(fā)育；而電鏡分析結果表明新場須四段致密砂巖微裂隙發(fā)育，說明喉道主要是微裂隙。因此在致密儲層評價中，孔隙度參數(shù)的權重應適當減小，重視裂縫對儲層性能的影響。

4.2孔喉半徑比的影響

由孔喉半徑比與可動流體參數(shù)之間的相關關系可知(圖7)，孔喉半徑比與可動流體孔隙度的相關性好于其與可動流體百分數(shù)的相關性。實測13個樣品的平均孔喉半徑比介于6.3～616.8，孔喉半徑比越大，且分布范圍寬，孔隙中流體被束縛的可能性就越大，可動流體含量就越小。氣田開發(fā)過程中，孔喉半徑比的大小決定著流體是發(fā)生卡斷式驅替還是活塞式驅替，如果孔喉半徑比大，較大孔隙被較小的喉道所包圍，驅替時易發(fā)生卡斷，使連續(xù)的天然氣相遭到破壞，增加了滲流阻力，減小了天然氣可流動性，這也是特低滲儲層可動天然氣含量低，可動用程度差的主要原因之一。

4.3孔喉體積的影響

孔、喉體積是孔隙、喉道半徑及孔隙、喉道數(shù)的函數(shù)。巖樣的孔隙、喉道半徑越大，孔隙、喉道數(shù)越多，孔隙、喉道體積越大。喉道發(fā)育程度越高，流體越容易滲流[15]。利用恒速壓汞技術得到的孔隙、喉道進汞飽和度可以從一定程度上定量反映孔隙、喉道的體積大小。13個實測樣品的孔隙、喉道進汞飽和度分布范圍分別為0.04%～29.23%和10.54%～46.45%，各樣品孔隙進汞飽和度變化較大(級差為730.5)，說明儲層非均質性強，而喉道進汞飽和度的差異相對較小(級差為4.4)，這與上述孔喉半徑的分析結果一致。13個樣品中除1個樣品外，其余12個樣品的喉道進汞飽和度均較孔隙進汞飽和度高，主要是由于新場須四段致密砂巖儲層微裂隙發(fā)育所致[16-17]，也說明其儲集空間類型主要為孔隙—裂縫型。

圖7 孔喉半徑比與可動流體參數(shù)的相關關系

由孔隙、喉道進汞飽和度與可動流體參數(shù)的相關關系可知(圖8)，孔隙進汞飽和度與可動流體參數(shù)的相關性稍好一些，這也再次驗證了新場須四段致密砂巖儲層的孔隙對可動流體參數(shù)的影響程度較喉道更大一些?？缀眢w積是孔喉半徑、長度及孔喉個數(shù)的函數(shù)，孔喉體積的大小與這3個參數(shù)成正比關系。樣品的孔喉體積越大，則反映出孔隙空間和喉道半徑增大，有效滲流空間和滲流通道增大，巖石顆粒表面對孔喉中流體的拉拽力減弱，流體被束縛的幾率也會隨之減小，可動流體參數(shù)相應增大。

圖8 孔隙、喉道進汞飽和度與可動流體參數(shù)的相關關系

5 結論

(1)利用恒速壓汞和核磁共振實驗，可定量評價致密砂巖儲層微觀孔喉半徑、孔喉半徑比、孔喉體積參數(shù)對可動流體參數(shù)的影響程度。

(2)致密砂巖儲層具有可動流體參數(shù)、喉道特征參數(shù)、孔隙特征參數(shù)差異較大的特點。

(3)微裂隙發(fā)育的致密砂巖儲層孔隙對可動流體參數(shù)的影響較喉道要更大一些，在微觀上可動流體參數(shù)主要受孔隙控制，孔隙和喉道半徑越小，可動流體參數(shù)衰減越快；儲層孔喉半徑比較大，且分布范圍寬，是致密砂巖儲層可動流體含量低，可動用程度差的主要原因之一。

(4)微裂隙發(fā)育的致密砂巖儲層具有喉道進汞飽和度均較孔隙進汞飽和度高的特點，說明新場須四段致密砂巖儲層的儲集空間類型主要為孔隙—裂縫型。

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(編輯黃 娟)

Microporeandthroatcharacteristicsandmoveablefluidvariationoftightsandstonein4thmemberofXujiaheFormation,XinchangGasField,westernSichuanBasin

Xiao Kaihua, Feng Dongjun, Li Xiupeng

(SINOPECExplorationandProductionResearchInstitute,Beijing100083,China)

In order to evaluate the tight sandstone reservoirs in the 4th member of the Xujiahe Formation in the Xinchang area of the western Sichuan Basin, nuclear magnetic resonance and constant-rate mercury intrusion experiments have been carried out to quantitatively analyze micro pore and throat and moveable fluid variation characteristics. Studies have indicated that the moveable fluid parameters, throat parameters and pore parameters of tight sandstones vary largely. In micro-fractured tight sandstones, pores have an advantage over throats affecting the moveable fluid parameters, and the moveable fluid parameters are mainly controlled by pores. Low moveable fluid content and low producing degree of tight sandstones are mainly caused by the relatively long radius and wide distribution of pores and throats. In micro-fractured tight sandstones, the mercury saturation in throats is higher than that in pores, indicating that the dominant type of reservoir space is pore-fracture type in the 4th member of the Xujiahe Formation, the Xinchang Gas Field.

moveable fluid parameter; pore and throat characteristics; nuclear magnetic resonance; constant-rate mercury intrusion; tight sandstone reservoir; western Sichuan Basin

1001-6112(2014)01-0077-06

10.11781/sysydz201401077

2013-09-25；

：2013-11-26。

肖開華(1963—)，男，碩士，高級工程師，從事油氣地質綜合研究。E-mail: xiaokh.syky@sinopec.com。

中國石油化工股份有限公司科技項目“新場須四段致密氣藏描述(P12109)”資助。

TE132.2

：A