鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長8低滲透砂巖儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究

蔡玥，李勇，成良丙，徐文杰，丁迎超，熊琦

（1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西西安710054；2.長安大學(xué)成礦作用及動力學(xué)實驗室，陜西 西安 710054；3.中國石油長慶油田勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710018）

鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長8低滲透砂巖儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究

蔡玥1，2，李勇1，2，成良丙3，徐文杰1，丁迎超1，熊琦1

（1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西西安710054；2.長安大學(xué)成礦作用及動力學(xué)實驗室，陜西 西安 710054；3.中國石油長慶油田勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710018）

以常規(guī)壓汞、鑄體圖像、掃描電鏡和薄片觀察為基礎(chǔ)，結(jié)合恒速壓汞測試，對鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長8低滲透砂巖儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征進行研究。結(jié)果表明，姬塬地區(qū)長8儲層孔隙類型多樣，以殘余粒間孔為主，孔隙結(jié)構(gòu)可劃分為4種類型。恒速壓汞測試表明，姬塬長8儲層為大孔細喉型。與特低滲透儲層相比，超低滲透儲層喉道分布范圍更集中，小喉道所占比例更大，孔喉半徑比分布范圍更寬。特低、超低滲透儲層差異主要體現(xiàn)在喉道的大小和分布上，喉道控制儲層品質(zhì)及滲流能力。在低滲透砂巖儲層的開發(fā)中應(yīng)尤其注重孔喉間的配置關(guān)系。

鄂爾多斯盆地；姬塬地區(qū)；孔隙結(jié)構(gòu)特征；恒速壓汞；低滲透砂巖

姬塬地區(qū)位于鄂爾多斯盆地中西部，橫跨伊陜斜坡和天環(huán)凹陷兩大一級構(gòu)造單元，為一西傾單斜，地層傾角小于1°，構(gòu)造相對穩(wěn)定［1-3］。上三疊統(tǒng)延長組長8油層組是該區(qū)提交控制和預(yù)測儲量的重要石油層位之一，主要發(fā)育大規(guī)模的三角洲前緣水下分流河道砂體［4-7］，巖性為長石巖屑砂巖和部分巖屑長石砂巖，儲層孔隙度平均值為8.67%，滲透率平均值僅為0.46×10-3μm2，是典型的低滲透砂巖儲層?？碧介_發(fā)實踐表明，研究區(qū)長8低滲透儲層孔隙結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，在開發(fā)過程中儲層易受到傷害并直接影響開發(fā)效果［8-9］。目前對該段儲層的研究成果仍集中在巖石學(xué)特征、物性特征、孔隙類型［9］、成巖作用及成巖階段等方面［10-11］，缺乏對孔隙結(jié)構(gòu)特征的精細研究。筆者以常規(guī)壓汞、鑄體圖像、掃描電鏡和薄片觀察為基礎(chǔ)，結(jié)合先進的恒速壓汞測試，深入研究姬塬地區(qū)長8低滲透儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，從定量角度揭示儲層孔喉變化特征，將孔隙結(jié)構(gòu)特征同儲層品質(zhì)及滲流能力聯(lián)系起來，從而為下一步的合理開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 儲層儲集空間類型及孔隙結(jié)構(gòu)分類

1.1 儲集空間類型

鑄體薄片和掃描電鏡觀察可見，姬塬地區(qū)長8儲層孔隙類型多樣且孔徑大小相差懸殊，從10 μm到200 μm均有分布且極不均勻，儲層面孔率總體較低，平均僅2.75%。

研究區(qū)長8儲層的原生孔隙類型主要為殘余粒間孔和填隙物內(nèi)微孔，其中填隙物內(nèi)微孔孔徑細小、分布不均勻且連通性差，大部分經(jīng)過壓實作用改造后消失，僅有部分殘存于泥質(zhì)含量較高的粉細砂巖中。與填隙物內(nèi)微孔不同，殘余粒間孔孔徑相對較大，一般為20～100μm，孔隙多呈三角形或多邊形，邊緣整齊平直且多被綠泥石薄膜所包裹，孔隙內(nèi)多充填方解石、高嶺石及再生石英與長石加大邊，非均質(zhì)性極強，在儲層中占據(jù)主導(dǎo)地位。

研究區(qū)長8儲層次生孔隙主要為粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔。粒間溶孔的溶解組分主要為長石和方解石，被溶蝕的顆粒邊緣呈港灣狀，極不規(guī)則，但孔隙連通性好；粒內(nèi)溶孔多見于長石、云母和部分巖屑內(nèi)，其中長石粒內(nèi)溶孔最為發(fā)育，溶蝕多沿長石的解理縫進行，鏡下常見粒內(nèi)溶孔與粒間溶孔伴生分布且互相連通。此外，還發(fā)育少量自生礦物晶間微孔隙和微裂隙?？紫额愋偷亩鄻有栽黾恿丝缀淼挠鼗爻潭扰c孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。

1.2 孔隙結(jié)構(gòu)分類

常規(guī)壓汞技術(shù)是目前孔隙結(jié)構(gòu)研究的主要手段之一［12-13］，據(jù)從中獲取的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)可將研究區(qū)長8儲層孔隙結(jié)構(gòu)劃分為4種類型（表1），分別是：Ⅰ.低排驅(qū)壓力——中小孔喉型、Ⅱ.較低排驅(qū)壓力——小孔喉型、Ⅲ.中排驅(qū)壓力——細孔喉型、Ⅳ.高排驅(qū)壓力——微孔喉型。

表1 常規(guī)壓汞參數(shù)孔隙結(jié)構(gòu)分類表Table 1 The Pore structure parameters of pressure-controlled mercury penetration

Ⅰ、Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)主要出現(xiàn)在目的層段細粒長石巖屑砂巖當中，主要發(fā)育在三角洲前緣水下分流河道和部分殘余河口壩砂體中，殘余粒間孔和溶蝕孔隙相對發(fā)育，為目的層段較好的孔隙結(jié)構(gòu)類型，以Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)最為常見。Ⅲ、Ⅳ類孔隙結(jié)構(gòu)分別對應(yīng)于研究區(qū)長8較差儲層和非儲層，這兩類孔隙結(jié)構(gòu)多出現(xiàn)在水下分流河道邊緣砂體及分流間灣的薄層砂體中，巖性以巖屑長石砂巖為主，孔隙類型多以溶蝕孔隙和微孔隙為主。從Ⅰ到Ⅳ類，孔隙結(jié)構(gòu)依次變差，儲層質(zhì)量及滲流能力也相應(yīng)降低。

2 孔隙結(jié)構(gòu)特征分析

綜合沉積微相、巖石學(xué)特征、物性及孔隙結(jié)構(gòu)分類等因素，筆者從目的層段Ⅰ、Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)的儲層中選取8塊樣品進行恒速壓汞恒速測試，樣品孔隙度為8.13%～14.9%，滲透率為0.252×10-3～3.493×10-3μm2內(nèi)，涵蓋該區(qū)超低、特低滲透儲層，具普遍代表性。

恒速壓汞測試是以極低的恒定速度向巖樣內(nèi)進汞，通過檢測進汞壓力的漲落有效區(qū)分孔隙和喉道并提供其大小及分布范圍，彌補了常規(guī)壓汞對應(yīng)于同一毛管壓力曲線會有不同孔隙結(jié)構(gòu)的缺陷［15-17］。據(jù)測試結(jié)果（表2），研究區(qū)長8儲層孔隙半徑相對較大，平均147.04μm，喉道半徑相對偏小，平均1.008μm，應(yīng)將其劃分為大孔隙細喉道型儲層，并非普遍認為的細孔細喉或細孔微喉型。

為進一步比較特低和超低滲透儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的差異，從微觀上揭示控制兩類儲層品質(zhì)的關(guān)鍵，筆者據(jù)滲透率將樣品分為4組。A組樣品滲透率小于0.5×10-3μm2，B組樣品滲透率介于0.5×10-3～1.0×10-3μm2，C組樣品滲透率介于1.0×10-3～2.0×10-3μm2，D組樣品滲透率大于2.0×10-3μm2。A、B兩組樣品屬超低滲透儲層范疇，C、D兩組樣品代表特低滲透儲層。

2.1 孔喉半徑分布特征

目的層段不同級別滲透率的4塊代表樣品，孔隙半徑分布曲線均接近正態(tài)分布且范圍接近，主要分布于80～250μm，峰值約140μm（圖1-a）。隨著滲透率增加，孔隙半徑?jīng)]有明顯變化，表明孔隙并不是影響目的層段儲層物性的主要因素。

與孔隙半徑分布曲線不同，4塊樣品喉道半徑曲線形態(tài)差異較大（圖1-b）。滲透率小于1.0×10-3μm2的2塊超低滲透樣品，喉道半徑僅分布于0～2μm，2塊特低滲透樣品喉道半徑0～4.5μm均有分布，范圍相對較寬。兩類樣品隨滲透率的增加，喉道半徑的分布范圍均有明顯變寬趨勢，小喉道數(shù)量依次減少，大喉道所占比例明顯增加且峰值含量減小，說明姬塬長8儲層孔喉結(jié)構(gòu)差異主要體現(xiàn)在喉道上，儲層性質(zhì)主要受控于喉道，而非孔隙。與特低滲儲層相比，超低滲透儲層小喉道含量相對更高且分布更集中，隨滲透率增加小喉道含量減小幅度更大，說明超低滲透儲層物性對喉道更敏感，開發(fā)過程中更易受傷害。

表2 恒速壓汞實驗孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)Table 2 The Pore structure parameters of rate-controlled mercury penetration

圖1 研究區(qū)代表樣品孔隙和喉道半徑分布曲線Fig.1 The Distribution Curves of Pore Radius and Throat Radius in Research Area

2.2 孔喉半徑比變化特征

恒速壓汞在區(qū)分孔隙、喉道的同時也顯示出孔喉半徑比的分布。超低滲透樣品孔喉半徑比相對較寬，0～1 000均有分布，而特低滲透樣品孔喉半徑比主要分布于0～600，因此超低滲透儲層孔喉間差異性更大。當孔喉半徑比分布于大值區(qū)含量減小時，樣品滲透率呈增大趨勢，說明隨著孔喉半徑間差異逐漸減小，孔喉分選變好，非均質(zhì)性相對減弱（圖2）。由于兩類不同滲透率級別的樣品孔隙半徑大小接近，說明姬塬長8儲層孔喉特征差異主要由喉道差異決定。

3 孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與物性關(guān)系分析

3.1 孔喉半徑與物性關(guān)系

由平均孔隙半徑、平均喉道半徑與物性相關(guān)關(guān)系可知（圖3），平均孔隙半徑與物性不具相關(guān)性或微弱相關(guān)性，平均喉道半徑與滲透率相關(guān)性最好。不同滲透率級別樣品，隨著滲透率的增加，孔隙半徑僅局部波動，平均喉道半徑呈增大趨勢，表明儲層品質(zhì)及儲層流體的滲流能力主要由喉道決定。

3.2 孔喉比與物性關(guān)系

平均孔喉半徑比與孔隙度和滲透率均呈負相關(guān)關(guān)系，隨著孔喉半徑比相對減小，物性明顯改善（圖4）。從油田開發(fā)角度看，孔喉半徑比大小決定了開發(fā)過程中油氣被捕獲的幾率［16，18-20］。當孔喉半徑較大時，孔隙結(jié)構(gòu)中細小喉道數(shù)量相對較多，在驅(qū)替過程中油氣通過細小喉道時更易發(fā)生卡斷，油氣不易被采出；當孔喉比較小時，油氣通過喉道采出時阻力較小不易被捕獲，油氣采出程度相對較高。研究區(qū)長8儲層平均孔喉半徑比為0～400，相對于中高滲透儲層總體偏高，儲層開發(fā)效果主要由孔喉間的配置關(guān)系決定。

圖2 研究區(qū)代表樣品的孔喉半徑比分布曲線Fig.2 The Distribution Curves of the Ratio between Pore and Throat Radius in Research Area

圖3 物性與平均孔隙半徑、喉道半徑相關(guān)圖Fig.3 The Correlogram of Physical Property Between Pore Radius and Throat Radius

圖4 物性與孔喉半徑比相關(guān)圖Fig.4 The Correlogram of Physical Property between Ratio of Pore and Throat Radius

3.3 有效孔喉體積與物性關(guān)系

恒速壓汞實驗中得到的孔隙和喉道進汞飽和度是有效孔隙和喉道體積大小的定量化反映?？紫逗秃淼肋M汞飽和度與物性呈正相關(guān)關(guān)系（圖5），喉道進汞飽和度與滲透率的相關(guān)性更好，儲層滲流能力由喉道大小決定，同時受喉道尺寸分布形態(tài)影響，具更高的有效孔喉體積樣品，物性相對更好（尤其是滲透率高的樣品），表明在低滲透砂巖儲層開發(fā)中，應(yīng)注重喉道開發(fā)與保護。

4 結(jié)論

圖5 物性與孔隙、喉道進汞飽和度相關(guān)圖Fig.5 The Correlogram of Physical Property between Pore and Throat Mercury Saturation

（1）姬塬地區(qū)長8為典型特低-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。據(jù)常規(guī)壓汞孔隙特征參數(shù)劃分出4類孔隙結(jié)構(gòu)類型，研究區(qū)主要以Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)為主，從Ⅰ類到Ⅳ類微觀孔隙結(jié)構(gòu)和滲流能力由好變差。

（2）恒速測試結(jié)果分析表明，姬塬長8主要為大孔隙細喉道型儲層。不同滲透率級別的儲層孔隙半徑分布范圍基本接近，喉道半徑相差懸殊；儲層品質(zhì)及滲流能力主要受喉道大小及分布的控制，在開發(fā)過程中需要重視喉道的保護。

（3）與特低滲透儲層相比，超低滲透儲層喉道分布范圍更集中，小喉道所占比例更大，孔喉半徑比分布范圍更寬且孔喉間差異更大，在開發(fā)過程中更易造成各種敏感性傷害，提示在低滲透砂巖儲層開發(fā)中應(yīng)特別重視孔喉間的配置關(guān)系。

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Study of Pore Structure Characteristics of Chang 8 Low-permeability Sandstone Reservoirs in the Jiyuan Area，Ordos Basin

Cai Yue1，2，Li Yong1，2，Cheng Liangbing3，Xu Wenjie1，Ding Yingchao1，Xiong Qi1
（1.Earth Science and Resources College，Chang'an University，Xi'an，Shaanxi，710054，China；2.Key Laboratory of Mineralization and Dynamics Science，Chang'an University，Xi'an，Shaanxi，710054，China；3.Exploration and development research institute，PCOC，Xi'an，Shaanxi，710054，China）

The microscopic pore structure of Chang 8 low-permeability sandstone reservoirs of the Yanchang Formation in the Ordos Basin Jiyuan Area is thoroughly analyzed and investigated by using constant-speed mercury intrusion technology，combined with conventional constant-pressure mercury injection，cast image，scanning electron microscopy and slice observation.The result shows Chang 8 reservoirs has various pore type and the main type is residual intergranular pore，the pore structure is divided into four categories.The reservoirs type of Chang 8 in Jiyuan Area is mainly large scale pore with thin throat.Compared with ultra-low permeability reservoirs，the throat distribution of super-low permeable reservoirs is more concentrated，it has more narrow throat，the rang of pore-throat ratio is wider.The differences of pore throat characteristics between ultra-low and super-low permeable reservoirs mainly lay in throats，throats control the quality of reservoirs and its percolation capacity.In the process of low-permeability sandstone reservoirs development，we should pay more attention to the allocation relation between pore and throat.

Ordos Basin；Jiyuan Area；Microscopic pore structure；Constant-speed mercury intrusion technology；Lowpermeability sandstone

1000-8845（2015）01-107-05

P534.45

A

項目資助：國家重大科技專項“碎屑巖層系大中型油氣田富集規(guī)律與勘探關(guān)鍵技術(shù)（二期）”（2011ZX05002）資助

2014-01-21；

2014-04-24；作者E-mail：caiyue110687@126.com

蔡玥（1987-），女，陜西岐山人，2012級長安大學(xué)油氣田地質(zhì)與開發(fā)專業(yè)在讀博士，研究方向為儲層地質(zhì)學(xué)