恒速壓汞技術(shù)在華慶長63微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用

任淑悅，孫衛(wèi)，任大忠，劉登科

（西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西西安710069）

恒速壓汞技術(shù)在華慶長63微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用

任淑悅，孫衛(wèi)，任大忠，劉登科

（西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西西安710069）

為了評價華慶地區(qū)長63砂巖儲層，應(yīng)用恒速壓汞技術(shù)對華慶地區(qū)長63儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)進行表征，得到了孔隙、喉道、孔喉比等參數(shù)的分布特征及毛細(xì)管壓力曲線并對之進行分析。分析可知，隨著滲透率的變化，孔隙半徑分布無明顯變化，集中分布在110 μm～170 μm，平均值為150 μm。而喉道半徑的分布范圍較寬，主要分布在0.1 μm～1.6 μm，平均值為0.79 μm，曲線呈現(xiàn)出不等頻率的正態(tài)分布。表明低滲透儲層，決定儲層滲流能力的主要因素不是孔隙，而是喉道半徑的大小、分布及形態(tài)；通過恒速壓汞的定量分析表明，喉道是影響儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)好壞的關(guān)鍵。

華慶長63；恒速壓汞；喉道；孔喉比；毛細(xì)管曲線

華慶地區(qū)處于鄂爾多斯盆地西南部，橫跨天環(huán)坳陷和伊陜斜坡，區(qū)域內(nèi)構(gòu)造簡單，傾角小于1°，局部地區(qū)發(fā)育簡單的鼻狀構(gòu)造［1］。該區(qū)發(fā)育多套含油層系，其中長63儲層為主要的油氣富集層位之一。宏觀方面，前人對該區(qū)已做了大量的研究工作［2，3］，微觀孔隙結(jié)構(gòu)方面的研究工作相對欠缺。目前研究儲層孔隙結(jié)構(gòu)的技術(shù)越來越多，從利用鑄體薄片、掃描電鏡等對孔隙結(jié)構(gòu)的定性分析，到利用常規(guī)壓汞技術(shù)對孔隙結(jié)構(gòu)以及確定滲流能力參數(shù)的定性半定量分析，發(fā)展到現(xiàn)在利用恒速壓汞技術(shù)直接對喉道和孔隙的大小及分布的定量表征，始終不斷的改進和完善［4-6］。而對于碎屑巖儲層，多數(shù)研究者認(rèn)為其物性致密、微觀非均質(zhì)性突出的主要因素是喉道尺度及結(jié)構(gòu)特征引起的［7-9］。因此，從微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的角度定性描述及定量評價致密儲層品質(zhì)至關(guān)重要。

1　技術(shù)原理

恒速壓汞實驗測試原理（見圖1）是基于在準(zhǔn)靜態(tài)過程中巖石內(nèi)進汞壓力自然升降給出準(zhǔn)確的孔隙結(jié)構(gòu)信息的。假定界面張力和接觸角保持在準(zhǔn)靜態(tài)過程中不變。由于汞進入毛細(xì)管要克服毛細(xì)管力，而喉道和孔隙半徑之間又存在數(shù)量級的差別，這樣在進汞過程中就可以通過檢測進汞壓力的變化將孔隙和喉道區(qū)分開來［10-12］。

圖1　恒速壓汞原理圖

表1　恒速壓汞實驗樣品基本信息

2　實驗結(jié)果

儲層樣品的孔隙度介于7.63%～12.51%，平均值為10.0%，滲透率介于0.021×10-3μm2～0.608×10-3μm2，平均值為0.194×10-3μm2?？紫栋霃狡骄禐?50 μm，孔喉半徑比平均值為303.77，喉道半徑平均值為0.79 μm。從研究區(qū)選取了7塊樣品，基本信息（見表1）。

3　結(jié)果分析

3.1孔隙特征

不同樣品，滲透率不同，孔隙半徑分布特征曲線差異不大（見圖2a），曲線呈單峰態(tài)，且分布相對集中，孔隙半徑主要分布在110 μm～170 μm。平均孔隙半徑與滲透率的相關(guān)系數(shù)R2=0.268 9（見圖2b），相關(guān)性較差，孔隙半徑隨滲透率的變化不明顯，孔隙不是影響儲層滲流能力的主要因素。

圖2　

3.2喉道特征

喉道半徑的分布特征曲線（見圖3a），不同樣品，滲透率不同，相對應(yīng)的喉道半徑分布的曲線的形態(tài)不同，分布區(qū)間及峰值有較大的差異。4號樣品滲透率較低為0.11×10-3μm2，分布范圍較窄，曲線呈單峰態(tài)。1號樣品滲透率較大為0.61×10-3μm2，分布范圍明顯寬于4號，曲線趨于雙峰?？傮w而言隨著滲透率的增大，大喉道的比例顯著增加。

三塊樣品滲透率接近但是滲流能力差別很大（見圖3b）。導(dǎo)致滲透率相近的原因是5號樣品大喉道比例高，而分布區(qū)間寬且頻率低及細(xì)歪度峰值半徑小，但是滲透率貢獻曲線的峰值半徑大，呈粗歪度且曲線分布頻率低，可知滲透率主要貢獻區(qū)間與主要喉道分布區(qū)間是不吻合的，因此主要是部分大喉道起主要貢獻能力；雖然6號樣品喉道半徑分布區(qū)間較5號樣品小，但是6號樣品的喉道分選好，喉道的進汞曲線與滲透貢獻曲線分布頻率高且峰值半徑相近，曲線形態(tài)的吻合程度好，故滲流能力強；而7號樣品喉道半徑分布區(qū)間較6號樣品寬，喉道進汞曲線及滲透率貢獻曲線形態(tài)均呈雙峰，分布頻率與峰值半徑都比6號樣品小，兩曲線的吻合度差于6號樣品但明顯好于5號樣品。以上表明，好儲層必須是喉道半徑大及曲線形態(tài)吻合較好、分布形態(tài)趨向正態(tài)分布；相近的喉道半徑區(qū)間，曲線分布頻率低、峰值半徑大、進汞曲線及滲透率貢獻曲線吻合好其滲流能力好，雙峰或多峰好于單峰，低頻率分布好于高頻率分布，粗偏態(tài)好于細(xì)偏態(tài)。

圖3　

3.3孔喉比特征

孔喉半徑比與滲透率的相關(guān)系數(shù)R2=0.598 8（見圖4b），較強的負(fù)相關(guān)關(guān)系。當(dāng)孔喉比較小時，孔隙與喉道的體積比值小，孔喉均勻程度高，孔喉連通性較好，滲透率較高。從圖4a可以看出7塊樣品滲透率不同孔喉半徑比差異較大，總體來說隨著滲透率增高，孔喉比分布范圍越窄越靠近小值區(qū)，孔喉越均勻。

圖4　

4　毛管曲線特征

根據(jù)恒速壓汞毛管壓力曲線中總孔喉、孔隙以及喉道進汞量的變化，將恒速壓汞孔喉半徑分布區(qū)間劃分為a、b、c三個區(qū)域，分別為孔隙區(qū)、孔喉過渡區(qū)和喉道區(qū)。孔隙區(qū)為大孔道發(fā)育區(qū)，連通性較好，在進汞曲線形態(tài)上表現(xiàn)為孔隙進汞飽和度曲線與總孔喉進汞飽和度曲線吻合較好，該階段為優(yōu)勢孔隙結(jié)構(gòu)段，滲流儲集能力較好?？缀磉^渡區(qū)在進汞曲線形態(tài)上表現(xiàn)為孔隙進汞飽和度曲線逐漸偏離總孔喉進汞飽和度曲線，即為有優(yōu)勢孔隙結(jié)構(gòu)快速衰變的階段，優(yōu)勢孔隙、喉道整體減小或減少、孔喉匹配性變差。喉道區(qū)在曲線形態(tài)上表現(xiàn)為孔隙進汞結(jié)束，喉道進汞飽和度曲線近似平行于總孔喉進汞飽和度曲線［15-17］。

圖5　代表樣品孔隙結(jié)構(gòu)的毛管曲線特征圖

1號樣品a區(qū)進汞飽和度為28.30%、b區(qū)進汞飽和度為9.33%、c區(qū)發(fā)育進汞飽和度為34.85%（見圖5A）。粒間孔孔隙發(fā)育、相對大喉道發(fā)育、孔喉匹配關(guān)系較好。

2號樣品a區(qū)進汞飽和度為18.06%、b區(qū)進汞飽和度為23.31%、c區(qū)進汞飽和度為20.39%（見圖5B）。發(fā)育溶孔及少量的粒間孔隙、微孔含量較1號樣品明顯增大，孔喉匹配關(guān)系及連通性較1號變差。

3號樣品無孔隙區(qū)，b區(qū)進汞飽和度為9.13%、c區(qū)進汞飽和度為30.04%（見圖5C）。溶孔發(fā)育及微孔發(fā)育，孔喉匹配關(guān)系及連通性較差。

4號樣品無孔隙區(qū)，b區(qū)進汞飽和度為12.58%、c區(qū)進汞飽和度為18.46%（見圖5D）?？紫额愋拖鄬我?、微孔較溶孔發(fā)育，孔喉匹配關(guān)系及連通性差。

上述對比分析表明，當(dāng)樣品中的粒間孔或較大的溶蝕孔隙不能被喉道有效的連通，形成半封閉或死孔隙，微孔系列往往成簇連通，在進汞曲線形態(tài)上表現(xiàn)為進汞壓力高、喉道進汞飽和度曲線近似平行于總孔喉進汞飽和度曲線，孔隙結(jié)構(gòu)品質(zhì)差。

5　結(jié)論

（1）滲透率級別不同，孔隙半徑尺度及分布變化規(guī)律不明顯，喉道半徑在分布范圍、分布形態(tài)、峰值上均存在明顯的規(guī)律性，滲透率由大到小過程中，喉道半徑分布由寬到窄，頻率由低到高，峰值半徑由大到小。喉道對儲層的滲流能力有明顯的控制作用。

（2）相近或相等滲透率的樣品，其喉道分布特征差異明顯，主要體現(xiàn)在分布區(qū)間、頻率、峰值及分選性上，尤其是喉道的滲透率貢獻曲線變化最為顯著。

（3）對于低滲透儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)而言，喉道的控制作用明顯，表現(xiàn)為：儲層的平均喉道半徑越大，相對大喉道越發(fā)育，喉道進汞飽和度越大，孔喉半徑比越小，微觀孔隙結(jié)構(gòu)越好。

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Application of constant-rate mercury penetration technique to study of pore structure of Chang 63formation in Huaqing area

REN Shuyue，SUN Wei，REN Dazhong，LIU Dengke
（State Key Laboratory of Department of Geology/Continental Dynamics，Northwest University，Xi'an Shanxi 710069，China）

In order to evaluate Chang 63sandstone reservoir in Huaqing area，the micro-pore structure features of reservoir were analyzed based on the constant-rate mercury penetration technique.Then we analyzed distribution characteristics of pore，throat，pore-throat ratio and the capillary pressure curves.The results show that with changes of the permeability，the distribution of pore radius does not change significantly，which centralizes between 110 μm～170 μm with an average value of 150 μm.Meanwhile，the distribution range of throat radius is much wider，which concentrates between 0.1 μm～1.6 μm with an average value of 0.79 μm. Also，the curve shape shows normal distribution of unequal frequency.These facts reveal that Chang 63reservoir is a low-permeability reservoir，and it is not the pore，but the size，shape and distribution of throat that determine the percolation ability of reservoir.According to quantitative analysis of constant-rate mercury penetration，the throat is the key factor that affecting micro-pore structure characteristics of the reservoir.

Chang 63in Huaqing area；constant-rate mercury penetration；throat；pore-throat ratio；capillary pressure curves

TE311

A

1673-5285（2016）09-0029-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.09.007

2016－07-18

國家科技重大專項大型油氣田及煤層氣開發(fā)，項目編號：2011ZX05044；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃項目，項目編號：2015KTCL01-09；陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃-青年人才項目，項目編號：2016JQ4022，聯(lián)合資助。