合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究

張景軍，韓江波，李凱強(qiáng)，馬 智

(東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163000)

合水地區(qū)位于鄂爾多斯盆地的次級(jí)構(gòu)造伊陜斜坡西南部，渭北隆起的北邊，本區(qū)構(gòu)造平緩，地層傾角小于1°，在向西傾斜背景上小范圍發(fā)育低幅度鼻狀隆起構(gòu)造，是河流-三角洲-湖泊相的典型發(fā)育區(qū)。在儲(chǔ)層底部沉積著一套厚度很大而且穩(wěn)定、富有機(jī)質(zhì)的黑色泥巖[1-4]。合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層是典型的超低滲-致密儲(chǔ)層，微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜、物性差，孔喉結(jié)構(gòu)特征對(duì)油氣的聚集和后期開發(fā)有較大影響[5-6]。合水地區(qū)巖石類型主要是巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石砂巖，兩者含量之和為92.33%，僅巖屑長(zhǎng)石砂巖就占73.21%；另外，長(zhǎng)石巖屑砂巖含量為7.16%，巖屑砂巖和長(zhǎng)石石英砂巖含量超低。本區(qū)巖石結(jié)構(gòu)以細(xì)砂級(jí)為主，分選性較差，磨圓度較好。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于致密儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)與劃分界限各有不同，文獻(xiàn)[7]最早提出致密砂巖的概念，將致密儲(chǔ)層定義為孔隙度<12%、滲透率<1×10-3μm2，文獻(xiàn)[8]確定了致密砂巖儲(chǔ)層滲透率<5×10-3μm2，文獻(xiàn)[9-14]等認(rèn)為致密儲(chǔ)層的空氣滲透率<1×10-3μm2，文獻(xiàn)[15]認(rèn)為致密砂巖儲(chǔ)層地面空氣滲透率的界限為0.3×10-3μm2。文獻(xiàn)[16]認(rèn)為致密儲(chǔ)層的覆壓基質(zhì)滲透率<0.2×10-3μm2；中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T6943-2013)規(guī)定致密儲(chǔ)層的覆壓基質(zhì)滲透率<0.2×10-3μm2。本文通過對(duì)超低滲-致密巖層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)層評(píng)價(jià)進(jìn)行調(diào)研，指導(dǎo)本區(qū)儲(chǔ)層微觀特征的研究工作，從微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的角度定性描述及定量評(píng)價(jià)超低滲-致密儲(chǔ)層品質(zhì)，有利于超低滲-致密儲(chǔ)層及巖性油氣藏的勘探開發(fā)，為巖性油藏科學(xué)有效的開發(fā)提出針對(duì)性建議。

1 孔隙類型特征

根據(jù)50口井的180個(gè)鑄體薄片和50個(gè)掃描電鏡的觀察和統(tǒng)計(jì)，在研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)的主要孔隙類型為：① 殘余粒間孔；② 長(zhǎng)石溶蝕孔；③ 粒間溶孔；④ 巖屑溶孔；⑤ 晶間孔；⑥ 微裂隙。面孔率較低，約為2.23%，以殘余粒間孔、長(zhǎng)石溶孔、巖屑溶孔為主，三者相對(duì)含量之和是85.65%。其中，殘余粒間孔和長(zhǎng)石溶孔的最為發(fā)育分別占34.53%、40.81%；巖屑溶孔占10.31%；其次是粒間溶孔、晶間微孔分別占總面孔率的7.17%、4.93%；雜基溶孔和微裂隙很少見，分別占總量的0.90%、1.35%(見圖1)。本區(qū)溶蝕孔以長(zhǎng)石、巖屑溶孔為主，長(zhǎng)石易沿解理面、雙晶結(jié)合面等薄弱部位溶蝕，形成溶蝕粒內(nèi)孔，溶蝕粒內(nèi)孔容易殘留顆粒殘骸，故喉道較窄，對(duì)孔隙儲(chǔ)集性貢獻(xiàn)較小。

(a)殘余粒間孔，西140井，1 890.36m，掃描電鏡 (b)長(zhǎng)石溶孔，莊45井，1 901.45m，掃描電鏡

(c)粒間溶孔，悅32，1 892.97m，偏光顯微鏡 (d)微裂縫，寧183，1 542.38m，偏光顯微鏡

(e)晶間孔，莊145，1 781.10m，偏光顯微鏡 (f)巖屑溶蝕孔，莊124，1610.97m，偏光顯微鏡圖1 合水長(zhǎng)6微觀孔隙類型

2 微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征

孔喉結(jié)構(gòu)主要指孔隙和與之連通的喉道的組合關(guān)系及特征，其是沉積環(huán)境和成巖演化史綜合作用的結(jié)果[17]。碎屑巖的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、喉道和孔隙分布不均勻，恒速壓汞近幾年已逐漸成為國(guó)內(nèi)研究?jī)?chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)的重要方法[18-20]。恒速壓汞以恒定速度向巖樣內(nèi)壓汞，可以精準(zhǔn)地將孔隙和喉道辨明，從而更加精準(zhǔn)地認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層的微觀孔喉結(jié)構(gòu)[21]。本文利用恒速壓汞的相關(guān)參數(shù)，對(duì)研究區(qū)的微觀孔喉結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。

(1)恒速壓汞技術(shù)表征微觀孔喉結(jié)構(gòu)

常規(guī)壓汞技術(shù)并不能將孔隙和喉道精準(zhǔn)分開，測(cè)試結(jié)果雖然能給出喉道半徑差異及相應(yīng)喉道控制的體積布局，但是由于存在著孔隙體積的影響，導(dǎo)致結(jié)果并不精確。恒速壓汞檢測(cè)結(jié)果用于分析樣品的孔喉發(fā)育程度以及孔喉間的配位發(fā)育程度，既能得到樣品的總毛細(xì)管壓力曲線，又能將孔喉辨明，同時(shí)得到孔隙的毛細(xì)管壓力曲線和喉道的毛細(xì)管壓力曲線[22-23]。通過恒速壓汞實(shí)驗(yàn)，既能獲得一些普通壓汞的檢測(cè)結(jié)果，又能獲得孔喉分布及孔喉半徑比值的排布等微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)。

本次從研究區(qū)選出15塊巖樣進(jìn)行恒速壓汞實(shí)驗(yàn)測(cè)試，得到巖樣的孔隙度6.4%～11.8%，滲透率0.02～0.59mD，屬于超低滲-致密儲(chǔ)層，本文選取了其中7塊具有代表性的巖樣進(jìn)行分析。根據(jù)檢測(cè)成果(見表1)，本區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔徑較大，均值124.08μm，喉徑較小，故該儲(chǔ)層屬于大孔隙-微細(xì)喉道型儲(chǔ)層。為了進(jìn)一步研究本區(qū)微觀孔喉結(jié)構(gòu)，根據(jù)國(guó)家能源局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T6943-2013)關(guān)于致密儲(chǔ)層(滲透率小于0.2×10-3μm2)規(guī)定將樣品分為3組： A組樣品(樣品2、 4、 6)滲透率小于0.2×10-3μm2，B組樣品(樣品1、7)滲透率0.2×10-3～0.3×10-3μm2，C組樣品(樣品3、5)滲透率0.3×10-3～1.0×10-3μm2。A組儲(chǔ)層為致密，B、C兩組儲(chǔ)層為超低滲。

表1 孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)

注：以上數(shù)據(jù)來自華北油田勘探開發(fā)研究院開發(fā)實(shí)驗(yàn)室，測(cè)試儀器為ASPE-730型恒速壓汞儀

(2)孔喉半徑分布特征

1)通過研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層不同滲透率區(qū)間的3組樣品，孔隙半徑分布都接近正態(tài)分布而且都在一定區(qū)間內(nèi)密集聚集，分布區(qū)間為80～180μm，高頻值約為100μm，如圖2(a)所示。隨著滲透率的變化，孔隙半徑值無明顯變化，孔隙個(gè)數(shù)變化較大，說明孔隙半徑大小不是影響儲(chǔ)層物性的最主要因素。

(b)喉道半徑分布特征

(c)孔喉半徑比分布特征圖2 孔喉半徑分布特征

2)3組樣品喉半徑分布更加密集，喉徑<1.5μm，如圖2(b)所示。隨著滲透率的增大喉半徑也會(huì)變大，B、C組樣品喉徑區(qū)間大于A組，半徑小的喉道數(shù)量顯著減少，半徑稍大的喉道數(shù)量有所增加，且頻率的峰值顯著降低。研究表明，長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)差異性及儲(chǔ)層性質(zhì)受控于喉道，而不是受控于孔隙。對(duì)比超低滲儲(chǔ)層和致密儲(chǔ)層，發(fā)現(xiàn)后者喉道半徑更小而且分布更密集，小半徑喉道出現(xiàn)頻率異常高，充分說明致密儲(chǔ)層的物性對(duì)喉道更加敏感，開發(fā)的難度也更大。

3) 致密儲(chǔ)層A組樣品的孔喉半徑比相對(duì)較大，多位于500～900，但超低滲儲(chǔ)層B、C組樣品的孔喉半徑比多數(shù)位于0～600，如圖2(c)所示，由此可知致密儲(chǔ)層孔喉間的差異性較為明顯。當(dāng)樣品孔喉半徑比介于高值范圍，且頻率小時(shí)，滲透率明顯降低，說明超低滲儲(chǔ)層孔喉間差異性變小，分選性更好。對(duì)于超低滲、致密儲(chǔ)層，不同滲透率的樣品孔隙半徑大致相同，孔喉比越大，喉道半徑越小，儲(chǔ)層物性越差。由此可知儲(chǔ)層物性主要取決于喉道半徑。

(3)毛管壓力曲線特征

以莊145井和莊45井樣品為例，莊45井樣品孔隙進(jìn)汞飽和度為27.88%，喉道進(jìn)汞飽和度為6.09%，總進(jìn)汞飽和度(喉道進(jìn)汞飽和度與孔隙進(jìn)汞飽和度之和)為33.97%，毛管壓力曲線形態(tài)前期平緩后期較陡，反映出分選差、細(xì)歪度的特點(diǎn)，喉道半徑較小，孔隙半徑相對(duì)較大，大孔隙被小喉道所控制，孔喉配置關(guān)系較差，大孔隙內(nèi)的油難以流經(jīng)小喉道被采出，此時(shí)驅(qū)油效率較低；莊145井樣品孔隙進(jìn)汞飽和度為24.78%，喉道進(jìn)汞飽和度為38.28%，總進(jìn)汞飽和度為63.06%，毛管壓力曲線形態(tài)前期后期都相對(duì)較緩，反映出分選略差、略細(xì)歪度的特點(diǎn)，喉道半徑較大，孔隙半徑相對(duì)較小，小孔隙被大喉道所控制，孔喉配置關(guān)系較好，孔隙內(nèi)的油相對(duì)容易流經(jīng)喉道被采出，故驅(qū)油效率較高。毛管壓力曲線具有分選和歪度較差的特點(diǎn)(見圖3)。所以，喉道半徑越大、孔喉半徑越小，儲(chǔ)層物性越好，越有利于油氣開采。

(a)莊145毛管壓力曲線圖 (b)莊45毛管壓力曲線圖圖3 毛管壓力曲線圖

3 孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的影響

(1)孔喉半徑與物性關(guān)系

由儲(chǔ)層物性與孔隙半徑、喉道半徑關(guān)系可知，孔隙半徑與物性關(guān)系非常微弱，雖然孔隙半徑會(huì)直接影響孔隙度，但對(duì)滲透率有直接影響的是喉道半徑[24-25]。對(duì)于不同滲透率的樣品，伴隨滲透率的變化，孔徑幾乎沒有太大的變化，喉道半徑則伴隨著滲透率的變大而變大，充分表明儲(chǔ)層物性及儲(chǔ)層中流體滲流能力主要是受喉道影響，跟孔隙半徑無直接關(guān)系(見圖4～5)。

(a)喉道半徑與滲透率關(guān)系 (b)喉道半徑與孔隙度關(guān)系圖4 物性與喉道半徑關(guān)系圖

(a)孔隙半徑與滲透率關(guān)系 (b)孔隙半徑與孔隙度關(guān)系圖5 物性與孔隙半徑關(guān)系圖

(2)孔喉半徑比與物性關(guān)系

孔喉半徑比與孔隙度、滲透率均呈負(fù)關(guān)聯(lián)，隨著孔喉半徑比的變大，儲(chǔ)層物性變差。說明超低滲、致密儲(chǔ)層孔喉半徑分選性越好，儲(chǔ)層物性就越好。當(dāng)孔喉半徑比較大時(shí)，孔喉結(jié)構(gòu)中的細(xì)小喉道則較多，大孔隙被小喉道所控制，在開發(fā)過程中大孔隙內(nèi)的油氣難以透過細(xì)小喉道被采出，驅(qū)油效率較低；但當(dāng)孔喉半徑比較小時(shí)，油氣在開發(fā)過程中易采出，驅(qū)油效率也相對(duì)較高。所以研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層開發(fā)過程的采收率主要受孔喉半徑比的影響(見圖6)。

(a)孔喉半徑比與滲透率關(guān)系 (b)孔喉半徑比與孔隙度關(guān)系圖6 物性與孔喉半徑比關(guān)系圖

(3)有效孔喉體積與進(jìn)汞飽和度

隨著進(jìn)汞飽和度的增大，驅(qū)油效率增高[26]。由表1可知，7個(gè)樣品有效喉道體積為0.004～0.045cm3/cm3，有效孔隙體積為0.018～0.040cm3/cm3。有效喉道體積與有效孔隙體積之和為有效儲(chǔ)集空間，本區(qū)有效儲(chǔ)集空間以孔隙控制為主，喉道控制為輔。樣品進(jìn)汞飽和度反映驅(qū)油效率，進(jìn)汞飽和度越大，驅(qū)油效率越大。經(jīng)過計(jì)算，樣品的有效儲(chǔ)集空間為0.022～0.074cm3/cm3，樣品的總進(jìn)汞飽和度為33.97～69.10%?？缀砼渲迷胶?有效喉道體積/有效孔隙體積越大)，進(jìn)汞飽和度越大，驅(qū)油效率越高，油氣更易于開采。有效儲(chǔ)集空間和總進(jìn)汞飽和度呈良好的正相關(guān)性(見圖7)，當(dāng)有效儲(chǔ)集空間大時(shí)，總進(jìn)汞飽和度相對(duì)較大，驅(qū)油效率越高。由此可知，有效儲(chǔ)集空間和孔喉配置控制驅(qū)油效率，影響油田開發(fā)?？缀砼渲迷胶茫行?chǔ)集空間越大，驅(qū)油效率越高。

圖7 有效儲(chǔ)集空間和進(jìn)汞飽和度關(guān)系圖

4 結(jié)論

(1)合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層是超低滲-致密儲(chǔ)層，孔隙類型多樣，其中以殘余粒間孔、長(zhǎng)石溶孔和巖屑溶孔為主。

(2)研究區(qū)樣品毛管壓力曲線具有分選較差和歪度較細(xì)的特點(diǎn)，所以該區(qū)孔喉結(jié)構(gòu)多是大孔隙-微細(xì)喉型。滲透率不同的儲(chǔ)層孔隙半徑值大致相同，但喉道半徑值相差很大，故主要是喉道的大小及分布控制儲(chǔ)層物性，是控制油田采收率的主要影響因素。

(3)對(duì)比超低滲儲(chǔ)層和致密儲(chǔ)層特征，后者喉道半徑小且分布更加密集，小半徑喉道出現(xiàn)頻率很高，說明了致密儲(chǔ)層物性對(duì)喉道要求更高，開發(fā)難度更大，在油田開發(fā)時(shí)要特別重視喉道的保護(hù)與改良。

(4)有效儲(chǔ)集空間和孔喉配置控制驅(qū)油效率，油田開發(fā)過程中影響采收率?？缀砼渲迷胶?，有效儲(chǔ)集空間越大，驅(qū)油效率越高，油田開發(fā)過程中采收率就越高。

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