恒速壓汞技術(shù)在定邊長7致密砂巖儲層微觀孔喉空間表征中的應(yīng)用

張 鵬,張金功,趙謙平,暢 斌,張 亮,高 飛,曹 成,李 康

(1.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系, 陜西 西安 710069,2.陜西延長石油(集團)有限責(zé)任公司研究院,陜西 西安 710075)

恒速壓汞技術(shù)是現(xiàn)在用于表征儲集層巖石微觀孔喉空間特征最先進的技術(shù)之一,和常規(guī)壓汞技術(shù)[1-2]進行對比,其采用準(zhǔn)靜態(tài)進汞技術(shù)(進汞速度為0.000 001 mL/s),對孔隙、喉道和孔喉半徑比的大小以及分布進行更為準(zhǔn)確的表征及劃分[3-7],克服了常規(guī)壓汞技術(shù)難以區(qū)別孔隙、喉道以及難以對孔喉空間進行表征的局限性。恒速壓汞技術(shù)更適用于微觀孔隙和喉道[8-11]性質(zhì)差異比較大的致密砂巖儲層；與常規(guī)油氣儲集層相比,致密砂巖儲集層的孔喉空間展布更為復(fù)雜多變[12-17],對儲集層的物性影響更為明顯?；谏鲜隹紤],本文采用常規(guī)物性測試、掃描電鏡、鑄體薄片、恒速壓汞技術(shù),對鄂爾多斯盆地西北部定邊地區(qū)長7致密砂巖油藏儲集層的孔隙、喉道以及孔喉半徑比等特征開展深入的表征,進一步分析了儲集層微觀孔喉空間分布與物性的相關(guān)性特征,主要揭示了長7致密砂巖儲集層微觀孔喉空間展布的特征,并為此類儲集層精準(zhǔn)地進行儲層評價提供理論支撐。

1 恒速壓汞實驗簡介及樣品信息

1.1 恒速壓汞實驗簡介

本次實驗采用的恒速壓汞設(shè)備是由美國Coretest Systems公司生產(chǎn)的ASPE-730型儀器,該設(shè)備以非常低的速度將汞注入巖石孔隙空間(其進汞速度為0.000 001 mL/s),如此低的進汞速度保證了準(zhǔn)靜態(tài)進汞過程的發(fā)生。當(dāng)注入汞從孔隙進入喉道時,注入壓力逐步升高,達到一定的程度時,注入壓力高于喉道處的毛細(xì)管力,汞突破喉道的控制,進入下一個孔隙,注入壓力瞬間回落,并且進入下一個壓力漲落的循環(huán)。通過相關(guān)設(shè)備記錄進汞壓力的漲落變化以及注入汞的體積,從而識別出孔隙、喉道以及孔喉的配置關(guān)系,并計算出孔隙和喉道的大小及分布特征。

實驗具體步驟為: ① 選取研究區(qū)塊目的層段需要進行測試的典型樣品; ② 利用巖心鉆取機鉆取直徑為2.5 cm, 高5～7 cm的圓柱體樣品; ③ 對巖心進行洗油、烘干處理,進行常規(guī)物性測試;④ 將樣品抽真空后浸泡在汞液當(dāng)中,放在恒速壓汞設(shè)備中,以很低的速度注入汞,通過相關(guān)設(shè)備記錄壓力的變化以及注入汞體積等相關(guān)參數(shù),對數(shù)據(jù)進行處理;⑤ 當(dāng)壓力達到約6.2 MPa時，實驗結(jié)束。

1.2 樣品信息及結(jié)果

鄂爾多斯盆地定邊油區(qū), 位于陜西省榆林市定邊縣行政區(qū)域內(nèi), 處于鄂爾多斯盆地湖盆沉積中心的西北部地區(qū)。 本研究區(qū)域的構(gòu)造特征比較簡單,為由東向西的西傾單斜,在單斜的基礎(chǔ)上發(fā)育有低幅度鼻狀構(gòu)造,沒有斷層發(fā)育,平均坡降為8～10 m。本研究的主要層位為中生界上三疊統(tǒng)延長組長7油層,主要發(fā)育三角洲前緣沉積與重力流沉積,三角洲前緣沉積以水下分流河道砂體為主;重力流沉積以砂質(zhì)碎屑流砂體為主,濁積砂體和滑塌巖次之。

根據(jù)研究區(qū)延長組長7油層87塊鑄體薄片的觀察統(tǒng)計可知(見圖1),儲集層巖性主要為灰色、灰黑色、黑色中—細(xì)粒巖屑長石砂巖,少量長石巖屑砂巖以及長石砂巖。從組成巖石的各種礦物成分來看,碎屑顆粒含量較高,質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到了88.1%,其中長石質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大,約為36.3%;石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)次之,約為31.1%;巖屑主要由變質(zhì)巖巖屑、火成巖巖屑、少量沉積巖巖屑及云母組成,質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20.7%?；诔蓭r壓實作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶解作用的共同作用,儲集層孔隙結(jié)構(gòu)尺度復(fù)雜多樣,儲集層目的層段物性差。

圖1 定邊地區(qū)長7儲層巖石類型Fig.1 Rock type of the Chang 7 reservoir in the Dingbian area

選取巖樣時,主要根據(jù)儲層沉積相、巖性、物性以及控制全區(qū)等多種影響因素。本研究共選取了儲集層14塊樣品進行了恒速壓汞測試(見表1)。由表1可知，儲集層14塊巖樣的孔隙度分布范圍為1.1%～19.4%,平均為8.56%;儲集層滲透率的分布范圍為(0.006～3.728)×10-3μm,平均為0.568×10-3μm,屬于特低滲透、超低滲透儲集層。其中，儲集層巖樣滲透率小于0.01×10-3μm2有1塊,儲集層巖樣滲透率位于(0.01～0.10)×10-3μm2的有7塊,儲集層巖樣滲透率位于(0.10～0.50)×10-3μm2的有3塊,儲集層巖樣滲透率位于(0.50～4.00)×10-3μm2的有3塊。從主要實驗測試結(jié)果(見表1)可以看出,儲集層14塊樣品的平均孔隙半徑為112.94～153.01 μm,平均喉道半徑分布范圍0.20～1.94 μm,平均孔喉半徑比64.2～740.5。隨著儲集層滲透率的增大,平均孔隙半徑差異不大,平均喉道半徑有增大的趨勢,平均孔喉半徑比有減小的趨勢。

表1 實驗樣品主要參數(shù)統(tǒng)計Tab.1 Statistics of main parameters of experimental samples

2 孔隙特征分析

2.1 孔隙類型

通過掃描電鏡的圖像分析可知，定邊油區(qū)長7致密油藏孔隙主要有5種類型，分別為溶蝕粒間孔、殘余粒間孔、粒內(nèi)溶孔、微孔隙、微裂隙(見圖2):① 溶蝕粒間孔隙(見圖3B)為主要的孔隙類型,是在成巖過程中，碎屑之間，顆粒因部分填隙物和碎屑發(fā)生溶解而形成的孔隙空間，以碎屑顆粒及膠結(jié)物溶蝕為主(見圖3H),溶蝕嚴(yán)重,面孔率最大為9.1%,占總孔隙的60%～78%,平均為74.1%;② 殘余粒間孔隙(又叫原生粒間孔,見圖3A)是砂巖沉積物在成巖過程中，粒間孔隙被填隙物充填改造后形成的孔隙類型。研究區(qū)主要由伊利石、綠泥石充填孔隙(見圖3G，I)，殘余粒間孔較少,約為總孔隙的2.1%～8.2%,平均為6.1%;③ 粒內(nèi)溶孔是砂巖碎屑顆粒在埋藏成巖過程中，部分孔隙因溶蝕而產(chǎn)生的儲存空間。 長石和部分巖屑內(nèi)溶孔居多, 石英次之， 為總孔隙的9.4%～19.1%,平均為13.4%,巖性致密程度較差(見圖3D);④ 微孔隙(見圖3C)是填隙物局部易溶解而形成的溶蝕孔隙,填隙物雜基內(nèi)部由于收縮形成的微小空間(見圖3F),約為總孔隙的3.3%;⑤ 微裂隙(見圖3C)是由于裂縫(裂隙)局部溶蝕作用形成的儲存空間,約為總孔隙的3.1%。溶蝕裂縫較小,次生加大顆粒溶蝕(見圖3E)，較好地改善了儲集層的物性及滲流通道。

圖2 定邊地區(qū)長7儲層主要孔隙類型統(tǒng)計Fig.2 Main pore type of the Chang 7 reservoir in the Dingbian area

A 18號樣品,2 221.73 m,粒間孔,鑄體薄片;B 44號樣品,2 295.10 m, 溶孔, 鑄體薄片; C 8號樣品, 2 119.0 m,微裂縫,鑄體薄片;D 135號樣品,2 486.33 m,巖屑長石砂巖、巖性致密程度較差,掃描電鏡;E 132號樣品,2 499.95 m,巖屑長石砂巖、次生加大顆粒溶蝕,掃描電鏡;F 23號樣品,2 222.51 m，長石砂巖、長石顆粒溶蝕,掃描電鏡;G 18號樣品,2 221.73 m,長石巖屑砂巖、伊利石充填孔隙,掃描電鏡;H 47號樣品,2 295.40 m,巖屑長石砂巖、高嶺石充填孔隙,掃描電鏡;I 228號樣品,2 300.68 m,長石巖屑砂巖、綠泥石充填孔隙,掃描電鏡 圖3 定邊地區(qū)長7儲層空間類型Fig.3 The space type of the Chang 7 reservoir in the Dingbian area

2.2 孔隙特征分析

從儲集層14塊巖樣孔隙半徑分布范圍曲線(圖4)可知,不同滲透率級別的巖樣,儲集層孔隙半徑都基本符合正態(tài)分布特征,其分布范圍基本接近、峰值分布頻率差異較大?？紫栋霃交痉植荚?5～240μm,主要分布在90～160μm;峰值分布在115μm左右,曲線在峰值的左邊比較陡峭、右邊比較平緩。

圖4 孔隙半徑分布曲線Fig.4 Pore radius distribution curve

通過對儲集層14塊樣品孔隙半徑進行加權(quán)平均,得出平均孔隙半徑分布范圍為112.94～153.01 μm。由儲集層平均孔隙半徑和物性的相關(guān)關(guān)系(見圖5)可得,伴隨著孔隙度、滲透率數(shù)值的增加,平均孔隙半徑的規(guī)律性變化不顯著,說明其儲集層平均孔隙半徑和物性的相關(guān)性差。

圖5 平均孔隙半徑和物性相關(guān)關(guān)系圖Fig.5 Average pore radius and physical properties correlation diagram

儲集層有效孔隙體積(連通孔隙體積)體現(xiàn)的是儲集層儲集能力的大小,單位體積巖樣的有效孔隙體積越大,說明儲集能力越強。由儲集層單位體積的巖樣有效孔隙體積和物性相關(guān)關(guān)系(見圖6)可以看出,隨著孔隙度、滲透率數(shù)值的增加,單位體積的巖樣有效孔隙體積也逐步升高,儲集能力也逐漸升高，說明研究區(qū)致密儲集層具有較好的物性參數(shù)。

3 喉道特征分析

圖7是14個樣品的喉道半徑分布曲線。由圖7可知,儲集層14塊巖樣的喉道半徑形態(tài)分布差異比較大,伴隨著滲透率的增加,喉道半徑分布范圍逐步增寬,小喉道所占的比例逐漸減少,大喉道所占的比例逐漸增加,并且喉道半徑的峰值分布頻率也逐漸減小。當(dāng)儲集層巖樣滲透率小于0.01×10-3μm2時,喉道半徑分布范圍為0.2～0.6 μm,大部分?jǐn)?shù)值小于0.4 μm；當(dāng)儲集層巖樣滲透率位于(0.01～0.1)×10-3μm2時,喉道半徑范圍0.2～0.7 μm,大部分喉道半徑小于0.5 μm;當(dāng)儲集層巖樣滲透率位于(0.10～0.50)×10-3μm2時,喉道半徑范圍為0.2～1.7 μm,大部分?jǐn)?shù)值小于14 μm;當(dāng)儲集層巖樣滲透率大于0.50×10-3μm2時,喉道半徑分布范圍為0.2～5.0 μm,大部分?jǐn)?shù)值小于45 μm。

圖6 單位體積巖樣有效孔隙體積和物性相關(guān)關(guān)系圖Fig.6 Effective pore volume and physical properties per unit volume of samples of correlation diagram

圖7 喉道半徑分布曲線Fig.7 Throat radius distribution curve

從儲集層巖樣的平均喉道半徑和物性的相關(guān)關(guān)系可以看出(見圖8),目的層14塊巖樣的平均喉道半徑、孔隙度及其滲透率都有相關(guān)性聯(lián)系,平均喉道半徑0.20～1.94 μm。與其儲集層孔隙度進行比較,平均喉道半徑和滲透率的相關(guān)性更好,也體現(xiàn)出了喉道半徑對滲透率的變化最為敏感,對其滲透率起主導(dǎo)作用。

通過對儲集層孔隙半徑、喉道半徑和物性的相關(guān)性進行分析對比可以看出，對致密儲集層而言,孔隙半徑對物性的影響較小,喉道半徑對物性的影響較大,喉道半徑對儲集層物性的好壞起到關(guān)鍵性的作用。

圖8 平均喉道半徑和物性相關(guān)關(guān)系圖Fig.8 Relationship between average throat radius and physical properties

由儲集層14塊巖樣不同數(shù)值的喉道半徑對滲透率的貢獻曲線可知(見圖9),當(dāng)儲集層巖樣的滲透率小于0.01×10-3μm2時,滲透率主要由喉道半徑小于0.4 μm的所貢獻;當(dāng)儲集層巖樣滲透率位于(0.01～0.10)×10-3μm2時,滲透率主要由喉道半徑小于0.5 μm的所貢獻;當(dāng)儲集層巖樣滲透率位于(0.10～0.50)×10-3μm2時,喉道半徑有所變寬,滲透率主要由喉道半徑介于0.4～1.4 μm的所貢獻;當(dāng)儲集層巖樣滲透率大于0.50×10-3μm2時,喉道半徑變得更加寬泛,滲透率主要由喉道半徑介于0.5～4.5 μm的所貢獻。這充分說明,隨著滲透率的增大,小喉道對滲透率的貢獻所起的作用逐漸減弱,同時大喉道對儲集層滲透率的貢獻所起的作用逐漸增強。

圖9 喉道對滲透性貢獻率圖Fig.9 Contribution ratio of throat to permeability

4 孔喉配置關(guān)系分析

恒速壓汞技術(shù)對研究區(qū)儲集層14塊巖樣進行的測試,不但可以得到巖樣的孔隙、喉道的分布狀況,而且可以得到孔喉的配置關(guān)系。由儲集層14塊巖樣的孔喉半徑比分布范圍曲線(見圖10)可得,孔喉半徑比分布范圍比較寬,從10～1 250都有分布,其孔喉半徑比峰值從大到小分別為640，600，600，550，550，500，450，400，200，170，130，90，90，20。隨著巖樣滲透率的增加,孔喉半徑比峰值逐步向小值區(qū)域移動且移動速度逐漸加快,孔喉半徑比峰值分布于大值區(qū)域的數(shù)量逐漸減少,分布于小值區(qū)域的數(shù)量逐漸增加。

圖10 孔喉半徑比分布曲線Fig.10 Pore to throat radius ratio distribution curve

油氣田儲集層開發(fā)的好與壞,主要與孔隙、喉道的配置密切相關(guān)。如果儲集層孔喉半徑比小，孔喉分選性好,就會取得比較好的開發(fā)效果。儲集層孔喉半徑比較小的時候,大孔隙與小喉道連通,油氣不易通過小喉道,其驅(qū)替過程中容易造成卡段;孔喉半徑比較大的時候,大孔隙和大喉道相連,油氣通過喉道比較容易。由此可見,對于致密油藏而言,孔喉半徑比整體比較大,壓裂是改善油氣滲流通道的主要途徑，其改變了儲層的孔喉配置關(guān)系,進而達到油氣田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。

5 結(jié) 論

1)定邊油區(qū)長7致密砂巖油藏孔隙類型主要為殘余粒間孔隙、溶蝕粒間孔隙、粒內(nèi)溶孔、微孔隙、微裂隙。

2)研究區(qū)致密砂巖儲集層的孔隙半徑分布范圍為65～240 μm,孔隙半徑的差異不顯著,儲集層孔隙半徑和物性的相關(guān)性不明顯。儲集層單位體積巖樣的有效孔隙體積較大時,物性較好,儲存能力較強。

3)研究區(qū)致密砂巖儲集層的喉道半徑形態(tài)分布伴隨著滲透率的不同而差異比較大,基本上都小于5 μm。當(dāng)儲集層滲透率較小時,喉道半徑分布比較集中且較小,小喉道占主導(dǎo)作用;隨著儲集層滲透率的增加,喉道半徑分布逐步增寬,大喉道的占比逐漸增加，對滲透率的貢獻逐漸增強,小喉道的占比逐漸減小，對滲透率的貢獻逐漸減弱。喉道半徑是制約和影響儲集層物性的關(guān)鍵因素,與物性的相關(guān)性較好。

4)研究區(qū)致密砂巖儲集層孔喉半徑比為10～1 250,分布范圍比較寬。隨著儲集層滲透率的增大,孔喉半徑比分布范圍逐漸減小。

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