鄂爾多斯盆地板橋—合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層可動(dòng)流體賦存特征及影響因素

王夢(mèng)茜，孫　衛(wèi)，魏　虎

(1.大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安　710069；2.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安　710075)

在超低滲—低滲儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間中，巖性致密，喉道細(xì)小，孔隙與喉道連通性差，在滲流過(guò)程中有大部分流體被毛細(xì)管力束縛，具有較大開(kāi)發(fā)難度[1-3]。隨著國(guó)內(nèi)外近年來(lái)非常規(guī)油氣資源逐步被勘探開(kāi)發(fā)，核磁共振技術(shù)成為一項(xiàng)研究低滲透致密油藏的重要技術(shù)，能直觀地表征儲(chǔ)層內(nèi)的微觀孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙內(nèi)流體的性質(zhì)和狀態(tài)，測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果精確度高，目前被廣泛應(yīng)用于非常規(guī)油氣的研究[4-6]。結(jié)合恒速壓汞技術(shù)及巖心圖像分析技術(shù)，可以進(jìn)一步從微觀孔隙角度描述可動(dòng)流體的賦存特征。

研究區(qū)板橋—合水地區(qū)位于鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)西南部，長(zhǎng)6油層組為三疊系延長(zhǎng)組主力油層之一，油層分布穩(wěn)定且具有較可觀的含油性[7]；但受制于低滲透儲(chǔ)層特征的影響，儲(chǔ)層砂體展布不規(guī)則，物性較差，非均質(zhì)性強(qiáng)，水驅(qū)過(guò)程復(fù)雜多變，目前注采矛盾突出，開(kāi)發(fā)進(jìn)程緩慢[8-9]。本文結(jié)合板橋—合水地區(qū)長(zhǎng)6油層的儲(chǔ)層特征篩選代表性巖心樣本展開(kāi)鑄體薄片、核磁共振、恒速壓汞、掃描電鏡、X衍射及物性研究，對(duì)可動(dòng)流體在孔隙中的賦存狀態(tài)及其影響因素進(jìn)行研究。

1　研究區(qū)儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

本次研究采集研究區(qū)內(nèi)長(zhǎng)6油層共計(jì)697塊密閉巖心樣品進(jìn)行鑄體薄片鑒定。結(jié)果表明，板橋—合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層為巖屑長(zhǎng)石砂巖(圖1)，其石英體積分?jǐn)?shù)分布在15.4%～84.2%之間，平均值為41.2%；長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)分布在7.7%～54.8%之間，平均值為21%；巖屑以變質(zhì)巖和沉積巖巖屑為主，體積分?jǐn)?shù)介于4.3%～36.2%之間，平均值為16.6%(圖2)。

圖1　長(zhǎng)6儲(chǔ)層砂巖分類Fig.1　Sandstone classification of Chang-6 reservoir

圖2　長(zhǎng)6儲(chǔ)層碎屑成分及體積分?jǐn)?shù)Fig.2　Clastic rock composition of Chang-6 reservoir

板橋—合水地區(qū)的巖性主要為粒徑介于0.06～0.24 mm之間的細(xì)砂-極細(xì)砂巖；整體來(lái)看砂巖碎屑顆粒的分選中等，磨圓較差，形狀主要為次棱角狀，膠結(jié)方式以孔隙式、加大-孔隙式膠結(jié)為主(圖3)。

圖3　板橋—合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層主要膠結(jié)類型掃描電鏡圖片F(xiàn)ig.3　SEM photographs of main cementation type of Chang-6 reservoir, Banqiao-Heshui area

通過(guò)20塊試驗(yàn)樣品的X射線衍射試驗(yàn)結(jié)果得出，研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層砂巖中的填隙物主要由雜基和膠結(jié)物組成(圖4)，其成分主要有：水云母、綠泥石、鐵方解石、鐵白云石、方解石、硅質(zhì)及少量的高嶺石(圖5)。

圖4　板橋—合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層主要填隙物掃描電鏡圖片F(xiàn)ig.4　SEM photographs of main filler of Chang-6 reservoir, Banqiao-Heshui area

圖5　長(zhǎng)6儲(chǔ)層填隙物體積分?jǐn)?shù)(來(lái)自研究區(qū)采集巖樣20塊統(tǒng)計(jì)結(jié)果)Fig.5　Volume fraction of fillings in Chang-6 reservoir (from 20 rock core samples’ statistical results in study area)

2　可動(dòng)流體賦存特征

采用核磁共振試驗(yàn)研究可動(dòng)流體分布，其原理是利用帶正電的氫核在磁場(chǎng)中的自旋作用所產(chǎn)生的橫向弛豫時(shí)間T2，測(cè)量飽和水狀態(tài)時(shí)巖石孔隙的大小，T2弛豫時(shí)間越大，對(duì)應(yīng)的孔隙尺寸越大。根據(jù)前人研究的流體在巖石中流動(dòng)的弛豫時(shí)間界限，將巖石孔隙中的流體分為可動(dòng)流體與束縛流體[10-11]。低T2值代表氫核的弛豫時(shí)間較短，為微孔中的黏土束縛流體；中T2值代表氫核的弛豫時(shí)間中等，為小孔隙中的毛細(xì)管束縛流體和薄膜水；高T2值代表氫核的弛豫時(shí)間較長(zhǎng)，為大孔隙中的可動(dòng)流體。

本次使用Magnet2000核磁共振儀對(duì)研究區(qū)6塊砂巖樣品進(jìn)行核磁共振試驗(yàn)。如圖6所示，其橫坐標(biāo)表示弛豫時(shí)間T2，代表巖心樣品中的流體分子在孔隙壁中碰撞運(yùn)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)短，間接反映了孔隙尺寸的大??；縱坐標(biāo)表示不同弛豫時(shí)間對(duì)應(yīng)的不同T2信號(hào)的強(qiáng)度，間接反映了不同尺寸孔隙的體積。

前人根據(jù)鄂爾多斯盆地大量的砂巖巖心離心試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，將13.895 ms作為流體在巖石中流動(dòng)的T2弛豫時(shí)間界限(適用于表面親水砂巖巖心)[12-13]。巖石樣品中T2弛豫時(shí)間大于13.895 ms的孔隙中賦存的流體為可動(dòng)流體，T2弛豫時(shí)間小于13.895 ms的孔隙中賦存的流體為束縛流體。長(zhǎng)6儲(chǔ)層可動(dòng)流體分布范圍較大，但可動(dòng)流體飽和度不高，僅為35.31%。從6個(gè)樣品的T2譜曲線分布形態(tài)整體來(lái)看，研究區(qū)內(nèi)的T2譜整體形狀以單峰型和左峰高右峰低型為主，其中2、5、6號(hào)樣品呈現(xiàn)出雙峰形態(tài)，其儲(chǔ)層內(nèi)大小孔隙分布不均，同時(shí)存在微孔和大孔，主峰落在束縛流體區(qū)域，次峰位于可動(dòng)流體區(qū)；1、3、4號(hào)樣品呈現(xiàn)出單峰形態(tài)，其儲(chǔ)層內(nèi)的孔隙分布較為均勻，并且以微孔和小孔為主，大孔較少，可動(dòng)流體飽和度低。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外油氣田生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可以可動(dòng)流體飽和度的高低為標(biāo)準(zhǔn)將儲(chǔ)層從好到差劃分為5類[14]：可動(dòng)流體飽和度大于65%的，是Ⅰ類(好)儲(chǔ)層；可動(dòng)流體飽和度介于50%～65% 之間的，是Ⅱ類(較好)儲(chǔ)層；可動(dòng)流體飽和度介于35%～50%之間的，是Ⅲ類(中等)儲(chǔ)層；可動(dòng)流體飽和度介于20%～35%之間的，是Ⅳ類(較差)儲(chǔ)層；可動(dòng)流體飽和度小于20% 的，是Ⅴ類(差)儲(chǔ)層。依據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，板橋—合水地區(qū)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層以III類儲(chǔ)層和Ⅳ類儲(chǔ)層為主，本次試驗(yàn)的2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)樣品的可動(dòng)流體飽和度分別為42.72%、40.47%、37.03%，均在35%～50%之間，屬于Ⅲ類(中等)儲(chǔ)層；1號(hào)、5號(hào)、6號(hào)樣品的可動(dòng)流體飽和度分別僅為27.77%、29.89%、33.95%，均在20%～35%之間，屬于Ⅳ類(較差)儲(chǔ)層(表1，圖6)。

表1　板橋—合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層核磁共振可動(dòng)流體飽和度試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果Table 1　NMR experiment data results in Chang-6 reservoir, Banqiao-Heshui area

圖6　板橋—合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層樣品飽和水狀態(tài)下核磁共振T2譜的頻率分布Fig.6　T2 Curves of rock core samples in saturated water state of Chang-6 reservoir in Banqiao-Heshui area

3　可動(dòng)流體飽和度影響因素分析

在低滲—特低滲儲(chǔ)層中，影響儲(chǔ)層孔隙中可動(dòng)流體飽和度大小的因素較為復(fù)雜[15-16]。通過(guò)對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層背景資料的研究，長(zhǎng)6儲(chǔ)層呈現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性，導(dǎo)致油田開(kāi)發(fā)效果較差。宏觀地質(zhì)因素如沉積環(huán)境、成巖作用，微觀地質(zhì)因素如巖樣物性、巖石多孔介質(zhì)中的不同大小孔隙組合類型、儲(chǔ)層微裂隙的發(fā)育程度、上覆巖石的壓實(shí)作用、孔隙中膠結(jié)物的類型如碳酸鹽膠結(jié)作用及其含量、次生孔隙發(fā)育程度以及黏土礦物充填程度等微觀孔喉的發(fā)育程度及其配置等都在影響著可動(dòng)流體的賦存特征。此處主要研究?jī)?chǔ)層物性與微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)可動(dòng)流體飽和度的影響。

3.1　物性對(duì)可動(dòng)流體飽和度的影響

儲(chǔ)層的滲流能力是儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)的直接反映，越好品質(zhì)的儲(chǔ)層，其可動(dòng)流體飽和度越高。建立可動(dòng)流體飽和度與儲(chǔ)層物性參數(shù)(孔隙度、滲透率)的線性回歸方程，分別分析其相關(guān)程度，作出二者間相關(guān)性圖(圖7)。從圖中可以看出，孔隙度、滲透率與可動(dòng)流體飽和度的相關(guān)性弱，相關(guān)性系數(shù)分別為0.0685和0.098，存在大量無(wú)效孔隙，導(dǎo)致可動(dòng)流體飽和度與物性無(wú)明顯相關(guān)性?？傮w而言，儲(chǔ)層中孔喉的大小、分布范圍、有效孔隙體積等沉積、成巖作用控制，均會(huì)在不同程度上對(duì)可動(dòng)流體飽和度產(chǎn)生影響，所以，僅用物性參數(shù)來(lái)推出影響可動(dòng)流體飽和度變化的原因不具有較強(qiáng)的說(shuō)服力。除受儲(chǔ)層物性、巖樣和流體自身的物理化學(xué)特性等因素影響外，可動(dòng)流體飽和度受微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響較多。

圖7　板橋—合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層可動(dòng)流體飽和度與物性相關(guān)性Fig.7　Relationship of physical property of pore structure in Chang-6 reservoir and movable fluid saturation

3.2　微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)可動(dòng)流體飽和度的影響

目前，儲(chǔ)層微觀孔隙中可動(dòng)流體飽和度相差較大，受多重復(fù)雜因素共同影響，很難定量表征[17]。通過(guò)恒速壓汞試驗(yàn)，可獲得孔、喉特征參數(shù)，它能很好地反映儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，用于研究?jī)?chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)巖樣中可動(dòng)流體賦存分布的控制。

選取板橋—合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層8塊巖樣進(jìn)行恒速壓汞試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理得到孔、喉特征參數(shù)(表2)。據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示，板橋—合水地區(qū)的孔隙進(jìn)汞飽和度為25.78%，喉道進(jìn)汞飽和度為21.54%，單位體積喉道個(gè)數(shù)為1466.25個(gè)/cm3，而單位體積孔隙個(gè)數(shù)為1980.38個(gè)/cm3。據(jù)孔喉數(shù)量配置關(guān)系顯示，板橋地區(qū)平均孔隙半徑為132.52 μm；但喉道半徑相差較大，平均值為0.51 μm，孔喉半徑比平均為462.37。在孔喉特征參數(shù)中，引入單位體積孔喉數(shù)量配置比(單位體積孔隙個(gè)數(shù)與單位體積喉道個(gè)數(shù)的比值)，這一參數(shù)用來(lái)表征孔喉個(gè)數(shù)配置的差異。喉道半徑、孔喉數(shù)量配置比與可動(dòng)流體飽和度相關(guān)性系數(shù)分別為0.7693、0.5521，均呈正相關(guān)且相關(guān)性較好(圖8)。

表2　板橋—合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層恒速壓汞試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)Table 2　Constant velocity mercury injection experiment data of Chang-6 reservoir in Banqiao-Heshui area

孔隙與喉道之間的寬窄差異用孔喉半徑比來(lái)標(biāo)定，這個(gè)參數(shù)能直接導(dǎo)致滲透率產(chǎn)生較大變化。板橋地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的孔喉半徑比與可動(dòng)流體飽和度相關(guān)性系數(shù)達(dá)0.8918，呈負(fù)相關(guān)且相關(guān)性較好，這表明孔喉半徑比越小，孔隙半徑與喉道半徑的差異程度越低，孔喉均質(zhì)程度越強(qiáng)，總喉道進(jìn)汞量越大，可動(dòng)流體飽和度越大，儲(chǔ)層品質(zhì)越優(yōu)。但孔喉半徑比與孔隙度沒(méi)有顯示出明顯相關(guān)性。隨著孔喉半徑比的降低，儲(chǔ)層中流體的滲流能力和速率整體上升，為驅(qū)替出賦存在其中的油氣資源提供優(yōu)勢(shì)通道。綜合分析數(shù)據(jù)可知，板橋地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層中喉道半徑的大小、孔喉半徑比以及孔喉數(shù)量配置比是影響可動(dòng)流體飽和度的主要因素。

圖8　長(zhǎng)6儲(chǔ)層差異性孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與可動(dòng)流體飽和度的關(guān)系Fig.8　Relationship of characteristic parameters of pore structure in Chang-6 reservoir and movable fluid saturation

4　結(jié)論

(1)板橋—合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的可動(dòng)流體飽和度平均為35.31%，其核磁共振T2譜形態(tài)表現(xiàn)為雙峰型和單峰型，根據(jù)可動(dòng)流體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層主要為中等儲(chǔ)層(Ⅲ類)和較差儲(chǔ)層(Ⅳ類)。

(2)通過(guò)分析儲(chǔ)層物性對(duì)可動(dòng)流體賦存特征的影響得出：儲(chǔ)層物性不能作為判別低—特低滲透儲(chǔ)層可動(dòng)流體的賦存狀況以及可動(dòng)流體飽和度高低的特征參數(shù)。

(3)致密砂巖儲(chǔ)層復(fù)雜的微觀孔隙結(jié)構(gòu)是影響低滲透儲(chǔ)層可動(dòng)流體賦存的主導(dǎo)因素之一。儲(chǔ)層中喉道半徑越大，單位體積內(nèi)喉道數(shù)量越多，孔喉半徑比越小，孔喉連通性越好，孔隙內(nèi)部流體越容易發(fā)生流動(dòng)，可動(dòng)流體含量越高。