致密砂巖儲層微觀孔隙結構特征分析
——以鄂爾多斯盆地姬塬長7致密儲層為例

王 偉，侯 濤，丁新燕

(1.榆林學院 化學與化工學院，陜西 榆林 719000；2.長慶油田 第一采油廠，陜西 延安 716000)

隨著全球油氣勘探開發(fā)的進展，致密油藏已成為了全球油氣勘探的重要組成部分，鄂爾多斯盆地作為我國第二大沉積盆地[1]，對我國油氣的產(chǎn)出有著重要的貢獻。中生界上三疊統(tǒng)延長組是鄂爾多斯盆地主要的石油開發(fā)層段，其三疊系長7油層組發(fā)育致密砂巖油藏，是目前油氣勘探開發(fā)的熱點[2-7]，2014年在鄂爾多斯盆地西部發(fā)現(xiàn)了致密油儲量超億噸級的新安邊大油田，表明該區(qū)域具有巨大的資源潛力。長7致密油藏與超低滲油藏的孔喉結構差異較大，研究致密油藏孔隙結構是進行大規(guī)模穩(wěn)產(chǎn)開發(fā)的前提[8-10]。

本文以姬塬地區(qū)長7層為例，在前人研究基礎上，利用鑄體薄片、掃描電鏡、常規(guī)壓汞和恒速壓汞，對研究區(qū)致密砂巖儲層孔喉結構特征進行研究，并結合孔隙結構參數(shù)與物性相關性，建立了長7致密砂巖儲層定量分類標準，為致密砂巖開發(fā)提供指導。

1 區(qū)域地質概況

晚三疊世延長組時，鄂爾多斯盆地為大型內(nèi)陸盆地，發(fā)育一套湖進到湖退的沉積體系，從上到下可以分為長1～長10十個油層組，其中長7沉積時湖盆發(fā)育到鼎盛，主要發(fā)育半深湖-深湖沉積和三角洲沉積[11-16]。

圖1 研究區(qū)構造位置

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西部，如圖1所示，構造東高西低，整體平緩，由于差異壓實作用，在局部形成起伏較小，軸向近東西或北東-南西向的鼻狀隆起。研究區(qū)位于長7湖盆的中心，長7油層組從下到上可以劃分為長73、長72和長71，從長73到長71湖盆逐漸變淺，長73主要為半深湖-深湖沉積，以濁流沉積為主，長72和長71主要為三角洲前緣沉積，以水下分流河道為主。

研究區(qū)長7油層組砂體厚約20～40 m，油藏埋深1500～1700 m，油藏主要發(fā)育在長71和長72油層組中。通過巖心和鑄體薄片觀察，巖石主要為灰色、灰褐色極細-細粒巖屑質長石砂巖，石英含量為28.15%，長石含量為35.71%，巖屑含量為19.32%。粒度分選中等，碎屑顆粒為次棱角狀，膠結類型以加大-孔隙型為主。填隙物以伊利石、綠泥石和鐵方解石為主。儲層孔隙度平均值為8.48%，滲透率平均值為0.23×10-3μm2，儲層孔喉狹小，粘土礦物含量高，為典型致密砂巖油藏。

2 孔喉類型

受沉積作業(yè)和成巖作用影響，儲層孔喉致密，其中研究區(qū)機械壓實作用強烈，黑云母呈流體狀擠入孔隙中或定向排列，如圖2(a)，損失的孔隙度平均為19.69%，平均視壓實率為54.84%，屬于強壓實。壓溶作用主要表現(xiàn)為石英、長石的次生加大，如圖2(b)，使得顆粒間的接觸關系由最初的點接觸演化到以點-線或線接觸為主，如圖2(c)，少量凹凸接觸甚至縫合線接觸，這一過程使得孔隙空間進一步壓縮，喉道變窄，配位數(shù)減少，孔隙的連通性變差。

儲層填隙物含量高，主要為碳酸鹽礦物和自生粘土礦物，還有少量的硅質膠結物。平均含量15.3%，填隙物填充在孔隙喉道中，堵塞孔隙。

通過鑄體薄片及掃描電鏡等測試，研究區(qū)長7砂巖孔隙類型主要以粒間孔和長石溶孔為主，其余為巖屑溶孔、晶間孔和微裂縫等。

研究區(qū)面孔率平均為2.11%，粒間孔含量為0.91%，長石溶孔含量為0.98%，巖屑溶孔含量為0.08%，晶間孔等含量為0.14%。

(a)H197，長72，2086m，云母定向排列；(b)H36井，2316m,長71，石英次級加大；(c)C99,2267m,長71，顆粒狀-點狀接觸；(d)G275,長71,2404m，剩余粒間孔發(fā)育；(e)H212,2479m,長71，巖石中溶孔發(fā)育；(f)H232,2722m,長72,片狀喉道。

圖2姬塬地區(qū)長7儲層微觀孔隙結構

研究區(qū)粒間孔形態(tài)多為三角形和不規(guī)則多邊形，如圖2(d)。粒間孔中有綠泥石等填隙物，降低孔隙含量。長石溶孔形態(tài)以港灣狀等不規(guī)則形狀為主，是成巖過程中酸性流體侵入巖石中形成，如圖2(e)。研究區(qū)喉道類型以片狀為主如圖2(f)，另外有管束狀、點狀喉道、縮頸喉道等。

3 孔喉特征

3.1 毛細管力

兩種相反方向的壓力控制著油氣的圈閉作用：浮力使密度較低的流體向上運動，而毛細管力使密度較大的流體向下運動，在同一儲層中，如果Pb(浮力)比Pc(毛細管力)小，烴類就不能向上運移排替孔隙空間里面的水，那么孔隙中就會完全充滿水(Sw=100%)。當Pb比Pc大時，孔隙中將含有油氣，這些油氣是向上運移并排替孔隙空間水(Sw<100%)。毛細管力取決于毛細管界面兩邊的壓力差(圖3)，因此毛細管力與孔隙大小成反比，在較小孔隙中，需要更大的毛細管力來使非潤濕相驅替潤濕相流體，因此潤濕相流體更容易保留在孔隙空間中或者進入孔隙空間。在較大孔隙中，非潤濕相流體更容易進入孔隙空間。毛細管力從微觀上決定儲層的儲集能力及流體在儲層中的運移。

(a)毛細管力和浮力原理圖。油氣由浮力驅動向上運移(水和氣之間的密度不同)，浮力與毛細管力壓力(最大喉道的排驅壓力)作用方向相反；(b)儲層不同的含水飽和度(Sw)，這取決于浮力(Pb)和毛細管力(Pc)的相互關系。當PbPc，向上的浮力驅使油氣到儲層中排水。
圖3毛細管力和浮力示意圖

3.2 常規(guī)壓汞

3.2.1 常規(guī)壓汞特征

我們通過壓汞測試測試毛細管力，從而分析研究區(qū)長7致密儲層的孔喉空間，研究區(qū)常規(guī)壓汞曲線排驅壓力高，中值壓力中等，曲線整體表現(xiàn)為左偏移，表明孔喉分選性差，曲線中段斜度變化大，平臺性差，表明儲層喉道半徑分布范圍大，整體儲層孔隙結構較差。

通過對研究區(qū)28塊樣品常規(guī)壓汞測試，研究區(qū)排驅壓力較高，平均值為1.64 MPa；中值壓力平均值為10.21 MPa，中值半徑平均值為0.14 μm，均值系數(shù)平均值為11.42；孔喉歪度系數(shù)平均為0.96，喉道偏粗歪度；孔喉分選系數(shù)平均值為1.91，表明孔隙結構非均質中等；最大進汞飽和度平均值為72.96%；退汞效率平均為29.05%，驅油效率中等。

3.2.2 常規(guī)壓汞參數(shù)與物性相關性

常規(guī)壓汞參數(shù)可以反應儲層的孔隙結構，研究致密砂巖儲層常規(guī)壓汞參數(shù)與儲層物性的相關性，可以更好的對儲層進行評價，并建立相應的儲層分類標準。通過樣品的分析測試，分選系數(shù)、中值半徑、排驅壓力和退汞效率與儲層物性相關性較高。

(1)分選系數(shù)

分選系數(shù)是反應孔喉分選性的參數(shù)。從分選系數(shù)和儲層物性相關性可以看出(圖4)，分選系數(shù)和儲層孔隙度相關性較好，分選系數(shù)越低，儲層孔喉分選性越好，儲層孔隙度越大。分選系數(shù)與儲層滲透率相關性較差，分選系數(shù)較低時(<1.5)，儲層孔喉分布均勻，因此部分儲層滲透率較高，但較低分選系數(shù)會導致部分儲層孔喉細小，流體流動能力差，因而部分儲層滲透率較低，隨著分選系數(shù)變大(1.5<分選系數(shù)<2.5)，部分細小孔喉變大，雖然分選型變差，但滲透率增大，當分選系數(shù)較大時(>2.5)，儲層分選性很差，孔喉大小不一，滲透率也較低。

(a)分選系數(shù)與滲透率相關圖 (b)分選系數(shù)與孔隙度相關圖

圖4分選系數(shù)和物性關系

(2)中值半徑

中值半徑是反應孔喉大小的參數(shù)，它說明大于和小于該值的孔喉各占一半，主要反映儲層孔喉分布的集中趨勢。中值半徑和儲層孔隙度和滲透率相關性較好，隨著中值半徑的增大，儲層物性也隨之變好，如圖5所示。

(a)中值半徑與滲透率相關圖 (b)中值半徑與孔隙度相關圖

圖5中值半徑和物性關系

(3)排驅壓力

研究區(qū)長7致密砂巖儲層排驅壓力與儲層物性有一定相關性(圖6)，隨著排驅壓力增大，儲層物性逐漸變差，排驅壓力主要受最大連通孔隙喉道、孔喉的連通性影響，因此相比于孔隙度，排驅壓力與滲透率相關性更好。

(a)排驅壓力與滲透率相關圖 (b)排驅壓力孔隙度相關圖

圖6排驅壓力和物性關系

(4)退汞效率

從退汞效率和排驅壓力都是反映孔喉連通性和滲流能力的參數(shù)，通過退汞效率與物性相關性來看(圖7)，退汞效率與滲透率相關性較好，與孔隙度沒有相關性。在退汞效率較低(<30%)時，儲層滲透率較低，喉道微小，制約著儲層中流體流動，從而影響退汞效率。

(a)退汞效率與滲透率相關圖 (b)退汞效率與孔隙度相關圖

圖7退汞效率和物性關系

4 結論

(1)研究區(qū)長7致密砂巖孔喉微小，以粒間孔和長石溶孔為主，粒間孔含量為0.91%，長石溶孔含量為0.98%，喉道以片狀喉道為主，另外有管束狀、點狀喉道、縮頸喉道等。

(2)從研究區(qū)長7常規(guī)壓汞可以看出壓汞曲線排驅壓力高，中值壓力中等，曲線整體表現(xiàn)為左偏移，表明孔喉分選性差。曲線中段斜度變化大，平臺性差，表明儲層喉道半徑分布范圍大，整體儲層孔隙結構較差。從恒速壓汞結果看出，平均喉道半徑、有效孔隙體積、有效喉道體積狹小。

(3)從各個孔喉結構參數(shù)和物性相關性來看，常規(guī)壓汞參數(shù)中分選系數(shù)、中值半徑、排驅壓力、退汞效率和物性相關性較好。