濱里海盆地東緣石炭系碳酸鹽巖儲集層孔喉結(jié)構(gòu)特征及對孔滲關(guān)系的影響

李偉強，穆龍新，趙倫，李建新，王淑琴，范子菲，邵大力，李長海，單發(fā)超，趙文琪，孫猛

（1. 中國石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；2. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3. 北京大學地球與空間科學學院，北京 100871）

0 引言

全球超過 60%的石油產(chǎn)量和 40%的天然氣產(chǎn)量產(chǎn)自碳酸鹽巖，碳酸鹽巖是非常重要的油氣儲集層[1-3]，勘探開發(fā)潛力十分巨大。相比碎屑巖儲集層，碳酸鹽巖儲集層經(jīng)歷了更加復雜的沉積、成巖和構(gòu)造疊加改造作用，形成了多尺度和多類型的孔隙、溶蝕孔洞和裂縫等儲集空間，以及多樣的組合方式[4-5]，發(fā)育了復雜的孔喉結(jié)構(gòu)，非均質(zhì)性極強。復雜的孔喉結(jié)構(gòu)導致碳酸鹽巖儲集層孔滲關(guān)系復雜化[6-9]，高孔低滲及孔隙度相近、滲透率相差多個數(shù)量級的現(xiàn)象普遍化[5,10-12]。復雜的孔喉結(jié)構(gòu)給儲集層孔滲關(guān)系確定、儲集層儲集和產(chǎn)油能力評價[12-13]及儲集層保護工作開展[14]帶來諸多挑戰(zhàn)，嚴重制約了儲集層綜合評價和高效開發(fā)，深入開展孔喉結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)、定量研究，對于油氣田勘探開發(fā)意義重大。

前人針對碳酸鹽巖孔喉結(jié)構(gòu)的研究主要集中在不同類型儲集層（孔隙型為主，孔洞型和孔洞縫型很少）和不同巖性（灰?guī)r為主，白云巖很少）背景下發(fā)育的孔喉結(jié)構(gòu)特征和差異的控制因素方面[5,12-13,15-19]，以及應用高壓壓汞、圖像分析和分形維數(shù)等多種方法揭示孔喉結(jié)構(gòu)對儲集層孔滲關(guān)系的影響[5,8,10-11,20-25]，這些成果對于碳酸鹽巖儲集層孔喉結(jié)構(gòu)研究具有重要的推進作用，尤其是針對巖性以灰?guī)r為主的孔隙型碳酸鹽巖儲集層孔喉結(jié)構(gòu)，前人已取得了較為深入的認識，但針對巖性以白云巖為主、灰?guī)r及過渡巖性并存，并且孔隙、溶洞、裂縫等儲集空間類型均發(fā)育的復雜碳酸鹽巖孔喉結(jié)構(gòu)而言，目前仍存在以下 3個問題：①缺少一套針對該類碳酸鹽巖孔喉結(jié)構(gòu)的分類、描述和定量表征方法；②該類碳酸鹽巖孔喉結(jié)構(gòu)差異的主控因素尚待揭示；③復雜碳酸鹽巖發(fā)育多種成因的儲集層，而針對不同類型儲集層的孔喉結(jié)構(gòu)特征及對各類儲集層孔滲關(guān)系影響的研究十分匱乏。

本文以濱里海盆地東緣北特魯瓦油田石炭系碳酸鹽巖儲集層為例，綜合24口取心井巖心的各項測試分析數(shù)據(jù)，在調(diào)研前人研究成果的基礎(chǔ)上，圍繞孔洞縫型、孔洞型、裂縫-孔隙型和孔隙型4類碳酸鹽巖儲集層，開展薄片和掃描電鏡觀察等巖石學和儲集空間類型分析，以及常規(guī)物性、高壓壓汞和各類地球化學測試分析等孔喉結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)、定量研究，探究碳酸鹽巖儲集層微觀孔喉結(jié)構(gòu)的分類、描述和定量表征方法，分析孔喉結(jié)構(gòu)差異的主控因素及其對不同類型儲集層孔滲關(guān)系的影響，以期為復雜碳酸鹽巖儲集層分類評價和準確建立孔滲關(guān)系提供有效指導，進而優(yōu)化開發(fā)方式，提出針對性的挖潛策略，最終提高油氣田采收率。

1 研究背景

濱里海盆地是世界主要含油氣盆地之一，具有“沉降速率快、沉積厚度大”的特征[26]，目前已在二疊系鹽層下部發(fā)現(xiàn)了阿斯特拉罕、田吉茲、卡莎甘、讓那若爾、肯基亞克和北特魯瓦等一系列大型、特大型碳酸鹽巖油氣田[27-28]（見圖 1）。北特魯瓦油田位于盆地東部的延別克—扎爾卡梅斯隆起帶（見圖 1），石炭系發(fā)育淺海碳酸鹽臺地沉積，縱向上自上而下包括 KT-I層和KT-II層兩套含油層系，其中KT-I層包括А1—А3、Б1—Б2、В1—В5共10個小層，主要發(fā)育局限臺地和開闊臺地相，微相包括潟湖、云坪、粒屑灘、臺內(nèi)灘、灘間海等[5,26]（見圖 2）。盆地東緣整體為北東—南西走向的斷背斜構(gòu)造，在晚石炭世受到海西構(gòu)造運動影響，導致KT-I層頂部碳酸鹽巖地層整體抬升并遭受區(qū)域性暴露剝蝕，部分井缺失A1和A2小層。

研究區(qū)KT-I層巖性較為復雜，主要由晶粒云巖、顆粒云巖、顆?；?guī)r、巖溶角礫灰（云）巖、云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)云巖和泥灰?guī)r等構(gòu)成（見圖 2）。儲集空間類型多樣，以晶間（溶）孔和體腔孔為主，粒間（溶）孔和鑄?？状沃?，其余孔隙類型較少（見圖3a）；溶洞和裂縫也較為發(fā)育，其中裂縫主要為溶蝕縫（見圖3a）。喉道類型主要發(fā)育孔隙縮小型喉道、片狀喉道、管束狀喉道和網(wǎng)絡狀喉道（見表1）。

圖1 濱里海盆地區(qū)域構(gòu)造圖

圖2 北特魯瓦油田石炭系KT-I層綜合柱狀圖

依據(jù)儲集空間的發(fā)育類型、組合方式和占比，將研究區(qū)儲集層劃分為孔洞縫型、孔洞型、裂縫-孔隙型和孔隙型儲集層4大類（見表1），進而通過統(tǒng)計壓汞柱塞對應薄片中的儲集空間定量信息完成對壓汞柱塞儲集層類型的細分。總體來說，孔洞縫型和孔洞型儲集層巖性以白云巖類為主，孔喉分布整體以大—中孔喉為主，孔隙型儲集層巖性以灰?guī)r類為主，孔喉分布以中—小孔喉為主，裂縫-孔隙型儲集層各類巖性均發(fā)育，孔喉分布以小孔喉為主（見表1、圖3b）。但是由于碳酸鹽巖儲集層受控于復雜的沉積、成巖和構(gòu)造疊加改造作用，儲集空間類型復雜，孔喉組合方式多樣，導致每類儲集層微觀非均質(zhì)性極強。因此，對研究區(qū)碳酸鹽巖儲集層進行細分后，雖然各類儲集層孔滲數(shù)據(jù)點呈明顯分區(qū)性，但整體呈離散分布特征，孔滲相關(guān)性仍然較差（見圖3c）。

2 孔喉結(jié)構(gòu)分類及表征方法

由于滲透率主要受控于孔隙發(fā)育程度（即孔隙度）和孔喉結(jié)構(gòu)[9,29]，而對儲集層類型進行劃分主要考慮了儲集空間發(fā)育類型和組合方式，并未考慮孔喉結(jié)構(gòu)的差異，從而導致同一類型儲集層孔滲相關(guān)性仍然較差。為了有效提高滲透率計算精度，必須對孔喉結(jié)構(gòu)分類和表征展開深入分析。

圖3 北特魯瓦油田石炭系KT-I層儲集層儲集空間類型、孔喉分布和孔滲關(guān)系（N—樣品數(shù)，個）

表1 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同類型儲集層特征

2.1 孔喉結(jié)構(gòu)分類及特征

深入分析北特魯瓦油田石炭系KT-I層4類儲集層壓汞資料，每類儲集層孔喉分布呈現(xiàn)多種規(guī)律（見圖4），依據(jù)孔喉半徑頻率分布曲線特征可將研究區(qū)孔喉結(jié)構(gòu)劃分為4種類型：多模態(tài)寬廣型、雙模態(tài)寬廣型、單模態(tài)集中型和雙模態(tài)高低不對稱型（見表2）。

多模態(tài)寬廣型的孔喉半徑頻率峰值通常為 3～4個，曲線形態(tài)呈現(xiàn)很強的不規(guī)則性，峰值分布頻帶較寬，孔喉半徑平均值為3.42 μm；雙模態(tài)寬廣型的孔喉半徑頻率峰值通常為 2個，主峰和次峰的峰值相差較小，曲線形態(tài)呈現(xiàn)較強的不規(guī)則性，峰值分布頻帶較寬，孔喉半徑平均值為3.52 μm；單模態(tài)集中型的孔喉半徑頻率峰值只有 1個，曲線形態(tài)較為規(guī)則，峰值分布頻帶較窄，孔喉半徑平均值為0.9 μm；雙模態(tài)高低不對稱型的孔喉半徑頻率峰值通常為 2個，但不同于雙模態(tài)寬廣型的是其主峰和次峰的峰值相差較大，通常具有一個峰值很高的優(yōu)勢主峰，對應的孔喉半徑通常大于0.14 μm，平均值為0.32 μm，同時具有一個峰值很低的劣勢次峰，對應的孔喉半徑平均值為 98.78 μm。雙模態(tài)高低不對稱型的曲線形態(tài)呈現(xiàn)較弱的不規(guī)則性，峰值分布頻帶較寬。

圖4 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同儲集層孔喉分布（不同顏色線條代表不同樣品數(shù)據(jù)）

表2 北特魯瓦油田石炭系KT-I層孔喉結(jié)構(gòu)類型和特征

4種孔喉結(jié)構(gòu)類型中，多模態(tài)寬廣型和雙模態(tài)寬廣型孔喉半徑較大、孔喉分選性較差、孔隙連通性和儲集層物性相對較好，而二者之中，雙模態(tài)寬廣型的儲集層物性要優(yōu)于多模態(tài)寬廣型，表明多模態(tài)寬廣型孔喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性極強，孔喉大小分布跨度大，不同大小的孔喉分布頻率差異顯著，2.5 μm以上的大孔喉占比小于雙模態(tài)寬廣型孔喉結(jié)構(gòu)（見表 2），因此，縱使有大孔喉分布，但不同大小的孔喉配置極為不均，也一定程度影響了該類孔喉結(jié)構(gòu)的物性（見表 2）。單模態(tài)集中型具有較小的孔喉半徑、較好的分選性、孔隙連通性和儲集層物性，而雙模態(tài)高低不對稱型則具有較大的孔喉半徑、一般的孔喉分選性、較差的孔隙連通性和儲集層物性，為 4類孔喉結(jié)構(gòu)中儲集層物性最差的一類（見表2）。

2.2 孔喉結(jié)構(gòu)定量判別標準

不同類型孔喉結(jié)構(gòu)的定量參數(shù)在表征孔喉結(jié)構(gòu)信息上存在不同程度的重疊，因此采用單一孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)無法進行區(qū)分和表征（見表 2）。本文采取多信息融合技術(shù)，通過交會圖法選取對 4類孔喉結(jié)構(gòu)敏感的定量參數(shù)（R5、Skp、Dr和Vma）作為輸入?yún)?shù)：R5與排驅(qū)壓力意義近似，可代表水銀進入孔隙空間時最先突破的孔喉大小，其值越大，表明儲集層物性越好；Skp用于度量孔喉大小分布頻率曲線的不對稱程度，反映孔喉眾數(shù)的相對位置，眾數(shù)偏向于粗孔喉即為粗歪度，代表較好的儲集層物性，反之為細歪度，物性相對較差；Dr反映孔喉大小分布的均勻程度，相當于變異系數(shù)，其值越小，表明孔喉大小分布越均勻；Vma即孔喉大小大于2.5 μm部分的體積占總孔喉體積的百分比，占比越高，表明大孔喉越發(fā)育，儲集層物性一般較好，但要結(jié)合孔隙連通性等參數(shù)綜合判斷。

依據(jù)主成分分析法對孔喉結(jié)構(gòu)進行定量表征。主成分分析是一種基于降維思想、將多個指標轉(zhuǎn)化為幾個彼此不相關(guān)的綜合指標的多元統(tǒng)計方法，其優(yōu)勢在于既可以使數(shù)據(jù)降維，同時又可以保留大部分原始數(shù)據(jù)的信息。通常最終確定的主成分個數(shù)（w）取決于其累計貢獻率，一般累計貢獻率需大于 85%，可保證w個主成分能代表大多數(shù)樣本信息。本文對 4個表征孔喉結(jié)構(gòu)的敏感參數(shù)進行降維分析，選擇了 2個主成分F1和F2（累計貢獻率為86%），相應表達式如下：

F1、F2兩個主成分的交會圖（見圖5）中各類孔喉結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)點質(zhì)心分界明顯，孔喉結(jié)構(gòu)識別符合率達80%，表明結(jié)合主成分分析法，利用孔喉結(jié)構(gòu)定量參數(shù)可以較好地識別不同孔喉結(jié)構(gòu)。最后首先求出所提取主成分的總特征值之和（S），然后以提取出的F1、F2兩個主成分各自所對應的特征值分別占S的比例作為各主成分的權(quán)重，計算得到主成分綜合得分模型，即不同孔喉結(jié)構(gòu)定量判別指數(shù)（P），其函數(shù)如下：

圖5 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同孔喉結(jié)構(gòu)判別結(jié)果

經(jīng)計算，多模態(tài)寬廣型、雙模態(tài)寬廣型、單模態(tài)集中型和雙模態(tài)高低不對稱型 4種孔喉結(jié)構(gòu)的判別標準見表3，根據(jù)孔喉結(jié)構(gòu)判別指數(shù)P，可實現(xiàn)對不同類型孔喉結(jié)構(gòu)的定量判別。

表3 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同孔喉結(jié)構(gòu)定量劃分標準

3 孔喉結(jié)構(gòu)差異的主控因素

北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同類型碳酸鹽巖儲集層孔喉結(jié)構(gòu)存在明顯差異，其主控因素與沉積作用、成巖作用和構(gòu)造作用的疊加改造關(guān)系密切。

3.1 沉積作用

研究區(qū)石炭系KT-I層處于淺海碳酸鹽臺地環(huán)境，沉積作用控制了儲集層的巖石類型和原生孔隙的發(fā)育，為后期各類成巖作用的進行及次生孔隙演化提供了重要基礎(chǔ)，直接影響了不同類型儲集層的形成和分布，最終在微觀上導致儲集層孔喉結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大差異（見圖6—圖8）。圖6a中，孔洞縫型和孔洞型等有利儲集層類型主要發(fā)育在云坪中（如 CT-4井），少部分位于粒屑灘（如CT-59 井），而臺內(nèi)灘和潟湖中儲集層類型相對較少（如CT-63井），主要以孔隙型儲集層為主，裂縫-孔隙型儲集層較少，整體物性相對較差。不同微相的孔喉結(jié)構(gòu)類型發(fā)育情況方面（見圖6b），云坪中發(fā)育 3種孔喉結(jié)構(gòu)類型，其中多模態(tài)寬廣型、雙模態(tài)寬廣型和物性較好的單模態(tài)集中型等有利孔喉結(jié)構(gòu)類型較為發(fā)育（見圖 7、圖 8）；粒屑灘中的孔喉結(jié)構(gòu)最復雜，4種類型均發(fā)育（如CT-59井），但有利孔喉結(jié)構(gòu)逐漸減少（見圖8）；其他微相孔喉結(jié)構(gòu)類型較為單一，以單模態(tài)集中型為主（見圖 8），說明沉積微相對孔喉結(jié)構(gòu)存在一定的控制作用（見圖6b）。

不同巖石類型在各類孔喉結(jié)構(gòu)中的分布表明（見圖 7），從雙模態(tài)寬廣型→多模態(tài)寬廣型→單模態(tài)集中型→雙模態(tài)高低不對稱型，白云巖類發(fā)育頻率具有明顯的降低趨勢，而灰?guī)r類發(fā)育頻率具有明顯的升高趨勢，尤其是孔喉結(jié)構(gòu)相對較差的雙模態(tài)高低不對稱型中灰?guī)r類比例超過 60%，說明白云巖類對有利孔喉結(jié)構(gòu)的形成具有一定的建設(shè)性作用，體現(xiàn)了巖石類型對孔喉結(jié)構(gòu)的控制作用。

圖6 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同儲集層類型和孔喉結(jié)構(gòu)類型平面分布（氣泡大小表示樣本數(shù)目的多少）

圖7 北特魯瓦油田KT-I層不同孔喉結(jié)構(gòu)的巖石類型分布

圖8 北特魯瓦油田石炭系KT-I層沉積環(huán)境、主要成巖作用和構(gòu)造作用控制下的孔喉結(jié)構(gòu)演化模式

研究區(qū)云坪主要發(fā)育晶粒云巖，占比為 77.6%，生物碎屑云巖等顆粒云巖含量相對較少，占比為16.8%；其中晶粒云巖有 74%的樣品可見原巖殘余顆粒，顆粒主要以生屑、有孔蟲和?類為主，表明原巖形成于相對高能的淺灘環(huán)境（粒屑灘）和相對低能環(huán)境（潟湖）（見圖8），粒間（溶）孔、生物體腔孔、鑄?？准案黝惾芪g孔洞較為發(fā)育（見圖 9），巖心上可見厘米級孔洞（見表1），而白云巖的形成將會繼承這些孔隙，形成孔隙和溶蝕孔洞均發(fā)育的儲集空間組合；同時，白云石交代方解石后一方面能夠增加孔隙數(shù)量、形成部分晶間（微）孔并改善儲集層滲流特征[30]（見圖9a），另一方面能夠為后期晶間溶孔和溶蝕孔洞的形成（見圖9c、圖9d）提供成巖流體運移通道[30]，進一步改善儲集層孔喉結(jié)構(gòu)；更為重要的是，白云巖比灰?guī)r抗壓實壓溶[30-32]，可以有效保護先存孔隙空間不受壓實破壞。

3.2 成巖作用

北特魯瓦油田石炭系KT-I層碳酸鹽巖儲集層經(jīng)歷了多種類型的成巖作用，其中早期白云石化作用、溶蝕作用、巖溶垮塌充填作用和膠結(jié)作用對儲集層孔喉結(jié)構(gòu)的影響最大。

根據(jù)研究區(qū)白云巖巖石學和地球化學特征研究結(jié)果可知[26,33-34]：白云石晶粒較為細小，主要為泥晶、泥粉晶和粉晶，自形程度較低，為半自形-他形（見圖9）；有序度偏低，為 0.336～0.504（均值為 0.417）；δ18O值為-1.06‰～2.45‰（均值為0.48‰），δ13C值為3.36‰～5.94‰（均值為 5.11‰），87Sr/86Sr值為0.708 29～0.708 75（均值為0.708 37）；微量元素Fe、Mn 含量均值分別為 447.52 μg/g 和 92.57 μg/g，陰極發(fā)光同時含強、中等—偏弱以及不發(fā)光情況；Na、K含量均值分別為198.80 μg/g和5.89 μg/g，且其在白云巖中的含量高于灰?guī)r。綜上分析，表明研究區(qū)白云巖成因為回流-滲透白云石化。同時，采用δ18O值對研究區(qū)石炭系KT-I層古溫度進行了計算[35]，由于存在“年代效應”，即中生代以前的樣品容易受成巖作用影響，需對目的層段樣品進行“年代效應”校正[36]；計算后發(fā)現(xiàn)，研究區(qū) KT-I層古地溫為 3～16 ℃（平均值為10 ℃），也證實研究區(qū)白云巖形成于早期低溫近地表環(huán)境。早期白云石化能夠繼承并保護部分原巖孔隙[30,37]，為后期各類溶蝕作用提供初始條件，對有利儲集層和有利孔喉結(jié)構(gòu)的形成和保護具有重要的建設(shè)作用。

圖9 北特魯瓦油田KT-I層儲集空間微觀特征

研究區(qū) KT-I層在表生期廣泛發(fā)育巖溶作用，使KT-I層碳酸鹽巖遭受區(qū)域性暴露、風化和剝蝕，大氣淡水對風化殼中的白云巖和灰?guī)r進行淋濾溶解，在原有孔隙空間的基礎(chǔ)上發(fā)生擴溶[38-39]，形成多種儲集空間和組合方式，對有利孔喉結(jié)構(gòu)的形成最為關(guān)鍵（見圖8）。石炭系KT-I層經(jīng)歷的淺埋藏成巖作用的持續(xù)時間不長[38]，主要是中—深埋藏成巖作用對孔喉結(jié)構(gòu)起控制作用：下二疊統(tǒng)暗色泥巖產(chǎn)生的酸性壓實水、CO2以及其他酸性地層水進入KT-I層先期優(yōu)勢孔隙空間進行非組構(gòu)選擇性溶蝕，擴溶早期各類孔隙甚至溶解白云石晶粒形成溶蝕孔洞（見圖9c），洞內(nèi)可見黑色瀝青（見圖 9c、圖 9d），使儲集層孔喉結(jié)構(gòu)進一步改善[40]（見圖8）。

雙模態(tài)高低不對稱型孔喉結(jié)構(gòu)主要分布于顆?；?guī)r（見圖 7），?類、棘皮和砂屑等顆粒含量較高，體腔孔、粒內(nèi)溶孔和鑄?？追浅０l(fā)育，平均面孔率占比達69.2%，導致其有利孔隙類型如粒間溶孔和晶間溶孔等占比（僅為15%）在 4類孔喉結(jié)構(gòu)中為最低（見圖10）。表生巖溶作用通常也伴隨較強的膠結(jié)充填作用（見圖8），如棘屑次生加大、共軸增生膠結(jié)及方解石膠結(jié)物充填粒間（溶）孔（見圖9e），造成有利孔隙類型面孔率占比進一步降低，破壞其與體腔孔和粒內(nèi)孔等其他類型孔隙的連通性，導致孔喉結(jié)構(gòu)變差[12]，形成發(fā)育于孔隙型儲集層的雙模態(tài)高低不對稱型孔喉結(jié)構(gòu)（見圖8）。

巖溶作用在強烈改造儲集層的同時，也容易發(fā)生垮塌作用，導致儲集層空隙被充填，使其物性變差[41]（見表2、圖9h）。發(fā)育于裂縫-孔隙型儲集層的雙模態(tài)高低不對稱型孔喉結(jié)構(gòu)即是如此，其巖性為巖溶垮塌角礫巖，充填作用使得巖溶作用產(chǎn)生的孔洞縫體系被角礫及灰泥堵塞，后期雖遭受壓實和溶蝕作用產(chǎn)生少量收縮縫和溶蝕縫，但由于垮塌充填具有極強的非均質(zhì)性，顯著降低了有利孔洞縫體系與主體（微）孔隙的連通程度（見圖9h），導致孔喉結(jié)構(gòu)變差（見圖8）。

3.3 構(gòu)造作用

晚石炭世的海西期構(gòu)造運動使濱里海盆地東緣地層發(fā)生整體抬升[42]，二疊紀末的烏拉爾造山運動等構(gòu)造作用和深埋后的壓實-壓溶作用產(chǎn)生了多種類型的裂縫[43]（見圖 9d、圖9f—圖9h），其中溶蝕縫發(fā)育程度最高（見圖3a），在白云巖中分布較多，主要由于白云巖脆性較灰?guī)r高，易發(fā)生破裂[44]形成構(gòu)造縫和破裂縫（粒裂紋）（見圖 8、圖 9f、圖 9g），成巖流體可沿這些先期構(gòu)造成因的裂縫進行溶蝕擴大形成溶蝕縫（見圖9d）。充填程度較低的溶蝕縫和構(gòu)造縫不僅能夠貢獻更多儲集空間，而且更重要的是能夠溝通孔隙和溶蝕孔洞，顯著改善儲集層物性和孔喉結(jié)構(gòu)，比如雙模態(tài)寬廣型、多模態(tài)寬廣型和單模態(tài)集中型孔喉結(jié)構(gòu)中裂縫較為發(fā)育，物性相對較好，而雙模態(tài)高低不對稱型裂縫發(fā)育比例很低，物性相對較差（見圖10、表2）。

圖10 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同孔喉結(jié)構(gòu)的儲集空間類型和組合方式

3.4 孔喉結(jié)構(gòu)差異的主控因素

綜合以上分析，沉積、成巖和構(gòu)造作用共同導致了孔喉結(jié)構(gòu)的差異性，有利沉積相帶中的早期白云石化作用、古巖溶作用和構(gòu)造破裂作用是改善孔喉結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素（見圖8 ） ：局限臺地中的粒屑灘和潟湖在發(fā)生早期白云石化后疊加了古巖溶作用，形成了雙模態(tài)寬廣型和多模態(tài)寬廣型等有利孔喉結(jié)構(gòu)，未發(fā)生白云石化的粒屑灘在經(jīng)歷古巖溶作用后形成了次有利孔喉結(jié)構(gòu)（物性較好的單模態(tài)集中型），而受到膠結(jié)充填作用和巖溶垮塌充填作用主控的粒屑灘則形成了雙模態(tài)高低不對稱型物性最差的孔喉結(jié)構(gòu)，開闊臺地的臺內(nèi)灘由于距離KT-I層頂部較遠，未能接受古巖溶作用改造，主要形成物性較差的單模態(tài)集中型孔喉結(jié)構(gòu)。

沉積、成巖和構(gòu)造作用雖然對KT-I層碳酸鹽巖儲集層的作用強度、作用期次和有效性存在顯著差異（見圖 8），但最終作用結(jié)果均是形成了多種儲集空間和多樣的組合特征（見圖10）。因此，儲集空間組合類型才是孔喉結(jié)構(gòu)差異的主控因素，而不同類型儲集層由于儲集空間發(fā)育類型和組合方式的差異，形成了差異化的孔喉結(jié)構(gòu)組合類型（見圖11），進而控制了不同類型儲集層的微觀非均質(zhì)性（見圖 11、圖 12）：孔隙型儲集層非均質(zhì)性最強，4種孔喉結(jié)構(gòu)類型均發(fā)育；其次是孔洞縫型和裂縫-孔隙型儲集層，主要發(fā)育3種孔喉結(jié)構(gòu)類型，其中前者有利孔喉結(jié)構(gòu)類型多于后者（僅多模態(tài)寬廣型），但后者發(fā)育物性最差的孔喉結(jié)構(gòu)類型；孔洞型儲集層非均質(zhì)性相對較弱，主要發(fā)育兩種孔喉結(jié)構(gòu)類型。

圖11 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同類型儲集層孔喉結(jié)構(gòu)類型分布（N=183）

4 孔喉結(jié)構(gòu)對儲集層孔滲關(guān)系的影響

復雜的孔喉結(jié)構(gòu)是控制碳酸鹽巖儲集層物性的關(guān)鍵因素[5,7-12,37]，每類儲集層均發(fā)育多種孔喉結(jié)構(gòu)類型（見圖 11、圖 12），細分孔喉結(jié)構(gòu)后，明顯可見各類儲集層中不同孔喉結(jié)構(gòu)的毛管壓力曲線和孔喉半徑分布曲線呈現(xiàn)多種分布規(guī)律，具有較好的區(qū)分性（見圖12）。雖然研究區(qū)不同類型碳酸鹽巖儲集層孔滲關(guān)系整體上具有較好的分區(qū)性，但復雜的孔喉結(jié)構(gòu)導致各類儲集層孔滲關(guān)系復雜化（見圖3c）。因此需要進一步厘清孔喉結(jié)構(gòu)對不同類型儲集層孔滲關(guān)系的控制作用，為建立準確的滲透率計算模型提供指導。

孔洞縫型儲集層孔隙、溶洞和裂縫均發(fā)育，復雜的儲集空間配置關(guān)系導致該類儲集層孔喉結(jié)構(gòu)非常復雜，孔滲數(shù)據(jù)點呈現(xiàn)較為離散的分布特征，孔滲相關(guān)性較差（見圖3c，R=0.34）。細分孔喉結(jié)構(gòu)后，多模態(tài)寬廣型的孔滲相關(guān)性得到提高（R=0.63）（見圖 13），而雙模態(tài)寬廣型（R=0.14）和單模態(tài)集中型（R=0.35）的孔滲相關(guān)性仍不理想，這與孔洞縫型儲集層孔喉結(jié)構(gòu)較強的非均質(zhì)性關(guān)系密切，如雙模態(tài)寬廣型孔喉結(jié)構(gòu)，由于晶間溶孔和溶洞等有利儲集空間與體腔孔等較差儲集空間均較發(fā)育（見圖10），形成復雜的配置關(guān)系使孔喉結(jié)構(gòu)大幅復雜化（見圖9d），導致其孔滲關(guān)系最為復雜（見圖13a）。

圖12 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同類型儲集層的毛管壓力曲線和孔喉半徑分布

圖13 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同類型儲集層細分孔喉結(jié)構(gòu)后的孔滲關(guān)系

孔洞型儲集層孔隙和溶洞發(fā)育，裂縫不發(fā)育，孔喉結(jié)構(gòu)的復雜程度低于孔洞縫型儲集層，非均質(zhì)性整體弱于孔洞縫型儲集層。該類儲集層整體孔滲相關(guān)性稍好于孔洞縫型儲集層（見圖3c，R=0.49），細分孔喉結(jié)構(gòu)后，單模態(tài)集中型孔喉結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)相對較弱的復雜性，具有較好的孔滲關(guān)系（R=0.81），而雙模態(tài)寬廣型由于樣本點較少，無法建立較好的孔滲關(guān)系（見圖13b）。

裂縫-孔隙型儲集層孔隙和裂縫發(fā)育，不同類型裂縫的微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征存在差異，如構(gòu)造縫較為平直，而溶蝕縫較為曲折，其與孔隙組合產(chǎn)生復雜的空間配置關(guān)系，造成該類儲集層整體孔滲關(guān)系較差（見圖3c，R=0.43）。細分孔喉結(jié)構(gòu)后，多模態(tài)寬廣型（R=0.85）和單模態(tài)集中型（R=0.6）的孔滲相關(guān)性都得到了提高，而發(fā)育于裂縫-孔隙型儲集層中的雙模態(tài)高低不對稱型孔喉結(jié)構(gòu)，形成于巖溶垮塌作用產(chǎn)生的隨機分布的儲集空間組合類型（見圖9h），具有極強的非均質(zhì)性，導致孔滲關(guān)系十分復雜，同時也表明并非每一類孔喉結(jié)構(gòu)都能建立較好的孔滲關(guān)系（見圖13c）。

孔隙型儲集層主要發(fā)育孔隙，雖然溶洞和裂縫均不發(fā)育，但其在 4種儲集層中發(fā)育的孔喉結(jié)構(gòu)類型最多，具有較強的微觀非均質(zhì)性。該類儲集層整體孔滲數(shù)據(jù)點分布較為集中，相關(guān)性較好（R=0.72）。細分孔喉結(jié)構(gòu)后，除雙模態(tài)寬廣型無法建立較好的孔滲關(guān)系之外，其余 3類孔喉結(jié)構(gòu)如多模態(tài)寬廣型（R=0.6）、單模態(tài)集中型（R=0.71）和雙模態(tài)高低不對稱型（R=0.78）都能建立相對較好的孔滲關(guān)系（見圖13d），這表面上似乎與“儲集層微觀非均質(zhì)性越強，孔滲關(guān)系越復雜”的認識相悖，但實際上這是由于儲集空間組合類型是孔喉結(jié)構(gòu)差異的主控因素，而且孔隙型儲集層的孔喉結(jié)構(gòu)是由占多數(shù)的較差孔隙類型（如體腔孔、粒內(nèi)溶孔等）和占少數(shù)的有利孔隙類型（如晶間溶孔、粒間溶孔等）構(gòu)成，其復雜程度低于發(fā)育孔隙、溶蝕孔洞和裂縫等儲集空間組合類型的孔洞縫型儲集層的孔喉結(jié)構(gòu)（見圖 10、圖 11），因此發(fā)育更加復雜孔喉結(jié)構(gòu)的孔洞縫型儲集層孔滲關(guān)系更為復雜（見圖13a），給儲集層準確滲透率模型的建立帶來挑戰(zhàn)。

表4 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同類型儲集層滲透率主控因素的灰色關(guān)聯(lián)定量評價

4類儲集層細分孔喉結(jié)構(gòu)后的孔滲關(guān)系研究可得到兩點認識：①不同類型儲集層細分孔喉結(jié)構(gòu)后，各類孔喉結(jié)構(gòu)整體分布范圍呈現(xiàn)分區(qū)特征，孔滲數(shù)據(jù)點的質(zhì)心具有一定的區(qū)分性，體現(xiàn)了孔喉結(jié)構(gòu)對儲集層孔滲關(guān)系的控制作用；②細分孔喉結(jié)構(gòu)后，約 75%的孔喉結(jié)構(gòu)孔滲關(guān)系得到改善，少數(shù)孔喉結(jié)構(gòu)孔滲關(guān)系改善效果不明顯，這與海外油田資料相對不足的客觀限制有關(guān)，可用于研究不同類型儲集層孔喉結(jié)構(gòu)的壓汞樣品僅有 183塊。而根據(jù)國際碳酸鹽巖儲集層專家L?n?y的研究成果[10]，其整合了約3 000塊樣品，基于孔隙類型、孔隙大小和分選性，分別建立不同孔喉結(jié)構(gòu)的孔滲關(guān)系，孔滲關(guān)系均得到明顯改善，說明當樣品數(shù)量足夠時，細分孔喉結(jié)構(gòu)建立儲集層孔滲關(guān)系是提高滲透率計算準確度的有效方法。

鑒于不同類型碳酸鹽巖儲集層孔喉結(jié)構(gòu)對孔滲關(guān)系的重要影響和復雜的控制作用，需進一步揭示不同孔喉結(jié)構(gòu)對儲集層滲透率的影響作用。具體方法：首先通過單因素分析法，從各類儲集層分別表示儲集性能（φ）、孔喉大小（Rav、Dav、Rmax、R5—R90、Vma、Vme、Vmi、Vma+me等）、孔喉分選性（Sp、C、Skp、Kp、α等）和孔隙連通性特征（Vpt、We、Smin等）的參數(shù)中優(yōu)選出與儲集層滲透率相關(guān)性最好的參數(shù)，然后采取灰色關(guān)聯(lián)分析法[45]對影響各類儲集層滲透率的主控因素開展定量化分析，明確了不同孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)對各類儲集層滲透率影響的優(yōu)先次序，以期為提高不同儲集層滲透率的計算準確度提供技術(shù)指導。從分析結(jié)果可知：孔洞縫型儲集層滲透率主要受控于大孔喉占比、變異系數(shù)和視孔喉體積比，分別代表不同孔喉發(fā)育程度、孔喉分選性和孔隙連通性（見表 4），表明強溶蝕作用可形成以大孔喉為主、不同大小喉道雜亂分布的孔喉網(wǎng)絡體系，同時裂縫發(fā)育貫通溶蝕孔洞可大大提高孔洞縫型儲集層的滲透率?？锥葱蛢瘜訚B透率主要受控于R5、大孔喉占比和孔隙度，分別代表孔喉大小、不同孔喉發(fā)育程度以及儲集性能（見表 4），表明強溶蝕作用形成的眾多大孔喉和較大的儲集空間對孔洞型儲集層滲透率的貢獻最大。裂縫-孔隙型儲集層滲透率主要受控于孔隙度、Smin和均質(zhì)系數(shù)，分別代表儲集性能、孔隙連通性和孔喉分選性（見表4），表明裂縫與基質(zhì)孔隙空間相疊加能夠明顯提高裂縫-孔隙型儲集層連通性，改善儲集層滲流能力?？紫缎蛢瘜訚B透率主要受控于孔喉均值、大—中孔喉占比和孔隙度，分別代表孔喉大小、不同孔喉發(fā)育程度和儲集性能（見表 4），表明大孔喉發(fā)育比例越高、儲集空間越大，孔隙型儲集層的滲流能力越好。

5 結(jié)論

基于對孔喉半徑頻率分布曲線特征的深入分析，建立了一套適用于濱里海盆地東緣石炭系碳酸鹽巖的孔喉結(jié)構(gòu)分類和描述方法，劃分出復雜碳酸鹽巖 4種孔喉結(jié)構(gòu)類型：多模態(tài)寬廣型、雙模態(tài)寬廣型、單模態(tài)集中型和雙模態(tài)高低不對稱型?；诙嘈畔⑷诤霞夹g(shù)，通過交會圖法優(yōu)選孔喉結(jié)構(gòu)敏感參數(shù)，采取主成分分析法構(gòu)建了孔喉結(jié)構(gòu)判別指數(shù)，實現(xiàn)對 4種孔喉結(jié)構(gòu)的定量判別。

明確了沉積作用、成巖作用和構(gòu)造作用對孔喉結(jié)構(gòu)差異的控制作用：有利沉積相帶疊加早期白云石化作用是有利孔喉結(jié)構(gòu)形成的重要基礎(chǔ)，表生期巖溶作用是有利孔喉結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵因素，構(gòu)造破裂作用可進一步改善孔喉結(jié)構(gòu)；而膠結(jié)作用和巖溶垮塌充填作用則是導致孔喉結(jié)構(gòu)變差的決定性因素。揭示了沉積、成巖和構(gòu)造疊加改造作用形成的儲集空間組合類型是孔喉結(jié)構(gòu)差異的主控因素，其中孔隙型儲集層微觀非均質(zhì)性最強，4種孔喉結(jié)構(gòu)類型均發(fā)育，其次是裂縫-孔隙型和孔洞縫型儲集層，孔洞型儲集層微觀非均質(zhì)性相對較弱。

揭示了多種孔喉結(jié)構(gòu)共同發(fā)育是導致各類儲集層孔滲相關(guān)性差的關(guān)鍵因素。細分孔喉結(jié)構(gòu)類型建立各類儲集層孔滲關(guān)系是提高滲透率計算準確度的有效手段。綜合單因素分析和灰色關(guān)聯(lián)算法，明確了不同孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)對各類型儲集層滲透率影響的優(yōu)先次序，以期為提高不同碳酸鹽巖儲集層滲透率的準確度提供技術(shù)指導。

符號注釋：

C——變異系數(shù)，無因次；Dav——孔喉均值，μm；Dr——相對分選系數(shù)，無因次；F1——第1主成分，無因次；F2——第2主成分，無因次；K——滲透率，10-3μm2；Kp——孔喉峰態(tài)，無因次；N——樣品數(shù)，個；P——不同孔喉結(jié)構(gòu)定量判別指數(shù)，無因次；pc——毛管壓力，MPa；R——相關(guān)系數(shù)，無因次；R5，R10，…，R35，…，R90——當進汞飽和度達到5%、10%、…、35%、…、90%時對應的孔喉半徑值，μm；Rav——平均孔喉半徑，μm；Rmax——最大孔喉半徑，μm；S——所提取主成分的總特征值之和，無因次；SHg——含汞飽和度，%；Skp——孔喉歪度，無因次；Smin——最小非飽和孔喉體積百分比，%；Sp——分選系數(shù)，無因次；Vpt——視孔喉體積比，無因次；Vma——大孔喉占比，%；Vme——中孔喉占比，%；Vmi——小孔喉占比，%；Vma+me——大—中孔喉占比，%；w——主成分個數(shù)，個；We——退汞效率，%；α——均質(zhì)系數(shù)，無因次；φ——孔隙度，%。