新安邊地區(qū)長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)可動(dòng)流體賦存的影響

吳春燕,王 寧,白 薷, 吳 琳,馬 瑤

(1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán)) 有限責(zé)任公司研究院 陜西省陸相頁(yè)巖氣成藏與開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710077; 2.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的刻畫(huà)及可動(dòng)流體飽和度的評(píng)價(jià)是儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)、甜點(diǎn)預(yù)測(cè)的核心問(wèn)題,其孔喉是油氣儲(chǔ)存和滲流能力的主要決定因素之一[1-3]。近年來(lái),隨著CT掃描技術(shù)、核磁技術(shù)及恒速壓汞技術(shù)在油氣地質(zhì)行業(yè)的應(yīng)用,越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)為，儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)不僅影響著儲(chǔ)層的物性,還極大地制約著流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)效率[4-9]。致密油儲(chǔ)層低孔特低滲,覆壓基質(zhì)滲透率小于0.1×10-3μm2,具有孔喉細(xì)小，孔喉組合關(guān)系多樣,孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特征,導(dǎo)致此類(lèi)儲(chǔ)層中流體流動(dòng)狀態(tài)及分布不均,給注水開(kāi)發(fā)、提高采收率都帶來(lái)極大的困擾[10-16]。

延長(zhǎng)油田定邊采油廠延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段是典型的致密油儲(chǔ)層,主要發(fā)育著富含有機(jī)質(zhì)的泥頁(yè)巖沉積和三角洲-重力流的細(xì)粒砂巖沉積,表現(xiàn)為大段泥頁(yè)巖層系夾多期薄層狀砂巖。同時(shí)，在局部地區(qū)發(fā)育較好的烴原巖,是典型的自生自儲(chǔ)致密油藏,前人已對(duì)此做了大量的研究[17-21]。但是就研究區(qū)儲(chǔ)層巖性的多樣化和孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性給儲(chǔ)層流體的賦存特征帶來(lái)哪些影響，未見(jiàn)研究報(bào)道。因此,為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)研究區(qū)儲(chǔ)層的滲流能力、孔隙空間及流體賦存等問(wèn)題,以新安邊地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7為研究對(duì)象,選取探井儲(chǔ)層中極細(xì)—細(xì)粒砂巖樣品,利用鑄體圖像分析、掃描電鏡、恒速壓汞及核磁共振等實(shí)驗(yàn)手段,對(duì)儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)、可動(dòng)流體特征進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,探討微觀孔喉結(jié)構(gòu)與可動(dòng)流體賦存特征之間的關(guān)系,揭示影響致密油儲(chǔ)層可動(dòng)流體賦存的主要因素,以期更好地認(rèn)知儲(chǔ)層孔隙的空間結(jié)構(gòu)特征,指導(dǎo)油田高效合理開(kāi)發(fā)。

1 地質(zhì)概況

延長(zhǎng)油田新安邊地區(qū)構(gòu)造上處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡構(gòu)造單元的西部中段定邊臺(tái)地之上,地層平緩,局部發(fā)育低幅度隆起,形成了良好的構(gòu)造-巖性圈閉。新安邊地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7儲(chǔ)層主要發(fā)育三角洲前緣沉積,油層組的下部主要為湖泊相沉積,發(fā)育暗色湖泥和湖底扇微相。通過(guò)對(duì)研究區(qū)7口井32個(gè)樣品的薄片鑒定及覆壓孔滲測(cè)試顯示,研究區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層巖石類(lèi)型主要為灰黑色、灰色、灰白色的極細(xì)—細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖,長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)31.04%～47.36%,平均值為41.23%;其次為石英,質(zhì)量分?jǐn)?shù)17.32%～22.26%,平均值為20.75%;巖屑,質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.12%～15.14%,平均值為8.10%。物性較差,覆壓孔隙度平均值為5.53%,滲透率平均值為0.028×10-3μm2。

2 微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

2.1 孔喉類(lèi)型及特征

鑄體薄片、掃描電鏡實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示(見(jiàn)圖1),長(zhǎng)7儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型有溶蝕孔、粒間孔、晶間孔及微裂縫。儲(chǔ)層總面孔率分布在1.68%～8.36%,平均值為5.51%,其中粒間孔平均值為2.48%,溶蝕孔平均值為2.55%,晶間孔和微裂縫平均值的和為0.47%,整體面孔率低,溶蝕孔隙略高于粒間孔隙,主要為長(zhǎng)石溶孔。粒間孔單個(gè)孔隙較大,連通性較好,孔徑大小分布于25～150 μm(見(jiàn)圖1A、D);溶蝕孔隙主要表現(xiàn)為長(zhǎng)石和巖屑溶蝕現(xiàn)象明顯,產(chǎn)生較多的孤立粒內(nèi)孔隙、微裂隙和粒間溶蝕孔,孔徑分布于15～100 μm(見(jiàn)圖1B、C、E),形狀大小不一,可見(jiàn)個(gè)別溶蝕孔隙與粒間孔連接,增強(qiáng)了孔隙之間的連通性;晶間孔以高嶺石、綠泥石的晶間孔最為常見(jiàn),孔徑一般小于10 μm(見(jiàn)圖1C、E、F),連通能力最弱。發(fā)育的喉道類(lèi)型有縮頸形喉道，片狀、彎片狀喉道和管束狀喉道,以粒間孔縮頸型喉道，粒間孔片狀、彎片狀喉道，溶蝕孔片狀、彎片狀喉道以及晶間孔管束狀喉道的孔喉匹配形式存在。喉道特征復(fù)雜,孔喉組合類(lèi)型多樣,管束狀喉道多見(jiàn)于充填在粒間孔隙中的高嶺石、綠泥石晶間孔。

為了研究相同巖性條件下不同物性樣品的孔隙結(jié)構(gòu)特征與可動(dòng)流體之間的關(guān)系,選取了不同級(jí)別滲透率的6個(gè)樣品進(jìn)行核磁及恒速壓汞測(cè)試實(shí)驗(yàn)分析。結(jié)果顯示,目的層平均孔隙半徑介于123.41～140.13 μm,分布集中,差異不大;平均喉道半徑為0.318～1.937 μm,平均孔喉半徑比為370.00～541.95,喉道半徑分布范圍廣,孔喉半徑比值變化較大。分析認(rèn)為,其孔隙半徑與物性相關(guān)性較差,喉道半徑、孔喉半徑比與物性具有較好的相關(guān)性(見(jiàn)圖2)。這說(shuō)明孔隙半徑大小不是儲(chǔ)層滲流的決定性因素,對(duì)流體流動(dòng)影響力較小,喉道半徑越大,孔喉比值越低,滲透率值越高,越有利于流體的流動(dòng)。

圖2 平均孔喉半徑與物性的關(guān)系Fig.2 The relationship between average pore-throat radius and physical properties

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)類(lèi)型及特征

根據(jù)核磁共振和恒速壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合鑄體薄片和掃描電鏡測(cè)試結(jié)果(見(jiàn)表1),將研究區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類(lèi)。

1)Ⅰ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu):排驅(qū)壓力最低,總進(jìn)汞飽和度高,孔隙進(jìn)汞毛管曲線與總進(jìn)汞毛管曲線幾乎重合,喉道進(jìn)汞毛管壓力曲線陡峭偏右(代表樣品為144號(hào),如圖3A)；喉道進(jìn)汞飽和度為5.27%,孔隙進(jìn)汞飽和度為94.72%,平均孔隙半徑為123.41 μm,平均喉道半徑為1.94 μm,喉道半徑負(fù)偏態(tài)分布偏向高值(見(jiàn)圖4),表現(xiàn)出喉道半徑大,孔隙進(jìn)汞飽和度遠(yuǎn)大于喉道進(jìn)汞量,總進(jìn)汞量受控于孔隙的特征。T2譜形態(tài)無(wú)明顯臺(tái)階,為主峰偏右的單峰型,頻譜分布較寬；T2弛豫時(shí)間大,主要分布為10～1 000 ms(見(jiàn)圖5)；可動(dòng)流體分布峰明顯高于束縛流體,可動(dòng)流體飽和度為65.38%。分析認(rèn)為，該類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層的大孔喉相對(duì)較多,流動(dòng)性好,整體表現(xiàn)出中—大孔隙,粒間孔-縮頸型、粒間孔-片狀的大喉道特征,是研究區(qū)儲(chǔ)集能力、連通最好的儲(chǔ)層。

2)Ⅱ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu):排驅(qū)壓力較Ⅰ類(lèi)高,平均值為0.9 MPa,總進(jìn)汞飽和度平均值為45.06%,孔隙進(jìn)汞毛管壓力曲線與總進(jìn)汞毛管壓力曲線較為接近(代表樣品為44號(hào),如圖3B)；喉道進(jìn)汞飽和度為16.31%,孔隙進(jìn)汞飽和度為28.73%,平均孔隙半徑為136.16 μm,平均喉道半徑為0.39 μm,喉道半徑近正態(tài)分布(見(jiàn)圖4),提供滲透率貢獻(xiàn)的喉道半徑集中在0.2～1.7 μm,說(shuō)明此類(lèi)樣品的孔隙和喉道對(duì)總進(jìn)汞量貢獻(xiàn)大小相當(dāng)。代表性樣品23號(hào)、18號(hào)、44號(hào)的T2譜形態(tài)為左高右低峰型,主峰偏左。T2弛豫時(shí)間分布在0.1～100 ms(見(jiàn)圖5)；可動(dòng)流體飽和度較低,平均值為44.42%,滲透率值介于(0.1～1)×10-3μm2,以微—中孔隙為主,發(fā)育粒間孔片狀、彎片狀喉道和溶蝕孔片狀、彎片狀喉道,是研究區(qū)滲流能力較好的儲(chǔ)層。

3)Ⅲ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu):排驅(qū)壓力最高,總進(jìn)汞飽和度低,平均值為34.63%,總進(jìn)汞毛管壓力曲線陡且短,孔隙進(jìn)汞毛管壓力曲線與喉道毛管壓力進(jìn)汞曲線交叉(代表樣品為8號(hào),如圖3C),孔隙進(jìn)汞飽和度(22.22%)高于喉道進(jìn)汞飽和度(12.21%)；平均孔隙半徑為125.78 μm,平均喉道半徑為0.30 μm,喉道半徑正偏態(tài)分布稍偏向低值區(qū)域(見(jiàn)圖4),說(shuō)明此類(lèi)樣品有效孔隙與有效喉道體積數(shù)量較少。8號(hào)、47號(hào)樣品的T2譜形態(tài)雖然呈現(xiàn)左高右低的雙峰峰態(tài),但第二峰幅度低窄,接近主峰偏左的單峰型；T2弛豫時(shí)間分布于0.1～10 ms(見(jiàn)圖5),可動(dòng)流體飽和度25.72%,滲透率小于0.1×10-3μm2。分析認(rèn)為，該類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層孔喉單一,小孔喉居多且孤立,發(fā)育微細(xì)孔隙,能為儲(chǔ)集層流體提供流動(dòng)通道的主要是較小的晶間孔管束狀喉道,是研究區(qū)滲流能力差的儲(chǔ)層。

表1 孔隙結(jié)構(gòu)特征及分類(lèi)Tab.1 Pore structure characteristics and classification

圖3 恒速壓汞毛管壓力曲線Fig.3 Capillary pressure curve of constant velocity mercury injection

圖4 孔隙半徑、孔喉半徑分布頻率Fig.4 Distribution frequency of pore radius and pore throat radius

圖5 核磁共振T2譜分布曲線Fig.5 T2 spectrum distribution curve of NMR

3 可動(dòng)流體賦存的影響因素

特低滲透儲(chǔ)層物性差、孔喉組合多樣化、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特征導(dǎo)致可動(dòng)流體賦存存在較大差異。根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果,選取物性、孔隙類(lèi)型、孔隙結(jié)構(gòu)3個(gè)方面的9個(gè)具體參數(shù)作為評(píng)價(jià)儲(chǔ)層可動(dòng)流體賦存狀態(tài)的特征參數(shù),解析影響可動(dòng)流體賦存的主要因素。

3.1 物性的影響

研究區(qū)可動(dòng)流體賦存特征與孔隙度、滲透率的關(guān)系如圖6A、B所示。由圖6A、B可知，其可動(dòng)流體飽和度與滲透率的相關(guān)性較好,與孔隙度的相關(guān)性稍差,說(shuō)明儲(chǔ)層的可動(dòng)流體受控于儲(chǔ)層的滲流能力。研究區(qū)Ⅲ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)8號(hào)樣品具有平均值以上的孔隙度(7.71%),但可動(dòng)流體飽和度僅為24.37%,分析認(rèn)為，由于某些大孔隙是孤立的死孔隙,較大的孔隙被發(fā)育的黏土礦物(綠泥石、高嶺石)充填或堵塞,形成較多的晶間孔管束狀微小喉道(見(jiàn)圖1),從而導(dǎo)致其連通性變差，滲透率下降,可動(dòng)流體飽和度降低。

3.2 孔隙類(lèi)型的影響

由圖6C可知,研究區(qū)總面孔率和晶間孔+微裂隙面孔率與可動(dòng)流體飽和度相關(guān)性較差,粒間孔與可動(dòng)流體飽和度的相關(guān)性最好,相關(guān)系數(shù)為0.607 1,說(shuō)明粒間孔發(fā)育對(duì)面孔率的貢獻(xiàn)能力較大;而溶蝕孔隙與可動(dòng)流體飽和度的相關(guān)性稍差一些,相關(guān)系數(shù)為0.338 2,分析認(rèn)為，大多數(shù)長(zhǎng)石、巖屑溶蝕后形成的孔隙為孤立的溶蝕孔隙,部分被方解石交代或黏土礦物充填,降低了面孔率,增大了孔喉匹配的復(fù)雜性。因此,研究區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層發(fā)育的粒間孔及溶蝕孔隙有效面孔率可作為可動(dòng)流體飽和度評(píng)價(jià)的重要參數(shù)之一。

圖6 可動(dòng)流體飽和度與物性、面孔率的關(guān)系Fig.6 Relationship between movable fluid saturation and physical properties and face ratio

3.3 孔隙結(jié)構(gòu)的影響

3.3.1 孔喉半徑 研究區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層可動(dòng)流體飽和度與平均孔隙半徑相關(guān)性較差(見(jiàn)圖7A),與孔喉半徑相關(guān)性較好(見(jiàn)圖7B),說(shuō)明流體在儲(chǔ)層孔隙中是否流動(dòng)并不是由孔隙大小決定的,而是受控于孔喉的大小。Ⅰ類(lèi)144號(hào)樣品,平均孔隙半徑最小,但平均孔喉半徑較大,以發(fā)育中—大孔隙的粒間孔縮頸型喉道為主,較大的喉道半徑增強(qiáng)了孔隙之間的連通性,極大限度地降低了束縛水飽和度。由圖7C可知,研究區(qū)可動(dòng)流體飽和度與平均孔喉半徑比呈較好負(fù)相關(guān)性,平均孔喉半徑比值越小,可動(dòng)流體飽和度越高。結(jié)合前述結(jié)果(見(jiàn)表1)可知,Ⅲ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)樣品的孔喉半徑比值最大,匹配模式為小喉道大孔隙,增大了毛細(xì)管排驅(qū)壓力及滲流阻力,使儲(chǔ)層內(nèi)流體的流動(dòng)產(chǎn)生卡斷,束縛程度加劇,可動(dòng)流體飽和度降低。分析認(rèn)為,喉道半徑和孔喉匹配關(guān)系是反映流體可動(dòng)能力的關(guān)鍵參數(shù)。

圖7 可動(dòng)流體飽和度與孔喉半徑的關(guān)系Fig.7 Relationship between movable fluid saturation and pore-throat radius

3.3.2 孔喉體積 單位有效孔隙和有效喉道體積反映了儲(chǔ)層空間內(nèi)流體賦存和流通能力(見(jiàn)圖8A、B)。由圖8A，B可知，可動(dòng)流體飽和與單位有效孔隙體積成正相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)0.635 5,與單位有效喉道體積相關(guān)系數(shù)為0.444 1,較前者差一些。這說(shuō)明在特低滲致密油儲(chǔ)層中,孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、孔喉組合關(guān)系多樣的特點(diǎn)導(dǎo)致了單位有效孔隙體積對(duì)可動(dòng)流體賦存具有更強(qiáng)的控制力,有效孔隙體積越大,孔隙空間內(nèi)賦存的可動(dòng)流體含量就越多,而喉道內(nèi)則多為束縛態(tài)流體。因此,孔喉體積大小是影響可動(dòng)流體賦存特征的重要因素。

3.3.3 孔喉分布 喉道半徑的分布情況可用喉道半徑分選系數(shù)來(lái)表征。研究區(qū)相對(duì)分選系數(shù)與可動(dòng)流體飽和度呈較好的正相關(guān)性(見(jiàn)圖8C),相對(duì)分選系數(shù)越大,有效喉道半徑分布范圍越廣(見(jiàn)圖4),其大喉道分布相應(yīng)增多,易形成有效的孔喉網(wǎng)絡(luò),促使儲(chǔ)集層滲流能力增強(qiáng),可動(dòng)流體飽和度增大。由此可見(jiàn),孔喉分布對(duì)可動(dòng)流體賦存特征也具有重要的影響。

圖8 可動(dòng)流體飽和度與有效孔喉體積、喉道分布的關(guān)系Fig.8 Relationship between movable fluid saturation and effective pore-throat volume and throat distribution

4 結(jié)論

1)研究區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層巖石類(lèi)型主要為細(xì)粒—極細(xì)粒的長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖,巖性致密,物性較差,面孔率低,孔喉復(fù)雜且組合類(lèi)型多樣。

2)根據(jù)延長(zhǎng)油田勘探開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合恒速壓汞及可動(dòng)流體飽和度特征將研究區(qū)孔隙結(jié)構(gòu)劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種類(lèi)型。Ⅰ類(lèi)為中大孔隙結(jié)構(gòu),排驅(qū)壓力低,喉道半徑負(fù)偏態(tài)分布偏向高值,T2譜為主峰偏右的單峰型,孔喉匹配關(guān)系為粒間孔縮頸型喉道型,喉道半徑大,孔喉半徑比值小,可動(dòng)流體飽和度明顯高于束縛態(tài)流體,是研究區(qū)滲流能力最好的儲(chǔ)層;Ⅱ類(lèi)為微中孔隙結(jié)構(gòu),排驅(qū)壓力較Ⅰ類(lèi)高,喉道半徑近正態(tài)分布,T2譜為左高右低峰雙峰型,主要為粒間孔片狀、彎片狀喉道和溶蝕孔片狀、彎片狀喉道組合類(lèi)型,可動(dòng)流體飽和度與束縛態(tài)流體相當(dāng)；Ⅲ類(lèi)為微細(xì)孔隙結(jié)構(gòu),排驅(qū)壓力最高,喉道半徑正偏態(tài)分布稍偏向低值區(qū)域,T2譜接近主峰偏左的單峰型,發(fā)育晶間孔管束狀喉道,喉道半徑小,孔喉比大,滲流能力差。其中，Ⅱ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)在研究區(qū)分布較廣,是目前及未來(lái)延長(zhǎng)油田勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。

3)儲(chǔ)層物性、孔喉類(lèi)型、孔隙結(jié)構(gòu)是影響可動(dòng)流體賦存特征的3大因素,不可單一地用來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的可動(dòng)流體賦存特征。喉道半徑大小、分布形態(tài)及有效孔隙喉道體積是影響可動(dòng)流體賦存特征的主要因素,大喉道所占比例越多,孔喉半徑比越小,喉道分選系數(shù)越大,儲(chǔ)層滲流能力越強(qiáng),可動(dòng)流體飽和度越高。