鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組特低滲透儲(chǔ)層微觀地質(zhì)成因

高永利，孫 衛(wèi)，張 昕

1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，西安 710065

2.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710069

3.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065

0 引言

我國(guó)低滲透和特低滲透油田儲(chǔ)量資源比較豐富，隨著石油勘探和開(kāi)發(fā)技術(shù)的進(jìn)步，低滲透和特低滲透油田探明和動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量所占的比例在總儲(chǔ)量中所占的份額明顯增大。據(jù)統(tǒng)計(jì)［1］，探明儲(chǔ)量中低滲透及特低滲透儲(chǔ)量所占比例高達(dá)70%，鄂爾多斯盆地特低滲透儲(chǔ)量所占比例更大，特低滲透油田已成為我國(guó)陸上石油工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的重要潛力。要合理、高效地開(kāi)發(fā)低滲透及特低滲透油田，就必須搞清其儲(chǔ)層地質(zhì)特征，這樣才能夠采取有效措施提高采收率。

1 特低滲透儲(chǔ)層膠結(jié)物含量及不同類型對(duì)儲(chǔ)層的影響

1.1 膠結(jié)物含量越高，儲(chǔ)層滲透率越小

膠結(jié)物含量對(duì)儲(chǔ)層滲透性能具有較大影響，膠結(jié)物含量的多少與類型不但與沉積環(huán)境有關(guān)，而且與成巖作用有關(guān)。特別對(duì)于低滲透-特低滲透儲(chǔ)層而言，膠結(jié)物含量越多，膠結(jié)物占據(jù)的孔喉空間越多，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率降低的幅度越大。

表1是對(duì)西峰、沿河灣、合水、安塞王窯等幾個(gè)典型低滲透區(qū)塊延長(zhǎng)組儲(chǔ)層膠結(jié)物成分及其體積分?jǐn)?shù)的顯微鏡下統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從表中數(shù)據(jù)可以看出：滲透率小于0.5×10－3μm2的儲(chǔ)層膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)平均為13.9%，滲透率大于1×10－3μm2的儲(chǔ)層膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)平均為11.7%，滲透率小于0.5×10－3μm2的儲(chǔ)層膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)平均比滲透率大于1.0×10－3μm2的儲(chǔ)層大2.2%；滲透率范圍不同，膠結(jié)物成分及體積分?jǐn)?shù)差異也較大。

1.2 綠泥石含量對(duì)儲(chǔ)層物性具有重要控制作用

根據(jù)對(duì)西峰地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8儲(chǔ)層資料統(tǒng)計(jì)，儲(chǔ)層中具有較多的綠泥石。綠泥石主要有2種賦存狀態(tài)［2－5］：一種是以孔隙襯邊方式產(chǎn)出的黏土膜（綠泥石膜），另一種是充填于孔隙的充填物，但主要以綠泥石膜的形式存在。綠泥石膜常吸附烴質(zhì)組分成為瀝青質(zhì)，顯微鏡下呈黑色 ，顯微熒光分析發(fā)褐色熒光。綠泥石膜的存在一方面能夠?qū)⑺樾寂c孔隙水隔開(kāi)，阻止長(zhǎng)石和石英骨骸的形成，從而阻止形成加大邊，另一方面顆粒間的薄膜可以增強(qiáng)砂巖的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力，抑制石英膠結(jié)作用，使粒間孔隙得以保存。但是，薄膜中瀝青質(zhì)的存在占據(jù)了孔隙空間，使孔隙度和流體的滲流空間減小，而且由于綠泥石也常常占據(jù)孔隙喉道，使喉道變細(xì)、曲折迂回，降低了儲(chǔ)層的滲透率。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，滲透率大于1.0×10－3μm2的儲(chǔ)層綠泥石膜厚度大部分小于5 μm，滲透率小于1.0×10－3μm2的儲(chǔ)層綠泥石膜厚度大部分大于5μm（圖1），莊9、19井區(qū)達(dá)到10μm左右（圖2a，b）。綠泥石膜發(fā)育的砂巖中碎屑顆粒多呈點(diǎn)－線接觸，機(jī)械壓實(shí)作用較弱［6］。

1.3 巖鹽對(duì)姬塬地區(qū)長(zhǎng)4＋5及長(zhǎng)6儲(chǔ)層物性具有重要影響

從電鏡掃描資料來(lái)看，姬塬地區(qū)長(zhǎng)4＋5及長(zhǎng)6儲(chǔ)層成巖階段中、晚期析出的NaCl晶體呈立方體狀，大小為3～20μm，集合體呈嵌晶狀或團(tuán)塊狀，晶體形態(tài)不清，一般附著于孔壁或者喉道壁，縮小了孔徑或者喉道半徑，降低了儲(chǔ)層滲透率（圖2c）。但當(dāng)注入低礦化度水時(shí)，對(duì)改善儲(chǔ)層物性則具有明顯效果（圖2d，表2）。

表1 不同滲透率段儲(chǔ)層膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)對(duì)照Table1 Volume fraction comparison between difference permeability

圖1 西峰地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層綠泥石膜厚度與儲(chǔ)層滲透率關(guān)系Fig.1 Relationship between permeability and film thickness of illite in Chang 8of Xifeng area

1.4 鐵方解石含量明顯影響儲(chǔ)層物性

碳酸鹽膠結(jié)物在不同成巖階段均有產(chǎn)出，不同成巖階段產(chǎn)出的碳酸鹽膠結(jié)物其晶體特征和礦物成分存在較大差異［7］。

晚成巖階段形成的連晶狀鐵方解石和鐵白云石體積分?jǐn)?shù)最高可達(dá)13%，呈斑狀充填孔隙，主要分布于流體活動(dòng)較活躍的孔隙中（圖2e）。其占據(jù)了孔隙的位置，縮小或堵塞喉道，極大地降低了巖石的面孔率（圖3）、孔隙度和滲透率（表3），是延長(zhǎng)組儲(chǔ)層致密化的重要原因之一。

表2 旗85－89井長(zhǎng)6砂巖中巖鹽礦物溶解前后物性對(duì)比Table2 Physical property comparison between before and after the halite corrosion，well Q 85－89，Chang 6

表3 長(zhǎng)6儲(chǔ)層鐵方解石體積分?jǐn)?shù)與儲(chǔ)層孔隙度、滲透率的關(guān)系Table3 Relationship between ferrocalcite volume fraction and permeability and porosity，Chang 6

圖2 鑄體薄片和電鏡掃描照片F(xiàn)ig.2 Photos of cast section and SEM

圖3 長(zhǎng)4＋5層鐵方解石體積分?jǐn)?shù)與面孔率關(guān)系Fig.3 Relationship between ferrocalcite volume fraction and scope－pore coefficient，Chang 4＋5

1.5 伊利石膠結(jié)物發(fā)育，極大地降低了儲(chǔ)層物性

伊利石通常形成于晚成巖階段，是蒙脫石轉(zhuǎn)化的膠結(jié)物，也可由巖屑蝕變而來(lái)［6］。自生伊利石結(jié)構(gòu)較疏松，多呈絲縷狀、搭橋狀、鱗片狀包圍在碎屑顆粒周圍（圖2f，g），在流體流動(dòng)過(guò)程中堵塞喉道，使孔喉的有效滲流半徑減小，從而使得儲(chǔ)層滲透率降低［2］。

與西峰白馬區(qū)（三角洲前緣沉積體系）長(zhǎng)8儲(chǔ)層相比，合水長(zhǎng)6儲(chǔ)層（濁積扇沉積體系）中膠結(jié)物發(fā)育，體積分?jǐn)?shù)高達(dá)15.1%，且膠結(jié)物以伊利石為主，平均體積分?jǐn)?shù)為8.2%；而白馬區(qū)膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)為11.7%，伊利石體積分?jǐn)?shù)僅為1.9%。伊利石體積分?jǐn)?shù)高是導(dǎo)致合水長(zhǎng)6儲(chǔ)層物性變差的主要因素之一。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，綠泥石與伊利石的體積分?jǐn)?shù)具有較好的消長(zhǎng)關(guān)系（圖4）。

1.6 濁沸石膠結(jié)是陜北地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層低滲的主控因素

陜北地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層砂巖濁沸石較發(fā)育，體積分?jǐn)?shù)一般為3%，部分可達(dá)到8%～22%［8－9］。

濁沸石大多分布在三角洲前緣亞相水下分流河道砂巖中，常與綠泥石黏土襯邊伴生，而且主要分布在多期河道疊置的厚砂巖中，形成綠泥石－濁沸石膠結(jié)相；比較薄的孤立水下分流河道砂巖中濁沸石體積分?jǐn)?shù)少，主要為硅質(zhì)和方解石充填膠結(jié)。火山碎屑巖屑體積分?jǐn)?shù)越高，濁沸石體積分?jǐn)?shù)亦越高。

有機(jī)質(zhì)脫梭基產(chǎn)生酸性水，酸性水運(yùn)移過(guò)程中遇到濁沸石膠結(jié)的砂巖 ，可溶蝕其中的濁沸石形成濁沸石溶孔。當(dāng)溶蝕作用中等或較弱時(shí)，因溶蝕不徹底而呈麻斑狀充填于粒間孔隙中（圖2h）。

圖4 長(zhǎng)8綠泥石與伊利石相對(duì)體積分?jǐn)?shù)關(guān)系Fig.4 Relationship of relative volume fraction between illite and chlorite，Chang 8

沿河灣地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層碎屑體積分?jǐn)?shù)（86.4%）、平均孔徑（21.3μm）與王窯區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層（碎屑體積分?jǐn)?shù)86.9%，平均孔徑23.3μm））基本一致，膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)相當(dāng)（13.3%和12.1%）；但沿河灣儲(chǔ)層膠結(jié)物以濁沸石為主，體積分?jǐn)?shù)高達(dá)6.6%，而王窯區(qū)濁沸石體積分?jǐn)?shù)僅為0.7%。濁沸石弱溶蝕作用是形成沿河灣低孔超低滲儲(chǔ)層的主要原因。

2 特低滲透儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，喉道細(xì)小

2.1 儲(chǔ)層滲透率越低，面孔率越小

表4是對(duì)西峰、沿河灣、合水、安塞王窯等幾個(gè)典型區(qū)塊延長(zhǎng)組儲(chǔ)層鑄體薄片孔隙類型的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從表中數(shù)據(jù)可以看出，不同滲透率區(qū)間儲(chǔ)層平均孔徑規(guī)律性不明顯：滲透率小于0.5×10－3μm2的Z9、Z19井平均孔徑反而大；但滲透率小于0.5×10－3μm2的儲(chǔ)層面孔率明顯小于滲透率大于1×10－3μm2的儲(chǔ)層，說(shuō)明面孔率在一定程度上反映儲(chǔ)層的滲透性能。

2.2 儲(chǔ)層排驅(qū)壓力高，孔喉中值半徑小

常規(guī)高壓壓汞法以毛細(xì)管束模型為基礎(chǔ)，假設(shè)多孔介質(zhì)由直徑大小不同的毛細(xì)管束組成。表5是利用高壓壓汞取得的長(zhǎng)慶超低滲透油藏不同區(qū)域不同滲透率區(qū)間儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)。從表中數(shù)據(jù)可以看出：滲透率小于0.5×10－3μm2的儲(chǔ)層排驅(qū)壓力平均值達(dá)到1.405MPa，而滲透率大于1×10－3μm2的儲(chǔ)層排驅(qū)壓力平均值只有0.487MPa；滲透率小于0.5×10－3μm2的儲(chǔ)層中值半徑平均值只有0.10μm，而滲透率大于1×10－3μm2的儲(chǔ)層中值半徑達(dá)到0.3μm。這說(shuō)明滲透率低的儲(chǔ)層排驅(qū)壓力高、中值半徑小。

表4 典型區(qū)塊儲(chǔ)層孔隙類型統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Table4 Typical block statistics data of reservoir pore form

表5 長(zhǎng)慶超低滲透油藏不同滲透率區(qū)間儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對(duì)比Table5 Statistics data comparison of difference interval permeability reservoir pore structure parameter of Changqing ultra－low permeability reservoir

2.3 恒速壓汞資料反映出儲(chǔ)層喉道細(xì)小

恒速壓汞假設(shè)多孔介質(zhì)由直徑大小不同的喉道和孔隙構(gòu)成，恒速壓汞逼近于準(zhǔn)靜態(tài)的進(jìn)汞過(guò)程。恒速壓汞與高壓壓汞的差異性在于恒速壓汞能夠分別確定出儲(chǔ)層中孔隙和喉道的大小與分布［10－11］。

圖5是利用恒速壓汞技術(shù)數(shù)據(jù)取得的西峰（董81－50井，孔隙度為12.7%，滲透率為0.24×10－3μm2，長(zhǎng)8）與姬塬（于44－35，孔隙度為13.5%，滲透率為2.19×10－3μm2，長(zhǎng)4＋5）兩口井儲(chǔ)層的孔隙半徑及喉道半徑分布頻率曲線。從曲線圖上可以看出，盡管兩口井儲(chǔ)層滲透率差異很大，但孔隙半徑分布范圍基本一致，最大的差異性在于特低滲透儲(chǔ)層的喉道半徑分布頻率非常集中，無(wú)較大喉道存在，而且喉道比低滲透儲(chǔ)層更細(xì)小。

3 儲(chǔ)層滲透率越低，可動(dòng)流體飽和度越低

可動(dòng)流體飽和度能夠反映孔隙表面和流體相互間作用，特別是固體表面對(duì)流通的束縛作用，是孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)流體滲流阻力大小的體現(xiàn)方式之一［12－14］。

圖6是利用核磁共振分析結(jié)果得出的西峰油田長(zhǎng)8儲(chǔ)層滲透率與可動(dòng)流體分布飽和度關(guān)系圖，表6是統(tǒng)計(jì)出的不同滲透率段可動(dòng)流體飽和度值?？梢钥闯觯簼B透率越低，可動(dòng)流體飽和度整體上越?。B透率小于0.3×10－3μm2的儲(chǔ)層，可動(dòng)流體飽和度為35.82%）；滲透率越高可動(dòng)流體飽和度整體上越大（滲透率大于1×10－3μm2的儲(chǔ)層，可動(dòng)流體飽和度為56.10%）。這說(shuō)明滲透率越低，儲(chǔ)層不可動(dòng)流體飽和度越大，進(jìn)而說(shuō)明滲透率越低儲(chǔ)層孔喉比面越大、儲(chǔ)層孔喉越細(xì)小。

圖5 儲(chǔ)層孔隙半徑及喉道半徑分布頻率曲線Fig.5 Frequency curve of pore and throat radius，well D81－50and Y44－35

圖6 長(zhǎng)8可動(dòng)流體飽和度與滲透率關(guān)系Fig.6 Relationship between movable liquid saturation and permeability，Chang 8

表6 核磁共振可動(dòng)流體分析Table6 Movable liquid statistics data using NMR

4 結(jié)論

1）特低滲透儲(chǔ)層膠結(jié)物含量越高滲透率越低，而其中的綠泥石、巖鹽、鐵方解石、伊利石和濁沸石膠結(jié)物含量較高及其賦存形態(tài)復(fù)雜或者溶蝕程度差是導(dǎo)致特低滲透儲(chǔ)層物性差、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的關(guān)鍵地質(zhì)成因。

2）特低滲透儲(chǔ)層在微觀上表現(xiàn)出面孔率低、排驅(qū)壓力高、小喉道發(fā)育、可動(dòng)流體飽和度低等特點(diǎn)，最終表現(xiàn)為開(kāi)發(fā)效果較差。

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