不同孔喉匹配關(guān)系下的特低滲透砂巖微觀孔喉特征差異

高 輝，敬曉鋒，張 蘭

(1.西安石油大學(xué) 石油工程學(xué)院 西安 710065； 2.玉門油田分公司 鴨兒峽油田作業(yè)區(qū)甘肅 酒泉 735200； 3. 玉門油田分公司 老君廟油田作業(yè)區(qū)，甘肅 酒泉 735200)

不同孔喉匹配關(guān)系下的特低滲透砂巖微觀孔喉特征差異

高 輝1，敬曉鋒2，張 蘭3

(1.西安石油大學(xué) 石油工程學(xué)院 西安 710065； 2.玉門油田分公司 鴨兒峽油田作業(yè)區(qū)甘肅 酒泉 735200； 3. 玉門油田分公司 老君廟油田作業(yè)區(qū)，甘肅 酒泉 735200)

因沉積和成巖作用改造不同，滲透率相近或相等的砂巖，微觀孔喉特征參數(shù)存在明顯差異。以吳起地區(qū)延長組長6砂巖和牛圈湖地區(qū)西山窯組X2砂巖為對象，綜合利用物性、鑄體薄片和恒速壓汞對不同孔喉匹配關(guān)系下的微觀孔喉特征參數(shù)進(jìn)行了定量對比。結(jié)果表明，各滲透率級別樣品的孔隙參數(shù)差異不大，微觀孔喉特征的差異主要體現(xiàn)在喉道上。發(fā)育的溶蝕孔和晶間孔造成X2砂巖的彎片狀、管束狀喉道含量高，喉道半徑小且分布范圍窄，對滲透率貢獻(xiàn)集中，平均喉道半徑和主流喉道半徑小、大孔喉比含量高。長6砂巖縮頸狀、片狀和彎片狀喉道發(fā)育，喉道半徑差異大、大喉道含量高的特征歸因于發(fā)育的原生粒間孔。不同孔喉匹配關(guān)系下的特低滲透砂巖，開發(fā)過程中應(yīng)區(qū)別對待。

孔隙喉道類型；孔喉差異；特低滲透砂巖；延長組；西山窯組；吳起地區(qū)；牛圈湖地區(qū)

特低滲透儲層普遍存在于國內(nèi)的多個油田或區(qū)塊，成為開發(fā)的主要潛力區(qū)[1-7]。物性差、孔隙喉道細(xì)小、溶蝕孔和微裂縫發(fā)育是該類儲層的主要特征，也是制約該類儲層高效開發(fā)的關(guān)鍵因素，很多適用于中高滲儲層的開發(fā)技術(shù)政策在用于該類儲層時遇到困難或者收效甚微[5-12]。由于受沉積和成巖作用的影響程度不同，特低滲透砂巖的孔喉發(fā)育程度和匹配關(guān)系存在明顯差異。表面上滲透率相近或相等的儲層，其孔喉特征參數(shù)明顯不同，進(jìn)而表現(xiàn)出不同的開發(fā)效果[13]。恒速壓汞技術(shù)作為目前國際上用于微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究的最先進(jìn)技術(shù)之一，能夠?qū)⒖紫逗秃淼婪珠_，獲取更為準(zhǔn)確的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，克服了常規(guī)壓汞技術(shù)的缺點(diǎn)，為定量表征孔喉特征參數(shù)提供了技術(shù)保證[14-23]。筆者以鄂爾多斯盆地吳起地區(qū)延長組長6砂巖和三塘湖盆地牛圈湖地區(qū)西山窯組X2砂巖樣品為研究對象，綜合利用物性測試、鑄體薄片和先進(jìn)的恒速壓汞技術(shù)，定量評價相同滲透率級別樣品的孔喉分布特征差異，以期從本質(zhì)上揭示造成這一現(xiàn)象的主要原因，為開發(fā)過程中采取不同的開發(fā)技術(shù)提供參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)樣品信息

牛圈湖油田位于三塘湖盆地馬朗凹陷西北部，物源以北部物源體系為主，次為南物源。主要為扇三角洲前緣沉積，微相主要為扇三角洲前緣水下分流河道沉積，其次為河口壩；西山窯組為主力含油層位[24]。從水下分流河道微相選取3塊代表性樣品，巖性為細(xì)—中粒巖屑砂巖。吳起地區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中西部，物源來自盆地東北部，發(fā)育一套三角洲前緣亞相沉積，水下分流河道、河口壩和分流間灣為主要沉積微相，三疊系延長組長6儲層為主力含油層系之一[25]。實(shí)驗(yàn)樣品取自水下分流河道微相，巖性以中—細(xì)粒長石砂巖為主。

為了實(shí)現(xiàn)不同孔喉匹配關(guān)系下，不同滲透率級別樣品的對比，實(shí)驗(yàn)樣品選取時充分考慮沉積微相、成巖作用特征，并借鑒大量鑄體薄片鑒定和物性測試結(jié)果，分別選取不同滲透率級別的3組樣品進(jìn)行對比，依次為0.1×10-3μm2lt;Klt;0.5×10-3μm2(A組)，0.5×10-3μm2lt;Klt;1.0×10-3μm2(B組)，Kgt;1.0×10-3μm2(C組)(表1)。

2 孔隙喉道發(fā)育程度

根據(jù)鑄體薄片鏡下觀察與統(tǒng)計(jì)(表2)，牛圈湖地區(qū)孔隙類型主要為粒間孔、凝灰質(zhì)溶孔、長石溶孔和晶間孔，巖屑溶孔發(fā)育程度較差。吳起地區(qū)粒間孔為最主要的孔隙類型，其次為長石溶孔，巖屑溶孔發(fā)育程度差。對比可知，牛圈湖樣品的溶蝕孔和晶間孔發(fā)育程度高，平均相對含量分別為57.6%和27.6%，而吳起地區(qū)粒間孔占支配地位，平均相對含量達(dá)到了82.27%。

喉道是巖石中流體運(yùn)移能力及滲透率大小的主要控制因素，而喉道大小和形態(tài)主要取決于巖石的顆粒接觸關(guān)系、膠結(jié)類型以及顆粒本身的形狀和大小。根據(jù)羅蟄潭、張?jiān)收\等人對我國砂巖喉道的分類標(biāo)準(zhǔn)[26]，牛圈湖地區(qū)喉道類型以管束狀、彎片狀為主，其中管束狀喉道含量非常高(與該區(qū)次生孔隙和高嶺石晶間孔發(fā)育程度高有關(guān))。而吳起地區(qū)多表現(xiàn)為縮頸狀、片狀和彎片狀，管束狀喉道含量低(由粒間孔隙發(fā)育程度高所決定)(圖1)。

表1 吳起和牛圈湖地區(qū)實(shí)驗(yàn)樣品信息Table 1 Information of laboratory samples in Wuqi and Niujuanhu areas

表2 吳起和牛圈湖地區(qū)樣品孔隙類型統(tǒng)計(jì)Table 2 Pore type statistics of samples in Wuqi and Niujuanhu areas %

3 微觀孔喉特征的差異

3.1孔隙分布的差異

根據(jù)恒速壓汞測試結(jié)果，牛圈湖地區(qū)3塊樣品的孔隙半徑分布區(qū)間介于100～260 μm，按滲透率從小到大，3塊樣品的孔隙半徑峰值分別為130,150,120 μm，峰值含量分別為15.44%,14.24%,16.17%。吳起地區(qū)3塊樣品孔隙半徑分布區(qū)間為100～300 μm，峰值分別為150,150,140 μm，峰值含量依次為12.0%,12.38%,13.51%。對比可見，2個區(qū)塊各級別滲透率樣品的孔隙分布區(qū)間、孔隙半徑峰值差異和峰值含量差異不大(圖2)。

3.2喉道分布的差異

實(shí)驗(yàn)樣品的喉道分布區(qū)間均隨著滲透率的增加而變寬，大喉道含量增加，但3組樣品的喉道特征參數(shù)存在明顯差異。主要體現(xiàn)為喉道半徑大小、分布區(qū)間、喉道峰值含量和半徑不同。牛圈湖地區(qū)樣品的喉道半徑小，分布范圍窄，小喉道含量高，喉道峰值半徑小，峰值含量高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，3塊樣品的喉道分布區(qū)間分別為0.2～0.8,0.2～1.0,0.2～1.9 μm；喉道峰值半徑分別為0.6,0.7,0.9 μm，峰值含量依次為35.96%,25.73%,12.22%(圖3)。

吳起地區(qū)樣品的喉道分布區(qū)間寬，大喉道含量高，喉道峰值不明顯。3塊樣品的喉道分布區(qū)間依次為0.2～1.3,0.2～1.4,0.2～2.6 μm(圖3)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，A組中吳起地區(qū)樣品喉道大于0.5 μm的累計(jì)含量為59.18%，而牛圈湖地區(qū)為52.91%；B組中吳起地區(qū)樣品的喉道大于0.5 μm的累計(jì)含量為84.35%，喉道大于1.0 μm的累計(jì)含量為24.58%，牛圈湖地區(qū)該范圍樣品的含量分別69.42%和0%。C組樣品對比也表明，牛圈湖地區(qū)樣品中無大于2.0 μm的喉道分布，而吳起地區(qū)樣品該級別喉道的含量為16.45%(表3)。

圖1 吳起和牛圈湖地區(qū)不同的孔隙、喉道類型Fig.1 Different pore and throat types in Wuqi and Niujuanhu areas

圖2 吳起和牛圈湖地區(qū)3組樣品孔隙半徑分布Fig.2 Pore radius distribution of 3 groups of samples in Wuqi and Niujuanhu areas

圖3 吳起和牛圈湖地區(qū)3組樣品喉道半徑分布Fig.3 Throat radius distribution of 3 groups of samples in Wuqi and Niujuanhu areas 表3 吳起和牛圈湖地區(qū)喉道特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of throat characteristic parameters in Wuqi and Niujuanhu areas

區(qū)塊樣品編號分組滲透率/10-3μm2平均喉道半徑/μm主流喉道半徑/μm累計(jì)含量/%gt;0．5μmgt;1．0μmgt;1．5μmgt;2．0μm牛圈湖吳起4-1A0．300．520．4252．9100019-1B0．550．620．5669．4200048-1C1．771．031．2193．2046．597．1102A0．320．610．7159．1800011B0．510．840．8884．3524．58003C1．771．461．7195．5374．2045．3616．45

此外對比還發(fā)現(xiàn)，吳起地區(qū)不同滲透率級別樣品的平均喉道半徑、主流喉道半徑、不同級別喉道的累計(jì)含量均要大于牛圈湖地區(qū)(表3)。這說明滲透率是微觀孔隙結(jié)構(gòu)的宏觀表現(xiàn)，是不同喉道綜合作用的結(jié)果。在滲流時，不是每一個級別的喉道都在提供滲流能力，而是存在一個范圍，即為油藏提供滲流能力的喉道半徑存在一個下限，這個下限隨著樣品滲透率的不同而改變，大小反映了控制主要滲流能力的半徑范圍，其值越大，滲流能力越強(qiáng)。這就要求在儲層評價中滲透率參數(shù)不能賦予過高的權(quán)重，因?yàn)樵搮?shù)不能真實(shí)客觀反映流體的滲流特性。

3.3喉道對滲透率的貢獻(xiàn)差異

基于喉道分布結(jié)果，在泊謖葉公式的基礎(chǔ)上，評價不同級別喉道對巖心的滲透率貢獻(xiàn)大小[13]。對比結(jié)果表明，隨著滲透率的逐漸增大，較大喉道對滲透率的貢獻(xiàn)增加，但2個區(qū)塊的增加程度不同。牛圈湖地區(qū)樣品喉道對滲透率的貢獻(xiàn)分布集中，貢獻(xiàn)峰值大，對應(yīng)的喉道半徑小(圖4)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，牛圈湖地區(qū)樣品喉道對滲透率貢獻(xiàn)峰值分別為44.37%,36.86%,12.57%，對應(yīng)的喉道半徑分別為0.6,0.8,1.2 μm；而吳起地區(qū)樣品的滲透率貢獻(xiàn)峰值分別為24.43%,16.57%,9.8%，對應(yīng)的喉道半徑依次為0.9,1.2,2.0 μm。

對比3組樣品不同喉道半徑對滲透率的貢獻(xiàn)(表4)，A、B組中牛圈湖地區(qū)樣品中小于0.5 μm喉道對滲透率的貢獻(xiàn)分別為9.01%和5.51%，小于1.0 μm的喉道對滲透率的貢獻(xiàn)均為100%；而吳起地區(qū)樣品小于1.0 μm喉道對滲透率的貢獻(xiàn)分別為95.20%和40.22%。C組中兩區(qū)塊樣品小于2.0 μm的喉道對滲透率的貢獻(xiàn)分別為100%和55.85%。這一特征表明，相對于牛圈湖地區(qū)樣品，吳起地區(qū)樣品的較大喉道對滲透率的貢獻(xiàn)更為明顯，即為流體提供的滲流通道更為順暢，滲流阻力更小。

3.4孔喉比分布的差異

對于油田注水開發(fā)而言，孔喉比大小決定水驅(qū)油滲流過程的驅(qū)替類型，較大的孔喉比會因賈敏效應(yīng)而使附加阻力增加，導(dǎo)致連續(xù)油相被卡斷成為油滴(珠)的幾率增大，水驅(qū)油效果變差[27-30]。根據(jù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)驗(yàn)樣品的孔喉比均隨著滲透率的增加分布范圍變窄，小孔喉比含量增加。牛圈湖地區(qū)樣品的孔喉比分布范圍分別為50～1 200,30～810,20～580，吳起地區(qū)樣品的分布范圍依次為20～640,20～520,20～460。對比可見，牛圈湖地區(qū)樣品的孔喉比分布范圍更寬，大孔喉比含量更高。

圖4 吳起和牛圈湖地區(qū)3組樣品喉道對滲透率貢獻(xiàn)Fig.4 Throat contribution to permeability of 3 groups of samples in Wuqi and Niujuanhu areas 表4 吳起和牛圈湖地區(qū)喉道對滲透率貢獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)Table 4 Contribution statistics of throat to permeability in Wuqi and Niujuanhu areas

圖5 吳起和牛圈湖地區(qū)3組樣品孔喉半徑比分布Fig.5 Pore throat ratio distribution of 3 groups of samples in Wuqi and Niujuanhu areas

4 討論

特低滲透砂巖儲層特殊的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征是其有別于常規(guī)儲層的主要原因，表面上看似滲透率相近或相同的樣品，因其不同的孔喉匹配關(guān)系，導(dǎo)致微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征存在較大差異。上述分析可見，2個區(qū)塊樣品的孔隙半徑大小及其分布差異不大，但喉道特征參數(shù)卻明顯不同。相對于鄂爾多斯盆地吳起地區(qū)樣品，牛圈湖地區(qū)樣品的喉道分布集中、分布范圍窄、小喉道含量高且對滲透率的貢獻(xiàn)大，平均喉道半徑和主流喉道半徑小，孔喉比大。

其根本原因在于沉積、成巖作用造成的孔隙發(fā)育程度和孔喉匹配關(guān)系不同，牛圈湖地區(qū)為近源快速沉積，其雜基含量高、顆粒分選差，結(jié)構(gòu)成熟度低，由大顆粒支撐形成的原生粒間孔隙被細(xì)小顆粒和泥質(zhì)雜基充填，凝灰質(zhì)又使孔隙空間進(jìn)一步減小。由于塑性巖屑、雜基、凝灰質(zhì)含量高，這些軟組分在壓實(shí)過程中容易發(fā)生變形，使原生粒間孔隙大量減少，僅在填隙物殘存少量孔隙，部分樣品中幾乎見不到。而較高的巖屑、雜基和凝灰質(zhì)含量及高嶺石的廣泛發(fā)育為溶蝕孔和晶間孔的大量分布提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。溶蝕孔的發(fā)育對于特低滲透砂巖儲層而言至關(guān)重要，可以將孔隙之間更好地連通起來，提供更多的滲流通道，而晶間孔可以為油氣聚集提供一定的儲集空間。但需要注意的是，發(fā)育的溶蝕孔多以蜂窩狀的形式成束存在，孔隙之間的連通喉道類型主要以多支細(xì)小的彎片狀、管束狀為主，喉道半徑差異較小，分布集中；而晶間孔則是粘土礦物將孔隙空間充填后生成，是將大的孔隙割裂成為若干個細(xì)小的孔隙空間，連通的喉道以管束狀為主，喉道半徑雖然差異不大但更加細(xì)小。導(dǎo)致該類儲層最終的孔喉特征表現(xiàn)形式是孔隙被多支細(xì)小的喉道連通，喉道間差異較小且分布集中，但孔喉比較大。

吳起地區(qū)處于吳起三角洲砂體的前端，發(fā)育三角洲前緣亞相沉積，水下分流河道砂體為最主要的沉積骨架砂體，沉積時水動力相對較強(qiáng)，分選較為充分。雖然粒度較細(xì)但雜基含量低、顆粒分選好，成分成熟度較牛圈湖地區(qū)高，加之膠結(jié)物中綠泥石含量較高，抗壓實(shí)能力較強(qiáng)，原生粒間孔保存較好，縮頸狀、片狀和彎片狀喉道較發(fā)育。由于巖屑、雜基等易溶組分含量低導(dǎo)致溶解作用弱，溶蝕孔含量少，而實(shí)驗(yàn)樣品中基本無高嶺石分布，故晶間孔發(fā)育程度差，管束狀喉道不發(fā)育。此時，喉道類型更加豐富，雖然此時差異程度增加，但大喉道數(shù)量增多。已有的研究表明，對于特低滲透砂巖儲層而言，對滲透率起主要貢獻(xiàn)的是占少數(shù)的較大喉道，正是這些含量較少的較大喉道為流體滲流提供了主要通道。該類儲層的孔喉特征參數(shù)表現(xiàn)為平均喉道半徑和主流喉道半徑大、喉道分布范圍寬、大喉道含量高，孔喉比分布范圍窄，大孔喉比含量低。

上述分析可見，不同孔喉匹配關(guān)系下的特低滲透砂巖儲層，影響開發(fā)效果的關(guān)鍵因素(喉道特征參數(shù))存在較大差異，需要針對不同類型儲層采取不同的開發(fā)措施。對于粒間孔發(fā)育程度差，溶蝕孔和晶間孔含量高，喉道類型以彎片狀和管束狀為主的儲層，注重喉道峰值半徑范圍的喉道開發(fā)至關(guān)重要，因?yàn)檫@部分喉道含量最高、而且對滲透率起主要貢獻(xiàn)，直接影響開發(fā)效果的好壞。對于次生孔隙發(fā)育程度差，粒間孔含量高、喉道類型多樣的儲層，因喉道分布范圍寬、喉道間差異大、大喉道含量高、非均質(zhì)性強(qiáng)，應(yīng)對不同級別的喉道采取相應(yīng)的措施，應(yīng)該在保證較小喉道有效開發(fā)的基礎(chǔ)上，再開發(fā)大喉道，這樣可取得更好的開發(fā)效果。

5 結(jié)論

1)牛圈湖地區(qū)孔隙類型主要為粒間孔、凝灰質(zhì)溶孔、長石溶孔和晶間孔，巖屑溶孔發(fā)育程度較差，喉道類型以管束狀、彎片狀為主；吳起地區(qū)粒間孔最為發(fā)育，溶蝕孔發(fā)育程度差，縮頸狀、片狀和彎片狀為主要的喉道類型。

2)2個區(qū)塊各級別滲透率樣品的孔隙大小與分布、孔隙半徑峰值含量差異不大，但喉道特征參數(shù)存在明顯不同。相對而言，牛圈湖樣品的喉道半徑小，分布范圍窄，小喉道含量高，喉道峰值半徑小且峰值含量高，喉道對滲透率的貢獻(xiàn)更為集中，貢獻(xiàn)峰值大且峰值喉道半徑小，平均喉道半徑和主流喉道半徑小，孔喉比分布范圍更寬，大孔喉比含量高。

3)滲透率相近或相等的儲層，因沉積和成巖作用的改造程度不同，其孔隙、喉道類型和匹配關(guān)系存在較大差異。牛圈湖地區(qū)儲層發(fā)育的溶蝕孔和晶間孔是喉道細(xì)小、分布集中、孔喉比大的主要原因；而吳起地區(qū)喉道半徑差異大、大喉道含量高則源于原生粒間孔的較高含量。

4)不同孔喉匹配關(guān)系下的儲層，因其喉道特征參數(shù)之間的明顯差異，開發(fā)過程中應(yīng)采取不同的措施區(qū)別對待，牛圈湖區(qū)塊應(yīng)注重峰值半徑范圍內(nèi)喉道的開發(fā)，而吳起地區(qū)應(yīng)在保證小喉道有效開發(fā)的基礎(chǔ)上，再開發(fā)大喉道。

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(編輯黃 娟)

Differenceofmicro-porethroatcharacteristicsinextra-lowpermeabilitysandstoneofdifferentporethroatmatchingrelationship

Gao Hui1, Jing Xiaofeng2, Zhang Lan3

(1.CollegeofPetroleumEngineering,Xi’anShiyouUniversity,Xi’an,Shaanxi710065,China;2.YaerxiaOilFieldWorkingQuarter,YumenOilfieldCompany,Jiuquan,Gansu735200,China;3.LaojunmiaoOilFieldWorkingQuarter,YumenOilfieldCompany,Jiuquan,Gansu735200,China)

There are different pore throat matching relationship and micro-pore throat characteristics for similar or equal sandstones because of different deposition and diagenesis reconstruction. Taking the Chang6 sandstone of Yanchang Formation in Wuqi area and the X2sandstone of Xishanyao Formation in Niujuanhu area as the objects, the micro-pore throat characteristics in different pore throat matching relationships are evaluated quantitatively using physical property testing, cast section and constant rate mercury penetration technique. The results show that there are no obvious differences in pore parameters, and the differences of micro-pore throat characteristics are mainly presented in throat parameters for samples with different permeabilities. As to the X2sandstone, the generation of dissolution pores and intercrystal pores leads to high content of curved lamellar and tube bundle throat, small throat radius and narrow distribution, concentrated contribution of throat to permeability, fine average throat radius and main flow throat radius, high content of big pore throat ratio in Niujuanhu area. In the Chang6 sandstone, necking, flaky and curved lamellar throats develop, throat radius vary obviously, and big throats are in high content, which can be explained by the generation of primary intercrystal pores. Different steps should be taken in the development process for extra-low permeability sandstone reservoirs which present different pore throat matching relationships.

pore throat type; differences of pore throat; extra-low permeability sandstone; Yanchang Formation; Xishanyao Formation; Wuqi area; Niujuanhu area

1001-6112(2013)04-0401-06

10.11781/sysydz201304401

TE122.2+3

A

2012-09-01；

2013-05-20。

高輝(1979—)，男，博士，副教授，從事油氣田地質(zhì)與開發(fā)方面的教學(xué)和科研工作。E-mail: ghtopsun1@163.com。

國家自然科學(xué)基金(41102081)、教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(212172)、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃(2012JQ5003)和國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05013-005)資助。