合水地區(qū)長7段致密油儲層孔隙結構特征及分類

王漢青，劉陽，魏波，折文旭，楊若姣

（1.西安石油大學石油工程學院，陜西西安710065；2.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京102249；3.中國石油新疆油田分公司風城油田作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依834000）

合水地區(qū)長7段致密油儲層孔隙結構特征及分類

王漢青1，劉陽2，魏波1，折文旭1，楊若姣3

（1.西安石油大學石油工程學院，陜西西安710065；2.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京102249；3.中國石油新疆油田分公司風城油田作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依834000）

鄂爾多斯盆地合水地區(qū)長7段儲層為典型的致密油儲層，而致密油儲層孔隙結構特征的表征及分類評價是儲層研究的重點。運用鑄體薄片、掃描電鏡、高壓壓汞等方法，對其孔隙結構特征進行分析研究，并通過分析孔喉結構參數(shù)與宏觀物性相關關系，提出以“分選排驅(qū)壓力”作為孔隙結構分類標準，用數(shù)據(jù)構形理論確定其分類下限。結果表明：長7儲層孔隙類型以長石溶孔為主，其次是殘余粒間孔，喉道以窄片狀和管束狀為主，小孔—微喉和微細喉道，“高孔低滲”為其主要特征；以“分選排驅(qū)壓力”為標準，將孔隙結構分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型三類，不同孔隙結構代表不同儲層類型；三類儲層類型對應三種儲層物性，其中Ⅰ型儲層物性最好，應作為開發(fā)的重點對象。

致密油，孔隙結構，分類評價，長7儲層，合水地區(qū)

隨著我國油氣勘探開發(fā)程度的不斷深入，常規(guī)油氣產(chǎn)量不斷下降，非常規(guī)能源已經(jīng)成為新熱點。致密油資源在中國主要盆地分布廣泛，在一些地區(qū)已經(jīng)獲得了重要勘探發(fā)現(xiàn)，具有形成規(guī)模儲量和有效開發(fā)的條件[1]。鄂爾多斯盆地合水地區(qū)三疊系延長組長7段為典型的致密油儲層，前人在烴源巖、沉積層序等方面做了大量的研究，但致密油勘探開發(fā)的靈魂在儲層[2]，因此，研究致密油儲層特征并對其進行分類評價就顯得尤為重要。本文通過運用掃描電鏡、鑄體薄片、高壓壓汞等技術，對合水地區(qū)長7致密油儲層的巖石學特征、儲層物性特征及孔隙結構等方面進行探討研究，并提出新的分類參數(shù)對孔隙類型進行分類評價。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

合水地區(qū)位于甘肅省慶陽市合水縣境內(nèi)，地處鄂爾多斯盆地一級構造單元伊陜斜坡西南，區(qū)域構造背景為平緩的南西—北東向展布的西傾單斜，斷裂和局部構造不發(fā)育。上三疊統(tǒng)延長組為三角洲—河流—湖泊的陸源碎屑沉積，受西南方向物源控制[3]。

根據(jù)沉積旋回，長7儲層從下向上可細劃為長73、長72和長71三個小層。在長7沉積期，三角洲前緣砂體和半深湖—深湖濁積砂體發(fā)育，其中長71和長72的濁積砂體厚度大,分布面積廣[4]，可作為有利的致密油儲層。

2 巖石學特征

根據(jù)120件鑄體薄片和粒度分析表明，合水地區(qū)長7儲層巖性主要以極細—細粒巖屑長石砂巖和極細—細粒長石巖屑砂巖為主（圖1），多數(shù)含泥質(zhì)。碎屑組分中石英含量16.9%～65.6%，平均含量47.9%；長石含量8.9%～62.2%,平均含量25.5%；巖屑含量8%～51.3%，平均含量26.5%，成分成熟度中等。砂巖碎屑顆粒介于0.08～0.3 mm，主要以0.1～0.25 mm最為常見，平均最大粒徑0.27 mm，填隙物（表1）以水云母膠結為主，伴隨有碳酸鹽膠結和硅質(zhì)膠結。

圖1 合水地區(qū)長7砂巖分類Fig.1 Sandstone classification of Chang 7 reservoir in Heshui area

3 儲層物性特征

根據(jù)巖石實測物性分析顯示，長7儲層的孔隙度變化范圍主要集中在8%～10%，平均孔隙度為8.98%；滲透率變化范圍主要集中在0.05×10-3μm2～0.1×10-3μm2，平均滲透率0.134×10-3μm2。根據(jù)孔滲交會關系，發(fā)現(xiàn)長7儲層的孔滲相關性較差，且隨著孔隙度降低，相關性越差。在孔隙度小于10%的時候，滲透率在（0.01～0.1）×10-3μm2浮動，無明顯關系可言，充分說明致密儲層物性差異大。通過與相似區(qū)塊巖樣對比（表2），長7儲層孔隙度與相似區(qū)塊巖樣相差不大，而滲透率值卻異常的低，具有相對“高孔低滲”，儲層致密的特征，為典型的致密油儲層。

4 孔喉類型與孔隙結構特征

4.1 孔隙類型

1）長石溶孔：通常沿解理縫選擇性溶蝕，形狀不規(guī)則，在電鏡下成蜂窩狀（圖2a和圖2b）。此類溶孔不但提高了砂巖孔隙度，而且各類孔隙連通，改善了致密砂巖的滲透率，是研究區(qū)砂巖中重要的孔隙類型。

2）巖屑溶孔：面孔率較小，溶蝕后形成粒內(nèi)孔。當溶蝕作用較強烈時，甚至可以形成微細蜂窩狀溶解孔隙（圖2c和圖2d）。

3）粒間孔：研究區(qū)發(fā)育兩種類型：一是殘余粒間孔，由原生粒間孔經(jīng)壓實及其他復雜成巖作用改造而保留下來的孔隙，多成三角形或多邊形，孔隙邊緣平直（圖2e）；另一種是由于溶蝕作用所產(chǎn)生的孔隙，即在顆粒接觸的邊緣溶蝕為較大的孔隙，并與吼道相連通，連通性較好，但發(fā)育較少（圖2f）。

4.2 喉道類型

喉道按類型可分為孔隙縮小型喉道、縮頸型喉道、片狀或彎片狀喉道和管束狀喉道，其大小及形態(tài)主要取決于巖石顆粒的接觸關系，膠結類型及顆粒

本身的形狀和大小。在研究區(qū)這四種類型均有發(fā)現(xiàn)（圖3）。

表1 合水地區(qū)長7致密油儲層薄片鑒定填隙物含量統(tǒng)計Table 1 Interstitial material content statistics of Chang 7 tight oil reservoir in Heshui area by thin section identification

表2 合水地區(qū)長7致密油儲層物性與相似區(qū)塊物性參數(shù)對比Table 2 Reservoir physical property parameters comparison of Chang 7 tight oil reservoir in Heshui area and similar areas

圖2 合水地區(qū)致密油儲層長7段孔隙類型圖版Fig.2 Pore type plate of Chang 7 tight oil reservoir in Heshui area

1）孔隙縮小型喉道:為孔隙的縮小部分（圖3a），發(fā)育在以顆粒支撐為主的粒間孔隙中，少量的觀察到有鐵方解石膠結。

在多年基層水土保持工程實施過程中，發(fā)現(xiàn)土方工程、石方工程、砌石工程、混凝土工程中存在部分定額子目設置不合理、機械設備更新變革等問題?，F(xiàn)對《水土保持定額》及《水土保持編制規(guī)定》存在的部分定額子目內(nèi)容進行探討和分析，以期為基層水土保持工作提供參考與借鑒。

2）縮頸型喉道：為顆粒間可變斷面的收縮部分（圖3b），顆粒邊緣壓實較為嚴重，雖然保留了較大的孔隙，但喉道卻大量變窄。

3）片狀喉道：為片狀，顆粒間呈長條狀（圖3c），研究區(qū)以窄片狀為主，顆粒一般呈定向排列。

4）管束狀喉道：孔隙間以細而長的管子連接，其斷面接近圓形，研究區(qū)該喉道主要發(fā)育在雜基伊利石中，微孔隙既是孔隙也是喉道（圖3d）。

合水地區(qū)長7致密油儲層巖石結構成熟度差—中等，分選為差—中等，磨圓度較差，以次棱—棱角狀為主。顆粒之間以線接觸為主，局部為點接觸。支撐方式多為顆粒支撐，膠結類型以孔隙膠結為主，加之以水云母為主的填隙物含量較高，為控制儲層物性的主要因素[7]，所以主要發(fā)育窄片狀和管束狀喉道，平均喉道半徑0.1～0.5 μm，而孔隙縮小型喉道和縮頸型喉道相對較少發(fā)育,再次說明致密油孔喉達到微米級且連續(xù)分布[8]。

4.3 孔喉分類

4.3.1 分類參數(shù)優(yōu)選

與孔喉相關的定量參數(shù)有最大連通孔喉半徑，孔喉半徑中值、分選系數(shù)、均值系數(shù)等。其中排驅(qū)壓力為最大連通孔喉半徑的表征，而中值壓力為孔喉中值半徑的表征。為了反映儲層物性的主控因素，對194個巖樣高壓壓汞數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，將各參數(shù)與孔隙度和滲透率進行相關性分析。分析結果表明，排驅(qū)壓力和分選系數(shù)與物性參數(shù)的相關性最好，尤其是與滲透率的相關性，均在0.75以上（表3）。孔隙度決定儲存能力，滲透率決定油氣流動的難易程度。對于致密儲層來講，對于滲流起主要作用的是粗喉道[9]，小喉道雖然可能連通更多的孔隙，但滲流能力極差，甚至沒有滲流能力，所以排驅(qū)壓力可以作為儲層分類的一個參數(shù)?？缀矸诌x參數(shù)是表征孔喉大小分布集中程度的參數(shù)，對于致密儲層，非均質(zhì)性強，在一定區(qū)間內(nèi)分選系數(shù)的大小反映了滲流能力的好壞，故可作為另一個分類參數(shù)。將排驅(qū)壓力和分選系數(shù)再做相關性分析，發(fā)現(xiàn)二者相關性很好，達到0.869 9，認為二者權重相同。對于受多個因素影響的指標，可用乘積的方法將其綜合[10]，故將二者作乘積，得到一個新的參數(shù)“分選排驅(qū)壓力”，并以此參數(shù)與孔隙度和滲透率做相關性分析，發(fā)現(xiàn)相關性均達到了0.8以上（圖4）。據(jù)此，將分選排驅(qū)壓力作為儲層物性分類的參數(shù)。

圖3 合水地區(qū)致密油儲層長7段喉道類型圖版Fig.3 Throat type plate of Chang 7 tight oil reservoir in Heshui area

表3 合水地區(qū)長7致密油儲層孔喉特征參數(shù)與物性相關性分析Table 3 Correlation analysis of pore throat characteristic parameters and physical property of Chang 7 tight oil reservoir in Heshui area

圖4 分選排驅(qū)壓力與儲層物性相關關系曲線Fig.4 Correlation of sorting displacement pressure and reservoir physical properties

4.3.2 物性界限的確定

根據(jù)數(shù)據(jù)構型原理，當一組數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布，將其放到概率坐標中就會得到一條直線。若這組數(shù)據(jù)中包含n個正態(tài)分布，那么就會得到n條連續(xù)相交的直線，得到n-1個區(qū)間范圍，其交點即為正態(tài)分布參數(shù)的界限值。因此采用此方法對“分選排驅(qū)壓力”進行分級確定。從圖5中可見，在概率累計曲線上出現(xiàn)兩個拐點，將孔隙結構分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型三類（表4）。

三種孔喉類型對應三種儲層結構，如下：

Ⅰ類儲層:分選排驅(qū)壓力小于2.25 MPa，排驅(qū)壓力小于1.5 MPa，中值壓力小于8 MPa，分選系數(shù)大于1.4，中值半徑大于0.1 μm，毛管壓力曲線為單峰較粗歪度，呈左凹平臺狀，最大進汞飽和度可以達到80%以上，孔喉半徑分布集中在0.5～1.0 μm，屬于小孔—微細喉型，孔隙組合類型較多，以長石溶孔為主，發(fā)育少量殘余粒間孔，喉道以窄片狀和管束狀喉道為主。細砂巖，填隙物含量高，以黏土膠結礦物水云母為主，白云石含量相對較高，發(fā)育綠泥石膜。滲透率大于0.2×10-3μm2,孔隙度大于10%，以寧41長7-1（1 566 m）為代表，為研究區(qū)物性最好但不多見的孔喉結構類型。

圖5 合水地區(qū)長7致密油儲層分選排驅(qū)壓力概率累積分布Fig.5 Probability cumulative distribution of sorting displacement pressure of Chang 7 tight oil reservoir in Heshui area

表4 合水地區(qū)孔隙結構分類標準Table 4 Pore structure classification criteria of Heshui area

Ⅱ類儲層：分選排驅(qū)壓力2.25～5.05 MPa，排驅(qū)壓力1.5～5.0 MPa，中值壓力7.5～15 MPa，分選系數(shù)0.9～1.4，中值半徑0.05～0.1 μm，毛管壓力曲線為單峰略細歪度，呈相對平緩的左凹平臺狀，最大進汞飽和度在6 0%～80%，孔喉半徑分布在0.1～0.5 μm，屬于小孔—微喉型，長石溶孔和巖屑溶孔發(fā)育，可見窄片狀和管束狀喉道。極細砂巖，填隙物含量較Ⅰ類少，可見大量水云母和綠泥石膜。滲透率（0.2～0.08）×10-3μm2，孔隙度8%～10%，以寧60長7-1（1 508.09 m）為代表，為研究區(qū)物性較好常見的主要類型。

Ⅲ類儲層：分選排驅(qū)壓力大于5.05 MPa，排驅(qū)壓力大于5.0 MPa，中值壓力大于15 MPa，分選系數(shù)小于1.0，中值半徑小于0.1 μm，毛管壓力曲線為單峰細歪度，呈左凹平臺狀，最大進汞飽和度在60%～70%，孔喉半徑分布在0.04～0.08 μm，屬小孔—微喉型，發(fā)育微孔，常見管束狀喉道。極細砂巖，填隙物含量較Ⅱ類少，發(fā)育碳酸鹽巖和硅質(zhì)膠結，滲透率小于0.08×10-3μm2，孔隙度小于8%，以莊17長7-2（2 055.08 m）為代表，為研究區(qū)物性較差較為常見的類型。

5 結論

1）合水地區(qū)長7致密油儲層以極細—細粒巖屑長石砂巖和極細—細粒長石巖屑砂巖為主，填隙物大量發(fā)育水云母。

2）長7致密油儲層儲集空間以長石溶孔為主，其次為殘余粒間孔，主要發(fā)育窄片狀和管束狀喉道，孔隙半徑分布在10～20 μm，喉道半徑分布在0.1～0.5 μm，相對“高孔低滲”，小孔—微喉和微細喉為其主要特征。

3）不同孔隙結構特征參數(shù)和宏觀物性相關性分析表明，排驅(qū)壓力和分選系數(shù)與滲透率相關性最好，通過將二者做乘積得出“分選排驅(qū)壓力”作為孔隙結構的分類參數(shù)；并用數(shù)據(jù)構型理論確定分類參數(shù)界限，將孔隙結構分為三類。

4）三類儲層類型對應三種儲層物性，其中Ⅰ型儲層物性最好，應作為開發(fā)的重點對象。

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（編輯：楊友勝）

Pore structure characteristics and classification of Chang 7 tight oil reservoir in Heshui area

Wang Hanqing1,Liu Yang2,Wei Bo1,She Wenxue1and Yang Ruojiao3
(1.College of Petroleum Engineering,Xi'an Shiyou University,Xi'an,Shaanxi 710065,China;2.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;3.Fengcheng Oilfield Operating Area,PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Karamay,Xinjiang 834000,China)

Chang 7 member is a typical tight oil reservoir of Heshui area in Ordos Basin.Pore structure characteristics and classifi?cation evaluation is the key point of reservoir study.Using the methods of casting thin section,scanning electron microscope(SEM) and high pressure mercury injection,pore structure characteristics were analyzed.By analyzing correlation of pore throat structural parameters and macroscopic properties,sorting expulsion pressure was regarded as classification criteria of pore structure.The low?er limit classification of pore structure was determined based on data configuration theory.Results show that Chang 7 reservoir is mainly feldspar dissolved pore,followed by residual intergranular pore.Throat is mainly narrow flaky and control shape throat,fol?lowed by small pore-microthroat and high pore and low permeability.According to sorting displacement pressure,pore structure is divided into typeⅠ,typeⅡand typeⅢ,and different pore structures represent different reservoir types.Three types of reservoir types correspond to three kinds of reservoir physical properties.Since typeⅠhas the best reservoir physical property,it should be the key development object.

tight oil,pore structure,classification evaluation,Chang 7 reservoir,Heshui area

TE122.23

A

2015-03-30。

王漢青（1990—），男，在讀碩士研究生，石油工程。