華慶地區(qū)長63儲層物性與微觀孔隙結(jié)構(gòu)及可動流體飽和度關(guān)系

任穎惠，楊友運，何康寧，吳正義

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

華慶地區(qū)長63儲層物性與微觀孔隙結(jié)構(gòu)及可動流體飽和度關(guān)系

任穎惠，楊友運，何康寧，吳正義

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

通過對華慶地區(qū)長63儲層進行恒速壓汞測試和核磁共振實驗測試，研究了不同巖石物性的儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明：雖然巖石物性不同，但孔隙半徑數(shù)值分布區(qū)間差異不大，分布范圍和峰值基本接近；隨著巖石物性變化，喉道半徑數(shù)值分布區(qū)間差異較大，儲層滲透率越大，喉道半徑數(shù)值分布范圍越寬，孔喉結(jié)構(gòu)分選性越差。巖石物性變化與孔喉半徑比分布特征有關(guān)，物性越好，孔喉半徑比的峰值越小，孔喉連通性越好，排驅(qū)效果越好?？蓜恿黧w由孔隙和大喉道中流體共同組成，可動流體飽和度受孔隙和喉道的配置關(guān)系影響。

華慶地區(qū)；長63儲層；微觀孔隙結(jié)構(gòu)；恒速壓汞；核磁共振

華慶地區(qū)構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡帶的西部，地理位置上處于華池縣和慶陽縣境內(nèi)。延長組主要以內(nèi)陸湖泊相沉積為主，按沉積旋回及含油性可將延長組劃分為10個油層組[1]，主力含油層長63是典型的三角洲前緣沉積，主要發(fā)育水下分流河道沉積微相，巖性以淺灰色、灰色細-極細粒長石砂巖、巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，成分成熟度低，結(jié)構(gòu)成熟度中等，厚度30～40 m，為本次研究的目的層段。大量物性分析資料統(tǒng)計表明，華慶地區(qū)長63儲層孔隙度3.4%～14.2%，平均10.16%；滲透率(0.02～1.9)×10-3μm2，平均0.21×10-3μm2，為典型的低孔特低、超低滲儲層。

本文運用恒速壓汞和核磁共振實驗分析技術(shù)，研究了長63儲層的微觀結(jié)構(gòu)特征，并定性分析了微觀孔隙結(jié)構(gòu)與可動流體飽和度的關(guān)系。

1 恒速壓汞實驗研究微觀孔隙結(jié)構(gòu)

恒速壓汞技術(shù)是用于檢測儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的一種先進技術(shù)[2]，克服了常規(guī)壓汞技術(shù)的不足，能夠直觀、定量地分析孔隙、喉道、孔喉半徑比的大小及分布特征等[3-5]。

1.1 樣品測試的基本數(shù)據(jù)

本次實驗選取了研究區(qū)具有代表性的3塊巖心樣品進行恒速壓汞實驗，見表1，結(jié)果顯示，3塊樣品的孔隙度6.5%～12.4%，平均值為8.67%；滲透率(0.034～0.371)×10-3μm2，平均值為0.184×10-3μm2，屬于典型的低孔特低、超低滲砂巖儲層。表2為恒速壓汞測試的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)(總進汞飽和度等于孔隙進汞飽和度與喉道進汞飽和度之和)。

1.2 孔隙半徑分布特征

表1 實驗樣品信息及主要參數(shù)統(tǒng)計

恒速壓汞孔隙特征分析主要從有效孔隙半徑大小及其分布、有效孔隙體積兩個方面進行討論。孔隙體積是孔隙大小和孔隙個數(shù)的綜合反映，一般情況下，孔隙半徑越大、孔隙個數(shù)越多、孔隙體積越大，則孔隙發(fā)育程度越高。

從圖1可知，不同滲透率級別的巖心孔隙大小及分布性質(zhì)差異不大，都具有接近正態(tài)的分布特征，且分布范圍和峰值也基本接近，主峰分布在100～150 μm，有效孔隙半徑分布較為集中。

表2 有效孔、喉發(fā)育特征相關(guān)參數(shù)

圖1 孔隙半徑分布特征

1.3 喉道半徑分布特征

從圖2可以看出，物性不同的巖心樣品喉道半徑分布特征差異較大，隨著滲透率的增大，喉道半徑的分布范圍變寬，且分布頻率變??；隨著滲透率的減小，喉道半徑分布越集中，對應(yīng)的頻率也增大。喉道半徑分布范圍越寬說明喉道半徑分選性越差。從圖2可以看出，喉道半徑小于2 μm的喉道相對較多，是低孔特低、超低滲砂巖儲層的主要滲流空間。

1.4 孔喉半徑比分布特征

圖2 喉道半徑分布特征

圖3 孔喉半徑比分布特征

從圖3可以看出，物性不同的巖心樣品孔喉半徑比分布特征不同，1號樣品主要分布在140～260，峰值在200左右；2號樣品分布范圍變寬，主要分布在300～700；3號樣品主要分布在100～500，峰值在300左右。結(jié)果表明，隨著滲透率的增大，孔喉半徑比的分布范圍就越大，峰值所對應(yīng)的頻率就越小，隨著滲透率的減小，孔喉半徑比分布于小值區(qū)的頻率逐漸增大，且孔喉半徑比的峰值向小值區(qū)移動。孔喉半徑比越大，則孔隙、喉道之間的差異越大，流體流動時的滲流阻力越大，開發(fā)效果往往不好；反之，則說明孔喉之間的差異較小，流體滲流時的阻力也較小，開發(fā)效果則相對較好。

1.5 毛細管壓力曲線變化特征

研究表明，特低-超低滲儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)主要受喉道半徑的控制。分析表2可知，微觀孔隙結(jié)構(gòu)越好，微觀均質(zhì)系數(shù)越小，分選系數(shù)越大，反映了喉道以大喉道為主；微觀孔隙結(jié)構(gòu)越差，微觀均質(zhì)系數(shù)越大，分選系數(shù)越小，反映喉道以小喉道為主。低滲-超低滲儲層的孔隙半徑相差不大，導(dǎo)致總孔隙進汞飽和度差異較大的主要原因是一部分孔隙受到小喉道的控制。只要存在大喉道，則總孔隙進汞飽和度顯著增大。

由圖4可以看出，汞液首先進入阻力較小的大喉道控制的孔隙內(nèi)，此時總毛管壓力曲線與孔隙毛管壓力曲線幾乎重合，總進汞飽和度和孔隙進汞飽和度相近，喉道的影響不明顯。隨著汞液進入的喉道越來越窄，毛管壓力逐漸升高，總毛管壓力和喉道毛管壓力曲線延續(xù)從前的趨勢，孔隙毛管壓力曲線開始上翹。雖然進汞壓力急劇增大，但進入孔隙中的汞量急劇減少，喉道進汞飽和度明顯增加，這時喉道開始起主要控制作用。汞繼續(xù)進入更微小的喉道時，總毛細管壓力曲線完全取決于喉道毛細管壓力曲線的變化。由此可見，對于特低、超低滲儲層更應(yīng)側(cè)重于對微觀喉道結(jié)構(gòu)的研究。

圖4 代表巖樣毛細管壓力曲線

根據(jù)對實驗結(jié)果的分析，并結(jié)合研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)概況，可知研究區(qū)儲層孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)的喉道是決定儲層物性的關(guān)鍵因素；巖心滲透率低的原因是孔隙結(jié)構(gòu)中喉道半徑過于細小，較多大孔隙被小喉道所控制。

2 核磁共振實驗研究可動流體飽和度

2.1 實驗基本原理

所謂核磁共振就是處在某靜磁場中的原子核系統(tǒng)受到相應(yīng)頻率的電磁波作用時，在它的磁能級之間發(fā)生的共振躍遷現(xiàn)象[6]。實驗中重要的物理量是縱向弛豫時間(T1)和橫向弛豫時間(T2)，由于T2測量速度快，在核磁共振測量中，多采用T2測量法，它的大小主要由巖石物性和流體特征共同決定，當巖心真空飽和同一流體后，巖心孔隙內(nèi)流體的T2弛豫時間大小主要取決于巖石的物性。巖心孔隙內(nèi)的束縛流體和可動流體在核磁共振T2弛豫時間上有明顯區(qū)別，因此利用核磁共振T2譜可對巖心孔隙內(nèi)水的賦存(可動或束縛)狀態(tài)進行分析，定量給出可動流體飽和度及束縛流體飽和度，從而確定儲層含油飽和度的上限[7-8]。

2.2 實驗條件及樣品基本信息

本次研究核磁共振T2測量使用的是Magnet2000型儀器，實驗溫度是恒溫20 ℃，離心毛管壓力為2.07 MPa。本實驗主要對華慶地區(qū)長63儲層巖石的3塊典型巖樣進行分析，表3是典型樣品資料及常規(guī)分析結(jié)果。

表3 核磁共振細砂巖樣品信息

2.3 實驗結(jié)果分析

表4為華慶地區(qū)長63儲層三塊樣品的核磁共振實驗測試數(shù)據(jù)，圖5為三塊樣品的核磁共振T2譜曲線。從曲線特征來看，3塊樣品的核磁共振T2譜曲線均呈雙峰特征，這也是低滲透儲層T2的典型特征。1號樣品頻率分布圖呈雙峰型，可動流體截止值為11.57 ms，可動流體飽和度為57.73%，束縛水飽和度為42.27%，束縛水飽和度小于可動流體飽和度；2號樣品頻率分布圖呈雙峰型，可動流體截止值為9.64 ms，可動流體飽和度為42.99%，束縛水飽和度為57.01%，束縛水飽和度稍大于可動流體飽和度；3號樣品頻率分布圖呈雙峰型，可動流體截止值為24.04 ms，可動流體飽和度為38.28%，束縛水飽和度為61.72%，束縛水飽和度大于可動流體飽和度。從各樣品T2譜圖可以看出，三個樣品都具有雙峰特征，說明孔隙大小分布中等，既存在微孔又有大孔，大孔受微孔的控制，導(dǎo)致儲層物性變差。

表4 核磁共振可動流體實驗測試結(jié)果

圖5 飽和水狀態(tài)下核磁共振T2譜的頻率分布

3 微觀孔隙結(jié)構(gòu)與可動流體飽和度的關(guān)系

壓汞毛細管壓力曲線與核磁共振弛豫時間T2分布得到的孔喉半徑分布都能夠反映巖石孔隙結(jié)構(gòu)，兩者的結(jié)果具有對應(yīng)性?？紫督Y(jié)構(gòu)是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布、相互連通情況，以及孔隙與喉道的配置關(guān)系等，它是決定儲層質(zhì)量優(yōu)劣的主要因素之一。儲層的質(zhì)量通常用孔隙度和滲透率來表征，但孔隙度大的儲層滲透率不一定高，這主要受孔隙結(jié)構(gòu)的影響，只有孔隙度高、滲透率高的儲層才是優(yōu)質(zhì)的儲層。研究區(qū)屬于典型的低孔特低滲-超低滲儲層，儲層孔隙度13.00%～13.56%，滲透率(0.342～2.614)×10-3μm2。孔隙度相差不大，但有效孔隙半徑分布較集中，滲透率相差較大，滲透率越高，孔喉半徑的分布范圍越寬，則喉道分選性越差；滲透率越低，孔喉半徑的分布范圍越窄，則喉道分選性越好。核磁共振得到的T2譜主要反映孔隙半徑的分布情況，不能反映孔喉之間的連通性。由飽和水狀態(tài)下核磁共振T2譜頻率分布圖可知，大孔喉對應(yīng)較大的T2弛豫時間，小孔喉對應(yīng)較小的T2弛豫時間，T2弛豫時間平均值越大，可動流體飽和度也越大。當物性較差時，可動流體主要處于孔隙中，而喉道中主要為束縛流體，當物性變好時，可動流體一部分位于孔隙中，另一部分位于喉道中，此時可動流體由孔隙和大喉道中的流體共同組成，這表明可動流體飽和度主要受孔隙和喉道的配置關(guān)系影響。

4 結(jié)論

(1)華慶地區(qū)長63儲層孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)的喉道是決定儲層物性的關(guān)鍵因素；巖心滲透率低的原因是孔隙結(jié)構(gòu)中的喉道半徑過于細小，較多大孔隙被小喉道所控制。

(2)通過核磁共振T2譜圖的研究可知：華慶地區(qū)長63儲層的三塊典型樣品都具有雙峰特征，表明孔隙大小分布中等，既存在微孔又有大孔，大孔受微孔的控制，導(dǎo)致儲層物性變差。

(3)華慶地區(qū)長63儲層內(nèi)的可動流體由孔隙和大喉道中流體共同組成，可動流體飽和度主要受孔隙和喉道的配置關(guān)系影響。

[1] 楊華,付金華,何海清,等.鄂爾多斯華慶地區(qū)低滲透巖性大油區(qū)形成與分布[J].石油勘探與開發(fā),2012,39(6):641-645.

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[6] 李曉強.基于核磁共振的巖心分析實驗及應(yīng)用研究[D].四川成都：西南石油大學(xué),2012.

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編輯：李金華

1673-8217(2015)04-0101-04

2015-02-11

任穎惠，1988年生，儲層地質(zhì)學(xué)專業(yè)碩士研究生。

國家重大科技專項(2011ZX05044)。

TE125

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