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    東營凹陷沙河街組頁巖油層段微觀孔隙研究

    2015-12-24 03:58:24張鳳偉
    石油化工應(yīng)用 2015年11期
    關(guān)鍵詞:粒間儲集泥質(zhì)

    張鳳偉

    (成都理工大學(xué)能源學(xué)院,四川成都 610059)

    頁巖油是指賦存于烴源巖層系的泥頁巖及其他巖性夾層中,通過非常規(guī)勘探開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)開采的石油資源,屬于典型的非常規(guī)油氣資源[1]。據(jù)張金川、劉洪林等的研究成果[2],我國頁巖油總資源量476億t,頁巖氣26~30 萬億m3,頁巖油對中國石油工業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,乃至整個國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有重要意義。目前,對于這類泥頁巖儲層,研究者多強調(diào)微裂縫和微孔隙的儲集和滲流作用,均側(cè)重裂縫控制油氣的聚集,隨著最近幾年頁巖氣研究的深入,通過先進(jìn)的技術(shù)手段,在泥頁巖中發(fā)現(xiàn)了大量微米、納米級的孔隙顯示[3],微米、納米級微孔隙是有效的儲集空間,而微裂縫則起滲流通道的作用。

    本文主要從巖石學(xué)特征、儲集空間類型和儲層物性方面闡述頁巖油藏的儲層微觀特征。利用薄片鑒定、X 射線全巖分析、掃描電鏡研究頁巖油儲層的礦物學(xué)和巖石學(xué)特征,明確研究區(qū)頁巖油儲層巖石巖性和礦物成分。利用場發(fā)射環(huán)境掃描電鏡、背散射、X 射線能譜等分析手段,研究頁巖油儲層的微觀孔隙,明確不同巖性樣品的孔隙類型和孔隙大小。運用氮氣吸附實驗更進(jìn)一步了解研究區(qū)儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)和微觀孔徑大小。

    1 研究區(qū)泥頁巖發(fā)育特征

    牛頁1 井取心井段巖性主要以泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖為主,中間夾部分含泥白云巖及灰質(zhì)白云巖。巖石礦物成分主要為泥質(zhì)、方解石、白云石,另外有少量的黃鐵礦和陸源碎屑。泥質(zhì)含量較高,方解石次之,白云石含量較少,伊利石是研究區(qū)發(fā)育最為普遍且含量最高的黏土礦物,伊/蒙間層次之,此外有極少量的高嶺石和綠泥石。取心段有機碳含量一般為1 %~5 %,部分大于6 %。牛頁1 井的巖心常規(guī)分析報告顯示[4],泥巖、含云泥巖、含灰泥巖的孔隙度均大于其他巖性,孔隙度最大的是含云泥巖,泥巖樣品孔隙度較好于灰?guī)r樣品,泥巖樣品孔隙度數(shù)值分布在13 %~16 %,而灰?guī)r的孔隙度基本分布在10 %左右。滲透率方面,大部分樣品滲透率小于1 mD,部分有裂縫或者層理發(fā)育的樣品滲透率大于1 mD。

    2 掃面電鏡下不同巖性樣品的微觀孔隙

    在巖心、鑄體薄片觀察的基礎(chǔ)上,綜合利用氬離子拋光[5]、場發(fā)射掃描電子顯微鏡[6]實驗方法,對儲集層進(jìn)行微觀孔隙特征分析。巖石表面微觀觀察時,對巖石表面進(jìn)行氬離子拋光,然后在掃描電子顯微鏡下觀察分析,采用場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡[7],分辨率可達(dá)1.2 nm,可以對樣品形貌有比較清楚和直觀的觀察。選取牛頁1 井四塊巖心樣品,利用實驗儀器的圖像處理和分析系統(tǒng)對每個樣品進(jìn)行掃描觀察和分析。

    2.1 泥質(zhì)灰?guī)r樣品

    該泥質(zhì)灰?guī)r樣品取自深度3 323.47 m,電鏡下該樣品溶蝕作用明顯,較多溶蝕孔發(fā)育,而且孔徑較大(見圖1a),方解石顆粒間可見較多的粒間孔和粒間縫,孔徑也較大,同樣可見泥質(zhì)包裹方解石(見圖1b)。統(tǒng)計該樣品儲集空間類型和孔徑大小,泥質(zhì)灰?guī)r樣品儲集空間包括溶蝕孔、粒間微孔、粒間微縫、晶內(nèi)微孔四種,統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示樣品面孔率不大,孔隙較發(fā)育,其中溶蝕孔孔徑最大,大部分在3 000 nm 左右,微孔基本分布在為700 nm 左右,微縫集中在800 nm,晶內(nèi)微孔較少,孔徑較小。

    2.2 灰質(zhì)泥巖樣品

    灰質(zhì)泥巖樣品深度是3 451.04 m,樣品泥質(zhì)含量較高,較多區(qū)域被泥質(zhì)覆蓋(見圖1c),泥質(zhì)間微孔和微縫較多(見圖1d)。統(tǒng)計掃描電鏡下灰質(zhì)泥巖樣品的儲集空間分布與大小,該樣品儲集空間主要是以粒間微孔、粒間微縫、溶蝕孔為主,粒間微孔,粒間微縫發(fā)育,微孔孔徑分布在0 nm~500 nm,微縫分布0 nm~400 nm,溶蝕孔較少,孔徑較大。

    2.3 微晶白云巖樣品

    微晶白云巖樣品來自深度3 450.56 m,電鏡下清晰可見白云石顆粒晶間孔較多較發(fā)育(見圖1e),此外有較多的溶蝕孔,且部分溶蝕孔和晶間孔是可見油跡的(見圖1f)。白云巖樣品的面孔率較泥巖和灰?guī)r樣品偏大,白云巖的儲集空間較發(fā)育,儲集空間中晶間孔較多,溶蝕孔較少,兩者孔徑均較大,晶間孔分布在0 μm~4.5 μm,大部分孔徑在3 μm 左右,溶蝕孔分布在1.5 μm~10 μm,較多孔徑是在8 μm 左右。

    2.4 白云質(zhì)泥巖樣品

    白云質(zhì)泥巖樣品深度是3 302.9 m,從掃描電鏡圖片上可以看見,黃鐵礦成群分布且可見油跡(見圖1g),溶蝕孔分布較多(見圖1h)且孔徑較大(見圖1i),部分溶蝕孔可見油跡,此外泥質(zhì)間微孔和微縫有部分發(fā)育。白云質(zhì)泥巖樣品面孔率較小,儲集空間類型較多,以溶蝕孔為主,孔徑較大,大部分在3.5 μm 左右,泥質(zhì)間微孔微縫也較多,黃鐵礦晶間孔較發(fā)育。

    圖1 牛頁1 井不同巖性樣品掃描電鏡

    總結(jié)以上四種不同巖性樣品孔隙類型和孔徑大小可以發(fā)現(xiàn):泥巖儲集空間類型主要是以泥質(zhì)碎片間的微孔、微縫為主,面孔率較好,孔徑大小不一,基本分布在幾十到幾百納米;灰?guī)r類儲集空間類型是以溶蝕孔、粒間微孔、粒間微縫為主,溶蝕孔較多,微孔微縫多少與泥質(zhì)含量多少有關(guān),面孔率差;白云巖樣品的儲集空間類型多樣,以白云石晶間孔為主,孔徑較大,面孔率較好;不同巖性下顆粒間溶蝕作用對面孔率貢獻(xiàn)較大,溶蝕作用形成的溶蝕孔的孔徑較其他類型的孔隙孔徑偏大。

    3 氮氣吸附法

    為了進(jìn)一步研究儲層的微觀孔隙特征,開展低溫氮氣吸附實驗[8]。將烘干脫氣處理后的樣品置于液氮中,調(diào)節(jié)不同壓力,分別測出對氮氣的吸附量,繪出吸附和脫附等溫線。根據(jù)滯后環(huán)的形狀確定孔形狀,按不同的孔隙模型計算孔的分布、孔的容積和比表面積?;谖锢砦叫阅芎兔?xì)管凝聚理論[9],國際理論與應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(IUPAC)[10],將多孔物質(zhì)的孔隙按孔徑大小分為微孔(孔徑小于2 nm),介孔(孔徑在2 nm~50 nm)和大孔(孔徑大于50 nm)。

    牛頁1 井共有12 塊不同巖性樣品的實驗曲線,整體來看曲線形態(tài)可以分為兩類,大部分樣品的曲線形態(tài)與樣品15 較相似,另外小部分樣品的實驗曲線和樣品759 較相似。從樣品15(見圖2a)和樣品759(見圖2b)的氮氣吸附曲線形態(tài)可以看出,樣品在相對壓力小于0.4 范圍內(nèi)吸附脫附差距很小,幾乎重合,在相對壓力0.4~0.5 出現(xiàn)明顯的拐點,吸附體積迅速變大,而在高壓端出現(xiàn)吸附陡升,且未達(dá)到吸附飽和,樣品15 滯后環(huán)較大,樣品759 滯后環(huán)較小,根據(jù)滯后環(huán)的形狀可以判斷樣品15 的孔隙形狀是墨水瓶型;樣品759 所對應(yīng)的是四面開放的槽狀孔,兩個樣品均出現(xiàn)高壓段陡升,說明樣品中含有大于50 nm 的孔隙。從兩個樣品的孔徑分布可以看出,樣品15 和樣品759 微孔孔徑分布均呈單峰態(tài),峰值范圍均在5 nm~6 nm。

    圖2 牛頁1 井樣品氮氣吸脫附曲線和孔徑分布曲線

    4 結(jié)論

    (1)牛頁1 井巖性主要以泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖為主,巖石礦物成分主要為泥質(zhì)、方解石、白云石,此外還有少量的黃鐵礦和陸源碎屑。

    (2)泥巖儲集空間主要以泥質(zhì)碎片間的微孔、微縫為主,孔徑大小不一,基本分布在幾十到幾百納米;灰?guī)r儲集空間以溶蝕孔、粒間微孔、粒間微縫為主;白云巖樣品的儲集空間類型多樣,以白云石晶間微孔為主,孔徑較大,不同巖性的樣品如果發(fā)生溶蝕作用面孔率將會明顯增大。

    (3)牛頁1 井不同巖性樣品孔徑分布來看,樣品孔徑分布峰值大多出現(xiàn)在4 nm~6 nm,小于6 nm 的孔隙占絕大多數(shù),而相對較大的孔隙所占比表面較少。

    [1] 楊光輝.強抑制鉆井液體系在牛頁1 井應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013,24(1):154-155.

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    [5] 王亮,章雄冬,曹海虹.頁巖的氬離子拋光制樣研究[J].石油實驗地質(zhì),2015,37(4):526-529.

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