鄂爾多斯盆地華慶長63儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征及其對水驅(qū)油效率的影響

張 帆，孫 衛(wèi)，張 茜，劉登科，張 杰

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系·大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西西安 710069;2.中海石油有限公司深圳分公司)

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鄂爾多斯盆地華慶長63儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征及其對水驅(qū)油效率的影響

張 帆1，孫 衛(wèi)1，張 茜1，劉登科1，張 杰2

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系·大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西西安 710069;2.中海石油有限公司深圳分公司)

應(yīng)用常規(guī)壓汞、掃描電鏡、鑄體薄片、砂巖微觀模型水驅(qū)油等多種實驗，討論了鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長63儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征及其對驅(qū)油效率的影響，結(jié)果表明，長63儲層的儲集空間主要為粒間孔，其次是溶蝕孔。應(yīng)用納米CT技術(shù)將儲層的喉道分為點狀喉道、縮頸喉道、片狀喉道以及篩管狀喉道四類；根據(jù)常規(guī)壓汞實驗和毛管壓力曲線將研究區(qū)儲層的微觀孔喉結(jié)構(gòu)分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類四種類型，這四種類型的儲層對應(yīng)的驅(qū)油效率和驅(qū)油路徑有明顯差異；與孔隙度相比，滲透率對驅(qū)油效率的影響更明顯。

華慶地區(qū)；長63儲層；孔喉結(jié)構(gòu)；驅(qū)油效率

鄂爾多斯華慶長63屬于典型的低孔低滲儲層[1-2]，平均孔隙度為9.66%，平均滲透率0.243×10-3μm2。華慶地理位置位于甘肅隴東地區(qū)，構(gòu)造位置位于天環(huán)坳餡和伊陜斜坡過渡地區(qū)，地層產(chǎn)狀平緩(地層傾角小于1°),總厚度35～50 m，可以分為三個小層：長631、長632、長633。研究認(rèn)為長6時期，華慶地區(qū)沉積相主要以半深湖-深湖相，淺湖相為主。華池以北地區(qū)的物源來自東北，主要受曲流河三角洲沉積體系控制，華池以南地區(qū)的物源主要來自西南，受辮狀河三角洲沉積體系控制。隨著開發(fā)進(jìn)入中后期，研究區(qū)開發(fā)難度逐步增加，加之儲層物性整體較差以及單井產(chǎn)量較低，所以該類致密儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)成為當(dāng)前研究的重點[2-8]。

1 儲層巖石學(xué)特征

觀察巖心和鑄體薄片，按Folk的砂巖分類[9]，華慶長63儲層的砂巖類型以長石砂巖和巖屑長石砂巖為主，其次為長石巖屑砂巖。砂巖陸源碎屑組分體積分?jǐn)?shù)平均值為78.69%，長石含量最高，平均值為38.34%，其中以鉀、斜長石為主；石英次之，體積分?jǐn)?shù)平均值為28.69%；巖屑含量最低，體積分?jǐn)?shù)平均值為11.39%，其中變質(zhì)巖巖屑含量最高，主要包括石英巖、千枚巖、板巖；火山巖屑次之，主要包括噴出巖，隱晶巖，以及較少的沉積巖巖屑。填隙物中膠結(jié)物類型主要為：黏土類物質(zhì)體積分?jǐn)?shù)大約為9.31%，以高嶺石、伊利石為主；碳酸鹽類體積分?jǐn)?shù)為4.5%，以鐵方解石為主；硅質(zhì)類為1.35%，以石英加大為主。砂體粒度以細(xì)粒為主，細(xì)粉砂、泥次之。碎屑顆粒以次棱角狀為主，接觸方式以點-線接觸為主,孔隙類型主要為粒間孔和長石溶孔。膠結(jié)物類型以孔隙式膠結(jié)、加大孔隙式膠結(jié)為主，還包括少量薄膜-孔隙、孔隙-基底、壓嵌-孔隙式膠結(jié)。成巖期次主要為中成巖A期的晚期，部分進(jìn)入中成巖B期的早期。

2 儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征

2.1 儲集空間類型

對研究區(qū)大量的的樣品進(jìn)行掃描電鏡與鑄體薄片觀察分析表明：研究區(qū)的成巖作用主要有壓實作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用。目的層孔隙主要經(jīng)過這三種成巖作用的改造形成粒間孔、溶蝕孔以及晶間微孔，并且伴隨少量的微裂隙(圖1)，其中以粒間孔和溶蝕孔為主。華慶長63地區(qū)儲層的總面孔率為2.5%，其中粒間孔占1.52%，溶蝕孔占0.88%，晶間微孔占0.07%。經(jīng)過鏡下觀察發(fā)現(xiàn)樣品中所含單一的孔隙很少，主要是混合孔隙，其中溶孔-粒間孔最多，孔隙的分布情況直接影響孔喉的配位數(shù)以及油氣的滲流能力[10-12]，最終影響驅(qū)油效率。

圖1 華慶長63樣品孔隙類型圖

2.2 喉道類型及特征

對于低滲透儲層而言，喉道的結(jié)構(gòu)特征是決定油氣開發(fā)能力的關(guān)鍵地質(zhì)因素，為了進(jìn)一步明確目的層的喉道類型，本次研究以羅蟄潭劃分的喉道類型為標(biāo)準(zhǔn)[13]。借助常規(guī)的實驗手段外，同是還使用微米級、納米級三維CT掃描實驗，確定喉道在空間的展布特征。經(jīng)鏡下觀察鑒定，華慶長63儲層主要發(fā)育4種喉道類型：點狀喉道、縮頸喉道、片狀喉道以及篩管狀喉道(圖2)。點狀喉道表現(xiàn)為；膠結(jié)和壓實作用弱，溶蝕作用強，粒間孔發(fā)育，形成大孔隙，喉道粗而短或細(xì)而短，常分布在粒間孔與溶蝕孔為主的儲集層中；縮頸喉道主要是由壓實作用與膠結(jié)作用造成的，滲流能力比點狀喉道低，一般在儲集層中的形狀顯示為粗而短或細(xì)而長；片狀喉道表現(xiàn)為膠結(jié)和壓實作用中等偏強，顆粒以點-線接觸為主，喉道中常見伊利石搭橋狀；篩管狀喉道是因為碎屑顆粒受到強的壓實作用和和膠結(jié)作用所致，顆粒以線接觸為主，其膠結(jié)物微孔呈現(xiàn)篩狀連接孔隙，滲流能力最差，該類型喉道在樣品中比較常見，主要見伊利石、硅質(zhì)加大充填粒間孔構(gòu)成的微孔隙網(wǎng)絡(luò)。在研究區(qū)片狀喉道是主要的類型，其次是篩管狀喉道，點狀、縮頸狀喉道不發(fā)育。當(dāng)油經(jīng)過微小以及狹窄的喉道時，賈敏效應(yīng)現(xiàn)象更明顯，使儲層的滲透率大大降低，這樣容易導(dǎo)致油在運移時發(fā)生卡斷，最終影響驅(qū)油效率。

圖2 華慶長63樣品喉道類型

本次實驗以研究區(qū)W 213井的樣品為例，樣品的平均面孔率為3.87%，孔隙度為8.45%，滲透率為0.102×10-3μm2，膠結(jié)物主要為伊利石、綠泥石，方解石。實驗結(jié)果顯示，研究區(qū)儲層致密，發(fā)育復(fù)雜的納米-微米級孔喉。實驗顯示微級孔隙連通性差，許多孤立的孔隙、喉道網(wǎng)絡(luò)分布不均勻,微米級孔隙長度2～104 μm，孔隙寬度2～50 μm，孔隙體積主要為10～500 μm3(圖3a、b、c)，微米級喉道半徑主要分布在0.8～5 μm，喉道連通性差。納米級孔隙呈單一狀分布在儲層中，其孔隙長度100～500 nm，喉道網(wǎng)絡(luò)分布不均勻(圖3e、d、f)。通過構(gòu)造樣品微、納米成像圖譜，以孔道的長寬比為標(biāo)準(zhǔn)來再次劃分孔喉的類型。第一種是篩管狀，長/寬≥3，孔隙體積較大，連通性好，經(jīng)分析為殘余粒間孔或原生粒間孔；第二種為條帶狀，1.3≤長/寬≤3，孔隙體積較大，但數(shù)量不多，分析為解理縫或壓裂縫；第三種為球狀，0.8≤長/寬≤1.3，此類孔隙體積較小，多數(shù)孤立，分布廣泛，分析為晶間孔或溶孔。

圖3 W213井樣品微米、納米CT三維孔喉分布特征

2.3 孔隙類型及特征

孔隙結(jié)構(gòu)是直接表征儲層品質(zhì)的微觀物理屬性，孔隙發(fā)育特征影響著油氣的滲流規(guī)律，目前儲層孔隙結(jié)構(gòu)的研究方法及分類依據(jù)眾多[14-15]。本次對研究區(qū)的樣品采用高壓壓汞實驗，從壓汞參數(shù)入手，參考物性數(shù)據(jù)，并結(jié)合壓汞曲線形態(tài)，將研究區(qū)孔隙結(jié)構(gòu)定性地由好到差分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類四種類型(圖4～6)。

圖4 研究區(qū)四類樣品的壓汞曲線

圖5 研究區(qū)四類典型壓汞曲線特征圖

圖6 研究區(qū)四類樣品鏡下特征

Ⅰ類為低排驅(qū)壓力-細(xì)喉道型，該類樣品平均孔隙度為11.26%，平均滲透率為1.53×10-3μm2，占總樣品數(shù)的17.65%(表1)?？紫额愋椭饕獮闅堄嗔ｉg孔、長石溶孔等。Ⅰ類儲層儲滲能力最好，多發(fā)育于河道中心厚層砂體內(nèi)。

Ⅱ類為低排驅(qū)壓力-微-微細(xì)喉道型，該類樣品平均孔隙度為10.48%，平均滲透率為0.46×10-3μm2，占總樣品數(shù)的44.88%?？紫额愋椭饕獮榱ｉg孔-溶孔、溶孔、微孔。Ⅱ類儲層屬于儲集性能和滲流能力較好的儲層類型，一般位于水下分流河道或與河道中心相連的厚砂體中上部或中下部。

Ⅲ類為中高排驅(qū)壓力-吸附-微喉道型，該類樣品平均孔隙度為8.96%，平均滲透率為0.14×10-3μm2，占總樣品數(shù)的20.48%。孔隙類型主要為溶孔-粒間孔、溶孔等。Ⅲ類儲層單砂體厚度變薄，河道中心相連的厚砂體上部或下部，砂層間與砂體孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性突出，儲集性與滲流性變差。

表1 研究區(qū)華慶長63樣品常規(guī)孔隙結(jié)構(gòu)分類統(tǒng)計

Ⅳ類為中排驅(qū)壓力-微喉道型，該類樣品平均孔隙度為6.87%，平均滲透率為0.04×10-3μm2，占總樣品數(shù)的16.99%，孔隙類型主要為微孔等。Ⅳ類儲層屬于儲集性能和滲流能力最差的類型，主要發(fā)育在與分流間灣相接分流河道的邊部、薄砂體、中厚砂體頂?shù)撞课粷崃骰蛏百|(zhì)碎屑流砂泥互層等處。 經(jīng)過上面討論，研究區(qū)Ⅰ類樣品孔隙結(jié)構(gòu)儲滲能力最好，但占有率較少(17.65%)，Ⅱ、Ⅲ類儲層儲層能力較Ⅰ類差，但分布廣泛(65.36%)，Ⅳ類為無效儲層；儲層的滲流能力主要由大孔喉控制，中、小孔喉對儲層的滲流能力貢獻(xiàn)較小。

3 微觀孔喉結(jié)構(gòu)對水驅(qū)油效率的影響

3.1 不同孔喉類型對應(yīng)水驅(qū)油特征

在儲層中孔隙和喉道的分布及大小對水驅(qū)油效率是決定性因素，不同孔隙結(jié)構(gòu)中的油水具有不同的滲流特征，滲流特征的不同必然會導(dǎo)致水驅(qū)油的效率有所區(qū)別。油在孔喉中運移主要受毛細(xì)管力的影響，而孔隙結(jié)構(gòu)特征是控制毛細(xì)管力的主要因素，所以孔隙結(jié)構(gòu)對驅(qū)油效率的影響很大。本次在前面分類的基礎(chǔ)上選擇每個類型的代表性樣品來精細(xì)描述孔隙結(jié)構(gòu)對驅(qū)油效率的影響。選取每個類型的代表樣品3塊(共9塊)，展開微觀模型水驅(qū)油實驗，其實驗結(jié)果和水驅(qū)油鏡下特征見表2和圖7，孔隙結(jié)構(gòu)連通越好，水驅(qū)油波及的面積越大，最終驅(qū)油效率越高，殘余油飽和度越低。

3.2 驅(qū)油效率評價

微觀孔喉結(jié)構(gòu)是制約鄂爾多斯華慶長63油藏開發(fā)的關(guān)鍵地質(zhì)因素，儲層物性是表征儲層品質(zhì)的直觀權(quán)重參數(shù)，因此本研究著重對比滲透率與孔隙度對驅(qū)油效率的影響，并分析其原因。

如圖8表明模型的孔隙度與驅(qū)油效率的相關(guān)性并不高，相關(guān)系數(shù)只有0.355 8，但驅(qū)油效率與滲透率的相關(guān)性好，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.853 9。對超低滲儲層來說，由于微觀孔喉整體較小，相對粗喉道較少，有效孔隙發(fā)育程度與滲透率、孔隙度相關(guān)性不太好，連通性主要取決于喉道，喉道也是滲透率的主要表征參數(shù)，因此滲透率與驅(qū)油效率的相關(guān)性較好，這也造成驅(qū)油路線比較單一，最終驅(qū)油效率低，殘余油飽和度高。

4 結(jié)論

(1)鄂爾多斯華慶長63的巖石類型主要是長石

圖7 研究區(qū)樣品的驅(qū)油路徑

砂巖和巖屑長石砂巖；膠結(jié)物主要為伊利石、綠泥石、鐵方解石；儲集空間以粒間孔和溶蝕孔為主；喉道類型有點狀喉道、縮頸喉道、片狀喉道以及篩管狀喉道。

(2)基于壓汞實驗把鄂爾多斯華慶長63儲層由好到差分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類四種類型，其中Ⅱ類、Ⅲ類為主，Ⅳ類為無效儲層。儲層的滲流能力主要由大孔喉控制，中、小孔喉對儲層的滲流能力貢獻(xiàn)較小。

(3)Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類儲層樣品對應(yīng)的水驅(qū)油路徑主要為網(wǎng)狀-均勻狀、指狀-網(wǎng)狀、指狀驅(qū)替，Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類孔喉結(jié)構(gòu)對應(yīng)的平均驅(qū)油效率依次變差，滲透率對驅(qū)油效率的影響明顯高于孔隙度。Ⅱ類、Ⅲ類儲層分布較廣泛，殘余油飽和度相對較高，因此是下一步開發(fā)的重點。

圖8 研究區(qū)孔隙度、滲透率與驅(qū)油效率的關(guān)系

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編輯：韓玉戟

1673-8217(2016)06-0059-05

2016-07-26

張帆，1991年生，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事低滲透油氣藏的開發(fā)與研究。

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(2011ZX05044)。

TE112.2

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