低滲透儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究
——以華慶地區(qū)長(zhǎng)63為例

彭 恒，孫 龍，馬維謙，譚世強(qiáng)

(西北大學(xué)，陜西 西安 710069)

低滲透儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究
——以華慶地區(qū)長(zhǎng)63為例

彭 恒，孫 龍，馬維謙，譚世強(qiáng)

(西北大學(xué)，陜西 西安 710069)

鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層絕大部分為低滲-特低滲儲(chǔ)層，物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)，研究其微觀孔隙結(jié)構(gòu)有利于充分認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層特征、了解滲流規(guī)律進(jìn)而提高采收率。利用掃描電鏡、鑄體薄片、高壓壓汞實(shí)驗(yàn)等對(duì)長(zhǎng)63儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征、物性特征、微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。結(jié)果表明研究區(qū)目的層受成巖作用影響較大，微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變；據(jù)壓汞資料Ⅰ類孔喉排驅(qū)壓力低，孔喉分布集中、分選中等，屬于研究區(qū)儲(chǔ)集性能和滲流能力最好的儲(chǔ)層類型，Ⅱ類所占比例最大。

低滲透儲(chǔ)層；孔隙結(jié)構(gòu)；高壓壓汞；長(zhǎng)63儲(chǔ)層

近年來，鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)勘探開發(fā)進(jìn)展較快，預(yù)計(jì)儲(chǔ)量規(guī)模可達(dá)6～8億 t，因此該區(qū)已成為開發(fā)建產(chǎn)的重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)[1]。但該區(qū)儲(chǔ)層物性較差，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，嚴(yán)重制約了勘探開發(fā)進(jìn)程。該類儲(chǔ)層是致密巖性油氣藏未動(dòng)用和難以動(dòng)用油氣儲(chǔ)集空間的主體，也是目前勘探開發(fā)的主要對(duì)象[2]。華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層厚度大，但受沉積、成巖作用的雙重改造，儲(chǔ)層滲透率相對(duì)較低，儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)是影響儲(chǔ)層物性及產(chǎn)能的重要因素[4-9]。因此有必要對(duì)華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層為例儲(chǔ)層進(jìn)行重點(diǎn)研究，為油田開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。前人在長(zhǎng)63儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征、物性特征、孔隙類型、成巖作用、儲(chǔ)層的分類，評(píng)價(jià)和非均質(zhì)性等方做了較多研究，而缺乏精細(xì)的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征描述[3-8]。由于低滲-超低滲透儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，單一實(shí)驗(yàn)方法都具有一定的局限性，因此為達(dá)到預(yù)期研究目標(biāo)，我們綜合應(yīng)用多實(shí)驗(yàn)方法相互驗(yàn)證系統(tǒng)分析，用半定量—定量化、單一性—多樣性等多尺度的空間幾何特征量化方向[4]。

1 儲(chǔ)集層基礎(chǔ)地質(zhì)研究

1.1 巖石學(xué)特征

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)63儲(chǔ)層發(fā)育于晚三疊世，主要發(fā)育湖相三角洲[2-3]。目的層成巖階段處于中成巖A期的晚期—中成巖B期的早期。根據(jù)鑄體薄片分析，長(zhǎng)63儲(chǔ)層主要由細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石砂巖組成，顏色普遍為淺灰色、灰色及深灰色。華慶地區(qū)東部長(zhǎng)63儲(chǔ)層具有“低石英，高長(zhǎng)石”特點(diǎn)，石英含量28%～30%左右，長(zhǎng)石含量34%～40%(見圖1)。巖屑類型以變質(zhì)巖為主，含量分布在5.5%～7.5%，主要類型為淺變質(zhì)的千枚巖、區(qū)域變質(zhì)作用或熱接觸變質(zhì)作用而成石英巖；另外含少量沉積白云巖和微量火山噴發(fā)巖。研究區(qū)內(nèi)長(zhǎng)63儲(chǔ)層?xùn)|部、中部及西部地區(qū)砂巖粒度無明顯差異，均以細(xì)砂為主，并含粉砂。儲(chǔ)層砂巖顆粒分選性處于中等級(jí)別，為次棱角狀。

圖1 華慶地區(qū)東部長(zhǎng)63巖石類型三角圖

研究區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層的填隙物主要包含水云母、綠泥石膜、方解石、鐵方解石和鐵白云石等(見圖2)，填隙物總量為12.52%。儲(chǔ)層的孔隙中充填有大量的膠結(jié)物，以孔隙膠結(jié)和加大-孔隙膠結(jié)為主。膠結(jié)物主要為粘土礦物、碳酸鹽礦物和硅質(zhì)膠結(jié)物。薄膜膠結(jié)主要是指綠泥石薄膜，這種膠結(jié)方式降低了孔滲，但是也阻礙了碎屑顆粒和孔隙流體的接觸以及石英和長(zhǎng)石的次生加大，保留了一部分殘余粒間孔。

圖2 填隙物成分百分含量直方圖

1.2 物性特征

通過大量巖心物性測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層砂巖孔隙度在8%～25.9%之間，主要介于8%～12%之間；滲透率在0.08～17.49×10-3μm2之間，主要介于0.1～0.5×10-3μm2之間。該區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層滲透率與孔隙度分布范圍均較廣且變化較大，反映出儲(chǔ)層物性非均質(zhì)性較強(qiáng)，且二者具有比較好的正相關(guān)性，總體而言滲透率隨孔隙度的增大而增大(見圖3)。依據(jù)中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層主要為低孔、低滲儲(chǔ)層。

圖3 孔隙度與滲透率關(guān)系

2 微觀孔隙結(jié)構(gòu)

2.1 孔隙類型及特征

通過對(duì)研究區(qū)所取樣品進(jìn)行鑄體薄片和掃描電鏡分析研究[10]，發(fā)育的孔隙類型主要有粒間孔、粒間溶孔、長(zhǎng)石溶孔、巖屑溶孔、晶間孔、微裂隙等，其中以粒間孔、長(zhǎng)石溶孔和巖屑溶孔為主。同時(shí)粒間孔和長(zhǎng)石溶孔一般相對(duì)其它孔隙類型而言屬于大孔隙，因此粒間孔和長(zhǎng)石溶孔發(fā)育的儲(chǔ)層中，儲(chǔ)層的物性一般較好。根據(jù)鑄體薄片和掃描電鏡分析，因研究區(qū)機(jī)械壓實(shí)比較強(qiáng)烈，所以喉道類型以片狀為主，另外有管束狀、點(diǎn)狀喉道等。根據(jù)鑄體薄片和掃描電鏡分析，喉道類型以片狀為主，另外有管束狀、點(diǎn)狀喉道[12-18]。

華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層平均孔徑為23.22 μm，一般平均孔徑在10～50 μm之間。平均中值喉道半徑為0.14 μm?？紫督Y(jié)構(gòu)類型屬小孔、微喉道類型?？紫督M合類型主要有粒間孔、粒間孔-溶孔、粒間孔-微孔、溶孔、溶孔-粒間孔、微孔等，其中微孔最發(fā)育，占總孔隙組合類型的46%；溶孔-粒間孔次之，占26%；粒間孔-溶孔占11%；粒間孔占8%；溶孔占5%；粒間孔-溶孔占4%。據(jù)鑄體薄片資料統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，物性最好的孔隙組合類型為粒間孔、粒間孔-溶孔和溶孔-粒間孔，其滲透率分別為0.62 mD、0.40 mD、0.44 mD；孔隙度分別為12.0%、12.3%、 12.3%。溶孔-粒間孔型、粒間孔型和粒間孔-溶孔型平均孔徑大，面孔率高，滲流能力和孔隙度最好。微孔型平均孔徑小，面孔率低，滲流能力和孔隙度最低。

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)類型劃分

通過對(duì)不同樣本進(jìn)行高壓壓汞實(shí)驗(yàn)[14]，并定量化結(jié)合孔隙結(jié)構(gòu)可將長(zhǎng)63儲(chǔ)層的毛管壓力曲線均劃分為如下四類：

圖4 長(zhǎng)63儲(chǔ)層毛細(xì)管壓力曲線圖

Ⅰ類，粒間孔、粒間孔-溶孔，毛細(xì)管壓力曲線平臺(tái)明顯，排驅(qū)壓力低(見圖4)；孔喉半徑分布范圍較大，呈現(xiàn)微弱的大小雙峰，主峰孔喉半徑集中在0.4 μm，孔喉分布集中、分選較好(見圖5)，分布在0.05～1.0 μm對(duì)滲透率貢獻(xiàn)為91.5%，其中0.4～0.5 μm對(duì)滲透率貢獻(xiàn)達(dá)75.5%(見圖6)，含量高的大孔喉參與滲透貢獻(xiàn)也高屬于研究區(qū)儲(chǔ)集性能和滲流能力最好的儲(chǔ)層類型。

Ⅱ類，溶蝕孔、粒間孔、微孔為主，毛細(xì)管壓力曲線平臺(tái)較明顯，排驅(qū)壓力相比Ⅰ類高，最大進(jìn)汞飽和度86%(見圖4)；孔喉半徑分布范圍大為0.004～0.04 μm，呈現(xiàn)單峰，主要孔喉半徑集中在0.1 μm，且細(xì)小孔喉所占比例較大，分選好-中等(見圖5)，0.06～0.4 μm對(duì)滲透率貢獻(xiàn)達(dá)87.6%(見圖6)，孔喉分布與滲透貢獻(xiàn)趨勢(shì)不一致，且仍是較大孔喉對(duì)滲透率貢獻(xiàn)較大。

Ⅲ類，微孔-溶孔類，毛細(xì)管壓力曲線平臺(tái)明顯但較窄短，最大進(jìn)汞飽和度僅為57%，中值壓力較高(見圖4)；孔喉半徑分布范圍為0.01～0.3 μm，呈現(xiàn)單峰，主要孔喉半徑集中在0.1 μm，分選中等-差(見圖5)，0.06～0.3 μm對(duì)滲透率貢獻(xiàn)達(dá)91.5%(見圖6)，孔喉分布與滲透貢獻(xiàn)趨勢(shì)較為一致，含量小的較大孔喉對(duì)滲透率貢獻(xiàn)較大。

圖5 孔喉半徑與分布頻率關(guān)系圖

圖6 孔喉半徑與滲透率貢獻(xiàn)關(guān)系圖

Ⅳ類，以微孔為主，毛細(xì)管壓力曲線較陡傾，排驅(qū)壓力相比Ⅰ類高，最大進(jìn)汞飽和度不到30%(見圖4)；孔喉半徑分布呈現(xiàn)不高的雙峰，孔喉半徑分布范圍為0.02～0.15 μm，分選很差(見圖5)，0.03～0.3 μm對(duì)滲透率貢獻(xiàn)達(dá)87.6%(見圖6)，孔喉分布與滲透貢獻(xiàn)趨勢(shì)不一致，含量少的相對(duì)較大孔喉對(duì)滲透率貢獻(xiàn)較大。

由圖分析可知(1)Ⅰ到Ⅳ類孔隙結(jié)構(gòu)逐漸變差，Ⅰ類排驅(qū)壓力低，孔喉分布集中、分選中等，屬于研究區(qū)儲(chǔ)集性能和滲流能力最好的儲(chǔ)層類型，Ⅱ、Ⅲ類排驅(qū)壓力較低-中等，孔喉分布相對(duì)集中，分選中等-較好，屬儲(chǔ)集性能和滲流能力較好的儲(chǔ)層類型；Ⅳ類排驅(qū)壓力高，分選差，屬儲(chǔ)集和滲流能力最差的儲(chǔ)層類型。(2)主要孔隙類型變化及其對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)變現(xiàn)為：由混合孔隙組合類型逐漸變?yōu)閱我坏奈⒖?，主峰孔喉分布的滲透率貢獻(xiàn)能力依次減弱，頻數(shù)較低的大孔喉對(duì)滲透率具有更大的貢獻(xiàn)。

另外利用毛管壓力曲線對(duì)不同類型的孔喉比和配位數(shù)進(jìn)行分析?？缀肀群团湮粩?shù)與最大進(jìn)汞飽和度有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即孔喉比越小，配位數(shù)越大，則最大進(jìn)汞飽和度和退汞效率越大；反之，孔喉比越大，配位數(shù)越小，最大進(jìn)汞飽和度和退汞效率越小。水云母長(zhǎng)石溶蝕孔以長(zhǎng)石溶孔為主，溶孔孔徑雖小，因此孔喉比最小且配位數(shù)最高。綠泥石膜殘余粒間孔為主的，這類孔隙孔徑雖大，但喉道半徑相對(duì)較小，因此孔喉比最高且配位數(shù)最低。

總之，微觀孔隙結(jié)構(gòu)是造成不同類型孔喉毛管壓力曲線差異和滲透率差異主控內(nèi)部因素。

3 結(jié)語

(1) 華慶地區(qū)長(zhǎng)63成巖階段處于中成巖A期的晚期—中成巖B期的早期，研究目的層微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，非均質(zhì)性強(qiáng)；

(2) 孔隙組合類型主要有粒間孔、粒間孔-溶孔、粒間孔-微孔、溶孔、溶孔-粒間孔、微孔等；通過常規(guī)壓汞及其它孔隙結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)研究表明，本區(qū)目的層可以分為四類，其中Ⅰ類屬于儲(chǔ)集性能和滲流能力最好，最有利于開采，但Ⅱ類所占比例最大。

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Study on micro-pore structure characteristics in Low permeability sandstone reservoir ——A case of Chang 63in Huaqing Area

PENG Heng，SUN Long，MA Wei-qian，TAN Shi-qiang

(Northwest University, Xi’an 710069, China)

Reservoirs of Chang 63 in Huaqing of Ordos Basin, are mostly low and extra-low permeability. It is characterized by strong heterogeneity、poor physical property. Studing the microscopic pore structure is conducive to realize reservoir characteristics sufficiently and understand permeability law to improve oil recovery. Scanning electron microscope, casting thin sections, high-pressure mercury injection experiment was used to study petrologic characteristics, physical characteristics, microscopic pore structure on 63 reservoir.Experimental results showed that the diagenesis had enormous implications in the study area , and the microscopic pore structure types of reservoir are complex. First type of sandstone pore-throat structure have lower displacement pressure，the distribution of it is concentrated and its separation is medium, which belongs to the best type of reservoir on the reservoir properties and the flow capability in the study area, second kind of sandstone pore-throat structure have the largest proportion.

low permeability reservoirs；pore structure；high pressure mercury penetration；Chang 63reservoir

2016-08-14

西北大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新基金(2016145)資助

彭恒(1993-)，男，湖北仙桃人，主攻方向：石油與天然氣地質(zhì)。

P618.130.2+1

A

1004-1184(2017)01-0130-03