恒速壓汞在儲(chǔ)層微觀(guān)孔隙結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用
——以鄂爾多斯盆地吳起油田下組合長(zhǎng)9油藏為例

吳長(zhǎng)輝，黨海龍，趙思遠(yuǎn).

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075)

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恒速壓汞在儲(chǔ)層微觀(guān)孔隙結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用
——以鄂爾多斯盆地吳起油田下組合長(zhǎng)9油藏為例

吳長(zhǎng)輝，黨海龍，趙思遠(yuǎn).

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075)

吳倉(cāng)堡長(zhǎng)9油藏巖性致密、物性差，屬于典型的致密油藏。為了充分認(rèn)識(shí)長(zhǎng)9致密油藏孔隙結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)滲透率的影響，采用恒速壓汞測(cè)試技術(shù)對(duì)區(qū)內(nèi)7塊巖心樣品進(jìn)行了測(cè)試。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：不同滲透率的巖心樣品孔隙半徑分布范圍基本相同，主要分布在60～250 μm之間，平均孔隙半徑在120 μm左右；喉道半徑主要分布在3 μm以?xún)?nèi)，但平均喉道半徑相差較大，從0.2 μm到1.9 μm大小不等。分析發(fā)現(xiàn)，孔隙半徑大小只和孔隙度相關(guān)，平均喉道半徑與滲透率呈正相關(guān)關(guān)系，是影響致密油儲(chǔ)層滲流能力的主要因素。

鄂爾多斯盆地；恒速壓汞；孔隙結(jié)構(gòu)；致密砂巖；喉道半徑

隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，具有較大資源潛力的非常規(guī)油氣逐漸成為石油勘探、開(kāi)發(fā)新的亮點(diǎn)領(lǐng)域[1]。我國(guó)致密油資源非常豐富[2]，是石油勘探最為主要的接替領(lǐng)域[3]。目前，我國(guó)致密油勘探、開(kāi)發(fā)在鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾和松遼等六大盆地均取得了重要進(jìn)展[4]。吳倉(cāng)堡區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中段，延長(zhǎng)組長(zhǎng)9油藏是其主力開(kāi)發(fā)層位。根據(jù)實(shí)測(cè)孔滲數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，孔隙度平均值為7.9%，滲透率平均值為0.128 mD，為典型致密油藏。

楊博[5]等對(duì)本區(qū)長(zhǎng)9油藏的沉積體系、沉積特征、成巖作用和成藏條件進(jìn)行了研究；董利剛[6]、雷俊杰[7]在巖石學(xué)特征、孔隙類(lèi)型及開(kāi)發(fā)前景、方式方面開(kāi)展了深入研究，為油田開(kāi)發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。隨著開(kāi)發(fā)的不斷深入，油井產(chǎn)量低、遞減快、注水不見(jiàn)效等問(wèn)題日益突出，因此有必要加強(qiáng)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)、油水賦存狀態(tài)及滲流規(guī)律方面的研究。目前，李海儒[8]運(yùn)用常規(guī)壓汞對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，認(rèn)為長(zhǎng)9油藏巖石孔隙類(lèi)型為“高排驅(qū)壓力—微細(xì)喉道”型。但常規(guī)壓汞技術(shù)難以準(zhǔn)確區(qū)分孔隙和喉道[9]，存在多解性。恒速壓汞不僅可以測(cè)定孔隙和喉道的數(shù)量、半徑等信息，還能反映儲(chǔ)層流體滲流過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特征[10-12]，對(duì)于定量描述孔喉分布具有明顯優(yōu)勢(shì)。本文利用恒速壓汞對(duì)吳倉(cāng)堡延長(zhǎng)組長(zhǎng)9油藏孔喉進(jìn)行了定量表征，旨在為油田開(kāi)發(fā)提供可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)儲(chǔ)層特征

鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組地層為一套淺灰色、灰綠色中-細(xì)粒砂巖，粉-細(xì)粒砂巖和深灰色、灰黑色泥巖，粉砂質(zhì)泥巖互層夾黑色炭質(zhì)泥巖、頁(yè)巖及油頁(yè)巖所組成的含煤、含油巖系。延長(zhǎng)組下段長(zhǎng)9儲(chǔ)層總體顯示河湖相巖系沉積特征，區(qū)域上厚90～120 m，下部為灰白色中細(xì)砂巖夾暗色泥巖，上部為深灰色粉砂巖與灰黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖近等厚互層，局部夾煤線(xiàn)和薄煤層，頂部為黑色泥巖、頁(yè)巖、砂質(zhì)泥巖，俗稱(chēng)“李家畔頁(yè)巖”，是電阻率相對(duì)較高的區(qū)域性生油巖標(biāo)志層[5-7]。

1.1 物性及巖石學(xué)特征

根據(jù)實(shí)測(cè)孔滲數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)9儲(chǔ)層孔隙度平均為7.9%，滲透率平均為0.128 mD。依據(jù)薄片、電鏡等分析測(cè)試資料，長(zhǎng)9儲(chǔ)層巖性以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖次之。巖屑成分主要為噴發(fā)巖、隱晶巖、片巖、石英巖屑、千枚巖，還有少量沉積巖巖屑。顆粒大小為0.19～0.30 mm，磨圓度次棱，分選好。膠結(jié)類(lèi)型多為孔隙膠結(jié)和壓嵌，顆粒之間多為曲-線(xiàn)狀接觸。

1.2 孔隙類(lèi)型

根據(jù)研究區(qū)薄片鑒定資料(圖1、圖2)，結(jié)合雷俊杰[7]等前人研究，吳倉(cāng)堡長(zhǎng)9砂巖儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型主要為粒間孔，占總孔隙類(lèi)型的5.3%；其次為粒內(nèi)孔、鑄?？?、長(zhǎng)石溶孔，三者占總孔隙類(lèi)型的3.3%，各類(lèi)孔隙所占的總面孔率平均值為8.0%。

圖1 W36井長(zhǎng)9組鑄體薄片 (2135.39)粒間孔Fig.1 Casting sheet image and intergranular pore of Chang 9 fomation in W36

圖2 W36井長(zhǎng)9組鑄體薄片 (2258.09)溶蝕孔Fig.2 Casting sheet image and dissolution pore of Chang 9 fomation in W36

1.3 孔隙結(jié)構(gòu)

李海儒[8]運(yùn)用常規(guī)壓汞對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，將研究區(qū)孔隙結(jié)構(gòu)歸為第三類(lèi)，即高排驅(qū)壓力—微細(xì)喉道型。儲(chǔ)層排驅(qū)壓力一般大于1.2 MPa，喉道中值半徑一般小于0.1 μm，毛管壓力曲線(xiàn)偏上，歪度偏細(xì)，喉峰一般位于0.04～0.25 μm之間。此類(lèi)儲(chǔ)層滲透率較差，一般小于0.1mD(圖3)。但本區(qū)常規(guī)壓汞資料少，只有W34井長(zhǎng)9油組兩塊樣品，其孔隙度為4.21%，滲透率為0.024 mD，孔滲都較低，不具有普遍代表性。為進(jìn)一步研究吳倉(cāng)堡長(zhǎng)9儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，開(kāi)展了恒速壓汞試驗(yàn)。

2 恒速壓汞及樣品信息

2.1 基本原理及儀器簡(jiǎn)介

[26][28]哈貝馬斯：《在事實(shí)與規(guī)范之間》，童世駿譯，北京：生活·讀書(shū)·新知三聯(lián)書(shū)店，2003年，第148、379-380頁(yè)。

恒速壓汞的進(jìn)汞速率非常低，采用準(zhǔn)靜態(tài)的進(jìn)汞方法。主喉道半徑由突破點(diǎn)的壓力決定，孔隙大小由進(jìn)汞體積確定，孔喉的大小與數(shù)量在進(jìn)汞曲線(xiàn)上能夠得到明確反映，對(duì)于定量評(píng)價(jià)低滲透儲(chǔ)層孔喉分布具有明顯優(yōu)勢(shì)[13-15]。試驗(yàn)過(guò)程詳細(xì)描述如下：汞首先進(jìn)入喉道p1，壓力上升到一定值后，汞突破該喉道進(jìn)入孔隙P1，壓力降低，孔隙P1充滿(mǎn)后，壓力上升，然后突破喉道p2進(jìn)入孔隙P2，壓力再次降低。如此，不斷重復(fù)以上過(guò)程，最終測(cè)試壓力達(dá)到儀器上限，試驗(yàn)結(jié)束(圖4)。

圖3 長(zhǎng)9組毛管壓力曲線(xiàn)及孔喉分布圖Fig.3 Capillary pressure curve and pore throat distribution of Chang 9 formation

圖4 恒速壓汞原理Fig.4 Principle of constant velocity mercury penetration

測(cè)試選用美國(guó)Coretest systems公司制造的ASPE-730恒速壓汞儀，進(jìn)汞壓力為0～1000 psi(0～6.90 kPa)，進(jìn)汞速率為0.000001 mL/s，汞與巖芯接觸角為140°，界面張力為485 dyne/cm(4.85×10-3N)。

2.2 樣品信息

本次試驗(yàn)考慮取心井平面控制、沉積微相及巖心保存情況，共選取4口井7塊巖樣進(jìn)行了恒速壓汞測(cè)試。巖心樣品皆為淺灰色細(xì)砂巖，含油性以油跡為主，主要分布在分流河道及河道側(cè)翼微相。按滲透率大致分為：滲透率小于0.1 mD的3塊，大于0.1 mD而小于1 mD的2塊，大于1 mD的2塊。見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)樣品信息表

3 測(cè)試結(jié)果及分析

3.1 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，7塊巖心樣品的孔隙半徑加權(quán)平均值分布在112.02～133.27 μm之間，孔隙半徑大小總體相近。但不同樣品的喉道半徑相關(guān)參數(shù)都相差較大，平均喉道半徑分布在0.2～1.9 μm之間，最大喉道半徑分布在0.3～3.2 μm之間，主流喉道半徑分布在0.2～1.17 μm之間，最大值與最小值相差10%以上，差距較大。

表2 恒速壓汞測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3.2 孔隙特征分析

圖5為恒速壓汞測(cè)試孔隙半徑分布圖。從數(shù)值上看，延長(zhǎng)組長(zhǎng)9致密砂巖儲(chǔ)層7塊巖樣的孔隙半徑分布范圍在60～250 μm之間，單一大小的孔隙分布頻率最高不超過(guò)25%。從曲線(xiàn)形態(tài)看，不同孔滲巖心樣品，其孔隙半徑分布曲線(xiàn)形態(tài)相近，皆為單峰、近正態(tài)。

圖5 長(zhǎng)9致密砂巖儲(chǔ)層孔隙半徑分布Fig.5 Pore radius distribution curves of the tight sandstone samples

利用測(cè)試結(jié)果繪制平均孔隙半徑與孔隙度、滲透率的關(guān)系圖(圖6、圖7)。從圖6可以看出，隨著平均孔隙半徑的增加，孔隙度呈指數(shù)增加，但相關(guān)性較差(R2=0.60)；圖7為平均孔隙半徑與滲透率散點(diǎn)圖，做相關(guān)性曲線(xiàn)發(fā)現(xiàn)，平均孔隙半徑與滲透率無(wú)明顯相關(guān)性(R2=0.44)。由此說(shuō)明，平均孔隙半徑的大小不是影響致密油儲(chǔ)層滲流能力的主要因素。

圖6 平均孔隙半徑與孔隙度的關(guān)系Fig.6 Correlationship between average pore radius and porosity

圖7 平均孔隙半徑與滲透率的關(guān)系Fig.7 Correlationship between average pore radius and permeability

3.3 喉道分布特征

恒速壓汞可以定量測(cè)定喉道半徑的大小和分布[17]。如圖9所示，為7塊巖心樣品的喉道半徑分布圖，數(shù)據(jù)表明長(zhǎng)9致密砂巖巖樣喉道半徑主要分布在3 μm以?xún)?nèi)，平均喉道半徑分布在0.2～1.9 μm(表2)，變化較大。當(dāng)滲透率K小于0.1 mD時(shí)，平均喉道半徑小于0.3 μm；當(dāng)滲透率K大于0.1 mD小于0.5 mD時(shí)，平均喉道半徑大于0.5 μm；當(dāng)滲透率K大于0.5 mD時(shí)，平均喉道半徑大于1.0 μm。

從分布形態(tài)看(圖8)，相對(duì)于孔隙半徑的近正態(tài)分布，喉道半徑分布頻率曲線(xiàn)形態(tài)變化較大，當(dāng)巖心樣品滲透率小于0.1 mD時(shí)，喉道曲線(xiàn)偏細(xì)態(tài)，峰值高，分布頻率都在40%以上，喉道半徑分布較集中；當(dāng)滲透率大于0.1 mD且不斷變大時(shí)，其喉道分布范圍變大，峰值降低且不斷右移。樣品8-2滲透率為3.99 mD，其喉道分布頻率曲線(xiàn)峰值已移動(dòng)到右側(cè)，但幅度只有5.2%，說(shuō)明滲透率越大的樣品，其喉道大小分布越均勻。

圖8 長(zhǎng)9致密砂巖儲(chǔ)層喉道半徑分布Fig.8 Throat radius distribution curves of tight sandstone samples

3.4 喉道與滲透率的關(guān)系

繪制滲透率與平均喉道半徑及分選系數(shù)(方差)的關(guān)系可以看出(圖9、圖10)，滲透率與平均喉道半徑呈指數(shù)關(guān)系，與分選系數(shù)呈冪指數(shù)關(guān)系，平均喉道半徑越大，分選系數(shù)越接近1，滲透率越大，相關(guān)參數(shù)R可達(dá)0.97以上。因此，喉道的大小、分布影響著儲(chǔ)層滲流能力，是油田開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵因素。

根據(jù)恒速壓汞測(cè)試數(shù)據(jù)，進(jìn)一步做喉道滲透率貢獻(xiàn)的曲線(xiàn)圖(圖11)。

可以看出，滲透率為0.21 mD的巖心樣品，其喉道滲透率貢獻(xiàn)曲線(xiàn)形態(tài)和喉道分布曲線(xiàn)形態(tài)基本一致，但整體向右略有偏移。滲透率為0.63 mD的巖心樣品和滲透率為2.72 mD的巖心樣品，其滲透率貢獻(xiàn)曲線(xiàn)形態(tài)相似，整體分布均勻，無(wú)峰值形態(tài)，與對(duì)應(yīng)的喉道頻率分布曲線(xiàn)形態(tài)相差較遠(yuǎn)。滲透率為3.99 mD的巖心樣品，其滲透率貢獻(xiàn)曲線(xiàn)形態(tài)在右側(cè)“大喉道”處重新形成峰值形態(tài)。滲透率貢獻(xiàn)曲線(xiàn)峰值形態(tài)從有到無(wú)再到有，反映的是隨著喉道半徑增大，喉道對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)急劇加大，在有相對(duì)大喉道存在的情況下，儲(chǔ)層流體首先沿“大喉道”滲流，這可能是油田注水“指”進(jìn)或形成高滲通道的原因之一。

圖9 滲透率與平均喉道的關(guān)系Fig.9 Correlationship between average throat radius and permeability

圖10 滲透率與分選系數(shù)的關(guān)系Fig.10 Correlationship between average throat radius and separation factor

圖11 喉道大小對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)曲線(xiàn)圖Fig.11 Correlationship between average throat radius and seepage capacity

4 結(jié)論

(1)孔隙半徑分布曲線(xiàn)形態(tài)相近，皆為單峰、近正態(tài)，分布在60～250 μm之間；對(duì)各樣品孔隙半徑進(jìn)行加權(quán)平均，7塊樣品平均半徑分布在112.02～133.27 μm，相差不大。

(2)平均孔隙半徑增加，孔隙度呈指數(shù)增加，但與滲透率無(wú)明顯相關(guān)性，說(shuō)明孔隙不是影響致密油儲(chǔ)層滲流能力的主要因素。

(3)不同滲透率樣品的喉道半徑分布頻率曲線(xiàn)變化很大。當(dāng)巖心滲透率小于0.1 mD時(shí)，喉道曲線(xiàn)偏細(xì)態(tài)，峰值高；滲透率大的樣品，喉道分布范圍變寬，峰值降低，且喉道分布曲線(xiàn)峰值右移。

(4)滲透率與平均喉道半徑呈指數(shù)關(guān)系，喉道的大小影響儲(chǔ)層滲流能力，是油田開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵因素。

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Application of Constant Pressure Mercury in the Study ofMicro-pore Structure of Reservoir

——A Case Study of Chang 9 Reservoir in Wuqi Oilfield, Ordos Basin

Wu Changhui, Dang Hailong, Zhao Siyuan

(Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum(Group) Co., Ltd., Xi＇an, Shaanxi 710075, China)

Chang 9 reservoir in Wucangbu area is a typical dense reservoir with lithology dense, poor physical properties. In order to fully understand the pore structure characteristics of Chang 9 dense reservoir and its effect on the permeability, seven samples of core samples were tested by constant-rate mercury injection test. The data was displayed: the distribution of pore radius of different core samples was basically the same，mainly distributed in the range of 60～250μm, the average pore radius was about 120μm；throat radius distributes within 3μm，but the average roar radius had larger difference ranging from 0.2μm to 1.9μm size. It was found that the pore radius was only related to the porosity, and the radius of the roar was positively correlated with the permeability, which was the main factor affecting the seepage capacity of the dense oil reservoir.

Ordos Basin; constant-speed mercury intrusion; pore configuration; tight sandstone; throat radius.

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新項(xiàng)目“延長(zhǎng)難采儲(chǔ)量有效動(dòng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)研究” (2016KTCL01-12)資助。

吳長(zhǎng)輝(1983—)，男，工程師，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)方面的工作。郵箱：233685484@qq.com.

TE122.2+4

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