基于孔隙組合類型的低滲透儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征研究

李冠男，孫衛(wèi)，任大忠，劉登科

（西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069）

油氣地質(zhì)

基于孔隙組合類型的低滲透儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征研究

李冠男，孫衛(wèi)，任大忠，劉登科

（西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069）

利用鑄體薄片、X衍射、常規(guī)壓汞、物性分析、掃描電鏡等巖心測(cè)試分析資料，對(duì)鄂爾多斯盆地吳定地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析。研究表明：吳定地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔隙以微-小孔隙為主，巖石類型主要為長(zhǎng)石砂巖；基于孔隙組合類型可將研究區(qū)儲(chǔ)層分為三類：溶孔-粒間孔型儲(chǔ)層、溶孔型儲(chǔ)層、晶間微孔型儲(chǔ)層，不同類型儲(chǔ)層宏觀物性及微觀特征均有差異；物性及黏土礦物是控制研究區(qū)儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的重要宏觀及微觀參數(shù)，不同類型儲(chǔ)層物性及黏土礦物含量對(duì)微觀孔隙結(jié)構(gòu)影響程度均不同，因此在開發(fā)過程中應(yīng)開展合理的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)工作，提升開發(fā)效率。

吳定地區(qū)；長(zhǎng)6儲(chǔ)層；孔隙組合類型；微觀孔隙結(jié)構(gòu)

吳定地區(qū)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層是研究區(qū)優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)集層位，沉積環(huán)境為三角洲前緣水下分流河道，屬于典型的低滲透儲(chǔ)層，但研究區(qū)儲(chǔ)層宏觀及微觀非均質(zhì)性強(qiáng)、物性較差、地質(zhì)條件復(fù)雜，導(dǎo)致研究區(qū)勘探開發(fā)難度高，制約了該區(qū)增儲(chǔ)上產(chǎn)工作[1-3]。前人已經(jīng)對(duì)該地區(qū)的物源、沉積以及非均質(zhì)性等方面做了部分研究，取得了豐碩成果，但對(duì)該地區(qū)微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究較少，尤其是基于孔隙組合類型開展儲(chǔ)層微觀特征研究比較少見[4，5]。本文利用鑄體薄片、X衍射、常規(guī)壓汞、物性、掃描電鏡等巖心測(cè)試分析資料，開展基于孔隙組合類型的儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)，分析造成不同類型儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)各異的宏觀及微觀因素，以期為今后該地區(qū)油氣勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地吳定地區(qū)位于陜西省定邊縣和寧夏鹽池縣境內(nèi)，構(gòu)造位置隸屬于天環(huán)坳陷東部及伊陜斜坡西部?jī)蓚€(gè)構(gòu)造單元之間，前人研究發(fā)現(xiàn)[6-8]，吳定地區(qū)在晚三疊系延長(zhǎng)組沉積演化期間主要受北西、北東兩大物源區(qū)控制，三角洲前緣亞相構(gòu)成了吳定地區(qū)長(zhǎng)6時(shí)期儲(chǔ)層的主要沉積相，發(fā)育有水下分流河道等沉積微相。整體構(gòu)造特征繼承鄂爾多斯盆地構(gòu)造特征，相對(duì)平緩且大型構(gòu)造不發(fā)育，整體為西傾單斜，偶見鼻狀隆起。

2 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

通過利用鑄體薄片、X衍射、常規(guī)壓汞、物性、掃描電鏡等巖心測(cè)試分析資料，依據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SY/T5368-2000），通過鑄體薄片進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不難得出，吳定地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖性主要為灰色、灰黑色砂巖，砂巖粒度在0.10 mm～0.25 mm，為細(xì)粒砂巖，巖石類型主要為長(zhǎng)石砂巖，巖屑長(zhǎng)石砂巖含量較少（見圖1）。通過分析研究區(qū)碎屑巖薄片鑒定資料及物性資料可以得出，研究區(qū)碎屑成分主要以長(zhǎng)石、石英為主，巖屑含量較少，其中長(zhǎng)石體積含量在25%～70%，平均體積含量為41%，石英體積含量在25%～60%，平均體積含量為32%，巖屑體積含量在0～30%，平均體積含量為9.5%，填隙物含量較少，以高嶺石、綠泥石、伊利石等黏土礦物以及碳酸鹽類為主，巖石成分成熟度低，顆粒分選性中-好，磨圓度以次棱角狀為主，膠結(jié)方式以孔隙膠結(jié)和薄膜-孔隙膠結(jié)為主，顆粒接觸方式主要以點(diǎn)-線接觸。儲(chǔ)層孔隙度主要集中在7%～13%，平均9.25%，滲透率集中在0.15×10-3μm2～0.4×10-3μm2，平均0.25×10-3μm2，因此吳定地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層為低孔、特低滲-低滲儲(chǔ)層。

圖1 吳定地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層含油砂巖分類圖

3 基于孔隙組合類型的儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)

通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)開展基于儲(chǔ)層孔隙類型的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)工作發(fā)現(xiàn)，吳定地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的孔隙類型以殘余粒間孔和溶孔為主，其中原生孔隙被綠泥石、伊利石等黏土礦物所覆蓋，大量的原生孔隙被堵塞，局部邊緣原生孔隙被溶蝕，溶孔是以長(zhǎng)石溶孔為主，巖屑溶孔次之，晶間孔最少；孔隙組合類型主要分為三類：溶孔-粒間孔型、溶孔型、微孔型，其中溶孔-粒間孔型為吳定地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層最發(fā)育的一種孔隙組合類型，孔徑一般在60 μm～100 μm；溶孔型發(fā)育也很普遍，其中又以長(zhǎng)石溶孔型為主，巖屑溶孔型次之，孔徑一般在20 μm～70 μm，溶孔型孔隙尤其是長(zhǎng)石溶孔對(duì)本地區(qū)滲流能力的改善發(fā)揮著積極作用；微孔型孔隙發(fā)育較少，在本地區(qū)發(fā)育很不均勻，但其對(duì)本地區(qū)的孔隙起到連通作用，對(duì)滲流能力的改善也有積極作用。同時(shí)在以上三種分類的基礎(chǔ)上，對(duì)不同種類的孔隙選取樣品進(jìn)行高壓壓汞實(shí)驗(yàn)，根據(jù)壓汞曲線毛管壓力的展布來區(qū)分不同孔隙類型的儲(chǔ)集能力和滲流能力的高低（見圖2）。

Ⅰ.溶孔-粒間孔型儲(chǔ)層：此類孔隙結(jié)構(gòu)孔隙度、滲透率高，分選性中等，主流孔隙半徑大，排替壓力低，最大汞飽和度高，退汞效率高。

通過對(duì)此類孔隙度、滲透率的統(tǒng)計(jì)分析不難看出，該類的孔隙度較高，分布范圍集中在1.1%～13.5%，平均值為10.52%；滲透率的分布范圍主要集中在0.005×10-3μm2～4.52×10-3μm2，平均值為1.02×10-3μm2；該類毛管壓力曲線門檻壓力為0.05 MPa，中值壓力為0.31 MPa，最大汞飽和度為95.2%，從圖2中可以看出一類毛管壓力曲線偏向左下方，孔隙半徑最大，以大孔隙為主，孔隙度滲透率較高，分選性中等，可見此類型孔隙是本地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層滲流能力和儲(chǔ)集能力最佳的孔隙結(jié)構(gòu)類型，一般發(fā)育在水下分流河道砂體，代表較強(qiáng)的水動(dòng)力較強(qiáng)的環(huán)境，且溶孔-粒間孔型在本地區(qū)發(fā)育較多（見圖2）。

Ⅱ.溶孔型儲(chǔ)層：此類孔隙結(jié)構(gòu)孔隙度、滲透率相比前者較差，分選性中等，主流孔隙半徑較小，排替壓力逐漸升高，最大汞飽和度較高，退汞效率較好，此類孔隙主要包括長(zhǎng)石溶孔和巖屑溶孔，其中以長(zhǎng)石溶孔為主。

圖2 吳定地區(qū)長(zhǎng)6段不同類型儲(chǔ)層物性及孔隙結(jié)構(gòu)特征

通過對(duì)此類孔隙度、滲透率的統(tǒng)計(jì)分析不難看出，此類的孔隙度較高，分布范圍集中在0.84%～12.9%，平均值為8.65%；滲透率的分布范圍主要集中在0.01×10-3μm2～2.34×10-3μm2，平均值為0.53×10-3μm2；此類毛管壓力曲線門檻壓力為0.85 MPa，中值壓力為2.01 MPa，最大汞飽和度為80.94%，從圖中可以看出一類毛管壓力曲線偏向左下方，孔隙半徑較大，以中等孔隙為主，孔隙度滲透率較高，分選性中等，同時(shí)因溶蝕作用發(fā)育的大規(guī)模的溶蝕孔隙可以很好的將其他孔隙連通在一起，對(duì)本地區(qū)的滲流能力的改善也起到積極的作用，可見此類型孔隙是本地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層滲流能力和儲(chǔ)集能力第二好的孔隙結(jié)構(gòu)類型，該類型儲(chǔ)層在研究區(qū)發(fā)育程度較好（見圖2）。

Ⅲ.晶間微孔型儲(chǔ)層：此類孔隙結(jié)構(gòu)孔隙度、滲透率為本地區(qū)最低，分選性差，主流孔隙半徑最小，排替壓力最高，最大汞飽和度低，退汞效率低，微孔型樣品是本地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層物性最差的，微孔型孔隙也是滲流能力和儲(chǔ)集能力最差的孔隙結(jié)構(gòu)類型。

通過對(duì)微孔型孔隙度、滲透率的統(tǒng)計(jì)分析不難看出，此類的孔隙度最低，分布范圍集中在0.76%～10.25%，平均值為4.52%；滲透率的分布范圍主要集中在0.003×10-3μm2～2.14×10-3μm2，平均值為0.32×10-3μm2；此類毛管壓力曲線門檻壓力最高為2.32 MPa，中值壓力為16.24 MPa，最大汞飽和度為61.7%，從圖中可以看出此類毛管壓力曲線偏向右上方，孔隙半徑最小，以微-小孔隙為主，孔隙度滲透率最低，分選性最差，可見此類型孔隙是本地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層滲流能力和儲(chǔ)集能力最差的孔隙結(jié)構(gòu)類型（見圖2）。

4 微觀孔隙結(jié)構(gòu)影響因素

儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)影響因素眾多，按大類主要分為宏觀及微觀兩種因素，前人對(duì)低滲透儲(chǔ)層孔隙度、滲透率、填隙物等方面對(duì)孔隙形態(tài)、大小、產(chǎn)狀等方面開展了細(xì)致的研究[9-12]，但基于孔隙類型開展微觀孔隙結(jié)構(gòu)影響因素方面的分析較少。本文從物性及黏土礦物兩個(gè)角度出發(fā)，分析其對(duì)儲(chǔ)層最大連通孔喉性質(zhì)、喉道半徑及孔喉分選程度方面的影響，探討代表著不同孔喉特征的微觀參數(shù)與宏觀及微觀特征之間的關(guān)系，研究不同孔喉類型對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)影響因素的作用。

4.1 物性

4.1.1 物性與最大連通孔喉半徑的關(guān)系最大連通孔喉半徑代表著儲(chǔ)層可儲(chǔ)集空間的最大半徑（見圖3，圖4），由圖3、圖4可知，物性與最大連通孔喉半徑具有良好的正相關(guān)關(guān)系，且滲透率的相關(guān)性要遠(yuǎn)好于孔隙度，表明物性對(duì)最大連通孔喉半徑影響較大。各儲(chǔ)層類型滲透率與最大連通孔喉半徑相關(guān)性均較好，而溶孔-粒間孔型儲(chǔ)層孔隙度與最大連通孔喉半徑相關(guān)性較差，這說明對(duì)于溶孔-粒間孔型儲(chǔ)層而言，較大的最大連通孔喉半徑未必對(duì)應(yīng)著較大的孔隙度，由于該類型儲(chǔ)層殘余粒間孔保存較好，導(dǎo)致部分樣品所對(duì)應(yīng)的最大連通孔喉半徑較大，而儲(chǔ)集空間并不多，從而使相關(guān)性減弱。

4.1.2 物性與平均孔喉半徑的關(guān)系平均孔喉半徑與物性相關(guān)性稍差于最大連通孔喉半徑，且滲透率相關(guān)性依然好于孔隙度，且溶孔-粒間孔型儲(chǔ)層、溶孔型儲(chǔ)層及晶間微孔型儲(chǔ)層平均孔喉半徑與物性的相關(guān)性依次變好（見圖5，圖6），表明孔喉半徑越大的儲(chǔ)層，孔喉半徑與物性的相關(guān)性越弱，這是由于相對(duì)于溶孔-粒間孔型儲(chǔ)層而言，晶間微孔這種孔喉半徑相對(duì)較小的儲(chǔ)層受到的后期成巖作用改造相對(duì)較強(qiáng)，造成儲(chǔ)層的儲(chǔ)集及滲流能力更加依賴于物性特征，而孔喉相對(duì)較大的溶孔-粒間孔型儲(chǔ)層由于相對(duì)大孔隙搭配相對(duì)小的喉道等情況，導(dǎo)致儲(chǔ)集能力及滲流能力容易受到孔喉配置關(guān)系的影響。

4.1.3 分選系數(shù)分選系數(shù)與孔隙度和滲透率正相關(guān)關(guān)系均較好，且各類型儲(chǔ)層分選系數(shù)與物性的相關(guān)關(guān)系均較強(qiáng)，分選系數(shù)越大，表明孔喉分選性越差，非均質(zhì)性越強(qiáng)，而相對(duì)高的分選系數(shù)表明儲(chǔ)層相對(duì)大的孔喉較發(fā)育，導(dǎo)致孔隙度滲透率較高（見圖7，圖8）。

圖3 研究區(qū)不同類型儲(chǔ)層孔隙度與最大連通孔喉半徑相關(guān)性圖

圖4 研究區(qū)不同類型儲(chǔ)層滲透率與最大連通孔喉半徑相關(guān)性圖

圖5 研究區(qū)不同類型儲(chǔ)層孔隙度與平均孔喉半徑相關(guān)性圖

圖6 研究區(qū)不同類型儲(chǔ)層滲透率與平均孔喉半徑相關(guān)性圖

圖7 研究區(qū)不同類型儲(chǔ)層孔隙度與分選系數(shù)相關(guān)性圖

圖8 研究區(qū)不同類型儲(chǔ)層滲透率與分選系數(shù)相關(guān)性圖

4.2 黏土礦物含量

4.2.1 高嶺石含量高嶺石含量與平均孔喉半徑?jīng)]有明顯的相關(guān)關(guān)系（見圖9），表明將儲(chǔ)層視為一個(gè)整體來研究黏土礦物與微觀孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系顯然并不合理，需要分別探討。溶孔-粒間孔型儲(chǔ)層高嶺石含量與平均孔喉半徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明對(duì)于該類儲(chǔ)層而言高嶺石主要起充填孔隙作用，導(dǎo)致孔喉半徑變小；溶孔型儲(chǔ)層有良好正相關(guān)關(guān)系，這是由于研究區(qū)長(zhǎng)石溶孔發(fā)育，長(zhǎng)石溶蝕產(chǎn)生高嶺石，因此高嶺石含量是長(zhǎng)石溶蝕孔的良好指示，高嶺石含量越高，溶蝕孔越發(fā)育，孔喉半徑越大；晶間微孔型儲(chǔ)層二者關(guān)系不太明顯，說明該類儲(chǔ)層還有其他黏土礦物影響孔喉大小發(fā)育情況。

圖9 研究區(qū)不同類型儲(chǔ)層平均孔喉半徑與高嶺石含量相關(guān)性圖

4.2.2 綠泥石含量溶孔-粒間孔型儲(chǔ)層綠泥石含量與平均孔喉半徑相關(guān)性不強(qiáng)（見圖10），說明該類型儲(chǔ)層綠泥石較為發(fā)育，既有早期包膜式綠泥石保存孔喉，又有晚期充填式綠泥石充塞孔隙，因此二者綜合而言導(dǎo)致相關(guān)性變?nèi)?；溶孔型?chǔ)層綠泥石含量與平均孔喉半徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明晚期充填式膠結(jié)在該類儲(chǔ)層中占主導(dǎo)地位；晶間微孔型儲(chǔ)層相關(guān)性依然很弱，表明其他填隙物對(duì)該類型儲(chǔ)層的影響依然不可忽視。

圖10 研究區(qū)不同類型儲(chǔ)層平均孔喉半徑與綠泥石含量相關(guān)性圖

4.2.3 伊利石含量三類儲(chǔ)層平均孔喉半徑與伊利石含量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（見圖11），且溶孔-粒間孔型儲(chǔ)層及溶孔型儲(chǔ)層負(fù)相關(guān)性明顯，表明伊利石充填及切割孔喉對(duì)儲(chǔ)層孔喉的破壞性較大，伊利石含量越高越不利于孔喉保存。

圖11 研究區(qū)不同類型儲(chǔ)層平均孔喉半徑與伊利石含量相關(guān)性圖

5 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

（1）吳定地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖性為砂巖，粒徑在0.10 mm～0.25 mm，為細(xì)粒砂巖，顏色以灰色、灰黑色為主，巖石類別主要以長(zhǎng)石砂巖為主，巖屑長(zhǎng)石砂巖含量較少，主要集中在7%～13%，平均9.25%，滲透率集中在0.15×10-3μm2～0.4×10-3μm2，平均0.25×10-3μm2，屬于典型的低孔、特低滲-低滲儲(chǔ)層。

（2）根據(jù)鏡下特征、孔滲關(guān)系以及高壓壓汞實(shí)驗(yàn)，孔隙組合類型主要分為三類：Ⅰ溶孔-粒間孔型、Ⅱ溶孔型、Ⅲ微孔型；Ⅰ型孔隙組合類型發(fā)育最廣，為吳定地區(qū)儲(chǔ)集能力、滲流能力最強(qiáng)的孔隙組合類型，Ⅱ型孔隙組合類型也普遍發(fā)育，也是本地區(qū)優(yōu)勢(shì)孔隙結(jié)構(gòu)，Ⅲ型孔隙發(fā)育最少，其儲(chǔ)集能力和滲流能力最差，是吳定地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層物性最差的孔隙組合類型。

（3）儲(chǔ)層物性及黏土礦物含量與微觀孔隙結(jié)構(gòu)聯(lián)系密切，最大連通孔喉半徑、平均孔喉半徑及分選系數(shù)與物性的相關(guān)性均較好，滲透率對(duì)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的影響程度普遍高于孔隙度?；诓煌瑑?chǔ)層類型的黏土礦物影響因素分析表明，不同儲(chǔ)層類型黏土礦物對(duì)平均孔喉半徑的影響程度不同，因此在開發(fā)中應(yīng)當(dāng)注意對(duì)儲(chǔ)層開展有效的分類評(píng)價(jià)，采取合理的開采模式。

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The study of the features of pore-throat structures based on pore assembly type

LI Guannan，SUN Wei，REN Dazhong，LIU Dengke
（State Key Laboratory for Continental Dynamics，Northwest University，Xi'an Shanxi 710069，China）

The micro pore structures'characteristics were studied by using casting thin sections,scanning electron microscope（SEM）,X-ray scattering,physical property analysis and other techniques in Wuding area,Ordos basin.The results shows that micro-small pore was the main type of reservoirs'pore and the rock type mostly arkose sandstone.The reservoirs can divided into three parts based on pore assembly type,dissolved-intergranular pore,dissolved pore and intergranular micropore,and their physical property and micro characteristics are different.Physical property and clay mineral are main controlling factors on micropore structures.Therefore in the process of development reasonable reservoir evaluation method should be taken for higher development efficiency.

Wuding area；Chang 6 reservoir；pore assembly type；micro pore structures

TE122.23

A

1673-5285（2017）06-0102-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.06.022

2017－05-16

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2015KTCL01-09；中國博士后科學(xué)基金，項(xiàng)目編號(hào)：2015M582699；陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃-青年人才項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2016JQ402。

李冠男，碩士，從事油氣地質(zhì)與開發(fā)研究工作，郵箱：805744645@qq.com。