川西坳陷東坡窄河道致密砂巖氣藏儲(chǔ)層孔喉特征

卜淘

(中石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041)

近幾年，中石化在四川盆地西部坳陷東斜坡中江地區(qū)侏羅系沙溪廟組氣藏滾動(dòng)開發(fā)取得突破，已建成工業(yè)氣井近100口，產(chǎn)能規(guī)模近10×108m3。氣藏發(fā)育多期曲流河三角洲平原-前緣分流河道沉積，河道寬度窄，砂體平面上呈窄條帶狀分布，縱向上河道砂疊置程度差。砂體厚度變化大，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分散不連續(xù)，給氣藏的高效開發(fā)部署帶來(lái)難度。前期針對(duì)儲(chǔ)層特征研究主要基于巖石學(xué)組份、基礎(chǔ)物性和常規(guī)壓汞資料，不能很好地反映不同河道砂和河道砂內(nèi)部微觀非均質(zhì)性特征和變化。本文從氣藏基本地質(zhì)特征入手，采用目前國(guó)際國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用先進(jìn)的恒速壓汞、核磁共振測(cè)試技術(shù)對(duì)川西坳陷東坡中江氣田沙溪廟組窄河道砂巖氣藏孔隙、喉道發(fā)育和分布特征進(jìn)行了分析與對(duì)比，定量評(píng)價(jià)微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征。依據(jù)孔喉特征將致密砂巖儲(chǔ)層定量分為3類，其中I、II類儲(chǔ)層具有工業(yè)建產(chǎn)價(jià)值。該認(rèn)識(shí)對(duì)該區(qū)窄河道致密砂巖氣藏下一步的勘探開發(fā)評(píng)價(jià)與部署具有指導(dǎo)作用。

1 基本地質(zhì)特征

中江氣田位于四川盆地川西坳陷中段東部斜坡與川中古隆起的過(guò)渡帶上[1-2]，局部構(gòu)造格局為“三隆夾兩凹”。沙溪廟組是氣田主力產(chǎn)層，地層埋深1 900～2 900 m，縱向上分為3個(gè)亞段，15個(gè)砂層組。砂體以曲流河三角洲平原-前緣分流河道沉積砂為主，河道寬度窄(200～800 m)，砂體厚度變化大(5～30 m)。砂體平面上呈細(xì)長(zhǎng)條帶狀分布，剖面上呈透鏡體或?qū)訝罘植?，砂體空間疊置程度差(圖1)。砂巖基質(zhì)孔隙度0.9%～15.33%，平均值為9.14%；基質(zhì)滲透率0.000 8 ～1.75×10-3μm2，平均值為0.339×10-3μm2，儲(chǔ)層為低孔-特低孔、致密儲(chǔ)層[3-5]。氣藏從上到下可分為J2s1～J2s3共3個(gè)分氣藏，含氣砂體9套。受構(gòu)造、斷裂、沉積、物性、儲(chǔ)層非均質(zhì)性等共同控制[2]，不同河道含氣性存在差異，河道內(nèi)部含氣飽和度存在差異，導(dǎo)致氣藏氣水分布發(fā)育復(fù)雜。

沙溪廟組氣藏地層壓力在25.98～47.39 MPa之間，壓力系數(shù)1.11～1.91，具有常壓-超高壓氣藏；氣藏地層溫度55.91 ℃～86.69 ℃，平均地溫梯度為2.24 ℃/100 m，與區(qū)域地溫梯度基本一致。直井產(chǎn)能較低，以水平井開發(fā)為主。氣藏產(chǎn)出流體以天然氣為主，并伴有少量地層水和微量凝析油，不含硫?？傮w上，中江氣田沙溪廟組氣藏屬于受構(gòu)造-巖性控制的孔隙型彈性氣驅(qū)致密砂巖氣藏。

圖1 中江氣田沙溪廟組河道砂空間展布圖

2 孔喉變化特征分析

恒速壓汞技術(shù)能夠給出準(zhǔn)確的孔隙、喉道、孔喉比大小及分布，同時(shí)提供孔隙和喉道的毛細(xì)管壓力曲線，克服了常規(guī)壓汞技術(shù)對(duì)應(yīng)同一毛管壓力曲線有可能會(huì)有不同孔隙結(jié)構(gòu)的缺陷，更適合于孔喉性質(zhì)差別很大的致密儲(chǔ)層[3-5]。為更好了解中江地區(qū)J2s窄河道砂巖內(nèi)部孔喉變化特征，對(duì)主力氣層的28塊樣品進(jìn)行了恒速壓汞測(cè)試，以期從微觀孔喉特征角度揭示不同河道、同一河道內(nèi)部?jī)?chǔ)層品質(zhì)的差異，為氣藏的開發(fā)部署提供指導(dǎo)。

2.1 孔隙半徑分布

從28塊測(cè)試樣品的孔隙半徑分布直方圖看出，各樣品孔隙半徑均值變化不大，最大163.8 μm，最小134.4 μm，平均150.3 μm；主力氣層A、B、C、D孔隙半徑均值相差不大(圖2)，最大值為155 μm，最小值為134 μm?？傮w上，各層砂巖儲(chǔ)層孔隙半徑分布圖相對(duì)集中，縱向和橫向上變化不大，最下部的D氣層略好于中上部氣層。從孔隙半徑均值與物性的相關(guān)關(guān)系(圖3、4)可知，平均孔隙半徑與滲透率的相關(guān)性好于孔隙度。

圖2 主力氣層孔隙半徑均值分布直方圖

圖3 測(cè)試樣品平均孔隙半徑與孔隙度關(guān)系圖

圖4 測(cè)試樣品平均孔隙半徑與滲透率關(guān)系圖

2.2 喉道分布特征

從測(cè)試樣品的喉道半徑均值分布曲線(圖5)看出：各樣品喉道半徑均值變化大，分布在0.35～3.09 μm之間，總平均值為0.99 μm，反映出不同層、不同河道砂巖喉道半徑分布非均質(zhì)性明顯強(qiáng)于孔隙半徑。從主力氣層喉道半徑均值分布來(lái)看(圖6)，從氣藏上部氣層到下部氣層喉道半徑明顯增大，最上部氣層喉道半徑均值僅為0.74 μm，最下部氣層喉道半徑均值為1.87 μm，為最上部氣層的2.5倍；同時(shí)主流喉道也呈現(xiàn)從上到下增大的趨勢(shì)。不同樣品喉道半徑對(duì)滲透率貢獻(xiàn)分布曲線(圖7)可以看出：起主要貢獻(xiàn)作用的為1 μm以下喉道半徑，喉道半徑均值與滲透率的相關(guān)關(guān)系系數(shù)達(dá)到0.9(圖8)。表明中江J2s氣藏致密河道砂巖不同滲透率級(jí)別的樣品，孔喉特征差異主要體現(xiàn)在喉道大小及分布上，喉道對(duì)儲(chǔ)層品質(zhì)起著主要控制作用，細(xì)小喉道數(shù)量決定了巖石的滲透率大小。

圖5 測(cè)試樣品喉道半徑均值分布曲線

圖6 主力氣層喉道半徑均值分布直方圖

圖7 不同樣品喉道半徑對(duì)滲透率貢獻(xiàn)分布曲線

圖8 樣品平均喉道半徑與滲透率關(guān)系圖

2.3 孔喉半徑比變化特征

孔喉比反映孔隙結(jié)構(gòu)好壞，比值越小，孔隙結(jié)構(gòu)越好，滲流能力更好。從圖9、10可以看出，不同樣品的孔喉半徑比值分布在100～350之間，其中孔喉比200～250之間比例相對(duì)更大。縱向上上部氣層由于孔隙半徑、喉道半徑以及滲透率小于中下部氣層，孔喉半徑比呈降低趨勢(shì)?？缀戆霃奖扰c滲透率表現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖11)。氣藏下部氣層表現(xiàn)出孔喉結(jié)構(gòu)好，滲透率相對(duì)更大，驅(qū)替過(guò)程中，天然氣更容易通過(guò)喉道被采出來(lái)，被捕集殘余的幾率小，表現(xiàn)出更高的采收率，氣藏的開發(fā)效果也就更好。

圖9 樣品孔喉半徑比含量分布圖

圖10 主力氣層孔喉比均值分布圖

圖11 樣品孔喉半徑比與滲透率關(guān)系圖

2.4 毛細(xì)管壓力曲線特征

恒速壓汞得到的孔隙、喉道進(jìn)汞飽和度可以定量反映有效孔隙和喉道的體積大小。恒速壓汞測(cè)試所提供的孔隙、喉道和總體毛細(xì)管壓力曲線，可以直觀且定量反映巖樣內(nèi)有效喉道體積與其所控制的有效孔隙體積分布特征及孔隙、喉道之間的配置關(guān)系[6]。

從測(cè)試排驅(qū)壓力與滲透率的相關(guān)關(guān)系(圖12)可知，隨滲透率的增大表現(xiàn)出排驅(qū)壓力降低的趨勢(shì)，當(dāng)滲透率大于0.5×10-3μm2時(shí)表現(xiàn)出拐點(diǎn)特征。從孔隙、喉道進(jìn)汞飽和度與物性相關(guān)關(guān)系(圖13)可知，隨著滲透率的增加，孔隙進(jìn)汞飽和度和喉道進(jìn)汞飽和度均呈增加趨勢(shì)?？傮w上表明物性好，尤其是滲透率高的樣品，其有效孔喉體積越大，反映出孔隙空間和喉道半徑增大，儲(chǔ)層有效的滲流空間和通道增加。

圖12 樣品排驅(qū)壓力與滲透率關(guān)系圖

圖13 孔隙、喉道進(jìn)汞飽和度與滲透率關(guān)系圖

圖14～17是不同級(jí)別孔隙度和滲透率恒速壓汞毛管壓力曲線。當(dāng)進(jìn)汞壓力較小時(shí)，汞首先進(jìn)入大喉道控制的孔隙內(nèi)，喉道的影響不明顯；總體毛管壓力曲線變化與孔隙毛管壓力曲線形態(tài)基本一致。隨著進(jìn)汞壓力的逐漸增加，汞開始進(jìn)入小孔隙，孔隙毛管壓力曲線上翹，進(jìn)汞壓力急劇增大，但小孔隙中進(jìn)入的汞量卻增加緩慢，喉道開始起控制作用，隨后繼續(xù)增加進(jìn)汞壓力，汞只能進(jìn)入細(xì)小的喉道，總體毛管壓力曲線與喉道毛管壓力曲線特征相同。因此，致密砂巖評(píng)價(jià)是應(yīng)更加注重對(duì)喉道的評(píng)價(jià)與開發(fā)。

圖14 Ⅰ類毛管壓力曲線

圖15 Ⅱ類毛管壓力曲線

圖16 Ⅲ類毛管壓力曲線

圖17 Ⅳ類毛管壓力曲線

3 基于孔喉特征的儲(chǔ)層分類

由前所述，對(duì)于致密砂巖儲(chǔ)層注重孔隙半徑、喉道半徑、孔喉比以及孔隙、喉道進(jìn)汞飽和度研究能更精確地反映儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)、有效儲(chǔ)集空間分布和滲流能力特征。中江地區(qū)沙溪廟組氣藏儲(chǔ)層滲流能力主要受到喉道大小分布和孔喉比的控制。基于上述孔隙半徑、喉道、孔喉比分布特征、毛管壓力曲線特征以及核磁共振測(cè)試參數(shù)[7]，結(jié)合物性條件，從微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征考慮可以將儲(chǔ)層分為4類(表1)。

Ⅰ類儲(chǔ)層：為好儲(chǔ)層，巖性主要以中-細(xì)粒度巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，喉道半徑大于1 μm，孔隙半徑大于150 μm，孔喉比小于200，主流喉道半徑大于0.4 μm(圖18、19)；孔隙度大于1%，滲透率大于0.4 mD，孔喉連通性好，核磁共振測(cè)試束縛流體飽和度小于50%(圖20)，儲(chǔ)集滲流能力好，測(cè)試產(chǎn)能高。

Ⅱ類儲(chǔ)層：為中等儲(chǔ)層，巖性主要以細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，喉道半徑大于0.8 μm，孔隙半徑大于140 μm，孔喉比200～250之間，主流喉道半徑0.3～0.4 μm(圖18、19)；孔隙度9%～11%，滲透率0.15～0.4 mD，孔喉連通性較好，核磁共振測(cè)試束縛流體飽和度小于60%(圖20)，儲(chǔ)集滲流能力較好，測(cè)試產(chǎn)能較高。

Ⅲ類儲(chǔ)層：為差儲(chǔ)層，巖性主要以細(xì)-粉粒巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，喉道半徑0.3～0.8 μm，孔隙半徑130～140 μm，孔喉比250～300之間，主流喉道半徑0.1～0.3 μm(圖18、19)；孔隙度7%～9%，滲透率0.05～0.15 mD，孔喉連通性較差，核磁共振測(cè)試束縛流體飽和度大于60%(圖20)，儲(chǔ)集滲流能力一般，測(cè)試產(chǎn)能較低。

Ⅳ類：為非儲(chǔ)層，巖性以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，喉道半徑小于0.3 μm，孔隙半徑小于130 μm，孔喉比大于330之間，主流喉道半徑小于0.1 μm(圖18、19)；孔隙度小于7%，滲透率小于0.05 mD，孔喉連通性極差，核磁共振測(cè)試束縛流體飽和度大于65%(圖20)，基本不具有儲(chǔ)集能力。

圖18 不同儲(chǔ)層孔隙、孔喉半徑比均值分布圖

圖19 不同儲(chǔ)層喉道、主流喉道半徑比分布圖

圖20 不同儲(chǔ)層類型束縛流體飽和度分布圖

根據(jù)孔喉結(jié)構(gòu)特征對(duì)儲(chǔ)層分類，對(duì)氣藏不同類型儲(chǔ)層產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：I類儲(chǔ)層井平均無(wú)阻流量13.2×104m3/d，II類儲(chǔ)層井平均無(wú)阻流量達(dá)8.6×104m3/d，III類儲(chǔ)層井平均無(wú)阻流量?jī)H2.8×104m3/d，Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層具有工業(yè)建產(chǎn)價(jià)值。不同類型儲(chǔ)層產(chǎn)能與主流喉道半徑和孔喉比具有很好的相關(guān)性，也進(jìn)一步證實(shí)了致密儲(chǔ)層注重喉道和孔喉比評(píng)價(jià)的重要意義。

4 結(jié)論

(1) 中江沙溪廟組氣藏窄河道致密砂巖儲(chǔ)層孔喉特征差異主要體現(xiàn)在喉道上?？紫栋霃骄迪嗖畈淮?，主要介于130～160 μm之間；喉道發(fā)育特征差異大，介于0.3～3.1 μm之間，小于1 μm喉道占比高，細(xì)小喉道數(shù)量控制了巖石滲透率的大小。

(2) 氣藏巖石的孔喉半徑比分布范圍寬，介于83～376之間，隨滲透率增加呈明顯增大趨勢(shì)，低孔喉比巖石具有相對(duì)更好的采收率。氣藏從上到下隨著儲(chǔ)層條件變好，孔喉比呈降低趨勢(shì)。

(3) 滲透率對(duì)巖石總進(jìn)汞飽和度起到主控作用，滲透率越高，儲(chǔ)層有效孔喉越發(fā)育。初期孔隙進(jìn)汞飽和度對(duì)總進(jìn)汞飽和度的影響較大，而最終總進(jìn)汞飽和度曲線特征與喉道進(jìn)汞飽和度曲線特征相同。

(4) 致密砂巖要更加注重對(duì)孔喉特征評(píng)價(jià)，利用恒速壓汞技術(shù)可以較為精確定量評(píng)價(jià)儲(chǔ)層孔隙、喉道發(fā)育特征及其對(duì)滲流能力的控制作用，采用孔喉特征參數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層分類也可深入、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)氣藏的產(chǎn)能影響因素。

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