川西地區(qū)侏羅系致密砂巖儲層孔喉特征對滲流能力的影響

江蓉蓉 李 濤 嚴(yán)煥榕 卜 淘

0 引言

致密砂巖氣藏在我國資源豐富，廣泛分布于四川、 鄂爾多斯、 塔里木和準(zhǔn)噶爾等盆地。川西侏羅系致密砂巖氣藏平面上分布廣泛，垂向上發(fā)育多個產(chǎn)氣層組，中統(tǒng)沙溪廟組、上統(tǒng)遂寧組、蓬萊鎮(zhèn)組均發(fā)育工業(yè)產(chǎn)層。中國石化已經(jīng)建成孝泉、新場、合興場、馬井、新都—洛帶、什邡和中江等多個大中型致密砂巖氣田[1-2]。準(zhǔn)確評價氣藏滲流能力是決定低滲氣藏開發(fā)成功與否的關(guān)鍵因素。因此，在開展?jié)B流能力分析評價基礎(chǔ)上采取水平井、體積壓裂等先進(jìn)、適用配套技術(shù)和合理開發(fā)方式[3-5]，是提高氣藏采收率、實現(xiàn)川西侏羅系致密砂巖低滲氣藏規(guī)模、有效開發(fā)的關(guān)鍵。侏羅系碎屑巖儲層平均孔隙度＜10%，平均滲透率＜0.1 mD，納米級孔喉占主體，是典型的低孔、低滲致密砂巖儲層[6]。儲層在巖石組分、儲集空間類型、孔喉結(jié)構(gòu)方面具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，綜合分析儲層滲透性，評價氣藏滲流能力難度較大。本文對川西地區(qū)侏羅系各個層組不同氣藏開展研究，在巖石組分、儲集空間類型和儲層物性分析基礎(chǔ)上，分析微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征與儲層滲透率關(guān)系，研究致密砂巖低滲儲層滲流能力主控因素，為川西侏羅系致密砂巖氣藏勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 儲層孔喉結(jié)構(gòu)特征及控制因素

1.1 儲層孔隙類型

川西侏羅系儲層主要孔隙類型為殘余粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔（包括鑄模孔）、晶間微孔。其中對儲層儲集性貢獻(xiàn)最大的孔隙類型為粒間溶孔、殘余粒間孔，兩類孔隙超過總孔隙的80%。其中以粒間溶孔為主（圖1-a、b），發(fā)育少量殘余粒間孔。粒間孔隙發(fā)育特征，孔徑主要分布于10～60 μm間，平均值為16.14 μm。粒間溶孔主要是由于膠結(jié)物、黏土雜基和顆粒邊緣的溶蝕形成（圖1-c、d）。粒內(nèi)溶孔和鑄?？滓草^發(fā)育，常見長石和巖屑顆粒內(nèi)溶孔，偶見白云石粒內(nèi)溶孔，溶蝕強(qiáng)烈時，碎屑顆粒呈蜂巢狀或呈殘骸狀（圖1-e）或形成鑄?？祝▓D1-f、g）。

1.2 儲層喉道類型與大小

孔喉結(jié)構(gòu)是指巖石具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布和連通關(guān)系[7]，對儲層滲流能力有重要影響。川西侏羅系儲層喉道類型以片狀喉道、微喉道為主，部分高孔滲儲層發(fā)育點狀喉道。

1）點狀喉道：長石顆粒強(qiáng)烈溶解，粒間溶孔發(fā)育時，在顆粒間形成的短而窄的點狀喉道（圖1-a、c、d、f）。這類儲層孔隙較大，喉道也大，喉道半徑多大于2 μm，形成粗孔—粗喉的孔隙結(jié)構(gòu)類型儲層，具高孔、高滲特點。

2）片狀喉道：砂巖在遭受壓實作用或壓溶作用時，晶體次生加大，其直接的結(jié)果就是導(dǎo)致存在于晶體與晶體之間的孔隙變窄，形成片狀喉道。沿顆粒邊緣發(fā)生溶蝕作用可以形成片狀或彎片狀喉道（圖1-b）。片狀喉道以中—粗喉道為主，喉道半徑0.06～2 μm之間分布。

3）微喉道：粒間孔隙被伊利石、蒙脫石充填后可片狀或彎片狀微喉道（圖1-h、k）。白云石晶體內(nèi)部溶蝕呈殘骸狀，可形成管狀微喉道（圖1-i）。微喉道的喉道半徑小，一般小于0.06 μm。這類儲層表現(xiàn)為低孔、低滲特點。

1.3 儲層孔喉結(jié)構(gòu)控制因素分析

川西侏羅系儲層孔喉結(jié)構(gòu)特征主要受到巖石顆粒組分、成巖作用控制。巖石顆粒的大小、形狀、礦物組分對殘余粒間孔、溶蝕孔隙發(fā)育有重要控制。成巖作用控制原生孔隙保存和次生孔隙發(fā)育。

川西侏羅系儲層中的殘余粒間孔受顆粒影響較大。儲層石英和長石的含量較高，顆粒為多邊形，殘余粒間孔多呈三角形（圖1-c、d），孔隙的特征與顆粒的大小、形狀及后期壓實程度有關(guān)。

溶蝕作用是侏羅系砂巖儲層次生孔隙形成的主要控制因素，溶蝕孔隙發(fā)育受顆粒礦物組分影響。碎屑顆粒中見較多的長石，最易遭受溶蝕。長石顆粒被溶蝕而發(fā)育各類孔隙、喉道（圖1-a、b、e、f、g），長石沿其內(nèi)部的解理縫發(fā)生溶蝕，形成片狀喉道或使喉道增大（圖1-e），沿著顆粒邊緣溶蝕形成粒間溶孔（圖1-a、b）； 粒間溶孔或鑄?？椎男螤睢⒋笮∈茴w?？刂?，長石顆粒易溶蝕形成方形鑄膜孔（圖1-f），孔隙較大，部分溶蝕，可形成片狀—縮頸喉道（圖1-b），這類喉道半徑相對較大，以中—粗喉道為主。顆粒間有黏土礦物充填，使喉道變小，形成彎片狀微喉道（圖1-j）。受解理控制，礦物溶蝕呈殘骸狀（圖1-i），可形成片狀或管狀微喉道。侏羅系不同區(qū)塊、層段儲層的石英、長石、巖屑含量有一定差異（圖2），是造成儲層孔隙類型和孔喉結(jié)構(gòu)差異的重要因素。

圖1 川西地區(qū)侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組儲層鑄體薄片與掃描電鏡下儲層特征圖

壓實作用的減孔強(qiáng)烈，是儲層致密化的重要因素之一，不同的壓實程度和不同的礦物接觸壓實，形成不同的孔隙和喉道類型。壓實作用較弱原生粒間孔保留相對較好，長石、石英點接觸，粒間孔、縮頸喉道發(fā)育。壓實作用較強(qiáng)，顆粒以線接觸為主，多發(fā)育片狀喉道，壓溶及塑性礦物壓實形成片狀微細(xì)喉道（圖1-k）。

膠結(jié)作用在川西侏羅系儲層發(fā)育程度中等。膠結(jié)物的成分、產(chǎn)狀多樣，其自生礦物成分主要有方解石（圖1-l）、各類黏土礦物、次生石英、次生鈉長石等；膠結(jié)作用使孔隙減少，形成喉道，黏土礦物的膠結(jié)形成片狀喉道（圖1-h、j）。不同礦物、不同產(chǎn)狀的膠結(jié)作用使得喉道的類型多樣，大小不均，儲層滲流能力非均質(zhì)性變強(qiáng)。

圖2 川西侏羅系各個層組儲層砂巖碎屑組成三角圖注： Ⅰ- 石英砂巖；Ⅱ-長石石英砂巖；Ⅲ-巖屑石英砂巖；Ⅳ-長石砂巖；Ⅴ-巖屑長石砂巖；Ⅵ-長石巖屑砂巖；Ⅶ- 巖屑砂巖

2 滲透率與表征孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性特征

本文利用常規(guī)壓汞、恒速壓汞實驗對喉道和孔隙的特征進(jìn)行研究，分析巖石喉道和孔隙大小及組合特征對儲層滲流能力的影響。常規(guī)儲層喉道半徑是控制儲層滲透能力關(guān)鍵參數(shù)[8-9]。對川西侏羅系致密砂巖分析表明，高滲儲層滲透率與常規(guī)壓汞喉道半徑均值的相關(guān)性較好，低滲儲層滲透率與喉道半徑均值的相關(guān)性較差。不同類別儲層的滲透率與恒速壓汞得到的孔喉比值均具有較好相關(guān)關(guān)系。這一特點表明對于低滲透儲層，孔喉比參數(shù)相對孔喉半徑能更好地反映儲層滲透能力。

2.1 滲透率與喉道半徑的相關(guān)性在高滲段較好，低滲段差

通過常規(guī)壓汞實驗分析不同滲透率值樣品的喉道半徑與滲透率的相關(guān)關(guān)系。喉道中值半徑與滲透率整體相關(guān)系數(shù)為0.73（圖3），從圖中可以看出，低滲儲層滲透率與喉道半徑均值的相關(guān)性很差，以滲透率0.5 mD為界限，低滲透率樣品的孔喉中值半徑與滲透率相關(guān)系數(shù)僅為0.42。高滲儲層滲透率與喉道半徑均值的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.92，相關(guān)性較好。表明隨著滲透率值的增大，喉道半徑與滲透率的相關(guān)性變好，說明滲透率高的儲層，喉道半徑能較好反映儲層滲流能力，低滲儲層喉道半徑不能全面反映儲層的滲透性。

圖3 川西地區(qū)侏羅系儲層喉道半徑與滲透率相關(guān)關(guān)系圖

2.2 滲透率與孔喉比的相關(guān)性好

恒速壓汞實驗不僅能夠得到喉道半徑、中值喉道半徑等常規(guī)壓汞的實驗結(jié)果，還能夠分別獲得喉道半徑分布、孔隙半徑分布、孔隙—喉道半徑比分布等重要的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)[10-11]。分析表明川西侏羅系致密砂巖滲透率與孔喉比值具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.85（圖4）。進(jìn)一步按不同類別儲層（吼道及滲透率）統(tǒng)計滲透率與孔喉比值關(guān)系，兩者之間的相關(guān)系數(shù)較總體的相關(guān)性進(jìn)一步提高，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9左右（圖5）。表明川西侏羅系致密砂巖低滲儲層的孔喉比值是儲層滲流能力評價的一項重要參數(shù)。

圖4 川西侏羅系致密砂巖儲層滲透率與孔喉比值關(guān)系

3 孔喉比與滲透率關(guān)系特征及控制因素分析

圖5 川西侏羅系不同類別儲層滲透率與孔喉比值關(guān)系

川西致密砂巖儲層孔喉比值與滲透率具有較好的相關(guān)性。通過對孔、喉匹配關(guān)系分析，認(rèn)為孔喉比值不僅反映了儲層喉道孔隙特征，還能表征孔隙與喉道匹配的均勻程度。因此，孔喉比分析能夠更好地反映致密砂巖低滲儲層滲流能力。開展孔隙、喉道及孔隙和喉道匹配關(guān)系綜合分析，能夠更好地分析致密砂巖低滲儲層滲流能力

恒速壓汞實驗?zāi)Ｐ鸵悦?xì)管束模型為基礎(chǔ)，可以假設(shè)多孔介質(zhì)由大小不同的喉道和孔隙組成，更符合致密砂巖儲層小—微孔隙、喉道的結(jié)構(gòu)特征[12]。前面分析表明低滲儲層滲透率與喉道半徑相關(guān)性較差（圖3），但與恒速壓汞得到的孔喉比值具有較好相關(guān)關(guān)系（圖4），按不同儲層類別統(tǒng)計滲透率與孔喉比值相關(guān)系數(shù)較總體進(jìn)一步提高（圖5）。分析發(fā)現(xiàn)上述特點主要是由于低滲儲層的孔隙、喉道類型多樣，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜。低滲儲層的喉道多為細(xì)—微喉，當(dāng)儲層的孔隙度和喉道半徑一定的時候，孔喉比值小，表明孔隙半徑也小，孔隙度一定的前提就決定了孔隙的數(shù)量多，相應(yīng)喉道的數(shù)量也多，孔隙和喉道匹配均勻程度高，儲層的滲透性較好。反之，孔喉比值大，表明孔隙半徑大，孔隙度一定的前提就決定了孔隙的數(shù)量少，相應(yīng)喉道的數(shù)量也少，大的孔隙與少量細(xì)—微喉道連通，孔隙和喉道匹配均勻程度較差，儲層滲透性較差。

新場、馬井、什邡3個氣田蓬萊鎮(zhèn)組儲層孔隙度分布范圍相近（表1），但新場、什邡地區(qū)滲透率中值為0.42 mD和0.29 mD，顯著高于馬井地區(qū)的滲透率中值0.17 mD。3個地區(qū)滲透率的差異主要是由于儲層孔隙結(jié)構(gòu)差異造成的。新場、什邡地區(qū)儲層孔隙類型比較單一，以原生粒間孔、粒間溶孔為主，儲層孔喉結(jié)構(gòu)和均質(zhì)性較好，滲透率較高，孔滲相關(guān)性也較高，相關(guān)系數(shù)為0.7以上（圖6）。馬井地區(qū)儲層孔隙類型較多樣，包括晶間微孔、粒間孔、粒內(nèi)孔等，儲層非均質(zhì)性較強(qiáng)，孔喉結(jié)構(gòu)均質(zhì)性較差，儲層滲透率較低，孔滲相關(guān)性也較低，相關(guān)系數(shù)僅為0.58?？梢钥闯?，孔喉結(jié)構(gòu)均質(zhì)性是影響儲層滲透率的重要因素。結(jié)合前面常規(guī)壓汞分析滲透率與孔喉半徑關(guān)系分析，發(fā)現(xiàn)高滲儲層具有較好的孔、滲相關(guān)性和孔喉半徑與滲透率相關(guān)性。二者相關(guān)性一致的特征表明，儲層孔隙、喉道的大小及其匹配共同控制了儲層的滲流能力?？缀肀戎的軌蜉^好反映孔隙、喉道特征及其匹配均勻程度。因

表1 川西地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組致密砂巖孔隙度、滲透率統(tǒng)計表

圖6 川西新場、什邡、馬井地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組孔隙度、滲透率分布關(guān)系圖此，致密砂巖儲層滲透率與孔喉比值總體上具有更好的相關(guān)關(guān)系。

川西蓬萊鎮(zhèn)組實驗分析與實際產(chǎn)能情況也能夠表現(xiàn)出上述特征。孝蓬105井儲層孔喉比值較小，滲透率和測試無阻流量較高，什邡2井儲層孔喉比值較大，滲透率和無阻流量，明顯較孝蓬105井低（圖7）。孝蓬105井樣品（井段1 160.4 m）為細(xì)粒巖屑砂巖，孔隙度13.69%，什邡2井樣品（井段1 531.4 m）同樣也為細(xì)粒巖屑砂巖，孔隙度11.12%，2個樣品孔隙度差別不大。孝蓬105井樣品，孔喉比平均值為149.2，孔喉匹配的均勻程度較好，孔隙半徑平均值 145.2 μm，喉道半徑平均值1.17 μm，孔隙半徑略小，喉道半徑較粗，為大孔細(xì)喉型孔喉匹配，測試滲透率為1.217 mD，測試天然氣無阻流量為5.33×104m3/d。什邡2井樣品，孔喉比平均值為530.6，孔喉匹配的均勻程度較差，孔隙半徑平均值165.1 μm，喉道半徑平均值0.37 μm，孔隙半徑略大，喉道半徑較細(xì)，為大孔微喉型孔喉匹配，測試滲透率為0.551 mD，測試天然氣無阻流量為2.27×104m3/d。

圖7 川西蓬萊鎮(zhèn)組孔喉比值、滲透率與產(chǎn)能情況關(guān)系圖

4 結(jié)論

1）川西侏羅系致密砂巖儲層孔喉結(jié)構(gòu)類型多樣。主要孔隙類型為殘余粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間微孔，喉道類型以片狀喉道、微喉道為主，部分高孔滲儲層發(fā)育點狀喉道。儲層孔喉結(jié)構(gòu)特征主要受到巖石顆粒組分、成巖作用控制。巖石顆粒大小、形狀、礦物組分對殘余粒間孔、溶蝕孔隙發(fā)育有重要控制，成巖作用控制原生孔隙保存和次生孔隙發(fā)育。

2）川西侏羅系致密砂巖高滲儲層滲透率與常規(guī)壓汞喉道半徑相關(guān)性較好，低滲儲層滲透率與喉道半徑相關(guān)性較差。表明低滲儲層喉道半徑不能全面反映儲層的滲透性。不同類別儲層滲透率與恒速壓汞得到的孔喉比值均具有較好相關(guān)關(guān)系。

3）川西侏羅系致密砂巖儲層的孔隙、喉道類型多樣，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲層滲透性不僅與喉道半徑相關(guān)，也受喉道與孔隙的匹配控制?？缀肀戎的茌^好地反映低滲致密砂巖儲層滲流能力，是因為孔喉比值不僅反映了儲層喉道、孔隙特征，還能表征孔隙與喉道匹配的均勻程度。

[1] 謝剛平, 葉素娟, 田苗. 川西坳陷致密砂巖氣藏勘探開發(fā)實踐新認(rèn)識[J]. 天然氣工業(yè), 2014, 34(1): 44-53.Xie Gangping, YE Sujuan & Tian Miao. New understandings of exploration and development practices in tight sandstone gas reservoirs in Western Sichuan Depression[J]. Natural Gas Industry, 2014, 34(1): 44-53.

[2] 曾焱, 黎華繼, 周文雅, 陳俊, 吳東勝. 川西坳陷東坡中江氣田沙溪廟組復(fù)雜“窄”河道致密砂巖氣藏高產(chǎn)富集規(guī)律[J].天然氣勘探與開發(fā), 2017, 40(4): 1-8.Zeng Yan, Li Huaji, Zhou Wenya, Chen Jun & Wu Dongsheng.High-yield enrichment laws of Shaximiao Formation tight sandstone gas reservoir of complex "narrow" channel in Zhongjiang Gas Field, in the eastern slope of West Sichuan Depression[J].Natural Gas Exploration and Development, 2017, 40(4): 1-8.

[3]刁素, 栗鐵峰, 劉琦, 勾宗武. 馬—什—廣地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組氣藏壓裂井產(chǎn)量逐步上漲原因探討[J]. 天然氣勘探與開發(fā),2016, 39(1): 39-42.Diao Su, Li Tiefeng, Liu Qi & Gou Zongwu. Reasons why fractured-well production increases in Penglaizhen Gas Reservoir,Ma–Shi–Guang Area[J]. Natural Gas Exploration and Development, 2016, 39(1): 39-42.

[4]金大權(quán), 楊志倫, 張春雨, 陳啟文, 張春. 致密砂巖氣藏水平井生產(chǎn)技術(shù)對策[J]. 天然氣勘探與開發(fā), 2016, 39(4): 44-47.Jin Daquan, Yang Zhilun, Zhang Chunyu, Chen Qiwen &Zhang Chun. Countermeasures against production management of horizontal wells in tight sandstone gas reservoirs[J]. Natural Gas Exploration and Development, 2016, 39(4): 44-47.

[5]黃禹忠, 刁素, 栗鐵峰, 尹瑯, 何紅梅, 侯志明. 致密砂巖氣藏水平井體積壓裂新技術(shù)[J]. 天然氣勘探與開發(fā), 2017,40(1): 68-72.Huang Yuzhong, Diao Su, Li Tiefeng, Yin Lang, He Hongmei& Hou Zhiming. A new horizontal-well volume fracturing technique for tight sandstone gas reservoirs[J]. Natural Gas Exploration and Development, 2017, 40(1): 68-72.

[6] 葉素娟, 李嶸, 楊克明, 朱宏權(quán), 張莊. 川西坳陷疊覆型致密砂巖氣區(qū)儲層特征及定量預(yù)測評價[J]. 石油學(xué)報, 2015,36(12): 1484-1494.Ye Sujuan, Li Rong, Yang Keming, Zhu Hongquan & Zhang Zhuang. Characteristics and quantitative prediction of tight sand gas reservoirs in superimposed tight sandstone gas-bearing area, western Sichuan depression[J]. Acta Petrolei Sinica, 2015,36(12): 1484-1494.

[7]趙繼勇, 劉振旺, 謝啟超, 周靜萍. 鄂爾多斯盆地姬塬油田長7致密油儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)分類特征[J]. 中國石油勘探,2014, 19(5): 73-79.Zhao Jiyong, Liu Zhenwang, Xie Qichao & Zhou Jingping.Micro pore throat structural classif i cation of Chang 7 tight oil reservoir of Jiyuan Oilf i eld in Ordos basin[J]. China Petroleum Exploration, 2014, 19(5): 73-79.

[8] 趙忠軍, 朱亞軍, 李浮萍, 羅川又, 張志剛, 石林輝. 蘇里格氣田東區(qū)致密砂巖氣藏孔滲特征的實驗研究[J]. 西安石油大學(xué)學(xué)報, 2015, 30(4): 13-16.Zhao Zhongjun, Zhu Yajun, Li Fuping, Luo Chuanyou, Zhang Zhigang & Shi Linhui. Experimental study on porosity and permeability characteristics of tight sandstone gas reservoir in Eastern Sulige Gasf i eld[J]. Journal of Xi'an Shiyou University(Natural Science Edition), 2015, 30(4): 13-16.

[9] 何文祥, 楊樂, 馬超亞, 郭瑋. 特低滲透儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)對滲流行為的影響——以鄂爾多斯盆地長6儲層為例[J]. 天然氣地球科學(xué), 2011, 22(3): 477-481.He Wenxiang, Yang Le, Ma Chaoya & Guo Wei. Effect of micro-pore structure parameter on seepage characteristics in ultra-low permeability reservoir: A case from Chang 6 reservoir of Ordos Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2011, 22(3): 477-481.

[10]喻建, 馬捷, 路俊剛, 曹琰, 馮勝斌, 李衛(wèi)成. 壓汞-恒速壓汞在致密儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)定量表征中的應(yīng)用-以鄂爾多斯盆地華池一合水地區(qū)長7儲層為例[J]. 石油試驗地質(zhì),2015, 37(6): 789-795.Yu Jian, Ma Jie, Lu Jungang, Cao Yan, Feng Shengbin & Li Weicheng. Application of mercury injection and rate-controlled mercury penetration in quantitative characterization of microscopic pore structure of tight reservoirs: A case study of the Chang7 reservoir in Huachi-Heshui area, the Ordos Basin[J].Petroleum Geology & Experiment, 2015, 37(6): 789-795.

[11]于俊波, 郭殿軍, 王新強(qiáng). 基于恒速壓汞技術(shù)的低滲透儲層物性特征[J]. 大慶石油學(xué)院學(xué)報, 2006, 30(2): 22-25.Yu Junbo, Guo Dianjun & Wang Xinqiang. Study of microscopic behaviors of low permeable reservior through constant velocity mercury injection technique[J]. Journal of Daqing Petroleum Institute, 2006, 30(2): 22-25.

[12]白斌, 朱如凱, 吳松濤, 崔景偉, 蘇玲, 李婷婷. 非常規(guī)油氣致密儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)表征新技術(shù)及意義[J]. 中國石油勘探, 2015, 19(3): 78-86.Bai Bin, Zhu Rugai, Wu Songtao, Cui Jingwei, Su Ling & Li Tingting. New micro-throat structural characterization techniques for unconventional tight hydrocarbon reservoir[J]. China Petroleum Exploration, 2015, 19(3): 78-86