基于高壓壓汞的致密儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究
——以鄂爾多斯盆地長6儲層為例

王學(xué)武,王厲強(qiáng),時(shí)鳳霞

(中國石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院,山東 東營 257000)

致密儲層孔喉細(xì)小,孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因而制約了其有效開發(fā),研究致密儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征是實(shí)現(xiàn)致密儲層有效開發(fā)和制定開發(fā)技術(shù)政策的基礎(chǔ)。國內(nèi)外學(xué)者在致密儲層微觀結(jié)構(gòu)表征方面開展了大量有效的探索性研究,普遍認(rèn)為微納米級孔隙是致密儲層的重要賦存空間和滲流通道[1-3],對微納米孔隙的有效表征,對于致密儲層的開發(fā)具有重要意義。壓汞法已被廣泛應(yīng)用于評價(jià)孔容和孔徑分布,而常規(guī)壓汞由于進(jìn)汞壓力的限制,獲得的孔喉數(shù)值偏低[4],高壓壓汞試驗(yàn)技術(shù)最大進(jìn)汞壓力達(dá)350 MPa,最小測試孔徑達(dá)2 nm,對致密儲層孔徑分布研究具有較強(qiáng)的適用性,可以對致密儲層微孔喉分布進(jìn)行定量研究。通過高壓壓汞試驗(yàn)研究泥頁巖儲層分形特征;利用高壓壓汞和氮吸附技術(shù)自身優(yōu)點(diǎn),耦合頁巖樣品微-介-宏孔的孔徑分布;對比核磁離心和壓汞技術(shù)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種技術(shù)有很強(qiáng)的互補(bǔ)性;綜合高壓壓汞等多種手段,研究四川盆地侏羅系致密油儲層孔喉結(jié)構(gòu)及儲滲系統(tǒng),指出了可規(guī)模開發(fā)的儲層儲滲條件;壓汞和氮?dú)馕郊夹g(shù)研究了儲層孔喉分布和表面性質(zhì)[5]。筆者以鄂爾多斯盆地長6儲層為例,系統(tǒng)研究致密儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征。

1　試驗(yàn)原理及方法

1.1　試驗(yàn)原理

高壓壓汞與常規(guī)壓汞原理相同,但是進(jìn)汞壓力更高,能夠測量尺度更小的孔喉空間,更加適應(yīng)于致密儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的研究。試驗(yàn)原理為:注汞過程即為非潤濕相驅(qū)替潤濕相,需額外施加壓力才能將非濕相液體注入巖石孔隙中,此時(shí)注入壓力等于毛細(xì)管壓力,與之對應(yīng)的毛細(xì)管半徑為喉道半徑,進(jìn)汞量即為喉道所控制孔隙的容積,不斷改變注入壓力,就可以得到毛管壓力曲線和孔喉分布曲線。

1.2　試驗(yàn)設(shè)備與材料

試驗(yàn)所用高壓壓汞儀為美國康塔公司生產(chǎn)的PoreMaster?60/33,最高分析壓力為400 MPa,對應(yīng)的喉道半徑為1.84 nm,進(jìn)汞方式采取連續(xù)性進(jìn)汞。試驗(yàn)所用的8塊樣品來自鄂爾多斯盆地長6儲層,巖性為灰色細(xì)砂巖,其基本參數(shù)如表1所示。

表1　試驗(yàn)巖樣基本物性參數(shù)

2　試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1　孔喉結(jié)構(gòu)特征

將測試的8塊巖心孔喉分布及對滲透率的貢獻(xiàn)進(jìn)行整理,如表2所示。其中,滲透率的貢獻(xiàn)率與喉道半徑滿足以下關(guān)系式:

(1)

式中,Ki為某一孔喉對滲透率的貢獻(xiàn)率,%;ri為巖心某一個(gè)孔喉半徑,μm;αi為某一個(gè)孔喉半徑歸一化的分布頻率,%。

目前國際上公認(rèn)納米級尺度空間為0.1 nm～0.1 μm,亞微米級尺度空間為0.1～1 μm,微米級尺度空間為1～5 μm。從不同滲透率的巖心孔喉分布及對滲透率貢獻(xiàn)可以看出,亞微米級空間所占比例平均為43.24%,其對滲透率的貢獻(xiàn)率平均為64.33%,可見對于致密儲層,亞微米級孔喉是主要的儲集空間和滲流通道。當(dāng)滲透率大于1×10-3μm2時(shí),微米級喉道才能占一定比例,并且成為主要的滲流通道;當(dāng)滲透率在(0.1～1)×10-3μm2時(shí),亞微米級喉道占56.13%,對滲透率貢獻(xiàn)率為79.68%,納米級喉道占40.88%,對滲透率貢獻(xiàn)很小;而隨著滲透率的降低,納米級喉道所占的比例逐漸增加,當(dāng)滲透率小于0.1×10-3μm2時(shí),納米級空間所占的比例平均為70.10%,成為主要的儲集空間,但對滲透率的貢獻(xiàn)有限。

表2　不同滲透率巖心不同喉道比例及對滲透率貢獻(xiàn)

2.2　孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)

不同滲透率巖心的孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)如表3所示。巖心滲透率和進(jìn)汞飽和度相關(guān)性差,不同滲透率的巖心,進(jìn)汞飽和度均在70%以上,平均進(jìn)汞飽和度(不含8號非儲層)為82.34%,說明巖心絕大部分喉道與孔隙都在測試范圍內(nèi),高壓壓汞試驗(yàn)均能夠達(dá)到較高進(jìn)汞飽和度,能夠測量出極微細(xì)的孔隙半徑分布,能夠較全面的反映致密儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征。

從不同滲透率巖心孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)分析(圖1),致密巖心滲透率與巖心中值半徑相關(guān)性較差,而滲透率與最大喉道半徑和主流喉道半徑在半對數(shù)坐標(biāo)中具有較好的線性關(guān)系,隨著滲透率的增加,最大喉道半徑和主流喉道半徑增大。主流喉道半徑是指喉道對滲透率累積貢獻(xiàn)率達(dá)到80%時(shí)所對應(yīng)的喉道半徑,從不同滲透率巖心的主流喉道半徑可以看出,除CT33巖心的主流喉道半徑小于0.1 μm,其余巖心的主流喉道半徑均大于0.1 μm,可見,較大喉道對滲透率的貢獻(xiàn)起主要作用。

不同滲透率的巖心分選系數(shù)分布在0.89～2.57之間,平均分選系數(shù)為1.90。分選系數(shù)和滲透率在半對數(shù)坐標(biāo)下具有較好的正相關(guān)關(guān)系,隨著滲透率的增加,分選系數(shù)增大,表明巖心內(nèi)部分選性變差,但大喉道所占百分?jǐn)?shù)增大,表明巖芯非均質(zhì)性較強(qiáng)。

表3　試驗(yàn)巖樣孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)

圖1　不同滲透率巖心孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)

3　結(jié)　論

(1)高壓壓汞技術(shù)是研究致密儲層孔喉結(jié)構(gòu)的有效技術(shù),它可以表征儲層巖石喉道分布,確定儲層喉道孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù),更精細(xì)認(rèn)識致密儲層。

(2)高壓壓汞最大進(jìn)汞飽和度絕大部分在80%以上,表明巖心大部分孔喉在高壓壓汞測試范圍內(nèi),高壓壓汞喉道分布能較好反映巖石整體喉道特征。

(3)對于致密儲層,亞微米級孔喉是主要的儲集空間和滲流通道。當(dāng)滲透率大于1×10-3μm2時(shí),微米級喉道成為主要的滲流通道;當(dāng)滲透率在(0.1～1)×10-3μm2時(shí),亞微米級喉道既是重要的儲集空間,又是主要的滲流通道;當(dāng)滲透率小于0.1×10-3μm2時(shí),納米級空間成為主要的儲集空間。