川中高磨地區(qū)燈影組微孔結(jié)構(gòu)及可動流體飽和度特征

任聰，李勇，趙曉紅，陳偉，王書彥，李居正

（1.中國石油 西南油氣田分公司 勘探事業(yè)部，成都 610041；2.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610059）

四川盆地中部高石梯—磨溪地區(qū)（以下簡稱高磨地區(qū)）震旦系燈影組為典型的碳酸鹽巖氣藏儲集層，儲集層發(fā)育廣泛，具有巨大的氣藏地質(zhì)儲量。但由于該區(qū)儲集層埋藏深度大，成巖作用多樣，導(dǎo)致儲集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育不均，滲流規(guī)律復(fù)雜多變，對儲集層微觀孔隙特征及可動流體飽和度特征的認識仍相對薄弱。已有的關(guān)于微觀孔隙結(jié)構(gòu)的研究，只是基礎(chǔ)性的對實驗現(xiàn)象進行表述，將孔隙結(jié)構(gòu)特征與滲流特征相結(jié)合進行研究的相對較少，嚴重制約氣藏的高效開發(fā)[1-4]。鑒于致密碳酸鹽巖儲集層復(fù)雜的孔滲特征，筆者以掃描電鏡、高壓壓汞實驗為依托，對比分析不同儲集層孔隙結(jié)構(gòu)特征，并結(jié)合核磁共振，從微觀機理上揭示可動流體與孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系，為高磨地區(qū)氣藏高效開發(fā)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

高磨地區(qū)構(gòu)造上位于四川盆地中部，處于川中古隆中斜平緩構(gòu)造帶中部，樂山—龍女寺加里東古隆起東段，面積約5 300 km2（圖1）。震旦系燈影組燈四段是在陡山沱組之后發(fā)育的大規(guī)模碳酸鹽臺地沉積，整體呈西高東低的寬緩坡度，發(fā)育臺內(nèi)灘、灰泥丘等對形成優(yōu)質(zhì)儲集層有利的沉積類型，油藏平均埋深3 800～4 000 m，受桐灣運動二幕影響，燈四段受到不同程度剝蝕，不同地區(qū)砂體發(fā)育程度不同，儲集層平均厚度200～250 m，以淺灰—深灰色層狀粉晶白云巖、溶孔粉晶白云巖和藻白云巖為主[5-7]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

2 儲集層孔隙類型及特征

根據(jù)鑄體薄片、掃描電鏡等測試結(jié)果，高磨地區(qū)燈影組主要發(fā)育粒間溶孔、殘余粒間孔、晶間孔、溶蝕孔洞等4類孔隙。其中粒間溶孔最發(fā)育，最大面孔率達1.4%，平均為0.9%；其次為溶蝕孔洞，平均為0.8%；殘余粒間孔平均面孔率為0.6%，晶間孔平均面孔率為0.3%；研究區(qū)部分巖心可見裂縫發(fā)育，平均面孔率最低，但對儲集及滲流起較大作用。研究區(qū)各類儲集空間在經(jīng)歷高強度成巖作用后，原生孔隙被強烈改造，次生孔隙逐步發(fā)育。儲集空間多次改造的疊加，使得燈影組的孔隙類型復(fù)雜，發(fā)育多種孔隙組合[3-6]，主要有粒間溶孔—殘余粒間孔組合、粒間溶孔—晶間孔組合和晶間孔—溶蝕孔洞組合（表1）。

表1 高磨地區(qū)燈四段儲集層孔隙組合

（1）粒間溶孔—殘余粒間孔組合 粒間溶孔是在粒間孔、殘余粒間孔的基礎(chǔ)上，經(jīng)過骨架顆粒、粒間膠結(jié)物溶蝕產(chǎn)生的次生孔隙，是研究區(qū)最為重要的孔隙類型（圖2a）。殘余粒間孔是沉積時期原生孔隙在成巖作用后保留部分，主要發(fā)育在未被白云石膠結(jié)充填的砂屑或鮞粒白云巖中（圖2b）。

圖2 高磨地區(qū)燈四段儲集層鑄體薄片

（2）粒間溶孔—晶間孔組合 主要發(fā)育于粉晶、細晶白云巖中，晶間孔主要為晶體顆粒集合堆積而形成，晶間孔形態(tài)多樣，與晶體自生形態(tài)有關(guān)，呈現(xiàn)港灣狀、鋸齒狀等（圖2c），白云石化及重結(jié)晶作用是影響晶間孔發(fā)育的主要因素。在重結(jié)晶過程中發(fā)生的溶蝕作用，對晶體顆粒及晶體間填隙物溶蝕，形成晶間孔，由于重結(jié)晶及溶蝕程度的不一致，導(dǎo)致晶間孔分布不均勻。溶蝕作用在擴大原始晶間孔體積的同時，連通了初期由于膠結(jié)作用而不連通的孔隙，提高了儲集層的滲透性。

（3）晶間孔—溶蝕孔洞組合 溶蝕孔洞是指不規(guī)則溶蝕性孔隙，多被白云石、方解石、硅質(zhì)及瀝青充填。此類孔隙比微觀孔隙大，具有良好的連通性，孔洞多終結(jié)于硅質(zhì)膠結(jié)發(fā)育處，但在研究區(qū)發(fā)育程度較低。

3 微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

儲集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石中各類儲集空間的分布狀況、發(fā)育程度及其連通性。本文利用高壓壓汞實驗結(jié)果，從不同角度表征儲集層孔隙結(jié)構(gòu)，將高磨地區(qū)儲集層劃分為以下3種類型[8-11]。

（1）Ⅰ類儲集層 儲集空間以粒間溶孔—殘余粒間孔為主，屬于研究區(qū)較好的儲集層。孔隙排驅(qū)壓力為4.1 MPa，中值壓力為18.7 MPa，毛細管壓力曲線表現(xiàn)為粗歪度，表明汞最先進入該類儲集層?？紫逗淼腊霃綖?.01～0.09μm的部分占比為78.6%～84.3%，此類孔隙喉道分布范圍最大，進汞飽和度增量主要集中在0～0.10μm的孔隙喉道所控制的空間內(nèi)，貢獻了85.3%的滲流能力，孔隙喉道粗，滲透率大。此類儲集層主要分布在丘灘相中心區(qū)域，相對集中，是研究區(qū)物性較好的儲集層（圖3a，圖3b，圖4）。

圖3 高磨地區(qū)燈四段儲集層高壓壓汞曲線

圖4 高磨地區(qū)燈四段儲集層分布

（2）Ⅱ類儲集層 儲集空間以粒間溶孔—晶間孔型為主，排驅(qū)壓力為9.3 MPa，中值壓力為31.4 MPa，毛細管壓力曲線表現(xiàn)為中等歪度，表明汞同樣較易于進入此類孔隙空間。與Ⅰ類儲集層孔隙類型相比，此類儲集層孔隙喉道分布范圍相對較窄，孔隙喉道半徑在0.01～0.06μm的占比為61.2%～75.6%，進汞飽和度增量主要集中在0.01～0.06μm的孔隙喉道所控制的空間內(nèi)，貢獻了82.5%的滲流能力。此類儲集層孔隙喉道相對較粗，滲透率大，主要分布在丘灘相與灘間相過渡區(qū)域，分布相對分散，是研究區(qū)物性中等的儲集層（圖3c，圖3d，圖4）。

（3）Ⅲ類儲集層 儲集空間以晶間孔—溶蝕孔洞型為主，屬于研究區(qū)相對較差的成巖相類型。此類成巖相的排驅(qū)壓力為27.6 MPa，中值壓力為76.8 MPa，毛細管壓力曲線表現(xiàn)為細歪度，表明汞難于進入此類儲集空間。與前兩類成巖相儲集層相比，此類成巖相儲集層孔隙喉道分布范圍最窄，孔隙喉道半徑在0.01～0.03μm的部分占比為45.8%～51.5%，進汞飽和度增量主要集中在0.01～0.03μm的孔隙喉道所控制的空間內(nèi)，分布范圍相對較小。此類儲集層孔滲較差，主要在灘間相零星分布，是研究區(qū)物性較差的儲集層（圖3e，圖3f，圖4）。

4 不同孔隙結(jié)構(gòu)可動流體飽和度特征

研究區(qū)儲集層滲流特征復(fù)雜，極大地增加了儲集層開發(fā)難度，開展儲集層微觀滲流特征研究，可以更深層次地整體認識儲集層。本文應(yīng)用核磁共振T2譜，對可動流體飽和度進行定量表征[12-14]。

通過對研究區(qū)9塊巖心進行核磁共振實驗，研究區(qū)儲集層可動流體飽和度相對較低，為17.1%～45.9%，平均為33.1%.粒間溶孔—殘余粒間孔型儲集空間可動流體飽和度最高，為35.8%～45.9%，平均為41.5%，T2譜中弛豫時間為0.1～8 500.0 ms，以雙峰狀為主，反映此類儲集空間主要以大孔隙為主，同時存在一部分中孔隙。粒間溶孔—晶間孔型儲集空間可動流體飽和度較高，為32.1%～37.7%，平均為34.5%，T2譜中弛豫時間為0.1～7 500.0 ms，以雙峰—三峰狀為主，反映此類儲集空間中大孔隙、中孔隙及小孔隙同時存在，且以中孔隙為主。晶間孔—溶蝕孔洞型儲集空間可動流體飽和度較低，為17.9%～28.9%，平均為23.2%，T2譜中弛豫時間為0.1～6 000.0 ms，以單峰狀為主，弛豫時間范圍較小，此類儲集空間主要以小孔隙為主（圖5）。根據(jù)核磁共振結(jié)果，結(jié)合高壓壓汞實驗分析，儲集層可動流體飽和度受微觀孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育程度的影響，儲集層孔隙發(fā)育程度越高，可動流體飽和度越高。

圖5 研究區(qū)燈四段實驗樣品T2譜

5 可動流體飽和度影響因素分析

5.1 儲集層物性

儲集層的好壞可通過物性參數(shù)來表征，通過相關(guān)性分析可知，可動流體飽和度與孔隙度的相關(guān)性較小，例如2號巖心孔隙度為2.1%，可動流體飽和度為32.1%，3號巖心孔隙度為4.3%，可動流體飽和度為35.8%，兩者可動流體飽和度基本相近；而可動流體飽和度與滲透率間的相關(guān)系數(shù)為0.848 8，滲透率變化時，可動流體飽和度變化較大（圖6）。因此，儲集層物性影響可動流體飽和度的大小，其中滲透率起主要作用。

圖6 研究區(qū)物性與可動流體飽和度相關(guān)性分析

5.2 孔隙類型

高磨地區(qū)燈影組儲集層平均總面孔率為2.5%，孔隙類型以粒間溶孔、殘余粒間孔、晶間孔、溶蝕孔洞為主，溶孔發(fā)育并提供較大比例的面孔率。總面孔率與可動流體飽和度相關(guān)系數(shù)為0.756 9，其中粒間溶孔與可動流體飽和度的相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)為0.848 8，粒間溶孔對面孔率的貢獻越大，可動流體飽和度越大；而晶間孔對面孔率的貢獻增加時，自生礦物隨之發(fā)育，充填原生孔隙及次生溶蝕孔，導(dǎo)致有效面孔率降低，孔喉匹配關(guān)系變差，晶間孔的發(fā)育與可動流體飽和度相關(guān)性較差（圖7）。

圖7 研究區(qū)面孔率與可動流體飽和度相關(guān)性分析

5.3 孔喉半徑及孔喉連通性

研究區(qū)碳酸鹽巖儲集層喉道發(fā)育程度存在較大差異。通過對比不同物性的9塊巖心樣品，解析孔隙結(jié)構(gòu)對可動流體賦存特征的影響[15-17]。

利用高壓壓汞實驗參數(shù)，可以定量獲取孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，其中表征孔喉大小的參數(shù)為孔喉中值半徑。研究區(qū)平均孔喉半徑中值為0.033μm，通過相關(guān)性分析可知，孔喉半徑中值與可動流體飽和度相關(guān)性較強，相關(guān)系數(shù)為0.728 6（圖8）。分析認為，研究區(qū)由于強烈的溶蝕作用，粒間溶孔及溶蝕孔洞聯(lián)合發(fā)育造成孔喉半徑增加，有效儲集空間顯著增加，提高了可動流體飽和度。

毛細管壓力曲線中，退汞曲線視為喉道體積，退汞效率不僅反映孔喉匹配程度，也決定非潤濕相的采收率，是評價孔喉連通性的重要參數(shù)。9塊巖心樣品高壓壓汞退汞效率為24.8%～45.9%，平均為35.5%，其與可動流體飽和度具有好的正相關(guān)性。退汞時，汞由微細的喉道擠出后，部分孔隙間不連通造成孔隙的孤立，反映了細小喉道阻礙孔隙空間流體的滲流。無論樣品的物性好壞，微細喉道的增加會使樣品空間內(nèi)部的連通性變差，降低可動流體飽和度，孔喉連通性對孔隙空間的賦存能力起著重要的作用。

圖8 研究區(qū)高壓壓汞參數(shù)與可動流體飽和度相關(guān)性分析

5.4 礦場生產(chǎn)分析

不同微觀孔隙結(jié)構(gòu)制約著可動流體飽和度，最終影響氣井采收率[18-19]。以粒間溶孔—殘余粒間孔為主的5號巖心樣品為例，孔隙發(fā)育程度好且分布均勻，孔隙之間連通性好，孔喉半徑最大，可動流體飽和度為45.9%.從生產(chǎn)曲線上，該井初期日產(chǎn)氣24.5×104m3，壓力保持穩(wěn)定，日產(chǎn)氣量穩(wěn)定在20.0×104m3，屬于高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型。以晶間孔—溶蝕孔洞為主的9號巖心樣品，巖心面孔率較低，孔喉半徑微細，可動流體飽和度為28.9%，從生產(chǎn)曲線上，該井初期日產(chǎn)氣20.1×104m3，壓力一直呈下降趨勢，日產(chǎn)氣量逐步下降至10.5×104m3，屬于高產(chǎn)遞減型。由生產(chǎn)動態(tài)分析可知，儲集層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)影響著儲集層的可動流體飽和度及滲流能力，同時對最終采收率起著較大的制約作用。

6 結(jié)論

（1）高石梯—磨溪地區(qū)燈影組燈四段儲集層孔隙類型以粒間溶孔、殘余粒間孔、晶間孔、溶蝕孔洞為主，平均總面孔率為2.5%；根據(jù)微觀孔隙結(jié)構(gòu)，可將儲集層分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ類，其孔隙發(fā)育程度依次降低，儲集及滲流能力逐步下降。

（2）研究區(qū)平均可動流體飽和度為33.1%，T2譜中弛豫時間為1～10 000 ms，儲集層存在部分大孔隙，隨孔隙發(fā)育程度降低，其弛豫時間相應(yīng)減小。

（3）滲透率及粒間溶孔發(fā)育程度是影響可動流體飽和度的重要參數(shù)，孔喉半徑中值與退汞效率的提高，對可動流體飽和度起建設(shè)性作用。對于致密儲集層，投產(chǎn)初期通過適當加大壓裂改造規(guī)模，提高滲透率及孔喉發(fā)育程度，是提高氣井產(chǎn)量的重要手段。