低滲透砂巖儲層可動流體賦存特征及影響因素研究
——以姬塬油田長6儲層為例

馬 淼，孫 衛(wèi)，劉登科，王 斌，張 帆

(西北大學地質學系·大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安 710069)

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低滲透砂巖儲層可動流體賦存特征及影響因素研究
——以姬塬油田長6儲層為例

馬 淼，孫 衛(wèi)，劉登科，王 斌，張 帆

(西北大學地質學系·大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安 710069)

為了評價姬塬地區(qū)長6致密砂巖儲層，綜合應用恒速壓汞及核磁共振等實驗對儲層樣品進行了測試，探討了儲層微觀孔喉與可動流體的賦存特征及影響因素。研究結果表明,孔喉半徑比大、分布范圍寬、主流喉道半徑小是導致低滲透儲層物性差、孔隙結構復雜、可動流體含量低的關鍵因素，從而使低滲透儲層表現(xiàn)出排驅壓力高、小喉道發(fā)育、可動流體動用程度低等特點;可動流體的充注以及驅替受到孔喉特征與配置關系的影響,流體可動用程度低是致密砂巖儲層開發(fā)效果較差的重要因素;儲層的開發(fā)效果可以通過可動流體的賦存特征來預測。

姬塬地區(qū)；長6儲層;低滲砂巖儲層；可動流體；孔隙結構

姬塬地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中西部[1]，地質構造簡單，地層平緩，東高西低，傾角一般小于1°。姬塬油田是近年來長慶油田提交規(guī)模儲量最多、開發(fā)效果最好的油田之一[2]，油氣資源量豐富，有著良好的勘探前景。但長6油層組存在物性較差、孔喉細小、孔喉結構特征復雜、滲流影響因素多、微觀非均質性強等特征，屬于典型致密砂巖儲層[3-4]。這些不利因素嚴重影響長6儲層的進一步有效開發(fā)。本文在地質研究、巖心及薄片觀察的基礎上，將核磁共振和恒速壓汞技術相結合分析微觀孔喉結構特征，從微觀的角度分析姬塬地區(qū)長6致密砂巖儲層可動流體賦存特征的變化，為油田今后的有效評價與開發(fā)提供合理的依據(jù)。

1 核磁共振可動流體測試分析

本次核磁共振實驗采用中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院引進的美國MagneT2000型儀器[5]，實驗溫度為恒溫20 ℃。此次實驗把13.895 ms作為可動流體與束縛流體T2弛豫時間的界限值。對姬塬地區(qū)長6儲層三角洲前緣亞相的6塊砂巖樣品進行核磁共振可動流體測試，樣品孔隙度為10.38%～17.00%，平均為13.18%；滲透率為(0.052～0.555)×10-3μm2，平均為0.244×10-3μm2。選取了3塊代表性樣品，依次為H3井的1號樣品、H192井的2號樣品、C269井的3號樣品，通過分析化驗測試具體研究了長6儲層的微觀孔喉特征和可動流體賦存特征。鏡下鑒定結果表明，長6儲層長石砂巖含量最高，長石、巖屑含量高，巖屑長石砂巖次之，其它類型少見；巖石顆粒細、分選一般、磨圓差。整體上，儲層成熟度較低。

核磁共振實驗應用氫核弛豫率與巖樣孔隙大小成反比的關系[6-7]，通過研究儲層微觀孔隙結構，來定量表征微觀孔喉對可動流體賦存的影響，從而定量分析儲層可動流體飽和度及可動流體賦存狀態(tài)。

利用核磁共振技術對姬塬地區(qū)長6儲層樣品進行實驗，圖1為所測試的3塊巖樣飽和水狀態(tài)下的核磁共振T2譜。橫坐標為T2弛豫時間，縱坐標為巖樣不同弛豫時間所占的比例。通常粗大孔喉對應較長的T2弛豫時間，細小孔喉對應較短的T2弛豫時間[8-9]，可知T2弛豫時間譜反映的是流體在大小不同的孔喉半徑中的分布情況。

實驗結果(表1)顯示，可動流體飽和度的級差大，可動流體孔隙度的級差小。可動流體孔隙度能夠反映儲層的滲透性以及儲集性能。因此，可動流體飽和度雖然表征油氣的開采程度，但油氣采收率同時受層間及層內非均質性的影響，可動流體量低會嚴重制約低滲透砂巖儲層油氣的采收率。

表1 核磁共振可動流體實驗參數(shù)

從3塊樣品T2譜圖(圖1)可看出：1號樣品可動流體飽和度較高，屬于Ⅱ類較好儲層。T2譜具有雙峰特點，且為左峰低、右峰高型，峰值點位于T2截止值的右側(圖1a)。說明孔隙大小是不均勻分布的，既存在微孔又有大孔，粒間孔發(fā)育程度明顯高于溶孔與晶間孔，喉道半徑大、孔喉連通性好。樣品中較大的表面弛豫時間所占比例較大，孔隙流體的比表面類型主要以小的比表面積為主，說明該巖樣可動流體較多，其儲集能力和流動能力較好。

2號樣品可動流體飽和度一般，屬于Ⅲ類中等儲層。T2譜具有雙峰特點，為左高峰、右低峰型，峰值點位于T2截止值的左側(圖1a)；粒間孔的數(shù)量減少，溶孔、晶間孔的數(shù)量顯著增加，喉道半徑與個數(shù)增加，孔喉連通性由于溶孔、微孔的增加而變好。樣品中較小的表面弛豫時間所占的比例較大，其儲集性能和滲流能力中等。

3號樣品可動流體飽和度較低，屬于Ⅳ類較差儲層。T2譜具左單峰的特征，峰值點位于T2截止值的左側(圖1a)；表明孔隙類型相對單一，孔隙大小分布均勻，主要為微孔與部分溶孔，而粒間孔不發(fā)育，大孔很少，有效喉道半徑與個數(shù)顯著減小，孔喉連通性較差，流體基本上以束縛狀態(tài)為主；因此流體可動用程度、滲流能力較差。

圖1 飽和水狀態(tài)下核磁共振T2譜的頻率分布(a)和累積分布(b)

2 物性對可動流體飽和度影響

依據(jù)核磁共振可動流體測試結果(表1)，分別對樣品進行可動流體參數(shù)與巖樣物性相關性分析，來研究物性對可動流體飽和度的控制作用。可動流體參數(shù)包括可動流體飽和度與可動流體孔隙度，可動流體所占據(jù)的孔隙可被視為有效孔隙。

實驗結果表明(圖2)，可動流體參數(shù)與孔隙度沒有明顯的相關性，但與滲透率具有較明顯的正相關性，可動流體參數(shù)伴隨滲透率的變大逐漸增加。并且可動流體飽和度與滲透率呈較好的線性相關關系(R2為0.723)。與可動流體孔隙度和物性的相關性相比，可動流體飽和度與物性的相關更好?？蓜恿黧w孔隙度綜合了孔隙度與可動流體兩方面的信息，可動流體飽和度是孔隙度、滲透率及巖石微觀孔隙結構等多因素綜合作用的結果，能更好地表征低滲透儲層物性[10]。

3 微觀孔喉特征對可動流體賦存狀態(tài)的影響

對于致密的低孔、低滲巖性砂巖儲層，除了儲層物性因素外，儲層微觀孔喉特征也影響著可動流體的變化，而這些微觀孔喉特征與核磁共振T2譜之間有一定的響應關系。在恒速壓汞實驗中，汞以0.000 5mL/min的恒定速度被注入巖樣孔隙中。依據(jù)汞被注入的過程中壓力的起伏，可以把巖樣內部的孔、喉區(qū)分開，可直接獲取孔、喉數(shù)量[11-12]，并得到孔喉半徑、孔喉半徑比等微觀特征參數(shù)，能夠系統(tǒng)全面地研究微觀非均質性較強的致密儲層。基于6塊樣品的恒速壓汞實驗以及核磁共振實驗(表1、表2)，分析表征儲層微觀孔喉特征的相關參數(shù)，并從流體的賦存空間、滲流通道來研究儲層可動流體的賦存狀況。

圖2 核磁共振可動流體參數(shù)與物性關系

3.1 孔喉半徑的影響

表2 代表樣品孔喉及可動流體特征參數(shù)

注：φ——孔隙度，%；K——滲透率，%；Pd——排驅壓力，MPa；R50——中值半徑，μm；P50——中值壓力，MPa；rp——孔隙半徑平均值，μm；r——喉道半徑平均值，μm；η——孔喉半徑比平均值；RM——主流喉道半徑，μm；a——微觀均值系數(shù)；δ——分選系數(shù)；St——總喉道進汞飽和度，%；Sb——總孔隙進汞飽和度，%；Sf——最終進汞飽和度，%；Sm——可動流體飽和度，%；φm——可動流體孔隙度，%

通過比較分析可動流體參數(shù)與孔、喉道半徑的相關性發(fā)現(xiàn)，可動流體參數(shù)與孔隙半徑平均值之間的相關性很弱，表明孔隙對可動流體參數(shù)的影響很小(圖3a、b)；可動流體飽和度以及可動流體孔隙度與平均喉道半徑呈較強的相關性(圖3c、d)?？蓜恿黧w參數(shù)與主流喉道半徑呈一定的正相關性，其中可動流體孔隙度與主流喉道半徑的正相關性好于可動流體飽和度與主流喉道半徑的正相關性(圖3e、f)。

圖3 可動流體與孔喉半徑相關性

分析表明，喉道是連通孔隙的相對細小部分，喉道的大小、數(shù)量影響孔隙間的連通程度，進而也影響可動流體含量的變化[13]，大喉道對可動流體飽和度有很強的正效應，即大喉道有利于流體的運移和聚集成藏，也利于開發(fā)過程中流體的滲流。可動流體主要賦存在孔隙空間中，但可動流體百分比與孔隙半徑較弱的相關性說明，孔隙半徑大小對于可動流體百分比的影響是有限的。

3.2 孔喉半徑比的影響

由孔喉半徑比與可動流體參數(shù)之間的相關關系可知，孔喉半徑比平均值與可動流體飽和度及可動流體孔隙度均呈負相關(圖4)，相關系數(shù)R2分別為是0.364、0.612，孔喉半徑比與可動流體孔隙度的相關性好于其與可動流體飽和度的相關性。

在油田勘探開發(fā)中，流體的驅替方式(卡斷式、活塞式)取決于孔喉半徑比的大小。孔喉半徑比越大、分布范圍越廣，表明孔、喉差異越大，孔、喉分布越不均勻且微觀非均質性越強，賦存在孔喉中的可動流體易被束縛住，驅替時易發(fā)生卡斷，增加了滲流阻力[14]，不利于油氣的運移。

圖4 可動流體與孔喉半徑比相關關系

3.3 孔喉體積的影響 樣品的孔、喉體積越大，說明孔、喉道半徑越大；有效孔、喉數(shù)量越多，有效喉道越發(fā)育，流體的儲集空間以及滲流路線越多[15]；由于巖石顆粒表面對流體產生的吸附力變小，在驅替過程中可動流體被卡斷的可能性很小，可動流體百分比隨之提高。孔、喉進汞飽和度在一定程度上定量表征孔、喉體積大小。

通過分析可動流體飽和度與總孔隙、總喉道進汞飽和度的相關性，發(fā)現(xiàn)總孔隙進汞飽和度與可動流體飽和度有更好的正相關性，說明大孔隙是可動流體的主要儲集空間，其次是與之連通性較好的大喉道。儲層孔、喉在被可動流體充注過程中，開始充注較為粗大的孔喉(圖5)，然后逐漸充注較為細小的孔喉。

圖5 可動流體與孔喉體積相關性

分析可動流體飽和度與孔、喉特征參數(shù)的關系(圖5、圖6)發(fā)現(xiàn)，中值半徑、分選系數(shù)、喉道半徑平均值、孔隙半徑平均值與可動流體飽和度呈正相關性，中值壓力、排驅壓力、孔喉半徑比平均值、均值系數(shù)與可動流體飽和度具負相關性?？梢钥闯隹蓜恿黧w飽和度與中值半徑、分選系數(shù)、喉道半徑平均值相關性相對較好；可動流體飽和度與中值壓力、排驅壓力、孔喉半徑比平均值相關性一般；可動流體飽和度與孔隙半徑平均值、均值系數(shù)相關性很弱。由此表明，儲層分選系數(shù)越大、孔喉半徑越大、孔喉半徑比越小并且孔喉個數(shù)越多、有效孔喉連通體積越大，儲層可動流體含量越多。由此可知，微觀孔喉結構的非均質性與可動流體的賦存狀態(tài)密切相關。

圖6 可動流體飽和度與微觀孔喉特征參數(shù)相關性

上述對比分析表明，孔、喉體積共同構成了砂巖儲層容納流體的空間，被有效喉道連通的大孔隙是可動流體的主要分布空間[16]；而微孔與小喉道可動流體含量低，主要為束縛流體賦存空間。流體的充注和排驅方式與孔喉特征以及孔喉配置關系有關。作為評價儲層可動流體含量的關鍵參數(shù)之一，喉道半徑大小可直接表征可動流體對應T2值的大小，喉道半徑大且迂回度小，流體主要以可動的形式存在，同時T2弛豫時間受到孔、喉結構非均質性的嚴重制約。

4 結論與認識

(1)姬塬油田長6儲層T2圖譜形態(tài)主要呈左峰高右峰低型、左峰低右峰高型和單峰型，T2譜反映了孔喉中可動流體賦存特征。該區(qū)塊儲層的可動流體飽和度、可動流體孔隙度均較低，而且儲層可動流體參數(shù)差異較大。

(2)可動流體賦存狀態(tài)的主控因素是微觀孔隙結構，孔喉特征控制T2弛豫時間，喉道特征決定流體的可動用程度。大孔隙是可動流體的主要儲集空間，其次是大喉道。微觀孔喉特征參數(shù)中，排驅壓力、孔喉半徑比、分選系數(shù)、中值半徑、中值壓力與可動流體飽和度的相關性較強。

(3)恒速壓汞和核磁共振實驗結果表明：喉道半徑平均值越大、孔喉半徑比越小，相對粗大的孔、喉數(shù)量越多，孔、喉間的連通性越好，則孔隙、喉道的進汞量越高。此時儲層均質性較強、儲層品質較好，可動流體含量較高。

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編輯：趙川喜

1673-8217(2016)06-0064-06

2016-05-20

馬淼，在讀碩士研究生，1990年生，2015年畢業(yè)于西安石油大學勘查技術與工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣田地質與開發(fā)、儲層微觀孔隙結構特征研究。

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(2011ZX05044)；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程(2011KTZB01-04-01)。

TE112.115

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