低滲透油藏微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究

曹寶格 李源流 肖玲 楊成 巨懇 麥韜

摘? ? 要：低滲透油藏孔隙和喉道尺寸差異大，流體在其中的滲流阻力差異大，開發(fā)效果較差。為合理開發(fā)低滲透油藏，以白狼城油區(qū)長2油藏為例，采用恒速壓汞法重新認識儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征。研究結(jié)果表明，長2儲層孔隙為中孔隙，喉道為微-細喉道，平均孔喉比大;喉道大小是儲層滲透性的主要控制因素，且喉道控制有效體積大，占總孔隙體積的40.2%～66.7%;油田開發(fā)早期主要采出孔隙中的原油，剩余油主要集中在喉道體積中，進一步開采難度較大。結(jié)合油田開發(fā)實際及儲層特征，采用酸化或加大壓裂規(guī)模的方法可改善孔喉配置關(guān)系，提高油井產(chǎn)量。研究結(jié)果為提高低滲透油藏儲量動用程度、緩解我國石油供需矛盾和石油工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具重要現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：孔隙;喉道;恒速壓汞;低滲透油藏

儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)直接控制著儲層的儲集和滲流能力，并決定油氣藏的產(chǎn)能大小及分布[1]，對儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的研究是開發(fā)好低滲透油藏的關(guān)鍵[2-3]。低滲透儲層孔喉大小主要為微納米級，喉道特征是低滲儲層滲流性質(zhì)的決定性因素[4-5]。傳統(tǒng)孔隙結(jié)構(gòu)研究方法——高壓壓汞法，只能求取孔喉分布的模糊信息，而同一毛管壓力曲線具多解性，其研究精度達不到低滲儲層孔喉表征需求[6]。近年來出現(xiàn)的恒速壓汞技術(shù)是一種精度較高的儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)測試技術(shù)，該方法以非常低的進汞速度維持準(zhǔn)靜態(tài)的進汞過程，依據(jù)進汞壓力的漲跌來獲取孔喉信息，可同時定量測定孔隙和喉道的動態(tài)參數(shù)[7-9]，更適用于描述低滲透油藏的微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征研究[10-11]。本文以白狼城油區(qū)長2油藏為例，主要采用恒速壓汞方法重新認識低滲透儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，以此提出下一步開發(fā)思路[12]。

1? 儲層概況

白狼城油區(qū)長2油藏為典型低滲透油藏，儲層平均孔隙度16.4%，平均滲透率15.1×10-3 μm2。儲層巖石以長石砂巖為主，次為巖屑長石砂巖，巖石中長石含量40%～50%;石英含量20%～35%;巖屑含量15%左右。巖石粒度分選中等，磨圓以次棱-次圓為主，壓實作用較強，顆粒間一般為線接觸。儲層中膠結(jié)類型為粘土膠結(jié)，含量8%左右?？紫短钕段锇ㄗ陨浇馐⒕G泥石及少量伊利石。長2油藏從1993年6月發(fā)現(xiàn)工業(yè)油流至今經(jīng)歷了彈性能量開采、局部注水開發(fā)和全面注水開發(fā)。全面注水后油田產(chǎn)量持續(xù)上升，于2012年產(chǎn)量達到最高，經(jīng)4年穩(wěn)產(chǎn)后產(chǎn)量開始或出現(xiàn)明顯遞減。

2? 微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究

2.1? 孔隙分布特征

據(jù)研究區(qū)長2油藏6塊巖樣的恒速壓汞實驗結(jié)果（圖1，表1），不同樣品孔隙半徑基本符合正態(tài)分布特征，儲層孔隙半徑主要在50～150 μm。隨巖心滲透率變化，孔隙半徑寬窄發(fā)生變化，巖心滲透率越高，孔隙分布范圍越寬，巖心滲透率越低，孔隙分布范圍越窄。6塊樣品孔隙半徑峰值在60～107.5 μm。據(jù)表2中孔隙分級標(biāo)準(zhǔn)，長2儲層孔隙屬中-大孔隙，以中孔隙為主，且平均孔隙半徑越大，孔隙度和滲透率越大，平孔隙半徑與滲透率之間的相關(guān)性更強。

2.2? 喉道分布特征

據(jù)恒速壓汞實驗結(jié)果（圖2），6塊樣品喉道半徑基本符合正態(tài)分布特征，儲層巖心滲透率越低，喉道半徑分布范圍越窄，其峰值對應(yīng)的喉道半徑越小，喉道分選越好，巖心滲透率越高，喉道半徑分布范圍越寬，喉道分選變差。實驗巖心的喉道半徑峰值在0.08～0.77 μm。據(jù)表2中喉道分級標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)長2儲層喉道屬微-細喉道，平均喉道半徑越大，孔隙度和滲透率越大，但平均喉道半徑與滲透率之間的相關(guān)性更好。相比孔隙半徑，喉道半徑與滲透率之間的相關(guān)性更強，且隨平均喉道半徑增大，滲透率以指數(shù)函數(shù)式增大。因此，喉道大小是儲層滲透性的主要控制因素。

2.3? 有效孔喉體積變化特征

據(jù)恒速壓汞實驗結(jié)果（表2），單位巖樣有效孔隙體積與孔隙度之間的相關(guān)性很強，單位巖樣有效喉道體積與儲層滲透率之間的相關(guān)性很高，說明儲層巖石的有效孔隙體積決定了儲集層儲集流體的能力，有效喉道體積則決定了儲層的滲流能力。研究區(qū)儲層中喉道控制的有效體積占總孔隙體積的40.2%～66.7%，即一半左右流體儲存在于喉道控制體積中，儲集在喉道控制體積中的流體越多，流體在其中的滲流阻力越大，開采難度越大。

2.4? 孔喉配置關(guān)系

儲層孔喉半徑比反映了孔喉配置關(guān)系，其值越小，孔隙、喉道大小差異越小，孔喉配置關(guān)系越好，儲層流體的微觀滲流能力越強[5，13]。研究區(qū)長2儲層的平均孔喉半徑比與滲透率之間表現(xiàn)出很強的負相關(guān)性（圖3），巖心滲透率越高，孔喉比分布范圍越窄，平均孔喉半徑比越低，孔隙分選性越好。儲層的平均孔喉比主要在75～188，孔喉半徑比明顯偏大，單個孔隙被大量小喉道控制，原油通過微細喉道時需克服較大的毛細管阻力，油氣難以流動，開采難度大[14-15]，采收率低。因此，要提高油田的開發(fā)效果，應(yīng)改變孔喉配置關(guān)系。

2.5? 滲透率貢獻和累積滲透率貢獻率與平均喉道半? ? ? ? 徑的關(guān)系

據(jù)喉道半徑對滲透率的貢獻率和累積滲透率貢獻曲線（圖4），巖心滲透率不同，喉道大小對滲透率的貢獻率不同，累積滲透率貢獻曲線上升規(guī)律不同。（1）滲透率小于1×10-3μm2的巖心，屬微喉道，小喉道對滲透率的貢獻率很大而大喉道對滲透率的貢獻率很低，累積滲透率的貢獻曲線初期增加緩慢，后期上升很快，說明在超低滲透油藏中，流體的滲流能力取決于微喉道中諸多的小喉道，而大喉道對滲流能力的貢獻很低;（2）滲透率較大（>50.1×10-3μm2）的巖心，屬細喉道，滲透率貢獻率峰值左側(cè)曲線比右側(cè)曲線平緩，累積滲透率的貢獻曲線初期快速增加，后期上升緩慢，說明常規(guī)油藏孔隙中的大喉道對滲流能力的貢獻大于小喉道對滲流能力的貢獻;（3）滲透率介于1.1×10-3～50.1×10-3 μm2的低滲、特低滲透巖心，屬微-微細喉道，累積滲透率的貢獻曲線兩頭上升慢，中間上升較快，但巖心滲透率越低，滲透率貢獻曲線范圍越窄，累積滲透率貢獻曲線早期上升相對較慢而后期上升較快，說明在低滲、特低滲透性油藏中，儲層物性越差，喉道半徑分布越集中，小喉道對滲透率的貢獻越大[12-13]。

2.6? 恒速壓汞毛管壓力曲線特征

據(jù)恒速壓汞實驗的孔隙、喉道和總體毛細管壓力曲線測定結(jié)果，進汞壓力較小時，汞首先進入大孔隙所控制的孔隙體積，喉道影響不明顯，總體毛細管壓力曲線與孔隙毛細管壓力曲線形態(tài)基本一致。隨進汞壓力增加，汞開始進入喉道所控制的孔隙，孔隙毛細管壓力曲線開始上翹，喉道開始起主要控制作用。待喉道連通的所有孔隙被汞充滿之后，繼續(xù)增加進汞壓力，汞進入更為細小的喉道，此時的總體毛細管壓力曲線完全取決于喉道毛細管壓力曲線的變化[16]。據(jù)恒速壓汞實驗結(jié)果，將研究區(qū)儲層的毛細管曲線形態(tài)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3種類型（表3）。

Ⅰ類? 該類樣品有效孔隙和有效喉道數(shù)量較多，排驅(qū)壓力大，進汞量高，孔喉分選較好，是儲集能力好、滲流能力強的儲層，是研究區(qū)好的儲層典型代表。

Ⅱ類? 該類樣品中有效孔隙和有效喉道數(shù)量較Ⅰ類少，排驅(qū)壓力中等，進汞量較高，孔喉分選性較差，是儲集能力中等、連通性一般的儲層，是研究區(qū)中等儲層的代表。

Ⅲ類? 該類樣品中有效孔隙和有效喉道數(shù)量很少，排驅(qū)壓力高，孔喉分選差，進汞量低，是儲集能力差、連通差的儲層，是研究區(qū)差儲層的代表。

綜上，白狼城油區(qū)長2油藏孔隙半徑遠大于喉道半徑，在開發(fā)早期，采出的原油來自易采出的孔隙控制的體積，油井產(chǎn)量高，隨原油的逐漸開采，原油主要剩余在喉道控制的體積中。由于儲層中喉道半徑小、喉道數(shù)量大、喉道控制的有效體積很大，導(dǎo)致油井產(chǎn)量降低。因此，為提高油井產(chǎn)量，必須改變目前開發(fā)方法（小型壓裂），采取改變儲層孔喉配置關(guān)系的方法對儲層實施有效改造。長2儲層中綠泥石的含量較高，主要以2種形式存在于孔隙中[17-19]：一是充填于孔隙當(dāng)中，造成剩余粒間孔隙減小，孔隙度降低;二是以綠泥石膜的形式附著在巖石顆粒表面，降低了儲層的儲集性能。因此，綠泥石的存在不僅使砂巖儲層的孔隙體積變小，且使喉道變窄，降低了儲層的滲流能力。結(jié)合儲層孔隙半徑遠大于喉道半徑的事實，綠泥石的存在對長2儲層喉道的影響更大。綠泥石一般易溶于酸，是較強的酸敏礦物。因此，通過酸化方法可改善孔喉配置關(guān)系。另一方面，研究區(qū)油井雖基本進行了壓裂，但壓裂規(guī)模小，針對喉道中存在大量的剩余油的事實，可通過加大壓裂規(guī)模的方法改善孔喉配置關(guān)系，提高油井產(chǎn)量。

3? 結(jié)論

（1）長2儲層以中孔隙為主，微-細喉道發(fā)育，孔喉比大，喉道大小是儲層滲透性的主要控制因素。

（2）由于儲層中孔隙半徑遠大于喉道半徑，且喉道控制的有效體積占總孔隙體積的40.2%～66.7%，因此，在開發(fā)早期，采出的原油來自易采出的孔隙控制的體積，油井產(chǎn)量高，隨原油的逐漸開采，原油主要剩余在喉道控制的體積中;原油通過微細喉道時需要克服較大的毛細管阻力，被采出的難度較大，需采取改變儲層孔喉配置關(guān)系的方法對儲層實施有效的改造。

（3）長2儲層中綠泥石的含量較高，綠泥石的存在不僅使砂巖儲層的孔隙體積變小，且使喉道變窄，降低了儲層的滲流能力，綠泥石的存在對長2儲層喉道的影響更大。通過酸化和加大壓裂規(guī)模的方法可以改善孔喉配置關(guān)系，提高油井產(chǎn)量。

（4）常規(guī)油藏中流體的滲流能力取決于孔隙中的大喉道，超低滲透油藏中流體的滲流能力取決于微喉道中諸多的小喉道，而低滲、特低滲透性油藏中，流體的滲流能力介于二者之間，且儲層物性越差，喉道半徑分布越集中，小喉道對滲透率的貢獻越大。

參考文獻

[1]? ? 郝樂偉，王琪，唐俊.儲層巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究方法與理論綜述[J].巖性油氣藏，2013，25（5）：123-128.

[2]? ? 胡志明，把智波，熊偉，等.? 低滲透油藏微觀孔隙結(jié)構(gòu)分析[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報，2006，30 （3）：51-53.

[3]? ? Soeder D J，Chowdiah， Prasan. Pore geometry in high and low permeability sandstones travis peak formation East Texas[C]. Gas technology， SPE 11729， 1990：45-51. 25（5）：123-128

[4]? ? 高永利，張志國.恒速壓汞技術(shù)定量評價低滲透砂巖孔喉結(jié)構(gòu)差異性[J].地質(zhì)科技情報，2011，30（4） ： 73 -76.

[5]? ? 龐振宇，李艷，段偉，等.低滲、特低滲儲集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)分類表征——以延長油田延長組長2段和長6段儲集層為例[J].新疆石油地質(zhì)，2017，38（2）：193-197

[6]? ? 栗亮，栗文，仇文博.低滲儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究進展[J].當(dāng)代化工，2017，46（8）：1622-1625

[7]? ? 高輝，解偉，楊建鵬等.基于恒速壓汞技術(shù)的特低-超低滲砂巖儲層微觀孔喉特征[J].石油實驗地質(zhì)，2011，33（2）：206-211.

[8]? ? 李衛(wèi)成，張艷梅，王芳，等.應(yīng)用恒速壓汞技術(shù)研究致密油儲層微觀孔喉特征——以鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組為例[J].巖性油氣藏，2012，24（6）：60-65.

[9]? ? 于俊波，郭殿軍，王新強.基于恒速壓汞技術(shù)的低滲透儲層物性特征[J].東北石油大學(xué)學(xué)報，2006，30（2）：22-25.

[10]? 馬瑤，李文厚，劉哲，等. 低滲透砂巖儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征——以鄂爾多斯盆地志靖-安塞地區(qū)延長組長 9 油層組為例[J]. 地質(zhì)通報，2016，35（2-3）：398-405.

[11]? 何順利，焦春艷，王建國，等. 恒速壓汞與常規(guī)壓汞的異同[J]. 斷塊油氣田，2011，18（2）：235-237.

[12]? 崔連訓(xùn). 恒速壓汞及核磁共振在低滲透儲層評價中的應(yīng)用[J]. 成都理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，39（4）：430-433.

[13]? 朱永賢，孫衛(wèi)，于峰，等.應(yīng)用常規(guī)壓汞和恒速壓汞實驗方法研究儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)——以三塘湖油田牛圈湖區(qū)頭屯河組為例[J].天然氣地球科學(xué)，2008，19（4）：553-556.

[14]? 朱玉雙，柳益群，趙繼勇，等.不同流動單元微觀滲流特征研究——以華池油田長3油藏華 152 塊為例[J].石油實驗地質(zhì)，2008，30（1）：103-108.

[15]? 孫衛(wèi)，曲志浩，李勁峰.安塞特低滲透油田見水后的水驅(qū)油機理及開發(fā)效果分析[J].石油實驗地質(zhì)，1999，21（3）：256-259.

[16]? 馬維謙，孫龍，彭恒.應(yīng)用恒速壓汞研究低滲透儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)——以華慶地區(qū)長 63為例[J].地下水，2016，38（6）：186-188.

[17]? 姚經(jīng)利，王琪，張瑞，等.鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)延長組長6砂巖綠泥石膜的形成機理及其環(huán)境指示意義[J].沉積學(xué)報，2011，29（1）：72-79.

[18]? 蘭葉芳，黃思靜，呂杰.儲層砂巖中自生綠泥石對孔隙結(jié)構(gòu)的影響——來自鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組的研究結(jié)果[J].地質(zhì)通報，2011，30（1）：134-140.

[19]? 蘭葉芳，黃思靜，梁瑞，張雪花.自生綠泥石對砂巖儲層孔隙度-滲透率關(guān)系的影響——以鄂爾多斯盆地姬源-華慶地區(qū)三疊系長8油層組為例[J].成都理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，38（3）：313-320.

Study on the Micropore Structure Characteristics in Low Permeability Reservoir，take Chang 2 Reservoir in Bailangcheng

Oil area as An Example

Cao Baoge1， Li Yuanliu2， Xiao Ling3， Yang Cheng4， Ju Ken5， Mai Tao6

（1. Shaanxi Key Laboratory of Advanced Stimulation Technology for Oil & Gas Reservoirs in Xi’an Shiyou University， Petroleum Engineering Institute， Xi’an Shiyou University， Xi’an， Shanxi 710065， China;2. School of Earth Sciences

and Engineering， Xi’an Shiyou University， Xi’an， Shanxi 710065， China;3. Xi'an School of Geosciences and engineering， University of petroleum， Xi'an 710065， Shaanxi Province;4. No.2 oil plant of qinghai oilfield CNPC，Qinghai Province，Mang`ai city;5. No.1 oil plant of qinghai oilfield CNPC，Qinghai Province，Mang`ai city;

6. No.4 oil plant of qinghai oilfield CNPC，Qinghai Province，Mang`ai city）

Abstract： The pore and throat size of low permeability reservoir are different， in which the filtrational resistance of fluid is different， and the development effect is poor. In order to develop low permeability reservoir reasonably， in this paper， the micropore structure characteristics of the reservoir are reviewed by constant rate mercury-injection taking Chang 2 reservoir in Bailongcheng oilarea as an example. The results show that the pores of Chang 2 reservoir are medium pores， throats are micro-thin throats， and the average pore throat ratio is big; the size of the throat is not only the main controlling factor of reservoir permeability， but also the effective volume controlled by throats is large， accounting for 40.2% ～ 66.7% of the total pore volume; in the early stage of oilfield development， crude oil was mainly extracted from the pores， and the remaining oil was mainly concentrated in the throat volume， which was more difficult to further exploit; combined with the actual oil field development and reservoir characteristics， acidizing or increasing the scale of fracturing can be used to improve the pore and throat configuration relationship and increase oil well production. The research results of this paper are of great practical significance for improving the utilization of low permeability reservoir reserves and alleviating the contradiction between oil supply and demand and the sustainable development of petroleum industry in China.

Key words：? Pore;Throat;Constant-rate mercury-injection; Low permeability reservoir