恒速壓汞在鄂爾多斯東南部致密砂巖儲層中的應(yīng)用

朱 晴，喬向陽，張 磊

(陜西延長石油(集團)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710065)

0 引 言

鄂爾多斯盆地致密氣資源豐富，東南部地區(qū)上古生界為主要生產(chǎn)層位，開發(fā)前景廣闊[1]，準(zhǔn)確評價儲層孔隙和喉道的分布特征，是研究儲容性、滲透性和滲流機理的基礎(chǔ)[2]。鑄體薄片、掃描電鏡、CT成像、高壓壓汞和核磁共振等技術(shù)均能在一定程度上實現(xiàn)對孔喉整體分布特征的表征，但以上研究方法均無法得到儲層的有效孔隙和喉道的配比關(guān)系，而恒速壓汞能單獨表征孔隙和喉道的分布特征。

前人利用恒速壓汞技術(shù)對鄂爾多斯盆地上古生界致密油儲層孔喉特征進行了研究，分析了鄂爾多斯盆地中部、東北部和西南部不同區(qū)域上古生界致密氣儲層的孔喉特征[3-8]，對鄂爾多斯盆地東南部上古生界的頁巖氣和煤層氣資源進行了相關(guān)研究[9-14]，并對鄂爾多斯盆地東南部上古生界致密砂巖氣藏的儲層特征、流體包裹體特征、地層水化學(xué)特征、成藏意義、成巖作用、過剩壓力和沉積體系等方面進行了研究[15-20]，但對于鄂爾多斯盆地東南部上古生界致密砂巖儲層孔喉分布特征的系統(tǒng)研究相對較少。因此，選取研究區(qū)典型巖心開展了恒速壓汞實驗，分析研究鄂爾多斯盆地東南部上古生界致密砂巖氣藏的孔喉分布特征，并建立喉道特征參數(shù)預(yù)測方法，為后期勘探開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 恒速壓汞實驗

選取鄂爾多斯盆地東南部上古生界致密砂巖氣藏6塊典型巖心進行恒速壓汞實驗，實驗儀器為ASPE-730恒速壓汞儀，實驗溫度為25 ℃，相對濕度為35%～38%，汞的接觸角為140 °，汞的表面張力為0.48 N/m。實驗樣品基本參數(shù)和實驗結(jié)果見表1。

表1 實驗樣品基本參數(shù)和實驗結(jié)果

由表1可知：實驗巖心的取樣深度(D)為2 158.21～2 916.13 m；孔隙度(φ)為5.84%～10.64%，平均為7.60%；滲透率(K)為0.02～4.72 mD，平均為0.99 mD。

2 結(jié)果與討論

2.1 恒速壓汞毛管壓力

圖1為恒速壓汞進汞飽和度(SHg)隨毛管壓力的變化(pc)曲線。由表1、圖1a可知：不同巖心最終進汞壓力(pf)非常接近，為6.182～6.206 MPa，平均為6.192 MPa；最終進汞飽和度(Smax)差距很大，為38.35%～89.92%，平均為62.27%；進汞初始階段毛管壓力曲線平緩度差距較大，不同巖心排驅(qū)壓力(pcd)差異較大，為0.054～1.053 MPa，平均為0.431 MPa。恒速壓汞僅能反應(yīng)喉道半徑大于0.118 μm(pf對應(yīng)的喉道半徑)的喉道及其控制的孔隙分布特征，孔喉整體進汞曲線的形態(tài)表明，巖心3、5、6發(fā)育半徑大于0.118 μm的孔喉相對數(shù)量遠超巖心1、2、4。

由表1、圖1b可知：不同巖心總喉道進汞飽和度(St-max)較為接近，為36.82%～47.54%，平均為40.29%，表明不同巖心發(fā)育的喉道數(shù)量相對占比較為相似；喉道進汞曲線的平緩度差異表明巖心3、5、6的喉道半徑分布范圍和大尺度喉道數(shù)量小于巖心1、2、4。

由圖1c可知：不同巖心總孔隙進汞飽和度(Sp-max)較為分散，為0.89%～51.73%，平均為21.99%，表明不同巖心發(fā)育的孔隙數(shù)量相對占比差異較大；孔隙進汞曲線開始階段的差異表明巖心3、5、6發(fā)育的最大孔隙半徑大于巖心1、2、4。

根據(jù)St-max和Sp-max得到總孔喉體積比(ε)為0.02～1.35，平均為0.55，表明不同巖心發(fā)育的孔喉相對體積差異很大。喉道進汞曲線和孔隙進汞曲線分析結(jié)果揭示Sp-max的差異為導(dǎo)致ε差異大的根本原因。

2.2 孔喉半徑分布特征

圖2為喉道半徑(rt)分布特征曲線。由圖2可知：喉道半徑峰值(rt-peak)比較集中；喉道半徑峰值比例(Vt-peak)差異較大；部分巖心最大連通喉道半徑(rt-max)未超過5 μm，部分巖心rt-max超過10 μm。rt分布特征曲線表明，不同巖心發(fā)育的喉道其半徑分布范圍差異較大，但發(fā)育數(shù)量最多的喉道其半徑大小相似。

圖1 恒速壓汞毛管壓力曲線

圖2 喉道半徑分布特征

圖3為孔隙半徑(rp)分布特征曲線。由圖3可知，孔隙半徑峰值(rp-peak)比較集中，孔隙半徑峰值比例(Vp-peak)較為相似，全部巖心rp的主要分布范圍比較相似。rp分布特征曲線表明，不同巖心發(fā)育的孔隙其主要半徑分布范圍和數(shù)量均相似。

圖3 孔隙半徑分布特征

圖4為孔喉半徑比(Rpt)分布特征曲線。由圖4可知，Rpt分布特征曲線整體相似性較差?？缀戆霃奖确逯?Rpt-peak)差異很大；孔喉半徑比峰值比例(Vpt-peak)差異較大；部分巖心Rpt主要分布范圍小于100.00，巖心Rpt主要分布范圍大于200.00，不同巖心Rpt的主要分布范圍差異較大；孔喉半徑比平均值(Rpt-avg)差異很大。Rpt分布特征曲線表明，不同巖石發(fā)育的孔隙和喉道之間配比情況差異很大。

圖4 孔喉半徑比分布特征

分析顯示Rpt-peak與rt-peak之間呈明顯的兩極分化趨勢，rt-peak越小，Rpt-peak越大；Rpt-peak與rp-peak之間無明顯的相關(guān)性；Rpt-peak主要由rt-peak決定。Rpt-avg與rt-peak之間呈較好的負相關(guān)性，rt-peak越大，Rpt-avg越??；Rpt-avg與rp-peak之間無相關(guān)性；Rpt-avg主要由rt-peak決定。Vpt-peak與Vt-peak之間無明顯相關(guān)性；Vpt-peak與Vp-peak之間呈較好的相關(guān)性，Vp-peak越大，Vpt-peak越大；Vpt-peak主要由Vp-peak決定。

2.3 孔滲影響因素

分析φ的影響因素，結(jié)果顯示φ與喉道特征參數(shù)、孔隙特征參數(shù)之間均無明顯相關(guān)性，φ與孔喉半徑比特征參數(shù)之間具有一定的相關(guān)性(圖5)。φ與孔喉半徑比平均值(Rpt-avg)之間呈正相關(guān)性，采用指數(shù)函數(shù)進行擬合(圖5a)，相關(guān)性一般；φ與Vpt-peak之間呈負相關(guān)性，采用對數(shù)函數(shù)進行擬合(圖5b)，相關(guān)性一般。與不同特征參數(shù)之間的相關(guān)性對比表明，單獨的喉道和單獨的孔隙并不決定φ，喉道與其相連孔隙的配比情況才是φ的主要影響因素。

圖5 孔隙度影響因素

圖6為滲透率影響因素。由圖6可知，部分孔喉半徑比特征參數(shù)、部分孔隙特征參數(shù)與K之間具有一定的相關(guān)性。K隨rp-avg增大而增大，相關(guān)性較好，表明平均孔隙半徑rp-avg在一定程度上影響K(圖6a)。K隨著Rpt-avg增大而減小，相關(guān)性很好，表明Rpt-avg是影響K的主要因素(圖6b)。K分別隨rt-peak、rt-avg、rt-max增大而增大(圖6c、d、e)，相關(guān)性很好。根據(jù)孔喉半徑比分布特征曲線的分析結(jié)果，Rpt-avg主要由rt-peak決定，揭示Rpt-avg對K的影響主要是由于rt-peak導(dǎo)致。影響因素分析顯示K與Vt-peak、Vt-max之間無相關(guān)性，而K與rt-peak、rt-max之間具有很好的相關(guān)性，表明滲透率與體積占比無關(guān)，半徑大小決定了巖心滲透率。對比不同特征參數(shù)與K之間的擬合優(yōu)度表明，喉道對滲透率的影響遠遠超過孔隙，喉道特征參數(shù)是K的主要決定因素。采用指數(shù)型函數(shù)擬合不同特征參數(shù)與K之間的關(guān)系，計算K對各特征參數(shù)的敏感程度，結(jié)果顯示K對rt-peak最敏感，對rp-avg最不敏感，K對rt-peak和rt-avg的敏感程度比其他特征參數(shù)高出至少一個數(shù)量級，表明對K影響程度最大的特征參數(shù)為rt-peak。φ與Rpt-avg之間具備一定的相關(guān)性(圖5a)，圖6c顯示K與Rpt-avg之間具備很好的相關(guān)性，研究結(jié)果表明Rpt-avg是唯一能夠同時影響φ和K的特征參數(shù)。

3 喉道特征參數(shù)預(yù)測

根據(jù)圖6的擬合關(guān)系式，建立通過K預(yù)測不同特征參數(shù)的對數(shù)函數(shù)關(guān)系式(表2)。由表2可知，對決定系數(shù)(R2)進行排序，從大到小依次為R2(rt-max)、R2(rt-avg)、R2(Rpt-avg)、R2(rt-peak)、R2(rp-avg)，5個特征參數(shù)僅rp-avg代表孔隙，其余均為喉道特征參數(shù)或者喉道決定的特征參數(shù)，結(jié)合R2的排序結(jié)果表明，喉道的預(yù)測精度最高，孔喉比的預(yù)測精度次之，孔隙的預(yù)測精度最低，因此，可采用K準(zhǔn)確預(yù)測喉道特征參數(shù)。

計算各特征參數(shù)對K的敏感程度，并對敏感性進行排序(表2)，由表2可知，Rpt-avg對K最敏感，rt-peak對K最不敏感，喉道特征參數(shù)rt-max、rt-avg、rt-peak對K的敏感程度明顯低于Rpt-avg、rp-avg，表明喉道特征參數(shù)預(yù)測受K取值精度的影響較小，采用K預(yù)測喉道特征參數(shù)的風(fēng)險較低。

R2和敏感性之間無直接關(guān)系，綜合各特征參數(shù)的預(yù)測精度和敏感程度表明，建立的喉道特征參數(shù)預(yù)測方法較為可靠。根據(jù)喉道特征參數(shù)的物理意義可知，rt-max、rt-avg、rt-peak排序為從大到小，這與實驗結(jié)果一致，綜合R2(rt-max)、R2(rt-avg)、R2(rt-peak)和各參數(shù)的敏感性排序表明，半徑值越大，喉道特征參數(shù)預(yù)測結(jié)果的可靠程度越高。

常規(guī)孔滲實驗在油氣田中廣泛采用，但無法直接反應(yīng)巖石的喉道信息；恒速壓汞能反應(yīng)巖石的孔喉分布特征，由于測試成本高和實驗周期長等弊端無法大規(guī)模開展；在未開展恒速壓汞實驗的情況下，根據(jù)建立的喉道特征參數(shù)預(yù)測方法，可利用K實現(xiàn)對喉道特征參數(shù)較為準(zhǔn)確的預(yù)測。

圖6 滲透率影響因素

表2 孔喉特征參數(shù)預(yù)測

4 結(jié) 論

(1) 恒速壓汞毛管壓力曲線顯示，不同巖心排驅(qū)壓力和孔喉相對數(shù)量差異較大，喉道數(shù)量相對占比較為相似，孔隙數(shù)量相對占比差異較大，總孔隙進汞飽和度的差異為導(dǎo)致總孔喉體積比差異大的根本原因。

(2) 孔喉半徑分布特征曲線表明：喉道半徑分布范圍差異較大，發(fā)育數(shù)量最多的喉道的半徑大小相似，孔隙的主要半徑分布范圍和數(shù)量均較為相似，孔隙和喉道之間配比情況差異很大；研究揭示孔喉半徑比峰值和孔喉半徑比平均值均由喉道峰值半徑?jīng)Q定，孔喉半徑比峰值比例主要由孔隙峰值比例決定。

(3) 單獨的喉道和單獨的孔隙并不能決定孔隙度，孔喉之間的配比情況才是影響孔隙度的主要因素；喉道對滲透率的影響遠遠超過孔隙，喉道特征參數(shù)是滲透率的主要決定因素，對滲透率影響程度最大的特征參數(shù)為喉道半徑峰值；孔喉半徑比平均值是唯一同時影響孔隙度和滲透率的特征參數(shù)。

(4) 通過滲透率預(yù)測喉道特征參數(shù)的方法預(yù)測精度和敏感程度綜合表明，該方法可靠，在未開展恒速壓汞實驗的情況下，采用喉道特征參數(shù)預(yù)測方法，可實現(xiàn)對喉道特征參數(shù)較為準(zhǔn)確的預(yù)測。