A構(gòu)造低滲砂礫巖微觀孔喉結(jié)構(gòu)及對物性和產(chǎn)能的影響

孫藏軍，黃建廷， 別旭偉，姜 永，常 濤

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300459）

相比鑄體薄片、掃描電鏡及高壓壓汞等常規(guī)方法， 恒速壓汞能夠定量精細(xì)表征孔隙和喉道大小、體積及空間配置關(guān)系［1-6］，是獲取儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的重要手段，對指導(dǎo)油氣田高效開發(fā)起到關(guān)鍵作用。 利用恒速壓汞評價儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)的研究，前人在鄂爾多斯盆地、四川盆地、松遼盆地等地區(qū)，針對微觀孔喉結(jié)構(gòu)分類、分形特征、控制因素等［7-13］做了大量工作，但大多以常規(guī)致密砂巖為研究對象。 而針對特低滲—低滲砂礫巖儲層的微觀孔喉結(jié)構(gòu)研究相對較少［14］，尤其在渤海海域。 與常規(guī)致密砂巖相比，組成砂礫巖的碎屑成分、結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，進(jìn)而影響該類儲層的微觀孔喉結(jié)構(gòu)。 渤海海域古近系廣泛發(fā)育湖底扇、扇三角洲等近源砂礫巖沉積體，具有埋藏深、物性差、近油源易充注等特殊地質(zhì)特征［15］，是儲量接替和持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

A構(gòu)造位于渤海海域西南部的沙東南構(gòu)造帶，東靠渤中凹陷， 西鄰沙南凹陷， 發(fā)育孔店組特低滲—低滲砂礫巖儲層和太古界裂縫性儲層兩套主力含氣層段［16］。 本文利用A構(gòu)造古近系孔店組特低滲—低滲砂礫巖樣品的恒速壓汞測試資料， 結(jié)合鑄體薄片、掃描電鏡、物性等分析，開展微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征及其與物性的關(guān)系研究， 重點(diǎn)探討其對滲流能力的影響，以期為相似地質(zhì)條件的儲層評價提供借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)方法及樣品

本次實(shí)驗(yàn)利用ASPE-730型恒速孔隙分析儀，對13塊特低滲—低滲砂礫巖樣品進(jìn)行孔喉結(jié)構(gòu)檢測。將直徑2.5 cm、 長度約1 cm的柱塞巖樣抽真空后浸泡在汞液中， 以0.000 05 mL/min的恒定速度進(jìn)汞，并利用高分辨的壓力感應(yīng)及采集設(shè)備 （可以分辨6.895×10-6MPa），通過檢測進(jìn)汞壓力的漲落變化，分開記錄孔隙與喉道實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)。 在25 ℃下，最高進(jìn)汞壓力為6.205 5 MPa 對應(yīng)的喉道半徑約為0.12 μm。由于在最大進(jìn)汞壓力下，小于0.12 μm的喉道未被測出且該部分喉道體積對滲流過程貢獻(xiàn)極小，將小于0.12 μm的喉道視為無效喉道［1］。

鑄體薄片及掃描電鏡鑒定結(jié)果表明，研究區(qū)孔店組特低滲—低滲砂礫巖儲層具有顆粒分選中等，次棱角—次圓狀，顆粒間呈線狀-凹凸?fàn)罱佑|，填隙物主要見泥質(zhì)、高嶺石和少量碳酸鹽膠結(jié)物，以溶蝕顆?？住⒘?nèi)溶蝕孔為主，主要發(fā)育片狀-彎片狀和管束狀喉道。 結(jié)合物性資料，將研究區(qū)孔店組13塊特低滲—低滲砂礫巖樣品分為三類 （見圖1），孔隙度介于4.80%～12.10%，平均8.8 %，滲透率介于（0.65～3.40）×10-3μm2，平均1.77×10-3μm2。在鑄體薄片、掃描電鏡及物性分析基礎(chǔ)上，選取3塊代表樣品(Y1、Y6、Y11)，分別對應(yīng)低孔低滲（Ⅰ）、特低孔低滲（Ⅱ）和特低孔特低滲儲層（Ⅲ），進(jìn)行微觀孔喉特征對滲流的影響分析。

2 微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征

2.1 孔隙、喉道半徑特征

關(guān)于孔隙和喉道大小的類型劃分，前人因研究對象和地區(qū)不同，所建立的劃分標(biāo)準(zhǔn)也不盡統(tǒng)一［17-18］。在參考前人劃分方案基礎(chǔ)上，建立研究區(qū)孔店組儲層孔隙、喉道劃分標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

表1 研究區(qū)孔隙和喉道大小劃分標(biāo)準(zhǔn)

與常規(guī)致密砂巖不同，研究區(qū)孔店組特低滲—低滲砂礫巖三類儲層孔隙分布各不相同，主要體現(xiàn)在孔隙分布形態(tài)和集中程度（見圖2）。 樣品Y1孔隙半徑分布近似正態(tài)分布，呈單峰型，孔隙集中分布段為130.0～200.0 μm，平均孔隙半徑為186.4 μm，以大孔為主；樣品Y6孔隙半徑分布呈半峰型，孔隙集中分布于115.0～125.0 μm， 平均孔隙半徑為123.4 μm，全為中孔；樣品Y11孔隙半徑分布近似正態(tài)分布，呈單峰型，孔隙集中分布于110.0～130.0 μm，平均孔隙半徑為147.8 μm，以中孔為主。

三類樣品喉道半徑分布曲線差異明顯 （見圖2），滲透率越好，喉道分布越均勻且偏粗—中喉分布頻率越高。 樣品Y1喉道半徑分布主要呈粗—中喉單峰型，喉道半徑集中分布段為2.0～5.0 μm，平均3.8 μm；樣品Y6喉道半徑分布主要呈細(xì)—中喉多峰型，集中分布段為1.0～4.0 μm，平均2.8 μm；樣品Y11喉道半徑分布主要呈細(xì)—微細(xì)單峰型， 集中分布段為0.5～1.5 μm，平均1.1 μm。

2.2 孔喉半徑比特征

孔喉半徑比是微觀孔喉半徑發(fā)育程度的度量，其值大小反映孔喉間的差異程度［7］，孔喉半徑比越小，流體流動時滲流阻力越小，越有利于開發(fā)［2-3］。常規(guī)致密砂巖孔隙分布通常相差不大［3-13］，因此，喉道大小和分布直接影響其孔喉半徑比分布形態(tài)， 喉道越大，孔喉比越小，物性越好［2］。 與常規(guī)致密砂巖不同，研究區(qū)三類特低滲—低滲砂礫巖儲層孔喉半徑比分布受孔隙和喉道分布的綜合影響，且以喉道為主。

研究區(qū)三類典型樣品孔喉半徑比分布（見圖3）表明，滲透率越大，粗—中喉道越多，孔喉半徑比越小，分布范圍越集中且峰值頻率越高，孔喉分布越均勻，越有利于滲流，如滲透率較高的Ⅰ、Ⅱ類特低滲樣品Y1、Y6；反之，滲透率越小，細(xì)—微細(xì)喉道越多，孔喉半徑比越大，分布范圍越廣，如滲透率較低的Ⅲ類超低滲樣品Y11。

2.3 進(jìn)汞曲線特征

結(jié)合物性及恒速壓汞資料，將研究區(qū)孔店組砂礫巖儲層劃分為三類典型進(jìn)汞曲線（見圖4），即Ⅰ類低孔低滲粗—中喉型（Y1）、Ⅱ類特低孔低滲中喉型（Y6）和Ⅲ類特低孔特低滲細(xì)—微細(xì)喉型（Y11）。

Y1號樣品（Ⅰ類）排驅(qū)壓力最低，孔隙進(jìn)汞量最大。 進(jìn)汞早期受偏粗—中喉道控制，總進(jìn)汞與喉道進(jìn)汞量保持一致，隨著進(jìn)汞壓力增大，總進(jìn)汞受偏粗-中喉道及其所溝通的孔隙共同控制， 進(jìn)汞壓力進(jìn)一步增大，總進(jìn)汞量受控于偏細(xì)喉道。 可以看出，喉道進(jìn)汞量始終隨進(jìn)汞壓力增大而增大，說明有效孔隙體積相對較大，但進(jìn)汞量受控于喉道。 此類樣品孔隙與喉道的發(fā)育程度和匹配關(guān)系最好，儲集和滲流能力最強(qiáng)，是研究區(qū)好的儲集層。

Y6號樣品（Ⅱ類）有效孔隙體積和喉道半徑相對較小，表現(xiàn)為進(jìn)汞量相對較少。 隨著進(jìn)汞壓力增大，孔隙總進(jìn)汞量較少，總進(jìn)汞逐漸受喉道變化控制。 此類樣品的孔隙、喉道發(fā)育程度相對降低，儲集和滲流能力較Ⅰ類儲集層變低，是研究區(qū)較好的儲集層。

Y11號樣品（Ⅲ類）有效孔隙體積最少，孔隙進(jìn)汞段極短，排驅(qū)壓力最大，總進(jìn)汞曲線與喉道進(jìn)汞趨勢基本一致， 說明此類樣品的孔隙發(fā)育極少，喉道大小、數(shù)量及其分布控制其滲流能力，是研究區(qū)較差的儲集層。

3 不同尺度孔喉與物性的關(guān)系

根據(jù)恒速壓汞資料（見表2），分別統(tǒng)計不同物性砂礫巖樣品的進(jìn)汞量參數(shù)（Sf、Sb、St、ε）和喉道對滲透率貢獻(xiàn)累計達(dá)90%時對應(yīng)的孔喉體積百分?jǐn)?shù)（γt90、Sb90、St90），可以看出：①ε值均小于0.6，說明特低滲—低滲砂礫巖儲層樣品中喉道體積明顯大于孔隙體積，喉道數(shù)量多，體積大，對儲集性影響較大；②物性越好，γt90和St90值越大，說明物性好的特低滲—低滲砂礫巖儲層粗—中喉道體積占比越大；③物性越好，Sb、Sb90值越大，Sb90/Sb值越小，且各類型樣品數(shù)值相差較大， 說明物性越好的特低滲—低滲砂礫巖儲層中，孔隙體積占比大，當(dāng)喉道對滲透率貢獻(xiàn)率累計達(dá)90%時， 物性好的儲層孔隙進(jìn)汞量占比越小，反之，物性越差，孔隙越趨向進(jìn)汞飽和；④St90/St值相差不大，介于27.3%～40.7%，平均為33.3%，即特低滲—低滲砂礫巖儲層中，占喉道體積分?jǐn)?shù)33.3%左右的相對大喉道貢獻(xiàn)了90%的滲透率，占喉道體積分?jǐn)?shù)66.6%左右的相對小喉道對滲透率貢獻(xiàn)極小，但小喉道數(shù)量多、體積占比大，對儲集性影響較大；⑤喉道大小和分布是控制特低滲—低滲砂礫巖儲層物性的關(guān)鍵參數(shù)， 尤其是對滲透率的影響。

表2 研究區(qū)孔店組特低滲—低滲砂礫巖儲層物性及恒速壓汞進(jìn)汞量參數(shù)

4 孔喉結(jié)構(gòu)對產(chǎn)能的影響

受恒速壓汞離散取樣資料及測試成本的限制，難以實(shí)現(xiàn)單井孔喉結(jié)構(gòu)縱向的連續(xù)評價及建立孔喉結(jié)構(gòu)與測試產(chǎn)能間的相關(guān)關(guān)系。 前人根據(jù)平均水力流動半徑概念，推導(dǎo)出儲集空間孔滲關(guān)系，并定義儲層品質(zhì)指數(shù)（RQI）［19］，見公式（1）。從公式（1）可以看出，儲層品質(zhì)指數(shù)（RQI）綜合反映了微觀孔喉結(jié)構(gòu)與巖石孔隙、礦物地質(zhì)特征［19-20］，可作為評價孔喉結(jié)構(gòu)與測試產(chǎn)能之間的紐帶。

式中，K為滲透率，10-3μm2；Φ為孔隙度，%；τ為孔喉迂曲度，無量綱；Fs為形狀因子，無量綱。

通過恒速壓汞測試的孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)與儲層品質(zhì)指數(shù)（RQI）的相關(guān)性分析（見圖5），可以看出，RQI與排驅(qū)壓力（pcd）呈負(fù)相關(guān)，與平均喉道半徑（γp）、主流喉道半徑（RM）及分選系數(shù)（Sp）呈正相關(guān)，且相關(guān)性均較好，擬合其相關(guān)關(guān)系見公式（2）～（5）。

通過公式（1）～（5），結(jié)合單井孔隙度、滲透率測井解釋結(jié)果及DST測試資料， 可以建立孔喉結(jié)構(gòu)與測試產(chǎn)能間的相關(guān)關(guān)系（見表3）。

具體步驟如下：①根據(jù)單井孔隙度、滲透率測井解釋結(jié)果，代入公式（1）求取RQI值；②將求取的RQI值分別代入公式（2）～（5）， 求取孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)（pcd、γp、Sp、RM）； ③根據(jù)恒速壓汞測試樣本資料，構(gòu)建研究區(qū)不同儲層類別的孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合DST測試資料， 構(gòu)建研究區(qū)不同孔喉結(jié)構(gòu)與測試產(chǎn)能間的關(guān)系。

從表3可以看出， 研究區(qū)特低滲—低滲砂礫巖儲層孔喉結(jié)構(gòu)不同，直接影響產(chǎn)能大小。 孔喉結(jié)構(gòu)越好，儲層品質(zhì)指數(shù)RQI值越大，相應(yīng)的孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)排驅(qū)壓力越小，平均喉道半徑和主流喉道半徑越大，分選系數(shù)越大，表現(xiàn)在測試產(chǎn)能即相同工作制度下的測試日產(chǎn)氣量越高。

表3 研究區(qū)孔店組不同類型儲層孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)測試產(chǎn)能

5 結(jié)論

（1）與常規(guī)致密砂巖不同，研究區(qū)孔店組特低滲—低滲砂礫巖儲層發(fā)育低孔低滲粗—中喉型、特低孔低滲中喉型和特低孔特低滲細(xì)—微細(xì)喉型三類孔喉結(jié)構(gòu)類型。 孔隙和喉道分布形態(tài)和集中程度差異大。 滲透率越好，喉道分布越均勻化且偏粗—中喉分布頻率越大，孔喉半徑比越小，分布范圍越集中且峰值頻率越高，越有利于滲流。

（2）研究區(qū)孔店組特低滲—低滲砂礫巖儲層喉道體積大于孔隙體積，喉道數(shù)量多，體積大，對儲集性影響較大。 儲層物性越好，孔隙體積和相對大喉道體積占比越大。 滲透率受控于占喉道體積分?jǐn)?shù)33.3%左右的相對大喉道，占喉道體積分?jǐn)?shù)66.6%左右的相對小喉道對儲集性影響較大。 喉道大小和分布是控制特低滲—低滲砂礫巖儲層物性的關(guān)鍵參數(shù)，尤其體現(xiàn)在對滲透率的影響。

（3）研究區(qū)特低滲—低滲砂礫巖儲層孔喉結(jié)構(gòu)不同，直接影響產(chǎn)能大小。 孔喉結(jié)構(gòu)越好，儲層品質(zhì)指數(shù)RQI值越大， 相應(yīng)的孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)排驅(qū)壓力越小，平均喉道半徑和主流喉道半徑越大，分選系數(shù)越大，表現(xiàn)在測試產(chǎn)能即相同工作制度下的測試日產(chǎn)氣量越高。