鄂爾多斯盆地東緣臨興地區(qū)盒8段儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及滲流特征

王贊惟.

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100018)

致密砂巖儲(chǔ)層在沉積、成巖等地質(zhì)因素的影響下孔隙結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜[1-2]。致密儲(chǔ)層的小孔喉結(jié)構(gòu)直接影響儲(chǔ)集滲流能力, 從而影響了致密氣藏的產(chǎn)能差異。目前直接觀測(cè)的鑄體薄片、掃描電鏡、X-CT掃描[3]、常規(guī)壓汞和恒速壓汞[4-6]等，是觀察研究?jī)?chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的主要方法。本文借助于核磁共振T2譜[7-9]及滲流實(shí)驗(yàn)等資料研究，討論致密砂巖儲(chǔ)層可動(dòng)流體的變化特征及影響因素，定量分析其微觀孔隙結(jié)構(gòu)，合理制定特低滲氣藏開發(fā)政策，具有重要的意義。

1 區(qū)塊地質(zhì)條件

鄂爾多斯盆地東緣臨興區(qū)塊橫跨伊陜斜坡與晉西撓褶帶兩個(gè)構(gòu)造單元，歸屬于呂梁地區(qū)。區(qū)塊內(nèi)部構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，地層平緩(傾角一般不足1°)，主要發(fā)育有幅度較小的鼻狀構(gòu)造[10]。主要儲(chǔ)層為上古生界本溪組、太原組、山西組、石盒子組及石千峰組。儲(chǔ)集體主要為三角洲體系河道砂體，巖性為含礫中粗粒巖屑石英砂巖、巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖；儲(chǔ)集層孔隙度為3.0%～14.0%，滲透率為0.1～5.0 mD，屬典型致密型砂巖儲(chǔ)層。

前期勘探及開發(fā)評(píng)價(jià)實(shí)鉆資料與試氣成果表明，下石盒子組盒8段為該區(qū)極具勘探潛力的層段，該段砂體厚度范圍為13.9～43.7 m，氣層厚度范圍為0～16.8 m，含氣單砂體具有縱向疊置、平面分散、厚度薄且變化快、含氣模式復(fù)雜的特點(diǎn)。

2 儲(chǔ)層微觀特征

2.1 巖石特征

臨興區(qū)塊36口井146樣次盒8段砂巖儲(chǔ)層鑄體薄片分析表明(表1、圖1)，盒8段砂巖儲(chǔ)層巖石類型主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖，其次為巖屑砂巖[11]，其中石英含量為26%～88%，平均為48.2%；巖屑(巖屑成分主要為：石英巖巖塊含量均值為25.3%、火成巖巖塊含量均值為8.9%、云母含量均值為1.4%、少量的沉積巖巖塊與重礦物)含量為8%～60%，平均為35.68%；長(zhǎng)石(主要為鉀長(zhǎng)石，平均為10.8%，斜長(zhǎng)石含量較低，平均為4.5%)含量中等，為3%～31%，平均為15.3%。

表1 砂巖碎屑組分相關(guān)含量統(tǒng)計(jì)Table 1 Sandstone content of clastic particles

2.2 填隙物特征

臨興區(qū)塊盒8段砂巖儲(chǔ)層填隙物總體含量中等，含量變化較大分布區(qū)間為5%～40%，平均含量為14.2%；其填隙物成分主要為黏土、碳酸鹽巖礦物及高嶺石，其中碳酸鹽巖礦物主要以方解石(平均含量為1.6%)及鐵方解石(平均含量為1.1%)為主，并含有少量的白云石(平均含量為0.6%)及鐵白云石(平均含量為0.1%)，此外，還含有少量的石英加大、菱鐵礦及其他填隙物(表2)。

表2 臨興區(qū)塊盒8段填隙物成分統(tǒng)計(jì)Table 2 Filler material composition of the 8th member of lower Shihezi in Linxing area

2.3 孔隙特征

根據(jù)大量的鑄體薄片和掃描電鏡觀察分析(圖2)，盒8段砂巖儲(chǔ)層的孔隙類型以溶蝕顆?？诪橹?，主要為長(zhǎng)石溶蝕，常見鉀長(zhǎng)石沿解理溶蝕，平均占比為1.9%；其次為溶蝕粒間孔，平均占比為0.9%；膠結(jié)物溶孔平均占比為0.5%；此外還含有少量的粒間孔，平均占比為0.2%。

根據(jù)臨興區(qū)塊80個(gè)壓汞數(shù)據(jù)(45樣次)的統(tǒng)計(jì)分析得出(表3、圖3)，該區(qū)盒8段儲(chǔ)層排驅(qū)壓力較大，為0.499～8.755 MPa，平均為1.747 MPa，說明儲(chǔ)層最大連通喉道半徑較小，滲透率較差。中值壓力很高，為5.364～70.656 MPa，平均為22.068 MPa，說明儲(chǔ)層的孔喉分布較不均勻，原始產(chǎn)能較低。最大連通孔喉半徑和飽和度中值半徑均較小，前者為 0.086～1.311 μm，平均為 0.562 μm，后者為0.010～0.137 μm，平均為 0.054，整體表現(xiàn)出細(xì)喉、微喉的特征。分選系數(shù)為0.863～2.146，平均為1.524，說明孔喉的分選較差。歪度為-0.593～0.233，平均為-0.914，表現(xiàn)為細(xì)歪度，說明儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能較差。退汞效率為26.164%～44.447%，平均為36.105%，退汞效率較低，說明巖石孔隙結(jié)構(gòu)及滲流能力較差。

表3 臨興區(qū)塊盒8段砂巖高壓壓汞參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 3 Parameters of intrusive mercury penetration of the 8th member of lower Shihezi in Linxing area

3 巖石流體孔隙特征

核磁共振通過對(duì)孔隙流體中氫核信號(hào)的觀測(cè)，直接測(cè)量巖石的流體特性，并獲得有效孔隙度、滲透率、自由流體和束縛流體體積、孔隙結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵儲(chǔ)層物性信息[12]。

圖4是不同狀態(tài)下的核磁共振響應(yīng)對(duì)比圖。圖中離心前后的核磁共振T2譜分別用黑色、紅色實(shí)線表示，離心前后的核磁孔隙度累計(jì)曲線分別用黑色、紅色虛線表示。利用核磁共振T2截止值將巖心孔隙分為兩部分，認(rèn)為大于截止值的孔隙內(nèi)流體完全可動(dòng)，小于截止值的孔隙內(nèi)流體完全束縛。研究區(qū)內(nèi)，氣體孔隙度為7.9%，液體孔隙度為7.2%，束縛水飽和度為59.9%，滲透率為0.62 mD。測(cè)試樣品通過核磁共振T2譜圖反映了中孔隙所占的比例較大，孔隙流體以大的比表面積為主，孔隙含量小級(jí)別較多。

4 滲流特征

在氣水兩相滲流中，氣水兩相之間的相互干擾與氣水兩相流體特性和巖石的孔隙結(jié)構(gòu)是相關(guān)的[13-17]。隨著飽和度的變化，巖石儲(chǔ)層流體的有效滲透率也會(huì)隨之發(fā)生一系列的變化。因此，在孔隙結(jié)構(gòu)、流體飽和度一定的條件下，流體飽和度和孔隙結(jié)構(gòu)與有效滲透率或相對(duì)滲透率有關(guān)[18]。

4.1 氣水相滲曲線特征

實(shí)驗(yàn)中，利用氣相驅(qū)替盒8段巖樣中的飽和水時(shí)，隨著含氣飽和度的增加，氣相與水相滲透率會(huì)發(fā)生變化。從圖5可以看出，盒8段砂巖樣品水相滲透率極速下降，氣相滲透率緩慢上升，當(dāng)含氣飽和度繼續(xù)增加時(shí)，水相滲透率緩慢下降而氣相滲透率逐漸上升，并且氣相滲透率上升速率變快。

4.2 相滲曲線特征描述

在氣水兩相滲流曲線中，束縛水飽和度的大小表明了樣品中水相停止流動(dòng)時(shí)的含水飽和度界限[19]。表4中，研究區(qū)盒8段巖石樣品的束縛水飽和度含量平均為79.35%，這與研究區(qū)的巖石比表面積大從而吸水面積大具有相關(guān)性。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，研究區(qū)巖石的比表面積普遍較大, 束縛水飽和度整體很高，因此氣井壓后出水風(fēng)險(xiǎn)較大。

表4 盒8段砂巖氣水相滲測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 4 Parameters of gas-water relative permeability of the 8th member of lower Shihezi in Linxing area

對(duì)于不混溶的兩相流體滲流而言，因?yàn)闅馑畠上喾窒砹鲃?dòng)孔道而且互相干擾，相滲實(shí)驗(yàn)中兩相相對(duì)滲透率之和幾乎總是小于1[20]。也就是說當(dāng)?shù)葷B點(diǎn)的相對(duì)滲透率越高，氣水兩相發(fā)生的干擾程度越小。研究區(qū)盒8段測(cè)試的等滲點(diǎn)飽和度值平均為88.74%，等滲點(diǎn)相對(duì)滲透率值平均為0.034 mD。

對(duì)于低滲透儲(chǔ)層來說，氣水兩相分子之間的碰撞會(huì)由于儲(chǔ)層孔隙中滲流通道變得狹窄而頻繁發(fā)生，所產(chǎn)生的兩相之間的內(nèi)摩擦力對(duì)滲流能力有一定的負(fù)面影響。

5 含水飽和度分析

研究區(qū)儲(chǔ)層致密的特性決定了束縛水飽和度較高，束縛水飽和度值分布范圍為17.6%～93.8%，主要集中分布在40%～80%，平均值為57.8%。不同實(shí)驗(yàn)方法顯示隨著儲(chǔ)層物性變好，孔、滲增高，束縛水飽和度均呈下降趨勢(shì)，但壓汞實(shí)驗(yàn)飽和度結(jié)果明顯低于核磁、半滲隔板實(shí)驗(yàn)，且分布更為離散，核磁、半滲隔板實(shí)驗(yàn)分布區(qū)間接近且相對(duì)集中，以這兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為測(cè)井解釋模型標(biāo)定值。通過綜合解釋，盒8段含水飽和度為60.60%，束縛水飽和度為55.88%，可動(dòng)水飽和度為4.72%。

6 結(jié)論

(1)研究區(qū)盒8段孔喉整體較小，連通性整體較差，滲透率較低，屬于低滲氣藏。

(2)盒8段砂巖儲(chǔ)層氣水相滲特征為朿縛水飽和度高、等滲點(diǎn)處含水飽和度高及等滲點(diǎn)處的相對(duì)滲透率低，氣相相對(duì)滲透率隨著含水飽和度的增加下降速度快，氣水干擾程度高。

(3)盒8段氣相滲透率對(duì)含水飽和度的敏感程度較高，更容易受到水相圈閉傷害，在氣井生產(chǎn)過程中，需做好排水采氣措施，避免氣井水鎖。