丁強(qiáng),成健,楊博,靳紫馨,劉菲,趙子文,于景維
(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司a.第六采油廠;b.第一采氣廠,陜西 西安 710016;2.中國(guó)石油 西南油氣田分公司 重慶氣礦,重慶 400700;3.中國(guó)石油大學(xué)(北京)克拉瑪依校區(qū),新疆 克拉瑪依 834000)
胡尖山油田胡154 區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地西部,整體為一西傾斜坡,三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)4+5 段為重要含油層系之一[1-4]。儲(chǔ)集層非均質(zhì)性較強(qiáng),導(dǎo)致區(qū)塊產(chǎn)量下降較快[5],水驅(qū)控制程度不高。前人對(duì)目的層位儲(chǔ)集層非均質(zhì)性做過(guò)相關(guān)研究[5],認(rèn)為長(zhǎng)4+5 段宏觀和微觀非均質(zhì)性都較強(qiáng),相對(duì)于宏觀非均質(zhì)性的研究成果,直接決定儲(chǔ)集層儲(chǔ)滲能力的微觀非均質(zhì)性研究成果偏少,未能對(duì)穩(wěn)產(chǎn)提供有效指導(dǎo)。
儲(chǔ)集層微觀非均質(zhì)性的研究?jī)?nèi)容為微觀孔喉內(nèi)部影響流體流動(dòng)的地質(zhì)因素在空間分布的不均勻程度[6-10]。孔隙結(jié)構(gòu)的研究方法包括:鑄體薄片、陰極發(fā)光、掃描電鏡以及X 射線(xiàn)衍射分析等手段,注重對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的定性描述[11-13];而高壓壓汞、核磁共振、CT 等技術(shù),則注重對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的定量分析。高壓壓汞對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的分析最為普遍[13-20],但由于表征孔隙結(jié)構(gòu)的參數(shù)較多,參數(shù)的變化范圍較大,不利于大范圍精細(xì)對(duì)比;核磁共振、CT 等技術(shù)對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行定量分析[12-14],但成本較高,取樣相對(duì)較少,普遍適用程度低。
前人對(duì)于胡154 區(qū)塊長(zhǎng)4+5 段孔隙結(jié)構(gòu)研究偏少[5],主要為定性描述,缺少定量分析[7],同時(shí)由于孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,儲(chǔ)集層巖石的滲流特征分析較少,無(wú)法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水驅(qū)作業(yè)提供有效幫助。由于孔隙結(jié)構(gòu)具有分形特征,前人利用分形維數(shù)對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量化表征,效果較好[20-23]。分形維數(shù)的計(jì)算方法較多,如:利用圖像處理,對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)進(jìn)行測(cè)定[24];利用形態(tài)分解法,評(píng)估儲(chǔ)集層砂體顯微照片反映出的分形維數(shù)[25];利用微分三次覆蓋法和相對(duì)微分三次覆蓋法,對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的分形維數(shù)進(jìn)行評(píng)估[26];多數(shù)則是依據(jù)高壓壓汞和恒速壓汞資料,利用Brook-Corey模型,計(jì)算孔隙結(jié)構(gòu)的分形維數(shù)[27-30]。本文亦采用Brook-Corey模型,利用高壓壓汞曲線(xiàn)的孔隙結(jié)構(gòu)半徑及相應(yīng)的進(jìn)汞飽和度繪制分形曲線(xiàn)斜率,計(jì)算孔隙結(jié)構(gòu)的分形維數(shù),結(jié)合巖石薄片、鑄體薄片、掃描電鏡及滲流實(shí)驗(yàn)分析,對(duì)儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi);同時(shí)借助fisher判別法,對(duì)具有不同滲流特征的儲(chǔ)集層進(jìn)行識(shí)別,旨在對(duì)研究區(qū)致密油藏的勘探開(kāi)發(fā)有所裨益。
胡154 區(qū)塊主體位于陜北斜坡西部,小部位于天環(huán)坳陷(圖1)。整體為一東高西低的單斜構(gòu)造,構(gòu)造幅度變化不大,局部發(fā)育東西向的鼻狀隆起,有利于油氣大面積聚集。
圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置Fig.1.Tectonic location of the study area
長(zhǎng)4+5 段巖性主要為長(zhǎng)石砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖。碎屑成分中長(zhǎng)石相對(duì)含量平均為48.9%,常見(jiàn)絹云母化;石英相對(duì)含量平均為38.7%;巖屑相對(duì)含量平均為12.4%,巖屑以中—基性巖漿巖為主,為綠泥石的發(fā)育提供大量物質(zhì)基礎(chǔ)[27]。填隙物包括雜基和膠結(jié)物,雜基以黏土礦物為主,黏土礦物類(lèi)型以水云母、綠泥石和高嶺石為主;膠結(jié)物除黏土礦物外,還包括方解石、鐵方解石等。填隙物絕對(duì)含量為11.1%,其中高嶺石絕對(duì)含量為1.7%,水云母絕對(duì)含量為3.3%,綠泥石絕對(duì)含量為2.4%,鐵方解石絕對(duì)含量為3.3%,硅質(zhì)絕對(duì)含量為1.0%,整體成分成熟度很低。儲(chǔ)集層平均孔隙度為11.67%,平均滲透率為1.87 mD。按照SY/T 6285—2011《油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法》中碎屑巖儲(chǔ)集層物性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),長(zhǎng)4+5 段主要為低孔低滲儲(chǔ)集層,局部為特低孔低滲儲(chǔ)集層。
在觀察研究區(qū)內(nèi)23 口鉆井巖心的鑄體薄片以及掃描電鏡的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)4+5 段孔隙類(lèi)型多樣,主要包括剩余粒間孔和粒內(nèi)溶孔(圖2a、圖2b),其中剩余粒間孔所占比例最大,成因與綠泥石包膜以及石英顆粒的含量有關(guān)[27-28],面孔率較大;其次為粒內(nèi)溶孔,主要為長(zhǎng)石溶孔,面孔率不高。粒間溶孔分布頻率低于剩余粒間孔,主要為成巖早期形成的方解石遭受溶蝕后形成,面孔率較低。
喉道形態(tài)主要為片狀和彎片狀(圖2c—圖2f),反映砂巖中顆粒的接觸關(guān)系以線(xiàn)接觸為主,砂巖顆粒受壓實(shí)作用影響較大[30]。
圖2 研究區(qū)長(zhǎng)4+5段孔喉特征Fig.2.Porethroat characteristics of the Chang 4+5 member in the study area
前人對(duì)于孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度定量描述一般基于高壓壓汞資料,選擇多個(gè)高壓壓汞基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì),劃分儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)類(lèi)型[9,15,31]?;诟邏簤汗Y料的統(tǒng)計(jì)方法對(duì)于各類(lèi)儲(chǔ)集層都適用,但缺點(diǎn)是各個(gè)參數(shù)缺乏定量的參考范圍,僅僅通過(guò)比較來(lái)表明孔隙結(jié)構(gòu)的相對(duì)復(fù)雜程度,不便于開(kāi)展孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的定量評(píng)價(jià)。本文在高壓壓汞資料的統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上,利用孔隙結(jié)構(gòu)的分形特征,計(jì)算分形維數(shù),定量化表征孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。
收集研究區(qū)27口井長(zhǎng)4+5段的相關(guān)資料,結(jié)合試油結(jié)果,選取6口重點(diǎn)井20塊樣品進(jìn)行測(cè)試分析。為使孔隙結(jié)構(gòu)分類(lèi)結(jié)果更具有對(duì)比性,重點(diǎn)井包括日產(chǎn)油量10 t 以上的A164 井、日產(chǎn)油量1~2 t 的A158-42井以及日產(chǎn)油量在1 t以下的A186-26井。
基于高壓壓汞基礎(chǔ)參數(shù)統(tǒng)計(jì)以及高壓壓汞曲線(xiàn)形態(tài)分析,將研究區(qū)長(zhǎng)4+5 段孔隙結(jié)構(gòu)劃分為3 類(lèi)(圖3)。
圖3 研究區(qū)長(zhǎng)4+5段3類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)典型高壓壓汞曲線(xiàn)Fig.3.Typical high-pressure mercury intrusion curves of three types of pore structures in the Chang 4+5 member in the study area
Ⅰ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的孔隙度為10.60%~13.80%,滲透率為1.05~5.26 mD,排驅(qū)壓力為0.03~1.80 MPa,中值半徑為0.41~0.53 μm,分選系數(shù)為2.50~3.30,變異系數(shù)為0.23~0.41,最大進(jìn)汞飽和度為79.30%~96.62%。
Ⅰ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的排驅(qū)壓力相對(duì)較低,中值半徑較大,進(jìn)汞飽和度較高,孔喉連通性較好。該類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)主要分布在長(zhǎng)(4+5)2較厚的分流河道儲(chǔ)集砂體中,砂體主要為細(xì)砂巖,孔隙類(lèi)型以剩余粒間孔為主,其次為粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔;顆粒之間為點(diǎn)—線(xiàn)狀接觸,喉道類(lèi)型主要為縮頸型和片狀喉道。具有該類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)的砂體含油性相對(duì)較好。
Ⅱ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的孔隙度為13.20%~13.50%,滲透率為0.56~1.05 mD,排驅(qū)壓力為1.20~4.24 MPa,中值半徑為0.08~0.46 μm,分選系數(shù)為1.76~2.45,變異系數(shù)為0.14~0.24,最大進(jìn)汞飽和度為76.60%~90.26%。
Ⅱ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的排驅(qū)壓力開(kāi)始升高,中值半徑逐漸變小,進(jìn)汞飽和度稍有降低,孔喉連通性一般。該類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)主要分布在長(zhǎng)(4+5)2的分流河道砂體邊緣以及長(zhǎng)(4+5)1中較厚分流河道砂體,砂體主要為細(xì)砂巖以及粉—細(xì)砂巖,孔隙類(lèi)型以剩余粒間孔為主,其次為粒內(nèi)溶孔;顆粒之間為線(xiàn)狀接觸,喉道類(lèi)型包括縮頸型和片狀喉道,局部分布有彎片狀喉道。具有該類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)的砂體含油性一般。
Ⅲ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的孔隙度為8.90%~13.00%,滲透率為0.12~0.56 mD,排驅(qū)壓力為0.71~6.98 MPa,中值半徑為0.05~0.12 μm,分選系數(shù)為0.10~2.57,變異系數(shù)為0.13~0.23,最大進(jìn)汞飽和度為73.20%~85.60%。
Ⅲ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的排驅(qū)壓力相對(duì)較高,中值半徑相對(duì)較小,進(jìn)汞飽和度相對(duì)較低,孔喉連通性較差。該類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)普遍分布在長(zhǎng)(4+5)1分流河道砂體中,砂體主要為粉砂巖以及粉—細(xì)砂巖,孔隙類(lèi)型包括剩余粒間孔和粒內(nèi)溶孔;顆粒之間多為線(xiàn)狀和凹凸?fàn)罱佑|,喉道類(lèi)型包括片狀和彎片狀喉道,具有該類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)的砂體含油性相對(duì)較差。為定量表征研究區(qū)長(zhǎng)4+5 段孔隙結(jié)構(gòu),在上述研究基礎(chǔ)上,利用分形維數(shù)對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析。
利用上述20 塊樣品資料對(duì)分形維數(shù)進(jìn)行求取,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)長(zhǎng)4+5 段孔喉主要為孔徑0.1~2.5 μm 的微中孔(圖4a),其次為孔徑小于0.1 μm 的納米孔[23]。通過(guò)分形特征曲線(xiàn)(圖4b),計(jì)算出研究區(qū)長(zhǎng)4+5段孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)分布于2.57~2.71。為建立儲(chǔ)集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)與宏觀儲(chǔ)滲表現(xiàn)的關(guān)系,將分形維數(shù)與儲(chǔ)集層物性進(jìn)行交會(huì),發(fā)現(xiàn)分形維數(shù)與儲(chǔ)集層孔隙度和滲透率呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)性(圖4c、圖4d),反映出孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,儲(chǔ)集層物性越差。相對(duì)滲透率,孔隙度和分形維數(shù)的相關(guān)性較差。
圖4 研究區(qū)長(zhǎng)4+5段孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)特征及其與儲(chǔ)集層參數(shù)的關(guān)系Fig.4.Fractal dimensions of pore structures and their relations with reservoir parameters in the Chang 4+5 member in the study area
通過(guò)樣品孔隙度分析,結(jié)合相應(yīng)深度巖石薄片觀察,反映出儲(chǔ)集層中有較多孤立孔(多為粒內(nèi)溶孔),孤立孔雖然增加總孔隙度,微觀非均質(zhì)性依然較強(qiáng),滲透率并未有明顯改善。利用孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)與多個(gè)儲(chǔ)集層參數(shù)進(jìn)行交會(huì)(圖4e—圖4h),發(fā)現(xiàn)分形維數(shù)越高,儲(chǔ)集層微觀非均質(zhì)性越強(qiáng),在原本儲(chǔ)集空間較差的基礎(chǔ)上代表孔隙集中程度的分選系數(shù)反而越好,變異系數(shù)也就越好,但平均孔喉半徑逐漸減小,相應(yīng)中值壓力也逐漸升高,產(chǎn)能逐漸變差。整體反映出分形維數(shù)越高,代表孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,微觀非均質(zhì)性越強(qiáng)。研究區(qū)長(zhǎng)4+5 段孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)能很好地定量化表征孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。
利用分形維數(shù),對(duì)長(zhǎng)4+5段孔隙結(jié)構(gòu)分類(lèi)(表1),結(jié)合高壓壓汞基礎(chǔ)資料相關(guān)參數(shù)的范圍及變化,分類(lèi)結(jié)果更加合理和準(zhǔn)確。
表1 研究區(qū)長(zhǎng)4+5段孔隙結(jié)構(gòu)分類(lèi)Table 1.Classification of pore structures in the Chang 4+5 member in the study area
在上述孔隙結(jié)構(gòu)分類(lèi)基礎(chǔ)上,選取3 口井的8 個(gè)樣品進(jìn)行油水相滲實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)不同類(lèi)型孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的滲流特征差異較為明顯(圖5)。Ⅰ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的束縛水飽和度為40.60%,殘余油飽和度為32.42%,無(wú)水期驅(qū)油效率為23.72%,最終水驅(qū)油效率為45.01%,兩相共滲區(qū)為26.98%;Ⅱ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的束縛水飽和度為38.75%,殘余油飽和度為39.96%,無(wú)水期驅(qū)油效率為18.24%,最終水驅(qū)油效率為34.08%,兩相共滲區(qū)為21.29%;Ⅲ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的束縛水飽和度為43.81%,殘余油飽和度為35.24%,無(wú)水期驅(qū)油效率為12.57%,最終水驅(qū)油效率為36.51%,兩相共滲區(qū)為20.95%。
圖5 研究區(qū)3類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層典型相滲曲線(xiàn)Fig.5.Typical phase permeability curves of the reservoirs with three types of pore structures in the study area
Ⅰ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的束縛水飽和度一般,殘余油飽和度較低,兩相共滲區(qū)較高,驅(qū)油效率相對(duì)較高;Ⅱ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的束縛水飽和度稍降,殘余油飽和度最高,兩相共滲區(qū)明顯減少,驅(qū)油效率相對(duì)較低;Ⅲ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的束縛水飽和度最高,殘余油飽和度一般,兩相共滲區(qū)與Ⅱ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層基本一致,驅(qū)油效率也相似。
綜上所述,研究區(qū)Ⅰ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層比Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)的物性好,但隨著孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度增加,束縛水飽和度有增加趨勢(shì),驅(qū)油效率逐漸降低,兩相共滲區(qū)也逐漸縮小。
針對(duì)區(qū)塊產(chǎn)量下降較快,水驅(qū)控制程度不高等問(wèn)題,需要明確不同類(lèi)型孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層在平面上分布特征,再應(yīng)用不同開(kāi)發(fā)方式解決問(wèn)題。類(lèi)似于巖石物理相的平面預(yù)測(cè)[32],以巖心歸位為基礎(chǔ),確保測(cè)井曲線(xiàn)與巖心深度相對(duì)應(yīng),以便于建立孔隙結(jié)構(gòu)的測(cè)井模型。能反映孔隙結(jié)構(gòu)的測(cè)井曲線(xiàn)包括自然伽馬(GR)、自然電位(SP)、聲波時(shí)差(AC)和電阻率(RT)[33-34],分別提取3類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的測(cè)井參數(shù)。對(duì)3類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行fisher判別,建立多元判別函數(shù):
在建立3 種判別函數(shù)后,將已知孔隙結(jié)構(gòu)樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)相應(yīng)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)值帶入函數(shù),對(duì)樣品的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行判別,數(shù)值最大的為相應(yīng)的孔隙結(jié)構(gòu)類(lèi)型,如果與已知孔隙結(jié)構(gòu)一致,則判別函數(shù)合理。對(duì)比15 個(gè)已知樣品,有12 個(gè)樣品判別結(jié)果一致,判別成功率為80%。認(rèn)為儲(chǔ)集層中的填隙物及粒徑控制孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度,而不同測(cè)井曲線(xiàn)對(duì)于填隙物及粒徑的變化敏感程度不一致,因此判別成功率達(dá)不到100%。
利用孔隙結(jié)構(gòu)的判別函數(shù),對(duì)研究區(qū)內(nèi)不同孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的平面分布特征進(jìn)行分析(圖6),長(zhǎng)(4+5)1內(nèi)Ⅲ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的分布最廣,呈片狀分布于研究區(qū)東部以及北部局部地區(qū);Ⅱ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的分布面積次之,在西南部呈小片狀分布,整體呈現(xiàn)出河道的形態(tài)特征;Ⅰ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層分布主要呈現(xiàn)條帶狀,在研究區(qū)西部部分地區(qū)連續(xù)性較好。
圖6 研究區(qū)長(zhǎng)4+5段不同類(lèi)型孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層分布Fig.6.Distribution of the reservoirs with three types of pore structures in the Chang 4+5 member in the study area
長(zhǎng)(4+5)2內(nèi)Ⅲ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的分布范圍相對(duì)長(zhǎng)(4+5)1明顯縮小,呈片狀分布于研究區(qū)西部以及東南部局部地區(qū);Ⅱ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的分布面積與長(zhǎng)(4+5)1相比有所增加,且連續(xù)性較好,為長(zhǎng)(4+5)2廣泛發(fā)育的孔隙結(jié)構(gòu)類(lèi)型;Ⅰ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層分布依然呈現(xiàn)條帶狀,但面積明顯增加,主要分布于研究區(qū)中部,整體連續(xù)性較好。
(1)鄂爾多斯盆地胡154 區(qū)塊三疊系長(zhǎng)4+5 段孔隙類(lèi)型以剩余粒間孔為主,其次為粒內(nèi)溶孔;喉道類(lèi)型主要為片狀和彎片狀喉道。
(2)研究區(qū)目的層孔隙結(jié)構(gòu)劃分為3 類(lèi):Ⅰ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)為2.57~2.61,分選系數(shù)為1.62~3.30,中值半徑為0.07~0.62 μm,兩相共滲區(qū)為26.98%,驅(qū)油效率為45.01%;Ⅱ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)為2.61~2.66,分選系數(shù)為1.25~2.89,中值半徑為0.08~0.36 μm,兩相共滲區(qū)為21.29%,驅(qū)油效率為34.08%;Ⅲ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)為2.66~2.71,分選系數(shù)為0.10~2.63,中值半徑為0.05~0.12 μm,兩相共滲區(qū)為20.95%,驅(qū)油效率與Ⅱ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)相似。
(3)利用4 條測(cè)井曲線(xiàn)建立不同孔隙結(jié)構(gòu)的判別函數(shù),發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)(4+5)2孔隙結(jié)構(gòu)類(lèi)型以Ⅱ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)和Ⅰ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)為主,長(zhǎng)(4+5)1以Ⅲ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)和Ⅱ類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)為主。