朝陽溝油田楊大城子油層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究

殷代印，張旭東

朝陽溝油田楊大城子油層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究

殷代印，張旭東

（東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

多年水驅(qū)開發(fā)，與扶余油層相比相同滲透率級(jí)別楊大城子油層表現(xiàn)出含水率上升快、注水壓力高、開發(fā)效果差等問題。為了找出問題的原因，對(duì)楊大城子油層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究。首先分別應(yīng)用CT掃描和恒速壓汞技術(shù)測量不同滲透率級(jí)別楊大城子油層和扶余油層共18塊天然巖心的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，研究喉道半徑、孔隙半徑、孔喉比、配位數(shù)等微觀孔隙結(jié)構(gòu)分布頻率及變化規(guī)律，然后進(jìn)行多參數(shù)線性回歸分析，明確影響儲(chǔ)層滲透率大小的主控微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，最后與相同滲透率級(jí)別的扶余油層巖心相對(duì)比。結(jié)果表明，對(duì)于儲(chǔ)層滲透率相同的楊大城子油層與扶余油層，平均孔隙半徑相差不到1%，而喉道半徑、孔喉比、配位數(shù)等微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征具有明顯差異，分別相差17.4%、8.9%、5.2%，是決定儲(chǔ)層滲流能力大小的關(guān)鍵因素。

楊大城子油層； 微觀孔隙結(jié)構(gòu)； 恒速壓汞； 主控因素； 扶余油層

1986年扶余油層開始投入開發(fā)，由于當(dāng)時(shí)楊大城子儲(chǔ)層厚度小于0.5 m，所以開發(fā)扶余油層時(shí)并未發(fā)現(xiàn)楊大城子油層。1987年在實(shí)施扶余油層開發(fā)方案加深鉆井時(shí)發(fā)現(xiàn)新層系——楊大城子油層[1?2]。已有很多學(xué)者對(duì)楊大城子油層的開發(fā)效果進(jìn)行了研究，但對(duì)在滲透率相近時(shí)為什么楊大城子油層比扶余油層開發(fā)效果差的原因卻很少有研究。本文利用CT掃描和恒速壓汞技術(shù)對(duì)喉道半徑、孔隙半徑、配位數(shù)、孔喉比等微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行研究，建立了各孔隙單一參數(shù)與滲透率的線性回歸方程，得到了楊大城子油層開發(fā)效果比扶余油層差的主要原因是儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征存在著一定的差別。

1 CT掃描實(shí)驗(yàn)及恒速壓汞實(shí)驗(yàn)

目前常用的表征儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的參數(shù)主要有喉道半徑、孔隙半徑、配位數(shù)、孔喉比、迂曲度及形狀因子6個(gè)參數(shù)[3]。除重要性較小的迂曲度和形狀因子外，本文研究了前4個(gè)主要參數(shù)，這些微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響楊大城子油層能否有效開發(fā)動(dòng)用。

本文研究所用的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)巖心取自朝陽溝油田朝103?62檢查取心井具有代表性的密閉巖心樣品，分別進(jìn)行含油飽和度化驗(yàn)分析、CT掃描、恒速壓汞等實(shí)驗(yàn)。

1.1 CT掃描實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用高頻率CT機(jī)SkyScan1172（美國布魯克海文儀器公司），檢測能力達(dá)到0.1 μm，最大放大倍數(shù)下的像素小于0.9 μm。對(duì)樣品進(jìn)行全角度、全方位多次成像，選取30～50層進(jìn)行三維重結(jié)，選取合適的灰度值范圍，重結(jié)巖樣的骨架，反向選取灰度范圍，重結(jié)巖樣的孔隙。

對(duì)楊大城子油層9塊不同滲透率的巖心樣品進(jìn)行CT掃描，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知巖心孔隙半徑分布頻率與喉道半徑分布頻率符合正態(tài)分布而且曲線的峰值都向左移。其原因是隨著滲透率的減小，流體在儲(chǔ)層的流動(dòng)能力越差，可動(dòng)流體空間就越小。兩者不同的是喉道半徑分布頻率峰值左移且明顯增高，孔隙半徑峰值略左移但差距不大?？缀肀仁强紫栋霃脚c喉道直徑的比值，隨著巖心滲透率的降低孔隙半徑無明顯變化，而喉道半徑變小導(dǎo)致孔喉比峰值右移。孔喉比分布頻率曲線基本呈正態(tài)分布，分布在0～350，主要集中在50～200。配位數(shù)分布頻率曲線基本符合正態(tài)分布，且隨著巖心滲透率的降低，配位數(shù)峰值略微左移，分布在1～6，主要集中在2～3，大于3的孔喉很少（見圖1）。

1.2 恒速壓汞實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用美國Coretest公司的ASPE730恒速壓汞儀。壓力0～7 MPa，注射最低速度0.000 05 mL/min，巖心樣品外觀體積約為1.5 cm3，界面張力為0.485 N/m。恒速壓汞技術(shù)測試儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)原理示意如圖2所示。

（1）微觀均質(zhì)系數(shù)：不同級(jí)別喉道大小分布是否均勻與該系數(shù)值有關(guān)，該系數(shù)值越大則測試巖心的喉道半徑越均勻，也就越接近最大喉道半徑[4?5]。

（2）平均喉道半徑：取喉道半徑分布的方均根，則[5?6]：

（3）主流喉道半徑。

（4）單個(gè)喉道對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)率[7?8]：

（5）相對(duì)分選系數(shù)：喉道大小分布是否集中于平均值，取決于相對(duì)分選系數(shù)的大小，相對(duì)分選系數(shù)越小則儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)越均勻[9?10]。

圖2　恒速壓汞技術(shù)測試儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)原理示意

在儲(chǔ)層巖石中，喉道較小且尺寸僅為孔隙的1/5～1/10，喉道半徑成為控制和制約巖石滲流能力的重要參數(shù)。喉道控制儲(chǔ)層滲流能力,進(jìn)而決定開發(fā)難度和開發(fā)效果。通過對(duì)9塊樣品恒速壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析可知，隨著滲透率的降低，孔隙半徑分布規(guī)律沒有明顯的變化趨勢，結(jié)果如圖3所示。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，壓汞實(shí)驗(yàn)獲得的微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與CT掃描實(shí)驗(yàn)是一致的。與CT掃描實(shí)驗(yàn)相比，恒速壓汞實(shí)驗(yàn)除了測量本文4個(gè)主要微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)外，還能測量出主流喉道半徑參數(shù)、相對(duì)分選系數(shù)及均質(zhì)系數(shù)，結(jié)果如表1、圖4所示。

從表1、圖4中可看出，隨著滲透率增大，最大喉道半徑、平均喉道半徑以及主流喉道半徑都相應(yīng)增大，而且都與滲透率有較好的線性關(guān)系，說明喉道分布是影響儲(chǔ)層滲流性質(zhì)的重要因素，進(jìn)而影響開發(fā)效果[11?12]。

如果儲(chǔ)層滲透率主要由較大的喉道所貢獻(xiàn)，則流體的滲流通道大，滲流阻力小，滲流能力強(qiáng)，儲(chǔ)層的開發(fā)潛力大。反之，如果儲(chǔ)層滲透率主要由細(xì)小的喉道所貢獻(xiàn)，則流體的滲流阻力大，滲流能力弱，儲(chǔ)層的開發(fā)難度加大[13?14]。滲透率在5～10 mD的巖心，對(duì)滲透率作主要貢獻(xiàn)的喉道主要分布在2.0～3.0 μm，開發(fā)潛力大；滲透率在2～5 mD的巖心，對(duì)滲透率作主要貢獻(xiàn)的喉道主要分布在2.0 μm左右，具有一定的開發(fā)潛力，但開發(fā)難度加大；滲透率在1～2 mD的巖心，對(duì)滲透率作主要貢獻(xiàn)的喉道主要分布在1.0～1.5 μm，這類儲(chǔ)層主流喉道半徑小，啟動(dòng)壓力梯度大，開發(fā)動(dòng)用十分困難。

圖3　巖心孔隙半徑、喉道半徑分布

表1　壓汞巖心孔喉參數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4　喉道大小對(duì)滲透率貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率分布曲線

2 不同參數(shù)與滲透率之間的關(guān)系

通過CT掃描、恒速壓汞等實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)取自朝陽溝油田朝103?62檢查取心井的巖心開展室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，獲得4個(gè)主要微觀孔隙參數(shù)之間的差別，進(jìn)一步深刻認(rèn)識(shí)油層特點(diǎn)、明確儲(chǔ)層滲流特征、進(jìn)行儲(chǔ)層合理分類。不同滲透率級(jí)別巖心微觀孔隙結(jié)構(gòu)分布特征差異統(tǒng)計(jì)如表2所示。

本文進(jìn)行單一孔隙參數(shù)與滲透率相關(guān)性分析是為了進(jìn)一步分析各參數(shù)的影響，結(jié)果如圖5所示。從圖5中得出，滲透率與孔隙半徑相關(guān)性很??；與喉道半徑、孔喉比呈指數(shù)關(guān)系；與配位數(shù)成線性關(guān)系。根據(jù)上述回歸關(guān)系，總結(jié)微觀孔隙參數(shù)對(duì)滲透率的影響特征為：

（1）喉道半徑對(duì)滲透率的影響體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是對(duì)滲透率有貢獻(xiàn)的喉道比例，二是喉道半徑的大小。當(dāng)平均喉道半徑小于1 μm時(shí)（對(duì)應(yīng)滲透率小于2 mD），對(duì)滲透率有貢獻(xiàn)的喉道比例是主要影響因素，隨著平均喉道半徑的增大有貢獻(xiàn)的喉道數(shù)量增幅不大，導(dǎo)致滲透率增加平緩；當(dāng)平均喉道半徑介于1～2 μm時(shí)（對(duì)應(yīng)滲透率2～5 mD），兩者都同時(shí)起到作用，滲透率增幅隨著平均喉道半徑的增大而變大；當(dāng)平均喉道半徑大于2 μm后，對(duì)滲透率有貢獻(xiàn)的喉道比例趨于穩(wěn)定，起主要影響因素的是喉道半徑，隨著該值的增加，滲透率急劇增大。

（2）孔喉比的影響特征與喉道半徑正好相反，三段的分界點(diǎn)分別出現(xiàn)在130和110。

（3）配位數(shù)對(duì)滲透率的影響呈線性關(guān)系，隨著孔隙流動(dòng)通道個(gè)數(shù)的增加，滲透率直線上升。

基于巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在滲透率與單一孔隙參數(shù)相關(guān)性分析基礎(chǔ)上，通過多參數(shù)線性回歸分析，得到滲透率與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系式。其中平均喉道半徑、孔喉比、配位數(shù)對(duì)滲透率影響程度大，孔隙半徑影響程度最小。

上述結(jié)果表明，油層滲透率相同，但儲(chǔ)層的主要微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，如喉道半徑、孔喉比、配位數(shù)等可能不同，而這些微觀孔隙參數(shù)對(duì)開發(fā)效果又有很大影響，不能用滲透率單一指標(biāo)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層性質(zhì)。因此，在儲(chǔ)層中引入微觀孔隙參數(shù)十分必要。

表2　不同滲透率級(jí)別巖心微觀孔隙特征

圖5　滲透率與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系

3 楊大城子油層與扶余油層孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)比

朝陽溝油田開發(fā)實(shí)踐表明，滲透率相近的楊大城子油層和扶余油層開發(fā)效果存在較大的差別，其主要原因是儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征存在一定的差別。選取扶余油層與楊大城子油層滲透率相近的實(shí)驗(yàn)巖心進(jìn)行對(duì)比，研究分析4個(gè)主要微觀參數(shù)之間的差別，實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如圖6所示，對(duì)比統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。圖6結(jié)果表明，相同滲透率級(jí)別楊大城子油層與扶余油層相比，孔隙半徑相差不到1%，幾乎沒有差別；喉道半徑、孔喉比、配位數(shù)差別較大，楊大城子油層偏低至少5%，并且隨著滲透率的降低，這種差別逐漸加大，特別是對(duì)滲流能力影響最大的喉道半徑，楊大城子油層明顯偏低，最大達(dá)到25%以上，表明楊大城子油層地下流體滲流阻力大，儲(chǔ)層開發(fā)效果比扶余油層差。

4 結(jié) 論

（1）楊大城子油層的顯著特征是喉道半徑小且分布范圍集中，主要集中分布在0.2～2.0 μm，大于2.0 μm的喉道很少。

（2）對(duì)各參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后建立孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與滲透率的線性回歸方程。結(jié)構(gòu)表明，滲透率受平均喉道半徑、平均孔喉比、平均配位數(shù)因素的綜合影響，其中平均喉道半徑影響最大，系數(shù)達(dá)到0.370；平均孔隙半徑的系數(shù)只有0.003，可以認(rèn)為對(duì)滲透率沒有影響。

（3）相同滲透率級(jí)別楊大城子油層與扶余油層相比，平均孔隙半徑相差不到1%，而喉道半徑、孔喉比、配位數(shù)等微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征具有明顯差異，分別相差17.4%、8.9%、5.2%，是決定儲(chǔ)層滲流能力大小的關(guān)鍵因素。

圖6　滲透率與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的對(duì)比

表3　楊大城子油層與扶余油層微觀孔隙結(jié)構(gòu)分布特征差異統(tǒng)計(jì)

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Study on Micro Pore Structure Characteristics of Yangdachengzi Oil Layer in Chaoyanggou Oilfield

Yin Daiyin， Zhang Xudong

（School of Petroleum Engineering，Northeast Petroleum University，Daqing Heilongjiang 163318，China）

Years of waterflooding researches show that Yangdachengzi reservoir possessing the same permeability level with Fuyu reservoir, has some severely problems, such as more rapid increasing of water cut, higher water injection pressure and poorer development effect. In order to study the influence factors for these problems, micro pore structure of Yangdachengzi reservoir was investigated. Firstly, the micro pore structure of 18 natural cores in Yangdachengzi and Fuyu reservoirs with different permeability levels, including throat radius, pore radius, pore throat ratio and coordination number were compared using CT scanning and constant velocity mercury injection technology respectively, in order to find out the distribution frequency and variation rules of micro pore structure. Then, the most controlling micro pore structure parameter affecting reservoir permeability was investigated using multi parameter linear regression analysis method. Finally, the pore structure parameters were compared with those of Fuyu oil layer with the same permeability level to explain the reasons for poor physical properties and difficult development of Yangdachengzi oil layer. The results show that the average pore radius difference is less than 1% between the Yangdachengzi and Fuyu reservoir with the same reservoir permeability, while the throat radius, pore throat ratio, coordination number and other microscopic pore structure parameters exhibit significant differences of 17.4%, 8.9% and 5.2% respectively, which are the key factors determining the reservoir seepage capacity.

Yangdachengzi reservoir； Micro pore structure； Constant rate mercury injection； Main control factor； Fuyu reservoir

TE122

A

10.3969/j.issn.1006?396X.2021.04.007

1006?396X（2021）04?0039?07

http://journal.lnpu.edu.cn

2021?03?15

2021?05?07

國家科技重大專項(xiàng)“致密油藏壓敏效應(yīng)及基質(zhì)裂縫間竄流規(guī)律研究”（20172X05072?005?005）。

殷代?。?966?），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事油藏?cái)?shù)值模擬和油田開發(fā)動(dòng)態(tài)分析方面研究；E?mail:yindaiyin@163.com。

張旭東（1997?），女，碩士研究生，從事油藏?cái)?shù)值模擬方面研究；E?mail：1912473277@qq.com。

（編輯 王戩麗）