白云巖差異壓實及對儲層物性保存的控制作用

佘 敏, 沈安江, 呂玉珍, 陳 薇,李 昌, 張 友, 郝 毅

(1.中國石油杭州地質(zhì)研究院,浙江杭州 310023; 2.中國石油集團碳酸鹽巖儲層重點實驗室,浙江杭州 310023)

近年來,中國油氣勘探目的層由中淺層向深層和超深層、資源類型由常規(guī)向非常規(guī)快速延伸,在白云巖儲層中發(fā)現(xiàn)了若干大型—超大型(油)氣田,如四川盆地普光氣田[1-2]、鄂爾多斯盆地靖邊氣田[3]、四川盆地磨溪-高石梯氣田[4]和塔里木盆地富滿油田[5]等?？碧綄嵺`表明,白云巖儲層具有儲集空間類型復(fù)雜多樣和物性變化大特征,既可以在超深層發(fā)育高孔滲的孔隙和孔洞[6],也可能在中淺層主要發(fā)育裂縫和低孔滲的孔隙,要在中國300多萬平方公里的碳酸鹽巖發(fā)育地區(qū)取得油氣勘探的更大突破,對白云巖儲層孔隙成因及其保存規(guī)律的合理認(rèn)識至關(guān)重要。前人較多關(guān)注白云巖孔隙成因研究[7-8],認(rèn)識到儲集空間主要是對先存孔隙的繼承,近地表低溫條件下溶蝕改造至關(guān)重要[9],然而對于孔隙保存及其控制因素研究進(jìn)展緩慢,主要認(rèn)識是白云巖比灰?guī)r更具抗壓實屬性[10],但該認(rèn)識既不嚴(yán)謹(jǐn)也缺乏指導(dǎo)意義。經(jīng)過埋藏壓實作用后,白云巖厚度減小,孔隙度和滲透率降低,那么在中—深埋藏成巖階段,不同類型白云巖是否存在差異壓實,白云巖抗壓實效率如何定量評價,又如何識別出更具抗壓實能力的白云巖,這些都是制約當(dāng)前深層和非常規(guī)白云巖儲層勘探與開發(fā)的關(guān)鍵問題。20世紀(jì)50年代以來,國內(nèi)外學(xué)者陸續(xù)開展了碳酸鹽巖在有效應(yīng)力作用下的孔隙度和滲透率演化試驗[11-20],但是,以往試驗樣品多以低孔或裂縫型灰?guī)r為主,缺乏針對中—深成巖階段白云巖物性保存機制研究,尤其缺少對比不同巖石物性和孔隙空間類型白云巖的壓實模擬。筆者采用天然巖心進(jìn)行試驗,模擬白云巖孔隙度和滲透率隨有效應(yīng)力的變化,對比不同物性和孔隙空間類型白云巖孔隙度和滲透率的演化規(guī)律及其保存效率,初步明確壓實作用下白云巖孔隙空間和連通屬性的保存機制,為深層和致密型白云巖儲層預(yù)測和高效開發(fā)提供理論參考。

1 試驗方法

1.1試驗樣品

本次試驗主要通過模擬壓實作用過程中白云巖的孔隙度和滲透率變化,分析不同初始物性和孔隙空間類型白云巖的抗壓實效應(yīng)。試驗所用樣品主要采自四川盆地,顯微鏡下薄片鑒定巖性包括砂屑白云巖、鮞粒白云巖、細(xì)中晶白云巖、含生屑細(xì)晶白云巖和殘留生屑結(jié)構(gòu)中粗晶白云巖(圖1,藍(lán)色為鑄體)。根據(jù)碳酸鹽巖儲集空間的形態(tài),可將其孔隙空間分為孔隙和裂隙兩大類。儲集空間長寬比小于10∶1者稱為孔隙,大于10∶1者稱為裂縫。強子同[21]將碳酸鹽巖儲集層孔隙結(jié)構(gòu)劃分為孔隙與喉道、孔洞和裂縫3種類型,其中孔隙是指儲集巖中幾個顆粒之間較大的孔隙空間,而連接兩個孔隙的狹窄部分稱為喉道,孔隙孔徑限定在2 mm以下,孔隙類型包括粒間孔、晶間孔、鑄?？住⑸锕羌芸缀网B眼孔等;孔洞是指孔徑大于2 mm的孔隙空間,大多是溶蝕作用形成的。根據(jù)碳酸鹽巖孔隙結(jié)構(gòu)劃分方法,將13塊次白云巖樣品劃分為孔隙型、孔洞型和裂縫型3種類型,其中孔隙型樣品孔隙類型主要包括粒間孔、晶間孔和鮞?？?孔洞型樣品孔隙類型主要是溶蝕孔洞;裂縫型樣品孔隙類型發(fā)育裂縫且顯孔不發(fā)育。試驗樣品孔隙度為2.107%～20.316%、滲透率為(0.073～61 744.96)×10-3μm2,并通過X射線衍射儀測定了白云巖樣品的礦物組成(表1)。

1.2 試驗設(shè)備和方法

試驗采用美國巖心公司生產(chǎn)的CMS300覆壓孔滲測量儀,開展非穩(wěn)態(tài)壓力衰減孔滲聯(lián)測方法,滲透率采用達(dá)西-克氏-費氏綜合計算模型,孔隙度采用改進(jìn)型波義爾定律結(jié)合的標(biāo)定技術(shù)。試驗采取氣測法,用氦氣作為測試流體,利用施加于巖心樣品圍壓代表巖石有效應(yīng)力。參考龍王廟組白云巖氣藏MX13氣井參數(shù),儲層滲透率1.5×10-3μm2,埋深4 600 m,原始?xì)獠貕毫?5 MPa,上覆巖層壓力110 MPa,有效應(yīng)力35 MPa。試驗設(shè)計巖心樣品初始圍壓為3.5 MPa,再逐級增加至5、10、15、20、30、40和50 MP。試驗流程為,鉆取直徑2.5 cm、高度3～5 cm的柱塞樣,在105 ℃下烘干至恒重,將柱塞樣裝入巖心夾持器,出口通大氣,依次模擬不同上覆壓力下壓實作用,每個圍壓點達(dá)到后先穩(wěn)定60 min[22],再測量對應(yīng)有效應(yīng)力下柱塞樣機械壓實下的孔隙度和滲透率,初始狀態(tài)下樣品(圍壓為3.5 MPa)的孔隙度為φ0,滲透率為k0,其他壓力點下樣品的孔隙度為φi,滲透率為ki?？紤]到本次試驗主要討論不同類型白云巖在有效應(yīng)力作用下的物性保存規(guī)律,為了避免溫度因素干擾,試驗統(tǒng)一在室溫25 ℃條件下進(jìn)行。

圖1 光學(xué)顯微鏡下白云巖薄片的照片F(xiàn)ig.1 Thin section of dolomite observed with optical microscopy

表1 白云巖孔隙度、滲透率和X衍射全巖分析

2 試驗結(jié)果與討論

白云巖在持續(xù)埋深或在衰竭式開采過程中,巖石骨架承受的有效應(yīng)力會增加,隨著有效應(yīng)力增大,白云巖中微粒被擠碎、壓實,充填于裂縫間隙,孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,裂縫的微凸體發(fā)生壓縮、錯動和嚙合等,導(dǎo)致儲集層的滲透率和孔隙度發(fā)生變化。白云巖初始物性和孔隙空間類型的不同可能導(dǎo)致白云巖抗壓實能力存在明顯差異。參考李傳亮[23]提出的儲層巖石的應(yīng)力敏感指數(shù)定義,給出白云巖在有效應(yīng)力作用下孔隙度和滲透率保存指數(shù)。

白云巖在機械壓實作用下孔隙度保存程度定義為外應(yīng)力增大一定數(shù)值時孔隙度與初始孔隙度的比值, 即

(1)

式中,Sφ為白云巖機械壓實過程中孔隙度保存指數(shù);φi為巖心樣品在升壓過程中各壓力點的孔隙度,%;φ0為巖心樣品在初始壓力點下的孔隙度,%。

白云巖在機械壓實作用下滲透率保存程度定義為外應(yīng)力增大一定數(shù)值時滲透率占初始滲透率的比值, 即

(2)

式中,Sk為白云巖機械壓實過程中滲透率保存指數(shù);ki為巖心樣品在升壓過程中各壓力點的滲透率,10-3μm2;k0為巖心樣品在初始壓力點下的滲透率,10-3μm2。

2.1 白云巖儲層物性保存與有效應(yīng)力之間的關(guān)系

2.1.1 孔隙度保存規(guī)律

根據(jù)式(1)計算，白云巖有效應(yīng)力作用下孔隙度保存指數(shù)曲線見圖2。試驗數(shù)據(jù)表明，有效應(yīng)力由3.5 MPa升至50 MPa過程中，由于壓實作用，導(dǎo)致白云巖孔隙度逐漸降低，但壓實過程中不同白云巖的孔隙度保存指數(shù)不盡相同，最高可達(dá)0.89，最低只有0.40，說明不同類型白云巖抗壓實能力存在顯著差異，而不能簡單認(rèn)為白云巖抗壓實。另外，在有效應(yīng)力逐漸加大過程中，白云巖壓實減孔效應(yīng)明顯具有分段性，存在兩種特征：

(1)早期快速減孔、后期基本保持不變，主要是孔隙度大于5%的白云巖。以編號4-1樣品為例，有效應(yīng)力由3.5 MPa升至10 MPa時，白云巖壓實減孔效應(yīng)最顯著，孔隙度由5.111%降至3.830%，保存指數(shù)為0.75；當(dāng)圍壓升至50 MPa后，孔隙度降至3.300%，保存指數(shù)為0.65；早期10 MPa范圍內(nèi)，機械壓實作用減孔量占總減孔量的71.4%。

(2)早期持續(xù)快速減孔、后期持續(xù)緩慢減孔，適用于孔隙度小于5%的白云巖。以編號9-1樣品為例，有效應(yīng)力由3.5 MPa升至10 MPa過程中，白云巖壓實減孔效應(yīng)最顯著，孔隙度由初始2.550%降至2.165%，保存指數(shù)為0.85；當(dāng)圍壓升至50 MPa后，孔隙度降至1.579%，保存指數(shù)為0.62；早期10 MPa范圍內(nèi)，機械壓實作用減孔量占總減孔量的39.5%。對于孔隙度大于5%的白云巖來說，壓實減孔主要發(fā)生在有效應(yīng)力施壓的早期階段，當(dāng)有效應(yīng)力超過10 MPa后，孔隙度基本不變；對于孔隙度小于5%的白云巖來說，隨著有效應(yīng)力增加，早期孔隙度快速減少周期比較長，一直到30 MPa，之后壓實減孔作用仍然持續(xù)進(jìn)行，只是進(jìn)入緩慢降低階段。試驗數(shù)據(jù)對比說明，在有效應(yīng)力增加過程中，由于初始孔隙度的差異，白云巖孔隙度保存能力也不同，壓實作用會導(dǎo)致白云巖孔隙度進(jìn)一步差異化，初始孔隙度大于5%的白云巖更有利于孔隙保存。

圖2 白云巖有效應(yīng)力作用下孔隙度保存指數(shù)演化曲線Fig.2 Evolution curve of porosity preservation index of dolomite under effective stress

2.1.2 滲透率保存規(guī)律

根據(jù)式(2)計算的白云巖有效應(yīng)力作用下滲透率保存指數(shù)曲線見圖3。試驗數(shù)據(jù)表明，有效應(yīng)力由3.5 MPa升至50 MPa過程中，壓實作用導(dǎo)致白云巖滲透率逐漸降低，但壓實過程中不同白云巖的滲透率保存指數(shù)不盡相同，最高可達(dá)0.95，而最低只有0.001，說明白云巖滲透率抗壓實屬性存在顯著差異。另外，在有效應(yīng)力逐漸加大過程中，白云巖滲透率下降也具有分段性，存在兩種特征：

(1)早期快速降低、后期基本保持不變。以編號3-1樣品為例，有效應(yīng)力由3.5 MPa升至10 MPa時，白云巖滲透率下降顯著，由16.521×10-3μm2降至9.850×10-3μm2，保存指數(shù)為0.60；當(dāng)圍壓升至50 MPa后，滲透率降至8.310×10-3μm2，保存指數(shù)為0.50；早期10 MPa范圍內(nèi)，機械壓實作用導(dǎo)致滲透率減少量占總減少量的80.0%。

圖3 白云巖有效應(yīng)力作用下滲透率保存指數(shù)演化曲線Fig.3 Evolution curve of permeability preservation index of dolomite under effective stress

(2)早期持續(xù)快速降低、后期持續(xù)緩慢降低。以編號4-2樣品為例，有效應(yīng)力由3.5 MPa升至10 MPa過程中，白云巖滲透率減少最顯著，由初始0.581×10-3μm2降至0.183×10-3μm2，保存指數(shù)為0.31；當(dāng)圍壓升至50 MPa后，滲透率降至0.023×10-3μm2，保存指數(shù)為0.04；早期10 MPa范圍內(nèi)，機械壓實作用下樣品滲透率減少量占總減少量的71.9%。對比13塊次樣品壓實作用效果來看，白云巖滲透率保存效應(yīng)與其初始孔隙度之間相關(guān)性不明顯。因此當(dāng)評價白云巖壓實過程中孔隙度和滲透率保存效應(yīng)能時，有必要基于孔隙空間類型進(jìn)行深入分析。

2.2 不同類型白云巖儲層物性保存差異

2.2.1 孔隙型白云巖

孔隙型白云巖有效應(yīng)力作用下孔隙度和滲透率保存指數(shù)曲線見圖4。對比來看，在有效應(yīng)力逐漸加大過程中，孔隙型白云巖的孔隙度和滲透率保存指數(shù)曲線演化特征基本一致，均存在兩種類型：

(1)一種是早期快速下降、后期基本不變，對應(yīng)樣品為發(fā)育粒間孔和晶間孔的白云巖，且孔隙度大于5%。以編號7-1樣品為例，圍壓加至10 MPa之前孔隙度和滲透率下降幅度較快，孔隙度和滲透率保存指數(shù)分別是0.87和0.96，滲透率應(yīng)力保存指數(shù)是孔隙度應(yīng)力保存指數(shù)的1.10倍；當(dāng)圍壓達(dá)到50 MPa時，孔隙度和滲透率保存指數(shù)分別是0.80和0.91，滲透率應(yīng)力保存指數(shù)是孔隙度應(yīng)力保存指數(shù)的1.13倍，說明該類型白云巖的滲透率保存能力大于孔隙度，原因可能是樣品發(fā)育孔隙以細(xì)、中孔為主，且喉道類型以孔隙收縮喉道為主，孔隙空間調(diào)整有限，喉道收縮相對更加有限，宏觀結(jié)果是孔隙度和滲透率抗壓實能力強。

圖4 孔隙型白云巖在有效應(yīng)力作用下孔隙度和滲透率保存指數(shù)演化曲線Fig.4 Preservation index evolution curve of porosity & permeability of porosity type dolomite under effective stress

(2)另一種是早期快速下降、后期持續(xù)緩慢下降，對應(yīng)樣品為發(fā)育鮞?？装自茙r或孔隙度小于5%的粒間孔和晶間孔白云巖。對于7-2樣品，圍壓加至10 MPa之前孔隙度和滲透率下降幅度較快，孔隙度和滲透率保存指數(shù)分別是0.75和0.71，滲透率應(yīng)力保存指數(shù)是孔隙度應(yīng)力保存指數(shù)的0.95倍；當(dāng)圍壓從10 MPa升到50 MPa過程時，孔隙度和滲透率均逐漸變小，50 MPa時樣品保存指數(shù)均是0.36。原因可能是樣品初始孔隙度只有4.118%，發(fā)育孔隙占比以微孔為主，且喉道類型以管狀和片狀喉道為主，持續(xù)施加圍壓過程中，此類喉道抗壓實能力較弱，導(dǎo)致部分喉道閉合，從而使部分微孔隙不連通，孔隙度也相應(yīng)持續(xù)下降，宏觀表現(xiàn)為孔隙度和滲透率抗壓實能力弱。對于8-1樣品，圍壓加至10 MPa之前孔隙度和滲透率下降幅度較快，孔隙度和滲透率保存指數(shù)分別是0.78和0.49，滲透率應(yīng)力保存指數(shù)是孔隙度應(yīng)力保存指數(shù)的0.95倍；當(dāng)圍壓從10 MPa升到50 MPa過程時，孔隙度和滲透率保存指數(shù)分別是0.57和0.11，滲透率應(yīng)力保存指數(shù)是孔隙度應(yīng)力保存指數(shù)的0.19倍，說明該類型白云巖的滲透率保存率遠(yuǎn)小于孔隙度。發(fā)育鮞?？椎陌自茙r初始孔隙度為5.58%，當(dāng)圍壓加至10 MPa時，孔隙度降至4.34%，樣品中晶間微孔占比較高，當(dāng)圍壓增加時，晶間微孔持續(xù)調(diào)整導(dǎo)致孔隙度繼續(xù)下降，在壓實過程中發(fā)育的微縫和晶間片狀喉道抗壓實能力非常弱，導(dǎo)致滲透率持續(xù)下降，宏觀表現(xiàn)為孔隙度和滲透率抗壓實能力弱?？梢姡紫犊讖椒植颊急群秃淼喇a(chǎn)狀對白云巖抗壓實有著重要影響。

2.2.2 孔洞型白云巖

孔洞型白云巖在有效應(yīng)力作用下孔隙度和滲透率保存指數(shù)曲線見圖5。對于孔洞型白云巖來說,白云巖樣品發(fā)育溶孔和溶洞,且孔隙度大于5%,在有效應(yīng)力逐漸加大過程中,樣品孔隙度和滲透率保存指數(shù)曲線演化規(guī)律明顯不同?？紫抖缺４嬷笖?shù)曲線特征是早期快速下降、后期基本不變;而滲透率保存指數(shù)曲線特征是早期快速下降、后期持續(xù)緩慢下降。以2-1樣品為例,圍壓加至10 MPa時孔隙度和滲透率下降幅度較快,孔隙度和滲透率保存指數(shù)分別是0.80和0.40,滲透率應(yīng)力保存指數(shù)是孔隙度應(yīng)力保存指數(shù)的0.50倍;當(dāng)圍壓從10 MPa升到50 MPa過程時,孔隙度和滲透率保存指數(shù)分別是0.74和0.08,滲透率應(yīng)力保存指數(shù)是孔隙度應(yīng)力保存指數(shù)的0.11倍,說明該類型白云巖的滲透率保存率遠(yuǎn)小于孔隙度,這與發(fā)育鮞?？椎目紫缎桶自茙r特征基本一致。對于孔隙度大于5%的孔洞型白云巖來說,溶孔和溶洞在總孔隙體積中占比較高,而該類型孔隙具有很強抗壓實能力,宏觀表現(xiàn)為樣品孔隙度抗壓實能力強;另外,孔洞型樣品中連通孔隙空間主要靠裂縫,而裂縫應(yīng)力敏感性強[18],宏觀表現(xiàn)為滲透率抗壓實能力較弱。

圖5 孔洞型白云巖在有效應(yīng)力作用下孔隙度和滲透率保存指數(shù)演化曲線Fig.5 Preservation index evolution curve of porosity & permeability of porosity-vuggy type dolomite under effective stress

孔洞型白云巖初始滲透率不同,對應(yīng)滲透率保存能力也不同,具體見圖5(b)。以編號1-2、3-1和4-1樣品為例,初始滲透率分別是61 744.96×10-3、16.521×10-3、0.073×10-3μm2,對應(yīng)圍壓加至10 MPa時滲透率分別下降至27 829×10-3、9.85×10-3、0.023×10-3μm2,保存指數(shù)相應(yīng)是0.45、0.60和0.32;圍壓加至50 MPa時滲透率對應(yīng)下降至1 036×10-3、8.31×10-3、0.005×10-3μm2,保存指數(shù)分別是0.02、0.50和0.07。為明確孔洞型白云巖滲透率保存能力差異原因,通過CT分析上述3個樣品內(nèi)部的孔洞縫特征(圖6),并依據(jù)李林等[24]的碳酸鹽巖孔、洞、縫系統(tǒng)分類,對白云巖樣品中的裂縫按照寬度進(jìn)行劃分。圖6(a)顯示1-2樣品發(fā)育寬度約1～10 mm的特寬縫,主裂縫幾乎貫穿巖心樣品;圖6(b)顯示3-1樣品發(fā)育溶孔、溶洞和裂縫,其中裂縫主要是寬度約0.1 mm的中等縫;圖6(c)顯示4-1樣品發(fā)育溶孔、溶洞,未見明顯裂縫,或許存在小于CT分辨率的微縫或依靠晶間片狀喉道連通孔隙。初步推斷,孔洞型白云巖滲透率保存能力既與裂縫寬度有關(guān),更與裂縫延伸方向和有效應(yīng)力作用方向有關(guān),當(dāng)裂縫延伸方向與有效應(yīng)力作用方向相垂直時,有效應(yīng)力發(fā)揮全部作用;當(dāng)裂縫延伸方向與有效應(yīng)力作用方向相交時,有效應(yīng)力發(fā)揮部分作用;當(dāng)裂縫延伸方向與有效應(yīng)力作用方向平行時,有效應(yīng)力發(fā)揮作用非常有限。

2.2.3 裂縫型白云巖

裂縫型白云巖有效應(yīng)力作用下孔隙度和滲透率保存指數(shù)曲線見圖7。對于裂縫型白云巖來說,樣品發(fā)育裂縫和微孔,孔隙度小于5%,且顯微鏡下未見顯孔。在有效應(yīng)力逐漸加大過程中,樣品孔隙度和滲透率保存指數(shù)曲線演化具有相同規(guī)律,即早期快速下降、后期持續(xù)下降。以9-1樣品為例,圍壓加至10 MPa之前孔隙度和滲透率下降幅度較快,孔隙度和滲透率保存指數(shù)分別是0.85和0.62,滲透率應(yīng)力保存指數(shù)是孔隙度應(yīng)力保存指數(shù)的0.73倍;當(dāng)圍壓從10 MPa升到50 MPa過程時,孔隙度和滲透率保存指數(shù)分別是0.31和0.04,滲透率應(yīng)力保存指數(shù)是孔隙度應(yīng)力保存指數(shù)的0.13倍,說明該類型白云巖的滲透率保存率遠(yuǎn)小于孔隙度,這與孔隙度小于5%的孔隙型白云巖特征基本一致。原因可能是樣品初始孔隙度只有2.550%,發(fā)育孔隙占比以微孔為主,且發(fā)育晶間片狀喉道,持續(xù)施加圍壓過程中,片狀喉道抗壓實能力較弱,導(dǎo)致部分裂縫閉合,從而使部分微孔隙變成不連通,孔隙度也相應(yīng)持續(xù)下降,加之裂縫應(yīng)力敏感性強,導(dǎo)致滲透率保存指數(shù)下降更快,宏觀表現(xiàn)為孔隙度和滲透率抗壓實能力弱。

圖6 孔洞型白云巖CT圖像Fig.6 CT image of porosity-vuggy type dolomite

圖7 裂縫型白云巖在有效應(yīng)力作用下孔隙度和滲透率保存指數(shù)演化曲線Fig.7 Preservation index evolution curve of porosity & permeability of fracture type dolomite under effective stress

3 白云巖儲層物性保存評價模型及地質(zhì)意義

在相同有效應(yīng)力作用下,孔隙型、孔洞型和裂縫型3種孔隙空間類型白云巖的物性保存能力明顯存在差異,其中孔隙型白云巖的孔隙度和滲透率保存指數(shù)曲線演化特征均存在兩種類型,因此進(jìn)一步將孔隙型白云巖分為孔隙Ⅰ型和孔隙Ⅱ型,孔隙Ⅰ型是指初始孔隙度大于5%、主要發(fā)育粒間孔或晶間孔且顯微鏡下未見裂縫;孔隙Ⅱ型是指初始孔隙度小于5%、主要發(fā)育粒間孔或晶間孔且顯微鏡下未見裂縫;孔洞型白云巖包含裂縫-孔洞型和發(fā)育鮞模孔的白云巖;裂縫型白云巖是指巖石發(fā)育裂縫且顯微鏡下未見顯孔、初始孔隙度小于5%,也包含了初始孔隙度小于5%的裂縫-孔隙型。為了便于預(yù)測白云巖儲集空間和連通屬性的抗壓實能力,按多項式、指數(shù)、冪函數(shù)等不同形式,分別對孔隙Ⅰ型、孔隙Ⅱ型、孔洞型和裂縫型4種類型白云巖的孔隙度和滲透率保存指數(shù)進(jìn)行擬合,比較發(fā)現(xiàn)冪函數(shù)形式相關(guān)系數(shù)最高。圖8為4種類型白云巖孔隙度和滲透率保存指數(shù)與有效應(yīng)力的冪函數(shù)關(guān)系式。

根據(jù)白云巖孔隙度和滲透率保存指數(shù)與有效應(yīng)力擬合公式來看,孔隙Ⅰ型、孔隙Ⅱ型、孔洞型和裂縫型4種類型白云巖儲層孔隙空間和連通屬性的抗壓實能力明顯不同(表2)。對比4種類型白云巖孔隙度保存冪函數(shù)關(guān)系式中指數(shù)值可知,在有效應(yīng)力逐漸加大過程中,白云巖儲集空間保存能力由高到低依次為孔隙Ⅰ型、孔洞型、裂縫型和孔隙Ⅱ型,其中孔隙Ⅰ型和孔洞型白云巖儲集空間具有強抗壓實能力,當(dāng)有效應(yīng)力超過10 MPa后,其儲集空間基本保持不變;裂縫型和孔隙Ⅱ型白云巖儲集空間抗壓實能力弱,隨著有效應(yīng)力增加,其儲集空間持續(xù)減小。這很好地解釋了高孔滲的孔隙和孔洞可以保存至超深層;裂縫型和孔隙度小于5%的孔隙型白云巖儲集空間抗壓實能力弱,隨著有效應(yīng)力增加,儲集空間持續(xù)減小,因此該類型孔隙保存受控于有效應(yīng)力,即埋藏深度相對淺和異常高壓是孔隙保存的關(guān)鍵。

圖8 不同類型白云巖孔隙度和滲透率保存指數(shù)擬合曲線Fig.8 Fitting curve of preservation index of porosity & permeability of different types of dolomite

表2 不同類型白云巖孔隙度和滲透率保存指數(shù)擬合公式和評價

滲透率,10-3μm2。

對比4種類型白云巖滲透率保存冪函數(shù)關(guān)系式中指數(shù)值來看,在有效應(yīng)力作用下白云巖連通屬性保存能力由高到低依次為孔隙Ⅰ型、孔隙Ⅱ型、孔洞型和裂縫型,其中孔隙Ⅰ型白云巖連通屬性具有強抗壓實能力,且有效應(yīng)力超過10 MPa后,它們的連通屬性基本保持不變;孔隙Ⅱ型、孔洞型和裂縫型白云巖連通屬性抗壓實能力弱,隨著有效應(yīng)力增加,它們的連通性持續(xù)降低。該試驗結(jié)果有兩方面地質(zhì)意義:

(1)有助于白云巖儲層油氣成藏期的認(rèn)識。對于孔隙度小于5%的孔隙型、孔洞型和裂縫型白云巖儲層,孔隙連通主要依靠小喉道和裂縫,當(dāng)有效應(yīng)力達(dá)到30 MPa時,儲層連通性分別只有初始階段的47%、23%和6%,嚴(yán)重影響油氣的高效充注。

(2)有助于白云巖儲層開發(fā)過程中產(chǎn)能變化的認(rèn)識。白云巖氣藏衰竭式開采過程中,隨著氣藏流體壓力下降,有效應(yīng)力也會隨之逐漸增大,這必然要影響儲層中流體的滲流能力,但不同儲滲空間類型白云巖產(chǎn)能保存能力也不同,孔隙Ⅰ型白云巖抗壓實能力強,產(chǎn)能受有效應(yīng)力基本可以忽略,依靠裂縫連通的孔洞型和裂縫型白云巖抗壓實能力弱,產(chǎn)能影響大,說明在產(chǎn)能預(yù)測的開發(fā)過程中必須考慮應(yīng)力敏感效應(yīng),使井底流壓控制在合理范圍內(nèi),以及油藏壓力保持較高水平,從而保持生產(chǎn)井的產(chǎn)能穩(wěn)定。

4 結(jié) 論

(1)隨著有效應(yīng)力增加,白云巖孔隙度和滲透率相應(yīng)下降,且初始物性和孔隙空間類型不同,白云巖孔隙度和滲透率的抗壓實能力存在明顯差異,按照孔隙空間類型劃分為孔隙型、孔洞型和裂縫型3種類型白云巖,其中孔隙型根據(jù)初始孔隙度進(jìn)一步劃分為孔隙Ⅰ型和孔隙Ⅱ型。

(2)在有效應(yīng)力逐漸加大過程中,白云巖儲集空間保存能力由高到低依次為孔隙Ⅰ型、孔洞型、裂縫型和孔隙Ⅱ型,其中孔隙Ⅰ型和孔洞型白云巖儲集空間具有強抗壓實能力,當(dāng)有效應(yīng)力超過10 MPa后,儲集空間基本保持不變,孔隙度保存指數(shù)曲線特征是早期快速下降、后期基本不變;裂縫型和孔隙Ⅱ型白云巖儲集空間抗壓實能力弱,隨著有效應(yīng)力增加,儲集空間持續(xù)減小,孔隙度保存指數(shù)曲線特征是早期快速下降、后期持續(xù)下降。

(3)在有效應(yīng)力逐漸加大過程中,白云巖連通屬性保存能力由高到低依次為孔隙Ⅰ型、孔隙Ⅱ型、孔洞型和裂縫型,其中孔隙Ⅰ型白云巖連通屬性具有強抗壓實能力,當(dāng)有效應(yīng)力超過10 MPa后,其連通屬性基本保持不變,滲透率保存指數(shù)曲線特征是早期快速下降、后期基本不變;孔隙Ⅱ型、孔洞型和裂縫型白云巖連通屬性抗壓實能力弱,隨著有效應(yīng)力增加,其連通性持續(xù)降低,滲透率保存指數(shù)曲線特征是早期快速下降、后期持續(xù)下降。