掃描電鏡法在石油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

劉林鑫 杜貴超

（西安石油大學(xué)）

0 引言

能源問(wèn)題與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定密切相關(guān)[1-3]，工業(yè)不斷發(fā)展，導(dǎo)致石油的需求量日益增長(zhǎng)。為開(kāi)采出更多的石油，需研究石油地質(zhì)勘探方法，并根據(jù)勘探結(jié)果，精準(zhǔn)找到油氣層，從而提升石油開(kāi)采效果。付小東等[4]利用巖心與薄片觀(guān)察等方法，分析石油儲(chǔ)層特征，研究結(jié)果表明，渤海灣盆地束鹿凹陷孔隙結(jié)構(gòu)繁瑣，屬于特低孔、特低滲儲(chǔ)層，混積泥灰?guī)r對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育貢獻(xiàn)較大。郭暉等[5]應(yīng)用X 射線(xiàn)衍射與能譜分析等方法，分析準(zhǔn)噶爾盆地石油地質(zhì)，研究結(jié)果表明，該區(qū)域地層溶蝕量較少，穩(wěn)定性較優(yōu)，其中的沸石膠結(jié)會(huì)影響儲(chǔ)集空間，造成孔隙喉道擁堵，降低孔隙度與滲透率，進(jìn)而對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生不利影響。由于這些方法均無(wú)法動(dòng)態(tài)分析儲(chǔ)層的變化情況，導(dǎo)致勘探結(jié)果不理想。掃描電鏡法能夠直接分析含油樣品，動(dòng)態(tài)描述含油樣品的變化情況，最大程度呈現(xiàn)樣品的原始狀態(tài)[6-8]。其在石油地質(zhì)儲(chǔ)層勘探中的應(yīng)用，可為石油地質(zhì)勘探提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

以渤海灣盆地東北部的油層井作為研究對(duì)象，利用掃描電鏡法，研究該區(qū)域石油地質(zhì)儲(chǔ)層情況。該區(qū)域面積在1 870 km2左右，前期呈碟狀坳陷型湖盆，屬于活動(dòng)強(qiáng)度與幅度小的情況，后期呈斷陷型湖盆，受拉張背景影響，導(dǎo)致湖盆形狀改變。該區(qū)域包含3 個(gè)單元，分別記作單元1、單元2、單元3；該區(qū)域中包含8個(gè)地層，從上到下地層編號(hào)依次為1 至8；該區(qū)域包含兩種巖石類(lèi)型，分別是長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖、灰云巖。

本文選擇G 108-8 井（取心長(zhǎng)度為495.7 m）和GD 12 井（取心長(zhǎng)度為71.6 m）的取心資料與相應(yīng)的測(cè)井及物性分析資料作為研究對(duì)象，通過(guò)高密度分析聯(lián)測(cè)取樣法[9-10]，以取樣一致性為原則，同一樣品點(diǎn)設(shè)置多個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，完成樣品提取，為后續(xù)石油地質(zhì)勘探提供數(shù)據(jù)支持[11-12]。

2 石油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)研究方法

2.1 掃描電鏡法的成像原理

利用掃描電鏡法分析渤海灣盆地石油地質(zhì)儲(chǔ)層特征，掃描電鏡結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 掃描電鏡結(jié)構(gòu)示意

掃描電鏡法的成像原理：通過(guò)電子槍發(fā)出的聚焦電子束在目標(biāo)表面逐點(diǎn)掃描成像。電子槍發(fā)射出的電子經(jīng)過(guò)二級(jí)聚光鏡與物鏡的縮小后，形成具有一定直徑、能量與束流強(qiáng)度的微細(xì)電子束，微細(xì)電子束在掃描線(xiàn)圈的驅(qū)動(dòng)作用下，按照一定的空間與時(shí)間順序在目標(biāo)表面進(jìn)行柵網(wǎng)式掃描[13]。在此過(guò)程中，聚焦電子束與掃描目標(biāo)之間通過(guò)相互作用，會(huì)產(chǎn)生二次電子發(fā)射，并且二次電子發(fā)射量因受到掃描目標(biāo)形貌的影響而發(fā)生變化。探測(cè)器接收到二次電子信號(hào)后，會(huì)將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大處理后直接傳輸?shù)斤@像管柵極，通過(guò)調(diào)整顯像管亮度，即可得到掃描目標(biāo)的電子像[14]。

2.2 石油儲(chǔ)層的模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)

依據(jù)該區(qū)域的基礎(chǔ)資料，利用模糊數(shù)學(xué)來(lái)評(píng)價(jià)該區(qū)的石油地質(zhì)儲(chǔ)層。量化處理該區(qū)域內(nèi)各種影響因素的定性概念[15]，量化過(guò)程即確定隸屬函數(shù)，并獲取該區(qū)域儲(chǔ)層評(píng)價(jià)因素的隸屬度。儲(chǔ)層評(píng)價(jià)因素包含儲(chǔ)層含油面積（A）、儲(chǔ)層厚度（dr）、儲(chǔ)層孔隙度（φ）、儲(chǔ)層含油飽和度（So）和原油體積系數(shù)（R）。

砂體發(fā)育情況會(huì)對(duì)石油成藏水平產(chǎn)生一定的影響，儲(chǔ)層含油面積的隸屬度函數(shù)是μ（A），計(jì)算公式如下：

式中：A為儲(chǔ)層含油面積，km2；Amax為儲(chǔ)層含油面積的最大值，km2。

儲(chǔ)層厚度的隸屬度函數(shù)是μ（dr），計(jì)算公式如下：

式中：dr為儲(chǔ)層厚度，m；q為石油儲(chǔ)層有效厚度臨界值，m；b為隨機(jī)因數(shù)（正整數(shù)）。

儲(chǔ)層孔隙度（φ）的劃分等級(jí)如表1 所示。儲(chǔ)層孔隙度的隸屬度函數(shù)是μ（φ），計(jì)算公式如下：

式中：φ為儲(chǔ)層孔隙度，%；g為低孔隙度值，%。

儲(chǔ)層含油飽和度的隸屬度函數(shù)是μ（So），計(jì)算公式如下：

式中：So為儲(chǔ)層含油飽和度，%；Ct為測(cè)井曲線(xiàn)電阻率，Ω·m。

原油體積系數(shù)的隸屬度函數(shù)是μ（R），計(jì)算公式如下：

式中：R為原油體積系數(shù)；z為體積系數(shù)，z的極值是zmin、zmax。

石油地質(zhì)儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：

式中：K＇為儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)結(jié)果；W為權(quán)重，通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析方法確定；μ為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)因素隸屬度。

應(yīng)用掃描電鏡法采集石油地質(zhì)儲(chǔ)層的特征，并通過(guò)模糊評(píng)價(jià)計(jì)算公式，可以完成石油地質(zhì)儲(chǔ)層特征的勘探與評(píng)價(jià)。

3 試驗(yàn)分析與評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1 石油儲(chǔ)層礦物組分分析

利用掃描電鏡法采集該區(qū)域石油地質(zhì)樣品的圖像，結(jié)合測(cè)井資料分析該區(qū)域石油地質(zhì)礦物組分。石油地質(zhì)樣品掃描結(jié)果如圖2 所示，各地層沉積巖礦物組分如表2所示。

綜合分析圖2 與表2 可知，該區(qū)域礦物成分結(jié)構(gòu)繁雜，屬于混合與組構(gòu)疊置的混合沉積方式，同時(shí)無(wú)任何規(guī)律可循。該區(qū)域海相沉積環(huán)境中的長(zhǎng)英質(zhì)礦物含量最高，除其余礦物含量外，碳酸鹽礦物含量最低；陸相沉積環(huán)境中，并無(wú)具備絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的礦物。

表2 沉積巖礦物組分

圖2 石油地質(zhì)樣品掃描結(jié)果

3.2 石油儲(chǔ)層儲(chǔ)集特征分析

該區(qū)域中主要包括兩種不同類(lèi)型的巖石，掃描電鏡法的掃描結(jié)果如圖3、圖4 所示，石油地質(zhì)儲(chǔ)集空間與特征如表3所示。

圖3 長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖掃描結(jié)果

圖4 灰云巖掃描結(jié)果

綜合分析圖3、圖4 與表3 可知，長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)孔類(lèi)似蜂窩形態(tài)，與氣泡形狀類(lèi)似，晶間孔屬于不規(guī)則形狀；灰云巖的晶間孔與溶蝕孔均為不規(guī)則形狀。該區(qū)域石油地質(zhì)儲(chǔ)集空間主要屬于基質(zhì)孔隙與裂縫?？紫额?lèi)型包含3種，分別是有機(jī)質(zhì)孔、晶間孔與溶蝕孔；裂縫類(lèi)型分為3類(lèi)，分別是層理縫、構(gòu)造縫、收縮節(jié)理縫。該區(qū)域石油地質(zhì)儲(chǔ)層內(nèi)長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖的整體發(fā)育程度與連通性較好，灰云巖的整體發(fā)育程度與連通性相對(duì)較差。孔隙度與滲透率越高，該區(qū)域石油地質(zhì)儲(chǔ)層的含油飽和度越高，開(kāi)采效果越佳。該區(qū)域石油地質(zhì)儲(chǔ)層中兩種巖石類(lèi)型的物性特征如圖5所示。

表3 石油地質(zhì)儲(chǔ)集空間與特征

圖5 兩種巖石類(lèi)型的物性特征

根據(jù)圖5 可知，灰云巖的孔隙度集中在0～10%之間，滲透率集中在0～10 mD 之間；長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖的孔隙度集中在0～16%之間，滲透率集中在0～1 000 mD之間。對(duì)比可知，長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖的孔隙度與滲透率均高于灰云巖，說(shuō)明長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖的含油飽和度較高，更適合石油開(kāi)采。

3.3 石油地質(zhì)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)測(cè)井資料，分析該區(qū)域石油地質(zhì)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，該區(qū)域中各地層儲(chǔ)層不同孔隙類(lèi)型的面孔率如圖6所示。

圖6 各地層儲(chǔ)層不同孔隙類(lèi)型的面孔率

根據(jù)圖6 可知，地層4 至地層8，各孔隙類(lèi)型的面孔率均呈遞增趨勢(shì)，地層8的面孔率最高，地層1的面孔率低，說(shuō)明地層8對(duì)石油地質(zhì)儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)最大，儲(chǔ)層發(fā)育良好，開(kāi)采價(jià)值高，后續(xù)將對(duì)此結(jié)論進(jìn)一步驗(yàn)證。各地層中溶蝕孔的面孔率均最低，面孔率越低，儲(chǔ)層發(fā)育越差，與表3 中發(fā)育程度的數(shù)據(jù)結(jié)果一致，各地層儲(chǔ)層中有機(jī)質(zhì)孔與晶間孔兩個(gè)孔隙類(lèi)型的面孔率差距較小。試驗(yàn)證明：地層8 的石油地質(zhì)勘探效果最佳，有機(jī)質(zhì)孔與晶間孔利于石油開(kāi)采，對(duì)儲(chǔ)集空間貢獻(xiàn)較大。

該區(qū)域各地層儲(chǔ)層的壓泵實(shí)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)如表4所示。根據(jù)表4可知，地層1的排驅(qū)壓力最小，中值壓力最大，從地層4 開(kāi)始，排驅(qū)壓力呈遞增趨勢(shì)，中值壓力呈遞減趨勢(shì)，地層8 的排驅(qū)壓力最大，而中值壓力最小，因此可以得出排驅(qū)壓力越大、中值壓力越小的結(jié)論；地層1 的中值半徑最大、最大孔喉半徑最小，地層8 的中值半徑最小、最大孔喉半徑最大，說(shuō)明地層8的滲透性能最佳；地層1的均質(zhì)系數(shù)最小、歪度系數(shù)與分選系數(shù)最大，從地層4 開(kāi)始，均質(zhì)系數(shù)逐漸提升，歪度系數(shù)與分選系數(shù)逐漸下降，地層8的均質(zhì)系數(shù)最大，歪度系數(shù)與分選系數(shù)最小，因此可以得出均質(zhì)系數(shù)高則非均質(zhì)性低、采出程度亦高的結(jié)論。

表4 各地層儲(chǔ)層的壓汞實(shí)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)

該區(qū)域石油地質(zhì)儲(chǔ)層的孔隙度與滲透率分布情況如圖7所示。

據(jù)SY/T 5601-2009《天然氣藏地質(zhì)評(píng)價(jià)方法》，從孔隙度和滲透率兩方面修改的石油地質(zhì)儲(chǔ)層級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)如表5、表6 所示。根據(jù)圖7 可知，該區(qū)域石油地質(zhì)儲(chǔ)層頻率最高的孔隙度是12%，對(duì)比表5 可知，該區(qū)域石油地質(zhì)儲(chǔ)層屬于中孔儲(chǔ)層；頻率最高的滲透率是100 mD，對(duì)比表6 可知，該區(qū)域石油地質(zhì)儲(chǔ)層屬于中滲儲(chǔ)層。試驗(yàn)證明：該區(qū)域石油地質(zhì)儲(chǔ)層整體屬于中孔、中滲儲(chǔ)層。

圖7 孔隙度與滲透率的分布情況

表5 孔隙度劃分標(biāo)準(zhǔn)

表6 滲透率劃分標(biāo)準(zhǔn)

3.4 石油地質(zhì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

利用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)該區(qū)域石油地質(zhì)儲(chǔ)層，各地層儲(chǔ)層評(píng)價(jià)因素的隸屬度如表7 所示。從表7 中可以看出，本文掃描電鏡法可有效計(jì)算該區(qū)域石油地質(zhì)各地層儲(chǔ)層評(píng)價(jià)因素的隸屬度。根據(jù)不同因素的隸屬度結(jié)果可以得到較為精準(zhǔn)的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)結(jié)果（表8）。表8與圖6 所示結(jié)果一致。表8 顯示該區(qū)域中地層7 與地層8屬于優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層，利于石油開(kāi)采；地層1屬于劣勢(shì)儲(chǔ)層，不利于石油開(kāi)采。表明本文方法能夠精準(zhǔn)地對(duì)石油地質(zhì)各地層儲(chǔ)層進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表7 各地層儲(chǔ)層評(píng)價(jià)因素的隸屬度

表8 各地層儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)論

為尋找優(yōu)勢(shì)油藏儲(chǔ)層，研究掃描電鏡法在石油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，為開(kāi)采石油提供數(shù)據(jù)支撐，試驗(yàn)結(jié)果表明：所研究渤海灣盆地東北角的石油地質(zhì)儲(chǔ)層礦物成分結(jié)構(gòu)繁雜，屬于混合與組構(gòu)疊置兩種方式的混合沉積方式，同時(shí)無(wú)任何規(guī)律可循；該區(qū)域最下兩層的非均質(zhì)性較差，孔隙結(jié)構(gòu)較優(yōu)，利于石油開(kāi)采，根據(jù)勘探結(jié)果，可為設(shè)計(jì)合理的開(kāi)采工藝提供幫助，提升石油勘探的開(kāi)發(fā)效益。