鄂爾多斯盆地姬塬地區黃39-羅1井區長81低滲透儲層孔隙結構特征研究

2011-04-10 08:27:36油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室長江大學長江大學地球科學學院湖北荊州434023

長江大學學報(自科版) 2011年31期

(油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學）；長江大學地球科學學院，湖北荊州434023）

龔福華(長江大學地球科學學院，湖北荊州434023）

祝旭雙(油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學），長江大學地球科學學院，湖北荊州434023）

儲集巖的孔隙結構是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通的關系。因為控制儲層特征和產能的因素是孔隙的形狀、大小及其分布，也就是油氣儲層的微觀孔隙結構特征控制和影響著流體在巖石中的流動分布特征、滲流特征、驅油效率，并最終決定著油氣藏產能的大小[1]。早在上世紀70年代我國對孔隙結構的研究始于儲集巖毛管力問題，而毛管力是孔隙大小和分布理論研究的基礎。目前，對其特征的描述主要依賴于實驗方法，包括室內的半滲透隔板法、離心機法、水銀注入法、動力毛細管壓力法、蒸氣壓力法等[2]，其中水銀注入法應用最為普遍。姬塬地區黃39-羅1井區是長慶油田重點層段開發區，而延長組長81儲層具有典型的低孔低滲的特征，因而不能用常規物性分析方法來描述。因此，筆者利用水銀注入法對鄂爾多斯盆地姬塬地區黃39-羅1井區長81低滲透儲層孔隙結構特征進行研究。

1 儲層特征

姬塬地區長81儲層砂巖主要為巖屑長石砂巖，填隙物含量較高。碎屑成分雜，主要有石英、長石和巖屑等，成分成熟度低，結構成熟度中等偏好。砂巖粒級以細砂為主，中砂次之。儲層粒徑分布中砂含量平均為6．19%，細砂含量平均為75．7%，平均粒徑一般在0．10～0．15mm。顆粒呈次棱角狀，分選中等-好。顆粒支撐，線接觸或點-線接觸為主，少量凹凸接觸。

研究區內陸源碎屑體積分數平均為86．1%，其中石英體積分數為23．7%～36%，平均為29．4%，長石體積分數為20．7%～34%，平均為27．4%，巖屑體積分數為13%～34．8%，平均為25．4%。膠結物含量偏高，部分樣品膠結物含量最高可達35%～40%，充填整個孔隙。研究區長81油層砂體滲透率最大值6．29×10-3μm2，最小值0．18×10-3μm2，平均0．98×10-3μm2；孔隙度最大值14．7%，最小值6．9%，平均值10．75%，屬于低孔超低滲儲層。

2 孔隙結構特征

孔隙和喉道構成了巖石的毛管網絡，孔隙和喉道的大小、幾何形態、分布及相互連通關系，對儲層的滲濾能力、流體分布、油氣產層的產能、油水在油層中的運動、水驅油效率及原油采收率的大小起著重要的作用。

2．1 參數分析

儲層的微觀孔隙結構是影響巖石滲流的重要因素，定量表征孔隙結構的參數很多，主要包括孔喉大小、分選及控制流體運動特征的參數[3]。

1）反映孔喉大小的特征參數反映孔喉大小的特征參數包括最大孔喉半徑和孔喉中值半徑，具體內容如下：①最大孔喉半徑。最大孔喉半徑為沿毛細管壓力曲線平緩段作切線，與孔隙喉道半徑軸相交所對應的值，其反映滲流條件的好壞。研究區長81儲層最大孔喉半徑分布在0．272～2．59μm，平均1．15μm，最大孔喉半徑與滲透率相關性很好(見圖1（a））。②孔喉中值半徑（R50）。汞飽和度為50%時的毛管壓力為飽和中值壓力，其所對應的毛管半徑稱做喉道中值半徑。孔喉中值半徑越大，孔滲條件就越好。該區中值半徑分布在0．03～0．28μm，平均0．11μm。孔喉中值半徑與滲透率相關性不是很好（見圖1（b）），中值半徑整體值偏小，影響儲層的物性，是導致該區超低滲的主要原因之一。

圖1 長81儲層孔隙結構參數與滲透率關系

2）反映孔喉分選性的特征參數反映孔喉分選性的特征參數包括分選系數、變異系數和歪度，具體內容如下：①分選系數。分選系數是儲層巖石樣品中孔隙喉道大小標準偏差的量度，其直接反映了孔隙喉道分布的集中程度。該區分選系數分布在0．82～2．53之間，平均1．63，表明分選一般，分選系數與滲透率相關性不好(見圖1（c））。②變異系數。變異系數通過將標準差作為算術平均數的百分比來表示，以說明樣品的分散程度。該區變異系數分布在0．06～0．24，平均0．135，與滲透率相關性不明顯（見圖1（d））。③歪度。歪度為孔喉頻率分布的對稱性參數，反映喉道分布相對于平均值來說是偏大喉還是偏小喉。該區歪度分布在-0．82～1．59，平均0．147。

3）反映孔喉滲流能力的特征參數反映孔喉滲流能力的特征參數包括排驅壓力、中值壓力和退汞效率，具體內容如下：①排驅壓力。排驅壓力是指孔隙系統中最大連通孔隙喉道所對應的毛細管壓力。排驅壓力與巖石滲透率有明顯的關系，滲透率高的巖樣，排驅壓力值就低，是劃分儲集性能的主要指標之一。該區排驅壓力在0．28～5．15MPa之間，平均1．69MPa，排驅壓力大，顯然該區長81儲層滲透性很差。排驅壓力與滲透率呈負相關性(見圖1（e）），隨著排驅壓力增大，滲透率減小。②中值壓力。中值壓力為汞飽和度為50%時所對應的毛細管壓力值，是毛細管壓力分布趨勢的量度。該區中值壓力在2．57～26．51MPa，平均為9．71MPa，與滲透率呈明顯的負相關性(見圖1（f））。③退汞效率。退汞效率為在限定的壓力范圍內，當最大注入壓力降到最小壓力時從巖樣內退出的水銀體積占降壓前注入的水銀總體積的百分數，反映了非潤濕相毛管效應的采收率。該區退汞效率偏低，一般在21．9%～45．6%，與滲透率相關性不明顯(見圖1（g））。

2．2 孔隙特征

1）孔隙類型姬塬地區黃39-羅1井區長81儲層孔隙以原生粒間孔(占儲層空間36．9%）、長石溶蝕孔隙(占儲層空間58．8%）為主，其次為巖屑溶蝕孔隙(占儲層空間4%），其他孔隙不發育(占儲層空間0．4%），具體內容如下：①原生粒間孔隙。該孔隙為儲層經受機械壓實作用及多種膠結作用之后剩余的粒間孔隙，其中方解石膠結物的早期析出，大大增強了孔隙的抗壓實能力，阻止了進一步的機械壓實作用。研究表明，該區由于機械壓實作用使原生孔隙喪失14%～21%[4]。原生粒間孔隙喪失的另一個重要因素是綠泥石薄膜膠結，綠泥石薄膜膠結物的分布和膜厚，使得孔隙再一次減少。②次生孔隙，該類孔隙包括長石溶蝕孔隙和巖屑溶蝕孔隙。長石溶解是形成次生孔隙的主要因素，因為長石溶解可以形成沿長石解理面發育的小溶孔帶或形成較大的鑄模孔。掃描電鏡發現，前者普遍發育，大部分可以與粒間孔連通，成為有效孔隙，而后者盡管孔隙大，但分布局限，僅有少量鑄模孔與粒間孔連通成為有效孔隙。長81儲層經過成巖作用的改造，原生孔隙大大減少，而次生孔隙長石溶蝕孔進一步使儲層儲集性得到改善。

2）孔隙大小分布根據長慶油田低滲透儲層開發的動態特征，結合鑄體薄片孔隙圖像分析，把長81儲層中的孔隙大小分為如下5類[5]：①大孔。孔隙直徑大于80μm，薄片中該類孔隙大致相當于顆粒直徑或大于顆粒直徑，占總孔隙比例6．25%，為粒間孔隙。②中孔。孔隙直徑介于80～50μm之間，一般小于顆粒直徑，此類孔隙占總孔隙比例12．5%，一般為粒間孔和長石溶孔。③小孔。孔隙直徑介于50～10μm之間，與顆粒相比，此類孔隙相當于顆粒的1／3～1／5，以粒間孔、長石溶孔、巖屑溶孔為主，占總孔隙比例56．3%。④細孔。孔隙直徑介于10～0．5μm之間，多是巖屑溶孔，占總孔隙比例25%。⑤微孔。孔隙直徑小于0．5μm，為晶間孔，不發育。該研究區長81儲層孔隙以小孔和細孔為主，二者分別占總孔隙度的比例為56．3%、25%，從而導致儲層為低孔特征。

2．3 喉道特征

喉道為連通孔隙的狹窄通道，對儲層的滲流能力有決定性影響，喉道的大小和形態主要取決于巖石的顆粒接觸關系、膠結類型及顆粒的形狀和大小。按飽和度中值半徑，長81儲層的喉道可分為如下4種類型[6]：①大喉型。R50＞2μm，由于儲層壓實和膠結作用較弱，砂巖顆粒之間為點-線接觸，溶蝕作用較強，部分顆粒接觸處的邊緣呈凸凹型，因而喉道粗而短。該類喉道的另一成因是喉道本身就是孔隙的縮小部分，與孔隙之間無截然的界限，但該類喉道在該研究區不發育，很少見。②中喉型：R50分布在0．5～2μm之間，由于儲層經壓實膠結作用較強，孔隙式膠結為主，顆粒為點-線接觸，接觸處的溶蝕作用使喉道增長并相應擴大。該類喉道主要是連通粒間孔與長石溶蝕孔隙，在該研究區不發育，也很少見。③小喉型。R50分布在0．04～0．5μm之間，該類喉道可長可短，長小喉可穿過4～5個以上砂巖顆粒，短小喉可穿過2～3個砂巖顆粒。長小喉由于壓實作用較強，顆粒以線性接觸為主，形成細長片狀或不規則彎片狀喉道，短小喉的是由于薄膜狀綠泥石膠結導致原來中喉道半徑縮小而成。小喉型是該區長81儲層最主要的喉道類型，占總喉道比例的81．25%，主要連通粒間孔、長石溶孔、巖屑溶孔。是水上分流河道微相的主要喉道類型。④微喉道。R50＜0．04μm，其喉道本身就是微孔隙，存在于填隙物之間，占總喉道比例的18．75%，該類喉道比較發育，但對流體的滲流能力的貢獻不大。

綜上所述，研究區長81儲層以小喉型為主，對流體的滲流能力貢獻大。微喉型比較發育，但對儲層的貢獻不大，基本為無效喉道。

3 結構類型劃分

研究區長81儲層小喉型喉道最為發育，且最大喉道中值半徑0．2857μm，平均小喉喉道中值半徑不超過0．2μm。根據該研究區32個樣品壓汞資料分析，將孔隙結構劃分為4類：①小喉-偏大型喉道。R50分布在0．5～0．2μm之間。統計的樣品中該類樣品有5個，占總樣品數比例的15．62%。其排驅壓力平均值0．73MPa，中值壓力平均值3．1MPa，分選系數平均值2．0，喉道中值半徑平均值0．24μm(見圖2（a））。該類孔隙結構的儲集性能較好，見于水上分流河道微相砂體中，但在該研究區不發育。②小喉-中型喉道。R50分布在0．2～0．1μm之間。統計的樣品中該類樣品有11個，占總樣品數比例的34．37%。其排驅壓力平均值1．46MPa，中值壓力平均值6．17MPa，分選系數平均值1．63，喉道中值半徑平均值0．12μm(見圖2（b））。該類孔隙結構的儲集性能中等偏較好，在研究區長81儲層中普遍分布，主要位于三角洲平原亞相分流河道砂體中。③小喉-偏小型喉道。R50分布在0．1～0．04μm之間。統計的樣品中該類樣品有10個，占總樣品數比例的31．25%。其排驅壓力平均值1．72MPa，中值壓力平均值9．99MPa，分選系數平均值1．62，喉道中值半徑平均值0．07μm。該類孔隙結構的儲集性能中等偏差，在研究區普遍發育，位于三角洲平原亞相分流河道微相砂體上部和天然堤微相，其形成與沉積作用、成巖作用有密切的關系。④微型喉道。R50＜0．04μm。統計的樣品中該類樣品有6個，占總樣品數比例的18．75%。其排驅壓力平均值2．87MPa，中值壓力平均值21．26MPa，分選系數平均值1．34，喉道中值半徑平均值0．03μm(見圖2（c））。該類孔隙結構的儲層屬于非儲層，孔喉內多為束縛水占據。