利用壓汞資料進行低滲儲層孔隙結構特征分析——以W11-7油田流沙港組三段儲層為例

汪新光,李 茂,覃利娟,蔣利平,李 明,孫 婷

(中海石油(中國）有限公司湛江分公司,廣東湛江 524057）

利用壓汞資料進行低滲儲層孔隙結構特征分析
——以W11-7油田流沙港組三段儲層為例

汪新光,李 茂,覃利娟,蔣利平,李 明,孫 婷

(中海石油(中國）有限公司湛江分公司,廣東湛江 524057）

儲層孔隙結構是影響低滲儲層微觀孔隙內流體運移與聚集的主要因素,決定了儲層的優劣。以W11-7油田流沙港組三段儲層為例,應用壓汞資料定性與定量研究儲層孔隙結構特征。研究結果表明,孔隙結構分為三類,總體上具有“喉道細、分選差、連通性差”的特點,這種較差的孔隙結構發育特征是造成儲層呈低滲—特低滲的核心因素。在此基礎上應用多元判別方法優選出排驅壓力、中值壓力、最大孔喉半徑、孔喉半徑均值、分選系數五類孔隙結構分類評價參數,并結合常規物性將儲層分為三類,其中Ⅱ、Ⅲ類是廣為發育的儲層。

壓汞資料;低滲儲層;孔隙結構;分類評價

砂巖孔隙結構是指砂巖儲集層中的空間結構,包括孔隙大小和分布、孔隙和喉道的連通關系、孔隙的幾何形態和微觀非均質特征、孔隙中黏上礦物成分及產狀等[1,2],目前,對其特征的描述主要還是依賴于實驗方法,包括室內的壓汞法、半滲透隔板法、離心機法、掃描電鏡法和薄片分析等[3]。近年來,大量的勘探開發實踐表明,低滲油藏的比重在日益上升。對于這類油藏,用常規的孔隙度、滲透率描述儲集巖的特征是不夠的,因為控制儲層儲集性能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[4-7]。因此若要經濟有效的開發好低滲油藏,對孔隙結構的合理分析和評價尤為重要。文中主要以壓汞資料為基礎,對W11-7油田流沙港組三段低滲儲層的孔隙結構特征及分類評價進行了較為詳細的研究。

1 儲層特征

W11-7油田流三段儲層屬于近物源、快速堆積的淺水扇三角洲沉積,巖性以粗砂巖,含礫中粗砂巖和砂礫巖為主,次為細砂巖。碎屑成份中石英占51.8%～83.0%,長石占 2.2%～20.1%,巖屑占0.4%～5.7%,以長石石英砂巖為主,其次為石英砂巖。膠結物含量低,為0.2%～4.0%,膠結物除了方解石、白云石、菱鐵礦、自生石英和自生高嶺石外,常出現微量黃鐵礦。泥質含量0.7%～37.6%。砂巖顆粒呈點—線狀接觸,分選中等—差,磨圓為次圓—次棱狀,巖石結構成熟度和成分成熟度較低。儲層孔隙度在2.5%～23.6%之間,平均11.2%,滲透率一般在(1.0～672.0）×10-3μm2之間,平均 15.8×10-3μm2。儲層孔隙以次生孔為主,喉道主要為縮頸狀、片狀及彎片狀為主。從儲層物性特征來看,流三段為明顯的低孔低滲儲層,部分為特低孔特低滲。

2 孔隙結構特征參數分析

在研究儲層孔隙結構時,除應用毛細管壓力曲線形態特征進行定性描述外,還要提取一些特征參數給予定量描述。本文選取了22個壓汞樣品,這些樣品較好的反映了W11-7油田流三段儲層特征。通過對所選樣品的壓汞資料進行處理與分析,提取出表征孔隙結構的三大類9種特征參數,以探討其微觀孔隙結構特征,并進一步分析了這類低滲儲層孔隙結構與滲透率之間的關系(圖1）。

2.1 反映孔喉大小的特征參數

(1）最大孔喉半徑(Rmax）

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,反映滲流條件的好壞。流三段儲層最大孔喉半徑分布在0.29～11.85μm之間,平均3.61μm,最大孔喉半徑與滲透率呈很好的正相關性(圖1a）。

(2）孔喉半徑均值(Rz）

孔喉半徑均值為孔隙喉道大小總平均數的度量。流三段儲層孔喉半徑均值分布在0.08～3.03 μm之間,平均0.88μm,屬于細—微喉范疇。孔喉半徑均值與滲透率呈很好的正相關性(圖1b）,但孔喉半徑均值較小,整體上直接影響儲層的物性,這是導致本區儲層低滲～特低滲的一個重要因素。

(3）大于0.1μm的孔喉累積進汞量(Vr＞0.1μm）

大于0.1μm的孔喉累積進汞量為喉道半徑0.1μm所對應的汞飽和度值,該值越大,說明大孔喉連通的體積所占比例越大。流三段大于0.1μm的孔喉累積進汞量在32.6%～80.8%之間,平均為62.4%,與滲透率呈較好的線性關系(圖1c）。

2.2 反映孔喉分選性的特征參數

(1）分選系數(Sp）

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,它直接反映了孔隙喉道分布的集中程度。流三段儲層分選系數分布在0.07～4.25之間,平均值0.99,表明分選較差,但分選系數與滲透率之間存在很好的相關性(圖1d）,即隨著分選系數的增大,滲透率也增大。因此,相對于中高滲儲層而言,分選的好壞,對低滲儲層的影響不可忽視。

6）周邊腳手架應從一個角部開始并向兩邊延伸交圈搭設；并應按定位依次豎起立桿，將立桿與縱、橫向掃地桿連接固定，然后裝設第l步的縱向和橫向鋼管，隨校正立桿垂直之后予以固定，并按此要求繼續向上搭設。腳手架各桿件相交伸出的端頭均大于10cm，以防止桿件滑脫。

(2）變異系數(Cs）

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。流三段儲層變異系數在0.76～1.79之間,平均1.03,與滲透率相關性不太明顯(圖1e）。

(3）歪度(Sk）

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。流三段儲層歪度分布在0.89～3.04之間,平均1.61,表明孔喉分布呈正偏態,但與滲透率相關性并不明顯(圖1f）。對于這類分選不好的低滲儲層,局部的粗孔喉若不經過建設性成巖作用的改造,很難成為有效孔喉,但是一經改造,具有一定的連通性后,能夠極大的改善儲層局部位置的滲透性。

2.3 反映孔喉滲流能力的特征參數

(1）排驅壓力(Pd）

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,滲透率低的巖樣,排驅壓力值就高,它是劃分儲集巖儲集性能的主要指標之一。流三段儲層排驅壓力在0.06～2.5 MPa之間,平均0.54 MPa,排驅壓力很高,表明流三段儲層滲透性很差。排驅壓力與滲透率呈明顯的負相關性(圖1g）,隨著排驅壓力的增大,滲透率減小。

(2）中值壓力(P50）

(3）退汞效率(We）

在限定的壓力范圍內,當最大注入壓力降到最小壓力時,從巖樣中退出的汞體積占降壓前注入汞總體積的百分數,孔隙結構是影響退汞效率的重要因素。流三段儲層退汞效率偏低,一般在14.7%～44%之間,與滲透率相關性不明顯(圖1i）。

由上述孔隙結構參數特征分析可見,這類低孔低滲儲層具有較高的排驅壓力和中值壓力,孔喉半徑較小,孔喉分選性差,連通性不好,整體上表現出儲層孔隙結構差、非均質性較強的特征。

圖1 孔隙結構參數與滲透率關系Fig.1 Relationships between parameters of pore structure and permeability

3 孔隙結構類型劃分

根據研究區壓汞樣品毛管壓力資料,以曲線形態和排驅壓力為基礎,參考其他特征參數,可將曲線分為3類(圖2）,均代表了不同類型的孔隙結構特征。

(1）Ⅰ類孔隙結構(中排驅壓力細喉道偏粗型）:所統計的樣品中,這類樣品占3個。其排驅壓力一般小于0.08 MPa,中值壓力小于0.61 MPa。分選系數大于2.5,最大喉道半徑一般大于10.5μm,喉道中值半徑大于2.1μm。曲線位于圖的中部偏下,傾斜明顯,但有較短平臺。整個曲線表現出相對較低的排驅壓力,分選較中等,細喉道相對偏粗的特征。

(2）Ⅱ類孔隙結構(中排驅壓力細喉道型）:所統計的樣品中,這類樣品占13個。排驅壓力在0.08～0.22 MPa之間,平均0.175 MPa。分選系數在0.6～2.5之間,平均1.21。最大喉道半徑在3.4～10.5μm之間,平均5.11μm。喉道中值半徑一般在0.5～2.1μm之間,平均1.09μm。這種類型的曲線除了排驅壓力明顯大于Ⅰ類之外,其形態特征與Ⅰ類相似,位于圖的中部偏上,傾斜明顯無平臺或略有極短平臺。表明了一種細孔喉,分選相對較差的特征,孔隙結構進一步變差。

(3）Ⅲ類孔隙結構(高排驅壓力微喉道型）:所統計的樣品中,這類樣品占6個。其排驅壓力大于0.22 MPa,中值壓力大于1.41 MPa。分選系數小于0.6,最大喉道半徑小于3.4μm,喉道中值半徑小于0.5μm。毛管壓力曲線位于圖的右上方,曲線傾斜無平臺。這些參數及形態特征表明了該類曲線所代表的孔喉分選極差,歪度明顯偏細。

圖2 流三段儲層不同孔隙結構類型典型毛管壓力曲線和孔喉分布曲線與直方圖Fig.2 Classical capillary pressure curves and pore-throat distribution curves and rectangular figures with different pore structure of E2l3reservoir

根據22個壓汞樣品的毛管壓力資料統計結果,綜合上面分析,認為流沙港組三段儲集層以Ⅱ、Ⅲ類孔隙結構特征分布最為常見,少量為Ⅰ類。

結合孔喉半徑分布頻率及滲透率貢獻值曲線來看,Ⅰ類孔隙結構的孔喉分布主要呈單峰型,峰位變動范圍較寬。這類儲層中,盡管喉道總體是以細喉道為主,但相對偏粗類型的喉道才是有效滲流通道。Ⅱ、Ⅲ類孔隙結構的孔喉分布主要呈雙峰型,這種雙峰的出現往往是由兩種(細喉偏粗型和微喉型）或兩種以上孔喉類型出現在同一巖樣中的反映。但從孔喉半徑對滲透率的貢獻值來看,偏粗喉道在滲流中占主導地位,極細喉道基本不能提供很好的滲流通道。孔隙結構的這種發育特征,是造成本區儲層具有低孔、低滲～特低滲的重要原因。

4 儲層分類評價

4.1 評價參數的篩選

儲層的分類評價應著重考慮儲層對油氣的有效儲集能力和滲透性,因此,宏觀表征儲層儲集和滲流能力的孔隙度、滲透率是必不可少的參數,微觀參數的獲取主要依靠壓汞資料。

為了從眾多的微觀參數中優選一些主要參數,利用多元逐步判別分析方法對表征儲層物性、孔隙結構的11個參數進行了優選(表1）。分析表明,滲透率與排驅壓力、中值壓力、最大孔喉半徑、孔喉半徑均值、分選系數有很好的相關性,因此確定孔隙度(ф）、滲透率(K）、排驅壓力(Pd）、中值壓力(P50）、最大孔喉半徑(Rmax）、孔喉半徑均值(Rz）、分選系數(Sp）7個參數作為儲層分類評價的指標。

4.2 儲層分類評價結果

據所選22塊壓汞樣品分析數據,參考前人關于碎屑巖儲層特別是低滲儲層的劃分評價標準[8-10],確定本區流三段儲層以低滲、特低滲透儲層為主。又根據上述篩選的孔隙結構評價參數,結合常規物性進一步將流三段這種低滲—特低滲儲層細分為以下3類(表2）:

表1 儲層物性與孔隙結構參數相關系數Tab.1 The correlation coefficient between reservoir property and pore structure parameters

Ⅰ類儲層:巖性為粗砂巖和少量砂礫巖及細砂巖。這類儲集層孔隙結構屬于Ⅰ類,儲層孔隙連通性較好,滲流阻力較小。喉道半徑分布曲線以單峰型為主,主峰對應著相對偏粗的喉道。物性相對較好,孔隙度一般大于18%,滲透率高于16.0×10-3μm2。這類儲層為本區較好的儲層,但在所代表的樣品中僅占13.6%。

Ⅱ類儲層:巖性為細砂巖及少量粗砂巖。該類儲集層孔隙結構屬于Ⅱ類,儲層孔隙連通性偏差,滲流阻力明顯偏大。喉道半徑分布曲線為雙峰型,主峰對應主滲流細喉道,另一個對應微喉道,反映該類儲層微觀孔隙結構較復雜。物性略差,孔隙度一般在14%～18%之間,滲透率在(3.0～16.0）×10-3μm2之間。這類儲層在全區廣泛分布,占統計樣品的59.1%,是本區最主要的儲層類型。

Ⅲ類儲層:巖性為極細—細砂巖和粉細砂巖。該類儲集層孔隙結構屬于Ⅲ類,連通性極差,滲流阻力極大,甚至不能形成有效流動。喉道半徑分布曲線略呈雙峰型,主峰以微喉道為主。物性極差,部分為特低孔特低滲,孔隙度一般小于14%,滲透率低于3.0×10-3μm2。這類儲層為本區極差的儲層,占統計樣品的17.3%。與前面兩類相比,這類樣品巖性明顯變得更為致密,巖心觀察顯示樣品含油級別極低,甚至為干層。

5 結論

(1）儲層孔隙結構分為三類,以Ⅱ、Ⅲ類最為常見。總體上看,流三段儲層孔喉半徑偏小,屬于細喉—微喉范圍,喉道半徑分布范圍較廣,但對滲透率起主要貢獻的是相對偏粗喉道,相對偏細喉道基本上是無效通道。

(2）儲層具有較高的排驅壓力、中值壓力、孔喉半徑小、分選差及連通性不好等特征,這種較差的孔隙結構發育特征是造成本區儲層呈低滲—特低滲的主要原因。

(3）利用物性與孔隙結構參數,將流三段儲層分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類,其中Ⅱ、Ⅲ類是本區發育的主要儲層類型。總體而言,流三段屬于低滲—特低滲儲層,微觀非均質性強烈,油田開發難度較大。

表2 流沙港組三段儲層分類評價Tab.2 The classification and evaluation of E2l3reservoir

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Analysis of pore structure characteristics of low permeability reservoir with mercury injection data——taking E2l3reservoir in W11-7 oilfield for example

Wang Xinguang,Li Mao,Qin Lijuan,Jiang Liping,Li Ming,Sun Ting
(Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Zhanjiang Guangdong524057）

Pore structure is the principal factor influencing the fluid migration and accumulation in microscopic pore of low permeability reservoir,by which,the quality of reservoir can be directly determined.Taking E2l3reservoir in W11-7 oilfield as an example,mercury injection data can be applied to qualitative and quantitative examination of the reservoir pore structure characteristics.The results show that the pore structure can be classified into three types,and characterized by small throats,poor sorting and poor porethroat connectivity,the bad pore structure is the principal factor causing low or super-low permeability of E2l3reservoir.Based on the multiple discriminant analysis method,the displacement pressure,median capillary pressure,max pore-throat radius,mean porethroat radius and sorting coefficient are optimally selected as pore structure classification evaluation parameters,and combining with property parameters,the E2l3reservoirs are classified as types I,II and III,and the reservoir of II and III types is widely developed.

mercury injection data;low permeability reservoir;pore structure;classification evaluation

TE122.2+3

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2011.01.042

1008-2336(2011）01-0042-06

2010-09-28;改回日期:2010-11-03

汪新光,男,1981年生,2008年獲中國地質大學(武漢）碩士學位,現主要從事開發地質研究工作。E-mail:wangxg3@cnooc.com.cn。