華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層物性與微觀孔隙結(jié)構(gòu)及可動(dòng)流體飽和度關(guān)系

任穎惠，楊友運(yùn)，何康寧，吳正義

(西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710065)

華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層物性與微觀孔隙結(jié)構(gòu)及可動(dòng)流體飽和度關(guān)系

任穎惠，楊友運(yùn)，何康寧，吳正義

(西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710065)

通過(guò)對(duì)華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層進(jìn)行恒速壓汞測(cè)試和核磁共振實(shí)驗(yàn)測(cè)試，研究了不同巖石物性的儲(chǔ)層微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明：雖然巖石物性不同，但孔隙半徑數(shù)值分布區(qū)間差異不大，分布范圍和峰值基本接近；隨著巖石物性變化，喉道半徑數(shù)值分布區(qū)間差異較大，儲(chǔ)層滲透率越大，喉道半徑數(shù)值分布范圍越寬，孔喉結(jié)構(gòu)分選性越差。巖石物性變化與孔喉半徑比分布特征有關(guān)，物性越好，孔喉半徑比的峰值越小，孔喉連通性越好，排驅(qū)效果越好。可動(dòng)流體由孔隙和大喉道中流體共同組成，可動(dòng)流體飽和度受孔隙和喉道的配置關(guān)系影響。

華慶地區(qū)；長(zhǎng)63儲(chǔ)層；微觀孔隙結(jié)構(gòu)；恒速壓汞；核磁共振

華慶地區(qū)構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡帶的西部，地理位置上處于華池縣和慶陽(yáng)縣境內(nèi)。延長(zhǎng)組主要以內(nèi)陸湖泊相沉積為主，按沉積旋回及含油性可將延長(zhǎng)組劃分為10個(gè)油層組[1]，主力含油層長(zhǎng)63是典型的三角洲前緣沉積，主要發(fā)育水下分流河道沉積微相，巖性以淺灰色、灰色細(xì)-極細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，成分成熟度低，結(jié)構(gòu)成熟度中等，厚度30～40 m，為本次研究的目的層段。大量物性分析資料統(tǒng)計(jì)表明，華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層孔隙度3.4%～14.2%，平均10.16%；滲透率(0.02～1.9)×10-3μm2，平均0.21×10-3μm2，為典型的低孔特低、超低滲儲(chǔ)層。

本文運(yùn)用恒速壓汞和核磁共振實(shí)驗(yàn)分析技術(shù)，研究了長(zhǎng)63儲(chǔ)層的微觀結(jié)構(gòu)特征，并定性分析了微觀孔隙結(jié)構(gòu)與可動(dòng)流體飽和度的關(guān)系。

1 恒速壓汞實(shí)驗(yàn)研究微觀孔隙結(jié)構(gòu)

恒速壓汞技術(shù)是用于檢測(cè)儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的一種先進(jìn)技術(shù)[2]，克服了常規(guī)壓汞技術(shù)的不足，能夠直觀、定量地分析孔隙、喉道、孔喉半徑比的大小及分布特征等[3-5]。

1.1 樣品測(cè)試的基本數(shù)據(jù)

本次實(shí)驗(yàn)選取了研究區(qū)具有代表性的3塊巖心樣品進(jìn)行恒速壓汞實(shí)驗(yàn)，見表1，結(jié)果顯示，3塊樣品的孔隙度6.5%～12.4%，平均值為8.67%；滲透率(0.034～0.371)×10-3μm2，平均值為0.184×10-3μm2，屬于典型的低孔特低、超低滲砂巖儲(chǔ)層。表2為恒速壓汞測(cè)試的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)(總進(jìn)汞飽和度等于孔隙進(jìn)汞飽和度與喉道進(jìn)汞飽和度之和)。

1.2 孔隙半徑分布特征

表1 實(shí)驗(yàn)樣品信息及主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)

恒速壓汞孔隙特征分析主要從有效孔隙半徑大小及其分布、有效孔隙體積兩個(gè)方面進(jìn)行討論。孔隙體積是孔隙大小和孔隙個(gè)數(shù)的綜合反映，一般情況下，孔隙半徑越大、孔隙個(gè)數(shù)越多、孔隙體積越大，則孔隙發(fā)育程度越高。

從圖1可知，不同滲透率級(jí)別的巖心孔隙大小及分布性質(zhì)差異不大，都具有接近正態(tài)的分布特征，且分布范圍和峰值也基本接近，主峰分布在100～150 μm，有效孔隙半徑分布較為集中。

表2 有效孔、喉發(fā)育特征相關(guān)參數(shù)

圖1 孔隙半徑分布特征

1.3 喉道半徑分布特征

從圖2可以看出，物性不同的巖心樣品喉道半徑分布特征差異較大，隨著滲透率的增大，喉道半徑的分布范圍變寬，且分布頻率變小；隨著滲透率的減小，喉道半徑分布越集中，對(duì)應(yīng)的頻率也增大。喉道半徑分布范圍越寬說(shuō)明喉道半徑分選性越差。從圖2可以看出，喉道半徑小于2 μm的喉道相對(duì)較多，是低孔特低、超低滲砂巖儲(chǔ)層的主要滲流空間。

1.4 孔喉半徑比分布特征

圖2 喉道半徑分布特征

圖3 孔喉半徑比分布特征

從圖3可以看出，物性不同的巖心樣品孔喉半徑比分布特征不同，1號(hào)樣品主要分布在140～260，峰值在200左右；2號(hào)樣品分布范圍變寬，主要分布在300～700；3號(hào)樣品主要分布在100～500，峰值在300左右。結(jié)果表明，隨著滲透率的增大，孔喉半徑比的分布范圍就越大，峰值所對(duì)應(yīng)的頻率就越小，隨著滲透率的減小，孔喉半徑比分布于小值區(qū)的頻率逐漸增大，且孔喉半徑比的峰值向小值區(qū)移動(dòng)。孔喉半徑比越大，則孔隙、喉道之間的差異越大，流體流動(dòng)時(shí)的滲流阻力越大，開發(fā)效果往往不好；反之，則說(shuō)明孔喉之間的差異較小，流體滲流時(shí)的阻力也較小，開發(fā)效果則相對(duì)較好。

1.5 毛細(xì)管壓力曲線變化特征

研究表明，特低-超低滲儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)主要受喉道半徑的控制。分析表2可知，微觀孔隙結(jié)構(gòu)越好，微觀均質(zhì)系數(shù)越小，分選系數(shù)越大，反映了喉道以大喉道為主；微觀孔隙結(jié)構(gòu)越差，微觀均質(zhì)系數(shù)越大，分選系數(shù)越小，反映喉道以小喉道為主。低滲-超低滲儲(chǔ)層的孔隙半徑相差不大，導(dǎo)致總孔隙進(jìn)汞飽和度差異較大的主要原因是一部分孔隙受到小喉道的控制。只要存在大喉道，則總孔隙進(jìn)汞飽和度顯著增大。

由圖4可以看出，汞液首先進(jìn)入阻力較小的大喉道控制的孔隙內(nèi)，此時(shí)總毛管壓力曲線與孔隙毛管壓力曲線幾乎重合，總進(jìn)汞飽和度和孔隙進(jìn)汞飽和度相近，喉道的影響不明顯。隨著汞液進(jìn)入的喉道越來(lái)越窄，毛管壓力逐漸升高，總毛管壓力和喉道毛管壓力曲線延續(xù)從前的趨勢(shì)，孔隙毛管壓力曲線開始上翹。雖然進(jìn)汞壓力急劇增大，但進(jìn)入孔隙中的汞量急劇減少，喉道進(jìn)汞飽和度明顯增加，這時(shí)喉道開始起主要控制作用。汞繼續(xù)進(jìn)入更微小的喉道時(shí)，總毛細(xì)管壓力曲線完全取決于喉道毛細(xì)管壓力曲線的變化。由此可見，對(duì)于特低、超低滲儲(chǔ)層更應(yīng)側(cè)重于對(duì)微觀喉道結(jié)構(gòu)的研究。

圖4 代表巖樣毛細(xì)管壓力曲線

根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，并結(jié)合研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)概況，可知研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)的喉道是決定儲(chǔ)層物性的關(guān)鍵因素；巖心滲透率低的原因是孔隙結(jié)構(gòu)中喉道半徑過(guò)于細(xì)小，較多大孔隙被小喉道所控制。

2 核磁共振實(shí)驗(yàn)研究可動(dòng)流體飽和度

2.1 實(shí)驗(yàn)基本原理

所謂核磁共振就是處在某靜磁場(chǎng)中的原子核系統(tǒng)受到相應(yīng)頻率的電磁波作用時(shí)，在它的磁能級(jí)之間發(fā)生的共振躍遷現(xiàn)象[6]。實(shí)驗(yàn)中重要的物理量是縱向弛豫時(shí)間(T1)和橫向弛豫時(shí)間(T2)，由于T2測(cè)量速度快，在核磁共振測(cè)量中，多采用T2測(cè)量法，它的大小主要由巖石物性和流體特征共同決定，當(dāng)巖心真空飽和同一流體后，巖心孔隙內(nèi)流體的T2弛豫時(shí)間大小主要取決于巖石的物性。巖心孔隙內(nèi)的束縛流體和可動(dòng)流體在核磁共振T2弛豫時(shí)間上有明顯區(qū)別，因此利用核磁共振T2譜可對(duì)巖心孔隙內(nèi)水的賦存(可動(dòng)或束縛)狀態(tài)進(jìn)行分析，定量給出可動(dòng)流體飽和度及束縛流體飽和度，從而確定儲(chǔ)層含油飽和度的上限[7-8]。

2.2 實(shí)驗(yàn)條件及樣品基本信息

本次研究核磁共振T2測(cè)量使用的是Magnet2000型儀器，實(shí)驗(yàn)溫度是恒溫20 ℃，離心毛管壓力為2.07 MPa。本實(shí)驗(yàn)主要對(duì)華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層巖石的3塊典型巖樣進(jìn)行分析，表3是典型樣品資料及常規(guī)分析結(jié)果。

表3 核磁共振細(xì)砂巖樣品信息

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

表4為華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層三塊樣品的核磁共振實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，圖5為三塊樣品的核磁共振T2譜曲線。從曲線特征來(lái)看，3塊樣品的核磁共振T2譜曲線均呈雙峰特征，這也是低滲透儲(chǔ)層T2的典型特征。1號(hào)樣品頻率分布圖呈雙峰型，可動(dòng)流體截止值為11.57 ms，可動(dòng)流體飽和度為57.73%，束縛水飽和度為42.27%，束縛水飽和度小于可動(dòng)流體飽和度；2號(hào)樣品頻率分布圖呈雙峰型，可動(dòng)流體截止值為9.64 ms，可動(dòng)流體飽和度為42.99%，束縛水飽和度為57.01%，束縛水飽和度稍大于可動(dòng)流體飽和度；3號(hào)樣品頻率分布圖呈雙峰型，可動(dòng)流體截止值為24.04 ms，可動(dòng)流體飽和度為38.28%，束縛水飽和度為61.72%，束縛水飽和度大于可動(dòng)流體飽和度。從各樣品T2譜圖可以看出，三個(gè)樣品都具有雙峰特征，說(shuō)明孔隙大小分布中等，既存在微孔又有大孔，大孔受微孔的控制，導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差。

表4 核磁共振可動(dòng)流體實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

圖5 飽和水狀態(tài)下核磁共振T2譜的頻率分布

3 微觀孔隙結(jié)構(gòu)與可動(dòng)流體飽和度的關(guān)系

壓汞毛細(xì)管壓力曲線與核磁共振弛豫時(shí)間T2分布得到的孔喉半徑分布都能夠反映巖石孔隙結(jié)構(gòu)，兩者的結(jié)果具有對(duì)應(yīng)性。孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布、相互連通情況，以及孔隙與喉道的配置關(guān)系等，它是決定儲(chǔ)層質(zhì)量?jī)?yōu)劣的主要因素之一。儲(chǔ)層的質(zhì)量通常用孔隙度和滲透率來(lái)表征，但孔隙度大的儲(chǔ)層滲透率不一定高，這主要受孔隙結(jié)構(gòu)的影響，只有孔隙度高、滲透率高的儲(chǔ)層才是優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層。研究區(qū)屬于典型的低孔特低滲-超低滲儲(chǔ)層，儲(chǔ)層孔隙度13.00%～13.56%，滲透率(0.342～2.614)×10-3μm2。孔隙度相差不大，但有效孔隙半徑分布較集中，滲透率相差較大，滲透率越高，孔喉半徑的分布范圍越寬，則喉道分選性越差；滲透率越低，孔喉半徑的分布范圍越窄，則喉道分選性越好。核磁共振得到的T2譜主要反映孔隙半徑的分布情況，不能反映孔喉之間的連通性。由飽和水狀態(tài)下核磁共振T2譜頻率分布圖可知，大孔喉對(duì)應(yīng)較大的T2弛豫時(shí)間，小孔喉對(duì)應(yīng)較小的T2弛豫時(shí)間，T2弛豫時(shí)間平均值越大，可動(dòng)流體飽和度也越大。當(dāng)物性較差時(shí)，可動(dòng)流體主要處于孔隙中，而喉道中主要為束縛流體，當(dāng)物性變好時(shí)，可動(dòng)流體一部分位于孔隙中，另一部分位于喉道中，此時(shí)可動(dòng)流體由孔隙和大喉道中的流體共同組成，這表明可動(dòng)流體飽和度主要受孔隙和喉道的配置關(guān)系影響。

4 結(jié)論

(1)華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)的喉道是決定儲(chǔ)層物性的關(guān)鍵因素；巖心滲透率低的原因是孔隙結(jié)構(gòu)中的喉道半徑過(guò)于細(xì)小，較多大孔隙被小喉道所控制。

(2)通過(guò)核磁共振T2譜圖的研究可知：華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層的三塊典型樣品都具有雙峰特征，表明孔隙大小分布中等，既存在微孔又有大孔，大孔受微孔的控制，導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差。

(3)華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層內(nèi)的可動(dòng)流體由孔隙和大喉道中流體共同組成，可動(dòng)流體飽和度主要受孔隙和喉道的配置關(guān)系影響。

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編輯：李金華

1673-8217(2015)04-0101-04

2015-02-11

任穎惠，1988年生，儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)專業(yè)碩士研究生。

國(guó)家重大科技專項(xiàng)(2011ZX05044)。

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