特低滲透儲層微觀孔隙結構及可動流體賦存特征研究
——以鄂爾多斯盆地合水-華池地區長6儲層為例

霍　磊，孫　衛，曹　雷，陳　強，李　歷

(西北大學地質學系·大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安 710069)

特低滲透儲層微觀孔隙結構及可動流體賦存特征研究

——以鄂爾多斯盆地合水-華池地區長6儲層為例

霍磊，孫衛，曹雷，陳強，李歷

(西北大學地質學系·大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安 710069)

摘要：在巖石薄片、掃描電鏡觀察微觀孔隙結構的基礎上，利用恒速壓汞、核磁共振技術對合水-華池地區長6儲層樣品進行測試，研究結果表明：合水-華池地區長6儲層孔隙類型主要有粒間孔、長石溶孔、巖屑溶孔；喉道主要為片狀或彎片狀喉道和縮頸型喉道；儲層為大孔隙-細喉道、微細喉道組合的配置關系；合水-華池地區長6儲層9塊樣品T2譜頻率曲線可以分為單峰態和雙峰態兩類；可動流體主要賦存在大孔隙中，其次是大喉道中；儲層可動流體飽和度受很多因素的影響，而喉道半徑和有效孔隙空間對可動流體飽和度影響較大。

關鍵詞：可動流體；孔隙結構；核磁共振；合水-華池地區

我國特低滲透油氣藏含油層系多，分布區域廣，是當前和今后一段時間內石油勘探開發的主要領域[1-2]。特低滲透砂巖儲層一般受沉積、成巖作用改造的影響，具有物性差、微觀孔隙結構及流體賦存狀態復雜等特征[1-3]，對特低滲透儲層的孔隙結構和可動流體賦存特征研究主要是在基礎地質研究、巖心及薄片觀察的基礎上，借助常規壓汞、恒速壓汞、核磁共振等實驗手段，獲取孔喉參數、可動流體飽和度等參數，從而為制定或調整儲層開發方案提供合理依據。

1區域地質與儲層特征

合水-華池地區位于隴東地區，構造位置位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西南緣，該區構造平緩，長6儲層起伏不大，僅在西傾單斜背景上局部發育小型鼻狀隆起。合水-華池地區長6期中部與北部大面積處于半深湖-深湖相沉積區，主要接受深湖相重力流沉積，沉積類型主要為砂質碎屑流和濁流，僅南部部分區域為三角洲前緣亞相沉積，物源以南向、西南向和北東向為主[5-6]。

合水-華池地區長6儲層巖石類型主要為中細粒巖屑長石砂巖，孔隙度1.00%～17.52%、平均值9.20%，滲透率(0.01～17.30)×10-3μm2、平均為0.14×10-3μm2。砂巖碎屑中石英含量15.6%～84.0%、平均為41.3%；長石含量7.8%～55.0%、平均為22.0%；巖屑含量4.0%～36.2%，平均為16.8%；巖屑包括變質巖屑、火山巖屑和沉積巖屑。在其他礦物成分中云母類含量最高。儲層填隙物中膠結物主要有：水云母、綠泥石、鐵方解石、鐵白云石、方解石、硅質及少量的高嶺石。碎屑顆粒粒度在中砂、黏土之間均有分布，主要在細砂～極細砂之間，粒徑主要為0.25～0.50 mm，磨圓程度較差，主要為次棱角狀，約占95%以上，有少量呈次棱-次圓、次棱-棱角狀。碎屑顆粒分選中等。黏土礦物主要有綠泥石、伊利石、伊蒙混層及少量高嶺石，其中伊利石平均含量為76.29%；綠泥石、伊蒙混層平均含量分別為11.5%、12.56%，高嶺石較少見。

2孔隙類型及結構特征

合水-華池地區長6儲層孔隙半徑主要為20～140 μm，其孔隙類型主要有原生粒間孔、長石溶孔、巖屑溶孔、晶間孔、微孔和微裂隙等。在早期成巖過程中壓實作用較強，粒間孔大量損失，后期成巖改造發育較多溶蝕孔，溶孔中長石溶孔較巖屑溶孔多。溶蝕作用顯著地增加了有效孔隙的連通性，鏡下易溶顆粒多呈表面溶蝕與粒緣溶蝕狀。晶間孔含量較少，多發育在重結晶自生伊利石、綠泥石、網狀黏土等礦物晶體之間，微裂隙含量較少，但能顯著增加儲層滲透性(圖1、表1)。

圖1　合水-華池地區長6儲層不同孔隙含量及孔徑大小分布

樣品編號孔隙度/%滲透率/10-3μm2孔隙半徑平均值/μm喉道半徑平均值/μm主流喉道半徑/μm孔喉半徑比平均值總孔隙進汞飽和度/%總喉道進汞飽和度/%可動流體飽和度/%可動流體孔隙度/%110.500.25127.010.320.29488.621.7811.7940.724.2829.700.23133.010.250.22628.520.9017.5638.473.7338.600.18136.050.260.21654.019.5116.5237.033.18410.200.49131.120.891.04325.223.2519.6938.953.9759.700.12132.620.310.27578.115.628.0831.773.08611.470.60143.421.532.05265.734.8529.6350.945.84710.280.43136.510.991.30587.141.5524.4945.674.6989.990.28127.430.961.10223.434.8111.0744.194.4198.910.19126.050.600.64211.731.518.5045.574.06最大值11.470.60143.421.532.05654.041.5529.6350.945.84最小值8.600.12126.050.250.21211.715.628.0831.773.08平均值9.930.31132.580.680.79440.327.0916.3741.484.14

2.1粒間孔

粒間孔為儲層經歷早期成巖的壓實作用和后期膠結作用下仍未被完全壓實和堵塞的孔隙。統計薄片鑒定結果發現，合水-華池地區長6儲層粒間孔占面孔率的百分含量最大為85.4%，最小為2.0%，平均為22.8%，形態一般比較規則，但大小不一，孔徑多介于40～130 μm。粒間孔具有相對良好的連通性和滲透性，含量較溶孔類少，主要是早期成巖階段較強的機械壓實、壓溶和膠結作用導致大量損失。

2.2溶蝕孔

溶蝕孔指儲層經歷沉積和成巖作用，由于流體運移過程中發生溶解作用所形成的孔隙。統計薄片鑒定結果發現，合水-華池地區長6儲層溶蝕孔占面孔率的百分含量最大為97.0%，最小為11.7%，平均為71.2%。主要發育長石溶孔和巖屑溶孔，長石溶孔多沿著長石顆粒易溶部分及解理發生選擇性的粒緣及粒內溶蝕，呈現出多樣的孔隙形態，有長條的解理溶孔、鑄模溶孔、不規則粒緣溶孔等。長石溶蝕孔孔徑一般為20～120 μm，呈不均勻分布，常與其它孔隙伴生。巖屑多為噴發巖、高變質巖、千枚巖、變質砂巖等，其中可溶性組分形成全部溶蝕或部分溶蝕的孔隙，局部具有肉眼可見的溶孔。合水-華池地區長6儲層溶蝕孔很好地改善了早期成巖演化過程中原生孔隙發育較少的儲層的物性，對儲層的儲集性和滲流性的改良有很大的貢獻。

2.3晶間孔與微裂隙

晶間孔在研究區儲層巖石孔隙中含量較少，主要為溶蝕作用形成的伊利石晶間孔和綠泥石晶間孔，局部可見含量較少的高嶺石晶間孔。研究區儲層晶間孔對儲層儲集性能的貢獻率較低，雖然晶間孔在一定程度上增大了儲層的儲集空間，但由于孔徑很小、流體不易流動，基本上屬于無效孔隙，晶間孔孔徑一般5～25 μm。微裂隙與微裂縫含量極少，孔徑細小，其溝通了原本互相不連通的孔隙，是流體滲流的優勢通道，由于其含量較少，對于改善儲層的滲流能力也很有限。微孔及微裂隙孔徑較小，一般為5～18 μm。

2.4結構特征

通過恒速壓汞等實驗手段得到合水-華池地區長6儲層9塊樣品的孔隙結構參數(表1)，可以看出，合水-華池地區長6儲層9塊樣品的孔隙半徑平均值相近。

3喉道類型及結構特征

通過大量鑄體薄片和掃描電鏡的觀察和統計發現，合水-華池地區長6儲層喉道主要為片狀或彎片狀喉道和縮頸型喉道，含量分別為60.4%、31.3%，其次為含量較少的管束狀喉道和孔隙縮小型喉道。片狀喉道多見于礦物顆粒線接觸，顆粒邊緣發育的綠泥石等黏土礦物呈絲狀介于喉道中，見圖2。彎片狀喉道主要發育在強烈壓實作用呈鑲嵌式顆粒凹凸接觸處，該類喉道空間彎曲細小、表面粗糙，容易形成堵塞。孔隙縮小型喉道較少見，主要發育在局部顆粒支撐、膠結物較少處，與孔隙差異較小。管束狀、蜂窩狀喉道含量很少，發育在局部呈雜基支撐、基底式膠結處，喉道半徑極細。長6儲層喉道整體細小，孔隙之間連通性較差，滲流能力較差，孔喉半徑比平均值較大，表明儲層為大孔隙-細喉道、微細喉道配置關系。

4可動流體T2譜特征

儲層巖石中的流體一部分為自由可動流體，一部分受到固體巖石孔喉的作用呈束縛狀態為不可動流體。利用核磁共振技術通過測定巖石中流體的T2弛豫時間來表征儲層巖石中賦存的可動流體、束縛流體含量以及可動流體孔隙度等參數，可以直觀、快速地評價孔隙結構特征及油氣可采程度[9-11]。

圖2　合水-華池地區長6儲層不同喉道含量及喉徑大小分布

依據巖心離心壓力實驗和低滲儲層研究經驗[1，8-9]，將13.895 ms作為可動流體與束縛流體的T2弛豫時間界限值。圖3中顯示，9塊樣品T2譜頻率曲線可以分為兩類，一類為單峰態，另一類為雙峰態，可動流體飽和度最大值為50.94%，最小值為31.77%，平均值為41.48%；可動流體孔隙度最大值為5.84%，最小值為3.08%，平均值為4.14%(圖3、表1)。

5孔喉結構特征參數與可動流體飽和度分析

5.1可動流體的賦存分析

可動流體由孔隙和大喉道中的流體共同組成[8]，通過分析總孔隙進汞飽和度，總喉道進汞飽和度與可動流體飽和度的相關性，發現總孔隙進汞飽和度與可動流體飽和度有更好的正相關性(圖4)，說明可動流體主要賦存在大孔隙中，其次是大喉道中。儲層流體只是處在某一壓力平衡狀態下，只要壓力平衡狀態改變，流體就會發生滲流以達到新的平衡。孔隙中流體經常發生著流動，若連通儲層有效孔隙的喉道數量少，流體易被束縛在孔隙中。同時，流體容易在細喉道中受到毛細管力等阻力而難以流動，呈束縛狀態，當儲層普遍的喉道半徑較大且可供流體儲層的空間越大，才能聚集越多的可動流體，對應可動流體飽和度越高。

圖3　合水-華池地區長6儲層巖樣核磁共振T2譜的頻率分布

5.2孔喉結構特征參數對可動流體的影響

圖4　孔喉進汞飽和度與可動流體飽和度的關系

分析孔隙結構特征參數與可動流體飽和度的關系發現(圖5)，喉道半徑平均值、主流喉道半徑的大小與可動流體飽和度以及可動流體孔隙度呈較強的正相關性，相關系數R2分別為0.6433，0.6519，0.4396，0.7943。孔隙半徑平均值與可動流體飽和度及可動流體孔隙度具較弱的正相關性，相關系數R2僅為0.074，0.18。孔喉半徑比平均值與可動流體飽和度及可動流體孔隙度呈負相關性，相關系數R2為0.3816，0.2921。

分析表明，較大的喉道半徑對可動流體飽和度有很強的正效應，即大喉道有利于流體的運移和聚集儲藏，也利于開發過程中油藏流體的滲流；孔隙雖然作為可動流體主要的賦存空間，但其半徑大小與可動流體飽和度較差的相關性表明：孔隙半徑大小對于可動流體飽和度值的影響是有限的。孔喉半徑比平均值與可動流體飽和度及可動流體孔隙度呈負相關性，孔喉半徑比越大，孔喉半徑差異越大，孔喉分布越不均勻且微觀非均質性越強，對應的可動流體飽和度值則越低。

6結論

(1)合水-華池地區長6儲層孔隙半徑主要為20～140 μm，其孔隙類型主要有粒間孔、長石溶孔、巖屑溶孔，晶間孔、微孔和微裂隙含量較少。喉道主要為片狀或彎片狀喉道和縮頸型喉道，其次為含量較少的管束狀喉道和孔隙縮小型喉道。喉道半徑主要為0.68～1.53 μm。儲層為大孔隙-細喉道、微細喉道組合的配置關系。

(2)合水-華池地區長6儲層9塊樣品T2譜頻率曲線可以分為兩類，一類為單峰態，另一類為雙峰態，可動流體飽和度最大值為50.94%，最小值為31.77%，平均值為41.48%，可動流體主要賦存在大孔隙中，其次是大喉道中。

(3)較大的喉道半徑對可動流體飽和度有很強的正效應，大喉道有利于流體的運移和聚集儲藏；孔隙半徑大小對于可動流體飽和度值的影響是有限的；孔喉半徑比越大、孔喉半徑差異越大、孔喉分布越不均勻且微觀非均質性越強，對應的可動流體飽和度越低；當儲層普遍的喉道半徑較大且可供流體儲層的空間越大，才能聚集越多的可動流體，對應可動流體飽和度也越高。

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圖5　孔喉結構特征參數與可動流體飽和度的關系

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編輯：李金華

文章編號：1673-8217(2016)01-0121-05

收稿日期：2015-07-21

作者簡介：霍磊，1988年生，2013年畢業于西北大學地質學專業，油氣田開發工程專業在讀碩士研究生，從事油氣田開發地質與儲層研究。

基金項目：國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發”(2011ZX05044)；陜西省科技統籌創新工程(2011KTZB01-04-01)。

中圖分類號：TE348

文獻標識碼：A