鄂爾多斯盆地華慶長63儲層微觀孔喉結構特征及其對水驅油效率的影響

張 帆，孫 衛，張 茜，劉登科，張 杰

(1.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;2.中海石油有限公司深圳分公司)

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鄂爾多斯盆地華慶長63儲層微觀孔喉結構特征及其對水驅油效率的影響

張 帆1，孫 衛1，張 茜1，劉登科1，張 杰2

(1.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;2.中海石油有限公司深圳分公司)

應用常規壓汞、掃描電鏡、鑄體薄片、砂巖微觀模型水驅油等多種實驗，討論了鄂爾多斯盆地華慶地區長63儲層微觀孔喉結構特征及其對驅油效率的影響，結果表明，長63儲層的儲集空間主要為粒間孔，其次是溶蝕孔。應用納米CT技術將儲層的喉道分為點狀喉道、縮頸喉道、片狀喉道以及篩管狀喉道四類；根據常規壓汞實驗和毛管壓力曲線將研究區儲層的微觀孔喉結構分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類四種類型，這四種類型的儲層對應的驅油效率和驅油路徑有明顯差異；與孔隙度相比，滲透率對驅油效率的影響更明顯。

華慶地區；長63儲層；孔喉結構；驅油效率

鄂爾多斯華慶長63屬于典型的低孔低滲儲層[1-2]，平均孔隙度為9.66%，平均滲透率0.243×10-3μm2。華慶地理位置位于甘肅隴東地區，構造位置位于天環坳餡和伊陜斜坡過渡地區，地層產狀平緩(地層傾角小于1°),總厚度35～50 m，可以分為三個小層：長631、長632、長633。研究認為長6時期，華慶地區沉積相主要以半深湖-深湖相，淺湖相為主。華池以北地區的物源來自東北，主要受曲流河三角洲沉積體系控制，華池以南地區的物源主要來自西南，受辮狀河三角洲沉積體系控制。隨著開發進入中后期，研究區開發難度逐步增加，加之儲層物性整體較差以及單井產量較低，所以該類致密儲層的微觀孔隙結構成為當前研究的重點[2-8]。

1 儲層巖石學特征

觀察巖心和鑄體薄片，按Folk的砂巖分類[9]，華慶長63儲層的砂巖類型以長石砂巖和巖屑長石砂巖為主，其次為長石巖屑砂巖。砂巖陸源碎屑組分體積分數平均值為78.69%，長石含量最高，平均值為38.34%，其中以鉀、斜長石為主；石英次之，體積分數平均值為28.69%；巖屑含量最低，體積分數平均值為11.39%，其中變質巖巖屑含量最高，主要包括石英巖、千枚巖、板巖；火山巖屑次之，主要包括噴出巖，隱晶巖，以及較少的沉積巖巖屑。填隙物中膠結物類型主要為：黏土類物質體積分數大約為9.31%，以高嶺石、伊利石為主；碳酸鹽類體積分數為4.5%，以鐵方解石為主；硅質類為1.35%，以石英加大為主。砂體粒度以細粒為主，細粉砂、泥次之。碎屑顆粒以次棱角狀為主，接觸方式以點-線接觸為主,孔隙類型主要為粒間孔和長石溶孔。膠結物類型以孔隙式膠結、加大孔隙式膠結為主，還包括少量薄膜-孔隙、孔隙-基底、壓嵌-孔隙式膠結。成巖期次主要為中成巖A期的晚期，部分進入中成巖B期的早期。

2 儲層微觀孔喉結構特征

2.1 儲集空間類型

對研究區大量的的樣品進行掃描電鏡與鑄體薄片觀察分析表明：研究區的成巖作用主要有壓實作用、膠結作用、溶蝕作用。目的層孔隙主要經過這三種成巖作用的改造形成粒間孔、溶蝕孔以及晶間微孔，并且伴隨少量的微裂隙(圖1)，其中以粒間孔和溶蝕孔為主。華慶長63地區儲層的總面孔率為2.5%，其中粒間孔占1.52%，溶蝕孔占0.88%，晶間微孔占0.07%。經過鏡下觀察發現樣品中所含單一的孔隙很少，主要是混合孔隙，其中溶孔-粒間孔最多，孔隙的分布情況直接影響孔喉的配位數以及油氣的滲流能力[10-12]，最終影響驅油效率。

圖1 華慶長63樣品孔隙類型圖

2.2 喉道類型及特征

對于低滲透儲層而言，喉道的結構特征是決定油氣開發能力的關鍵地質因素，為了進一步明確目的層的喉道類型，本次研究以羅蟄潭劃分的喉道類型為標準[13]。借助常規的實驗手段外，同是還使用微米級、納米級三維CT掃描實驗，確定喉道在空間的展布特征。經鏡下觀察鑒定，華慶長63儲層主要發育4種喉道類型：點狀喉道、縮頸喉道、片狀喉道以及篩管狀喉道(圖2)。點狀喉道表現為；膠結和壓實作用弱，溶蝕作用強，粒間孔發育，形成大孔隙，喉道粗而短或細而短，常分布在粒間孔與溶蝕孔為主的儲集層中；縮頸喉道主要是由壓實作用與膠結作用造成的，滲流能力比點狀喉道低，一般在儲集層中的形狀顯示為粗而短或細而長；片狀喉道表現為膠結和壓實作用中等偏強，顆粒以點-線接觸為主，喉道中常見伊利石搭橋狀；篩管狀喉道是因為碎屑顆粒受到強的壓實作用和和膠結作用所致，顆粒以線接觸為主，其膠結物微孔呈現篩狀連接孔隙，滲流能力最差，該類型喉道在樣品中比較常見，主要見伊利石、硅質加大充填粒間孔構成的微孔隙網絡。在研究區片狀喉道是主要的類型，其次是篩管狀喉道，點狀、縮頸狀喉道不發育。當油經過微小以及狹窄的喉道時，賈敏效應現象更明顯，使儲層的滲透率大大降低，這樣容易導致油在運移時發生卡斷，最終影響驅油效率。

圖2 華慶長63樣品喉道類型

本次實驗以研究區W 213井的樣品為例，樣品的平均面孔率為3.87%，孔隙度為8.45%，滲透率為0.102×10-3μm2，膠結物主要為伊利石、綠泥石，方解石。實驗結果顯示，研究區儲層致密，發育復雜的納米-微米級孔喉。實驗顯示微級孔隙連通性差，許多孤立的孔隙、喉道網絡分布不均勻,微米級孔隙長度2～104 μm，孔隙寬度2～50 μm，孔隙體積主要為10～500 μm3(圖3a、b、c)，微米級喉道半徑主要分布在0.8～5 μm，喉道連通性差。納米級孔隙呈單一狀分布在儲層中，其孔隙長度100～500 nm，喉道網絡分布不均勻(圖3e、d、f)。通過構造樣品微、納米成像圖譜，以孔道的長寬比為標準來再次劃分孔喉的類型。第一種是篩管狀，長/寬≥3，孔隙體積較大，連通性好，經分析為殘余粒間孔或原生粒間孔；第二種為條帶狀，1.3≤長/寬≤3，孔隙體積較大，但數量不多，分析為解理縫或壓裂縫；第三種為球狀，0.8≤長/寬≤1.3，此類孔隙體積較小，多數孤立，分布廣泛，分析為晶間孔或溶孔。

圖3 W213井樣品微米、納米CT三維孔喉分布特征

2.3 孔隙類型及特征

孔隙結構是直接表征儲層品質的微觀物理屬性，孔隙發育特征影響著油氣的滲流規律，目前儲層孔隙結構的研究方法及分類依據眾多[14-15]。本次對研究區的樣品采用高壓壓汞實驗，從壓汞參數入手，參考物性數據，并結合壓汞曲線形態，將研究區孔隙結構定性地由好到差分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類四種類型(圖4～6)。

圖4 研究區四類樣品的壓汞曲線

圖5 研究區四類典型壓汞曲線特征圖

圖6 研究區四類樣品鏡下特征

Ⅰ類為低排驅壓力-細喉道型，該類樣品平均孔隙度為11.26%，平均滲透率為1.53×10-3μm2，占總樣品數的17.65%(表1)。孔隙類型主要為殘余粒間孔、長石溶孔等。Ⅰ類儲層儲滲能力最好，多發育于河道中心厚層砂體內。

Ⅱ類為低排驅壓力-微-微細喉道型，該類樣品平均孔隙度為10.48%，平均滲透率為0.46×10-3μm2，占總樣品數的44.88%。孔隙類型主要為粒間孔-溶孔、溶孔、微孔。Ⅱ類儲層屬于儲集性能和滲流能力較好的儲層類型，一般位于水下分流河道或與河道中心相連的厚砂體中上部或中下部。

Ⅲ類為中高排驅壓力-吸附-微喉道型，該類樣品平均孔隙度為8.96%，平均滲透率為0.14×10-3μm2，占總樣品數的20.48%。孔隙類型主要為溶孔-粒間孔、溶孔等。Ⅲ類儲層單砂體厚度變薄，河道中心相連的厚砂體上部或下部，砂層間與砂體孔隙結構非均質性突出，儲集性與滲流性變差。

表1 研究區華慶長63樣品常規孔隙結構分類統計

Ⅳ類為中排驅壓力-微喉道型，該類樣品平均孔隙度為6.87%，平均滲透率為0.04×10-3μm2，占總樣品數的16.99%，孔隙類型主要為微孔等。Ⅳ類儲層屬于儲集性能和滲流能力最差的類型，主要發育在與分流間灣相接分流河道的邊部、薄砂體、中厚砂體頂底部位濁流或砂質碎屑流砂泥互層等處。 經過上面討論，研究區Ⅰ類樣品孔隙結構儲滲能力最好，但占有率較少(17.65%)，Ⅱ、Ⅲ類儲層儲層能力較Ⅰ類差，但分布廣泛(65.36%)，Ⅳ類為無效儲層；儲層的滲流能力主要由大孔喉控制，中、小孔喉對儲層的滲流能力貢獻較小。

3 微觀孔喉結構對水驅油效率的影響

3.1 不同孔喉類型對應水驅油特征

在儲層中孔隙和喉道的分布及大小對水驅油效率是決定性因素，不同孔隙結構中的油水具有不同的滲流特征，滲流特征的不同必然會導致水驅油的效率有所區別。油在孔喉中運移主要受毛細管力的影響，而孔隙結構特征是控制毛細管力的主要因素，所以孔隙結構對驅油效率的影響很大。本次在前面分類的基礎上選擇每個類型的代表性樣品來精細描述孔隙結構對驅油效率的影響。選取每個類型的代表樣品3塊(共9塊)，展開微觀模型水驅油實驗，其實驗結果和水驅油鏡下特征見表2和圖7，孔隙結構連通越好，水驅油波及的面積越大，最終驅油效率越高，殘余油飽和度越低。

3.2 驅油效率評價

微觀孔喉結構是制約鄂爾多斯華慶長63油藏開發的關鍵地質因素，儲層物性是表征儲層品質的直觀權重參數，因此本研究著重對比滲透率與孔隙度對驅油效率的影響，并分析其原因。

如圖8表明模型的孔隙度與驅油效率的相關性并不高，相關系數只有0.355 8，但驅油效率與滲透率的相關性好，相關系數達到0.853 9。對超低滲儲層來說，由于微觀孔喉整體較小，相對粗喉道較少，有效孔隙發育程度與滲透率、孔隙度相關性不太好，連通性主要取決于喉道，喉道也是滲透率的主要表征參數，因此滲透率與驅油效率的相關性較好，這也造成驅油路線比較單一，最終驅油效率低，殘余油飽和度高。

4 結論

(1)鄂爾多斯華慶長63的巖石類型主要是長石

圖7 研究區樣品的驅油路徑

砂巖和巖屑長石砂巖；膠結物主要為伊利石、綠泥石、鐵方解石；儲集空間以粒間孔和溶蝕孔為主；喉道類型有點狀喉道、縮頸喉道、片狀喉道以及篩管狀喉道。

(2)基于壓汞實驗把鄂爾多斯華慶長63儲層由好到差分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類四種類型，其中Ⅱ類、Ⅲ類為主，Ⅳ類為無效儲層。儲層的滲流能力主要由大孔喉控制，中、小孔喉對儲層的滲流能力貢獻較小。

(3)Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類儲層樣品對應的水驅油路徑主要為網狀-均勻狀、指狀-網狀、指狀驅替，Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類孔喉結構對應的平均驅油效率依次變差，滲透率對驅油效率的影響明顯高于孔隙度。Ⅱ類、Ⅲ類儲層分布較廣泛，殘余油飽和度相對較高，因此是下一步開發的重點。

圖8 研究區孔隙度、滲透率與驅油效率的關系

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編輯：韓玉戟

1673-8217(2016)06-0059-05

2016-07-26

張帆，1991年生，礦產普查與勘探專業在讀碩士研究生，主要從事低滲透油氣藏的開發與研究。

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發”(2011ZX05044)。

TE112.2

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