低滲透油藏微觀孔隙結構特征研究

曹寶格 李源流 肖玲 楊成 巨懇 麥韜

摘? ? 要：低滲透油藏孔隙和喉道尺寸差異大，流體在其中的滲流阻力差異大，開發效果較差。為合理開發低滲透油藏，以白狼城油區長2油藏為例，采用恒速壓汞法重新認識儲層的微觀孔隙結構特征。研究結果表明，長2儲層孔隙為中孔隙，喉道為微-細喉道，平均孔喉比大;喉道大小是儲層滲透性的主要控制因素，且喉道控制有效體積大，占總孔隙體積的40.2%～66.7%;油田開發早期主要采出孔隙中的原油，剩余油主要集中在喉道體積中，進一步開采難度較大。結合油田開發實際及儲層特征，采用酸化或加大壓裂規模的方法可改善孔喉配置關系，提高油井產量。研究結果為提高低滲透油藏儲量動用程度、緩解我國石油供需矛盾和石油工業的可持續發展具重要現實意義。

關鍵詞：孔隙;喉道;恒速壓汞;低滲透油藏

儲層的微觀孔隙結構直接控制著儲層的儲集和滲流能力，并決定油氣藏的產能大小及分布[1]，對儲層微觀孔隙結構特征的研究是開發好低滲透油藏的關鍵[2-3]。低滲透儲層孔喉大小主要為微納米級，喉道特征是低滲儲層滲流性質的決定性因素[4-5]。傳統孔隙結構研究方法——高壓壓汞法，只能求取孔喉分布的模糊信息，而同一毛管壓力曲線具多解性，其研究精度達不到低滲儲層孔喉表征需求[6]。近年來出現的恒速壓汞技術是一種精度較高的儲層微觀孔隙結構測試技術，該方法以非常低的進汞速度維持準靜態的進汞過程，依據進汞壓力的漲跌來獲取孔喉信息，可同時定量測定孔隙和喉道的動態參數[7-9]，更適用于描述低滲透油藏的微觀孔喉結構特征研究[10-11]。本文以白狼城油區長2油藏為例，主要采用恒速壓汞方法重新認識低滲透儲層的微觀孔隙結構，以此提出下一步開發思路[12]。

1? 儲層概況

白狼城油區長2油藏為典型低滲透油藏，儲層平均孔隙度16.4%，平均滲透率15.1×10-3 μm2。儲層巖石以長石砂巖為主，次為巖屑長石砂巖，巖石中長石含量40%～50%;石英含量20%～35%;巖屑含量15%左右。巖石粒度分選中等，磨圓以次棱-次圓為主，壓實作用較強，顆粒間一般為線接觸。儲層中膠結類型為粘土膠結，含量8%左右。孔隙填隙物包括自生方解石、綠泥石及少量伊利石。長2油藏從1993年6月發現工業油流至今經歷了彈性能量開采、局部注水開發和全面注水開發。全面注水后油田產量持續上升，于2012年產量達到最高，經4年穩產后產量開始或出現明顯遞減。

2? 微觀孔隙結構特征研究

2.1? 孔隙分布特征

據研究區長2油藏6塊巖樣的恒速壓汞實驗結果（圖1，表1），不同樣品孔隙半徑基本符合正態分布特征，儲層孔隙半徑主要在50～150 μm。隨巖心滲透率變化，孔隙半徑寬窄發生變化，巖心滲透率越高，孔隙分布范圍越寬，巖心滲透率越低，孔隙分布范圍越窄。6塊樣品孔隙半徑峰值在60～107.5 μm。據表2中孔隙分級標準，長2儲層孔隙屬中-大孔隙，以中孔隙為主，且平均孔隙半徑越大，孔隙度和滲透率越大，平孔隙半徑與滲透率之間的相關性更強。

2.2? 喉道分布特征

據恒速壓汞實驗結果（圖2），6塊樣品喉道半徑基本符合正態分布特征，儲層巖心滲透率越低，喉道半徑分布范圍越窄，其峰值對應的喉道半徑越小，喉道分選越好，巖心滲透率越高，喉道半徑分布范圍越寬，喉道分選變差。實驗巖心的喉道半徑峰值在0.08～0.77 μm。據表2中喉道分級標準，研究區長2儲層喉道屬微-細喉道，平均喉道半徑越大，孔隙度和滲透率越大，但平均喉道半徑與滲透率之間的相關性更好。相比孔隙半徑，喉道半徑與滲透率之間的相關性更強，且隨平均喉道半徑增大，滲透率以指數函數式增大。因此，喉道大小是儲層滲透性的主要控制因素。

2.3? 有效孔喉體積變化特征

據恒速壓汞實驗結果（表2），單位巖樣有效孔隙體積與孔隙度之間的相關性很強，單位巖樣有效喉道體積與儲層滲透率之間的相關性很高，說明儲層巖石的有效孔隙體積決定了儲集層儲集流體的能力，有效喉道體積則決定了儲層的滲流能力。研究區儲層中喉道控制的有效體積占總孔隙體積的40.2%～66.7%，即一半左右流體儲存在于喉道控制體積中，儲集在喉道控制體積中的流體越多，流體在其中的滲流阻力越大，開采難度越大。

2.4? 孔喉配置關系

儲層孔喉半徑比反映了孔喉配置關系，其值越小，孔隙、喉道大小差異越小，孔喉配置關系越好，儲層流體的微觀滲流能力越強[5，13]。研究區長2儲層的平均孔喉半徑比與滲透率之間表現出很強的負相關性（圖3），巖心滲透率越高，孔喉比分布范圍越窄，平均孔喉半徑比越低，孔隙分選性越好。儲層的平均孔喉比主要在75～188，孔喉半徑比明顯偏大，單個孔隙被大量小喉道控制，原油通過微細喉道時需克服較大的毛細管阻力，油氣難以流動，開采難度大[14-15]，采收率低。因此，要提高油田的開發效果，應改變孔喉配置關系。

2.5? 滲透率貢獻和累積滲透率貢獻率與平均喉道半? ? ? ? 徑的關系

據喉道半徑對滲透率的貢獻率和累積滲透率貢獻曲線（圖4），巖心滲透率不同，喉道大小對滲透率的貢獻率不同，累積滲透率貢獻曲線上升規律不同。（1）滲透率小于1×10-3μm2的巖心，屬微喉道，小喉道對滲透率的貢獻率很大而大喉道對滲透率的貢獻率很低，累積滲透率的貢獻曲線初期增加緩慢，后期上升很快，說明在超低滲透油藏中，流體的滲流能力取決于微喉道中諸多的小喉道，而大喉道對滲流能力的貢獻很低;（2）滲透率較大（>50.1×10-3μm2）的巖心，屬細喉道，滲透率貢獻率峰值左側曲線比右側曲線平緩，累積滲透率的貢獻曲線初期快速增加，后期上升緩慢，說明常規油藏孔隙中的大喉道對滲流能力的貢獻大于小喉道對滲流能力的貢獻;（3）滲透率介于1.1×10-3～50.1×10-3 μm2的低滲、特低滲透巖心，屬微-微細喉道，累積滲透率的貢獻曲線兩頭上升慢，中間上升較快，但巖心滲透率越低，滲透率貢獻曲線范圍越窄，累積滲透率貢獻曲線早期上升相對較慢而后期上升較快，說明在低滲、特低滲透性油藏中，儲層物性越差，喉道半徑分布越集中，小喉道對滲透率的貢獻越大[12-13]。

2.6? 恒速壓汞毛管壓力曲線特征

據恒速壓汞實驗的孔隙、喉道和總體毛細管壓力曲線測定結果，進汞壓力較小時，汞首先進入大孔隙所控制的孔隙體積，喉道影響不明顯，總體毛細管壓力曲線與孔隙毛細管壓力曲線形態基本一致。隨進汞壓力增加，汞開始進入喉道所控制的孔隙，孔隙毛細管壓力曲線開始上翹，喉道開始起主要控制作用。待喉道連通的所有孔隙被汞充滿之后，繼續增加進汞壓力，汞進入更為細小的喉道，此時的總體毛細管壓力曲線完全取決于喉道毛細管壓力曲線的變化[16]。據恒速壓汞實驗結果，將研究區儲層的毛細管曲線形態分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3種類型（表3）。

Ⅰ類? 該類樣品有效孔隙和有效喉道數量較多，排驅壓力大，進汞量高，孔喉分選較好，是儲集能力好、滲流能力強的儲層，是研究區好的儲層典型代表。

Ⅱ類? 該類樣品中有效孔隙和有效喉道數量較Ⅰ類少，排驅壓力中等，進汞量較高，孔喉分選性較差，是儲集能力中等、連通性一般的儲層，是研究區中等儲層的代表。

Ⅲ類? 該類樣品中有效孔隙和有效喉道數量很少，排驅壓力高，孔喉分選差，進汞量低，是儲集能力差、連通差的儲層，是研究區差儲層的代表。

綜上，白狼城油區長2油藏孔隙半徑遠大于喉道半徑，在開發早期，采出的原油來自易采出的孔隙控制的體積，油井產量高，隨原油的逐漸開采，原油主要剩余在喉道控制的體積中。由于儲層中喉道半徑小、喉道數量大、喉道控制的有效體積很大，導致油井產量降低。因此，為提高油井產量，必須改變目前開發方法（小型壓裂），采取改變儲層孔喉配置關系的方法對儲層實施有效改造。長2儲層中綠泥石的含量較高，主要以2種形式存在于孔隙中[17-19]：一是充填于孔隙當中，造成剩余粒間孔隙減小，孔隙度降低;二是以綠泥石膜的形式附著在巖石顆粒表面，降低了儲層的儲集性能。因此，綠泥石的存在不僅使砂巖儲層的孔隙體積變小，且使喉道變窄，降低了儲層的滲流能力。結合儲層孔隙半徑遠大于喉道半徑的事實，綠泥石的存在對長2儲層喉道的影響更大。綠泥石一般易溶于酸，是較強的酸敏礦物。因此，通過酸化方法可改善孔喉配置關系。另一方面，研究區油井雖基本進行了壓裂，但壓裂規模小，針對喉道中存在大量的剩余油的事實，可通過加大壓裂規模的方法改善孔喉配置關系，提高油井產量。

3? 結論

（1）長2儲層以中孔隙為主，微-細喉道發育，孔喉比大，喉道大小是儲層滲透性的主要控制因素。

（2）由于儲層中孔隙半徑遠大于喉道半徑，且喉道控制的有效體積占總孔隙體積的40.2%～66.7%，因此，在開發早期，采出的原油來自易采出的孔隙控制的體積，油井產量高，隨原油的逐漸開采，原油主要剩余在喉道控制的體積中;原油通過微細喉道時需要克服較大的毛細管阻力，被采出的難度較大，需采取改變儲層孔喉配置關系的方法對儲層實施有效的改造。

（3）長2儲層中綠泥石的含量較高，綠泥石的存在不僅使砂巖儲層的孔隙體積變小，且使喉道變窄，降低了儲層的滲流能力，綠泥石的存在對長2儲層喉道的影響更大。通過酸化和加大壓裂規模的方法可以改善孔喉配置關系，提高油井產量。

（4）常規油藏中流體的滲流能力取決于孔隙中的大喉道，超低滲透油藏中流體的滲流能力取決于微喉道中諸多的小喉道，而低滲、特低滲透性油藏中，流體的滲流能力介于二者之間，且儲層物性越差，喉道半徑分布越集中，小喉道對滲透率的貢獻越大。

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Study on the Micropore Structure Characteristics in Low Permeability Reservoir，take Chang 2 Reservoir in Bailangcheng

Oil area as An Example

Cao Baoge1， Li Yuanliu2， Xiao Ling3， Yang Cheng4， Ju Ken5， Mai Tao6

（1. Shaanxi Key Laboratory of Advanced Stimulation Technology for Oil & Gas Reservoirs in Xi’an Shiyou University， Petroleum Engineering Institute， Xi’an Shiyou University， Xi’an， Shanxi 710065， China;2. School of Earth Sciences

and Engineering， Xi’an Shiyou University， Xi’an， Shanxi 710065， China;3. Xi'an School of Geosciences and engineering， University of petroleum， Xi'an 710065， Shaanxi Province;4. No.2 oil plant of qinghai oilfield CNPC，Qinghai Province，Mang`ai city;5. No.1 oil plant of qinghai oilfield CNPC，Qinghai Province，Mang`ai city;

6. No.4 oil plant of qinghai oilfield CNPC，Qinghai Province，Mang`ai city）

Abstract： The pore and throat size of low permeability reservoir are different， in which the filtrational resistance of fluid is different， and the development effect is poor. In order to develop low permeability reservoir reasonably， in this paper， the micropore structure characteristics of the reservoir are reviewed by constant rate mercury-injection taking Chang 2 reservoir in Bailongcheng oilarea as an example. The results show that the pores of Chang 2 reservoir are medium pores， throats are micro-thin throats， and the average pore throat ratio is big; the size of the throat is not only the main controlling factor of reservoir permeability， but also the effective volume controlled by throats is large， accounting for 40.2% ～ 66.7% of the total pore volume; in the early stage of oilfield development， crude oil was mainly extracted from the pores， and the remaining oil was mainly concentrated in the throat volume， which was more difficult to further exploit; combined with the actual oil field development and reservoir characteristics， acidizing or increasing the scale of fracturing can be used to improve the pore and throat configuration relationship and increase oil well production. The research results of this paper are of great practical significance for improving the utilization of low permeability reservoir reserves and alleviating the contradiction between oil supply and demand and the sustainable development of petroleum industry in China.

Key words：? Pore;Throat;Constant-rate mercury-injection; Low permeability reservoir