普光氣田長興組儲層微觀孔隙結構特征

李劍鋒 陳軒 廖康涔

摘 ?????要：生物礁灘相儲層非均質型很強，從微觀本質上講，非均質性由孔隙結構決定。采用毛管壓力曲線法和圖像分析法對普光氣田主體區塊長興組生物礁儲層微觀孔隙結構特征進行了探討。結果表明：整體上，普光氣田長興組儲層屬于中高孔-中低滲儲層，部分為中高孔-高滲的相對優質儲層。孔隙類型有：粒間溶孔、晶間（溶）孔、粒內溶孔、生物體腔孔、生物骨架孔和裂縫;孔喉組合類型有：中孔粗喉、低孔中喉、低孔細喉三種類型。根據對壓汞法的進汞曲線和退汞曲線以及鑄體薄片的孔喉參數的綜合研究，將普光氣田長興組巖樣毛管壓力曲線分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ一共4類，其主要類型為Ⅱ類和Ⅲ類。通過各孔喉結構參數與孔隙度、滲透率的交會圖，分析研究認為中值喉道半徑、排驅壓力以及平均喉道半徑是影響物性的主要因素。

關 ?鍵 ?詞：孔隙結構;毛管壓力曲線;長興組;普光氣田

中圖分類號：TE 122 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）03-0554-06

Abstract： The reef-shoal reservoir has very strong heterogeneity， and the reservoir heterogeneity is always controlled by the pore structure. In this paper， the capillary structure curve and image analysis method were used to investigate the microscopic pore structure of Changxing formation bioreef reservoir in the main block of Puguang gas field. The results show that， as a whole， Changxing formation reservoir of Puguang gas field belongs to medium-high porosity and medium-low permeability reservoir， and some are medium-high porosity and high permeability relatively high-quality reservoirs. The main pore types of the reservoir include intergranular dissolved pore， intercrystalline （dissolved） pores，intragranular dissolved pore，biological pores， bio-frame pores and ruptures. The types of hole and throat combination include medium hole rough throat， low hole middle throat， low hole fine throat three types. The capillary pressure curve is divided intoⅠ，Ⅱ，Ⅲ， Ⅳ types according to the characteristic parameters of pore structure. The typeⅡand Ⅲ are the main types in the study area. Through the intersection of structural parameters of pores and porosity and permeability， it's pointed out that Rc50， driving pressure and average throat radius are the main factors affecting physical properties.

Key words： Pore structure; Capillary pressure curve; Changxing formation; Puguang gas field

普光氣田是我國首個投入開發的大規模高含硫碳酸鹽巖氣藏。氣田自2009年10月正式投產以來，氣井表現出產能高、生產壓差小的特征，但縱向上各層動用程度相差很大，飛仙關組動用程度達到91.35%，而長興組僅僅動用29.79%。隨著開發的進行，在2014年，即穩產期后期，項目重新立項，主要針對動用程度低的長興組進行深入研究，對于氣田的穩產具有重大意義。

前人對于普光氣田長興組儲層進行了一定的研究，取得了較為豐富的認識。倪新鋒[1]等研究確定了長興組有利儲層的相帶類型以及主要的儲集巖類型，對于優質儲層的發育控制因素也進行了分析;萬云[2]等根據常規薄片和壓汞實驗對川東北長興組儲層的孔隙結構進行了研究，以主流動孔隙（所謂主流動孔隙是指壓汞曲線中滲透率累積貢獻在95%處所對應的孔喉半徑與最大進汞飽和度的乘積）為標準進行了儲層評價;姜忠正[3]通過對鉆井巖芯、野外露頭剖面以及巖石薄片的觀察分析，對普光氣田長興組儲層成巖作用類型及特征、成巖序列、儲層形成機制做了詳細的研究;夏明軍[4]等確定了長興組儲層的有利相帶，并且對儲層儲集空間類型、物性、巖性等進行了研究;陳雪[5]等采用宏觀與微觀研究相結合，認為該地區儲層受到沉積、成巖、構造三大作用的制約，其中成巖作用是關鍵因素，控制著次生孔隙的發育程度。可見，前人對于普光氣田長興組儲層的研究主要著眼于有利相帶、孔隙類型、成巖作用、成巖序列、形成機制等宏觀層面，至于微觀層面的孔喉結構研究相對薄弱。基于前人的研究成果[6-8]，結合對本研究區的最新研究，本文采用毛管壓力曲線法和圖像分析法對普光氣田主體區塊長興組生物礁儲層微觀孔隙結構特征進行了探討，從微觀層面揭示儲層的物性特征以及微觀控制因素，對于氣田的新增動用儲量以及產能增加具有重大的意義。

1 ?區域地質概況

普光地區地理上位于我國四川盆地東北部，構造上位于川東斷褶帶北部， 緊鄰大巴山褶皺帶南緣，西部緊鄰川東米倉山過渡帶，是川東斷褶帶與大巴山前緣構造帶的雙重疊加構造區[9]。該地區構造變形強烈，以NE向斷層控制的隆凹格局為主，地層厚度變化大，沉積環境復雜。研究區構造位置如圖1所示。

2 ?長興組儲層物性特征

根據普光氣田長興組物性數據統計分析的結果，儲層孔隙度平均為9.37%，最大值為28.84%，主要分布在2%～16%;滲透率最大值為471.95 mD，平均為6.68 mD，主要分布在0.1～10 mD。通過以上物性數據分析結果，整體上，普光氣田長興組儲層屬于中高孔-中低滲儲層，部分為中高孔-高滲的相對優質儲層。其孔隙度和滲透率的相關性存在分區性，整體相關性很差，但正相關卻是顯而易見的（圖2），這也反映出研究區的非均質性強[3，10]。

3 ?長興組儲層微觀孔隙結構特征

3.1 ?儲層孔隙類型

通過對普光氣田長興組所取樣品鑄體薄片的觀察和掃描電鏡照片分析表明，研究區儲層在成巖過程中形成了多種孔隙類型，主要有：

（1）粒間溶孔（圖3a）;

（2）粒內溶孔（圖3c）;

（3）晶間（溶）孔（圖3b）;

（4）體腔孔（圖3d）;

（4）架間孔（圖3e）;

（6）裂縫（圖3f）。

其中研究區內最主要的孔隙類型有三種，分別是粒間溶孔、晶間（溶）孔以及縫隙。各類孔隙的面孔率大小分布以及裂縫的鏡下數目統計結果見表1。

3.2 ?儲層孔喉分布特征

根據鑄體薄片孔隙特征資料統計分析，普光氣田長興組生物礁儲層孔隙大小分選較差。大孔道（大于100 μm）、中孔道（50～100 μm）、小孔道（小于50 μm）占比相差不大;大孔道占比26.99%，中孔道占比33.9%，小孔道分布最多，占比35.72%。中孔道和小孔道兩者一共占比達到了69.62%，為長興組儲層的最主要孔隙類型。

孔隙結構中，喉道是孔隙連通情況的關鍵因素，對于碳酸鹽巖儲層更是如此，直接控制著碳酸鹽巖儲層的孔隙度和滲透率大小，對儲層賦存流體的滲流特征有決定性影響[10]。對長興組儲層，采用平均喉道半徑為分類標準[11]，喉道類型可分為粗喉（大于10.0 μm），中喉（1～10 μm），細喉（0.2～1 μm），微喉（小于0.2 μm）4種類型。通過分析，研究區長興組孔喉中值半徑為0.003 9～10.01 3 μm，平均值為0.901 7 μm，為細喉道類型。故而研究區長興組生物礁灘儲層屬中-微孔、細喉道儲層。

3.3 ?儲層孔隙連通狀況

孔隙的連通狀況用每個孔隙所連通的喉道數目來表征，即配位數;在鏡下鑄體薄片分析中，常用統計結果的平均數即平均配位數來表示[12]。對49個薄片的孔隙特征圖像分析統計結果表明，研究區長興組生物礁儲層平均配位數介于0.11～0.81之間，其中配位數介于0.2～0.45之間的占比達81.63%，表明孔隙連通狀況中等。

3.4 ?儲層毛管壓力曲線分類

獲得巖芯的毛管壓力曲線最常用的方法是壓汞法，它能夠比較直觀地反映儲集巖的孔隙結構，毛管壓力曲線在坐標系下的不同形態和分布代表孔隙結構的差異，根據毛管壓力曲線的參數將孔隙結構進行分類[11，13-16]。長興組儲層樣品的毛管壓力曲線顯著特征是整體上低-中排驅壓力、平臺段不明顯的特點。以前人對碳酸鹽巖儲層孔隙結構分類標準研究為基礎[17，18]，結合對長興組儲層巖樣的微觀孔隙結構特征參數的分析，將普光氣田長興組儲層毛管壓力曲線分為4類（圖4），其中居于中間類型的Ⅱ類和Ⅲ類為主要類型。

Ⅰ類：曲線兩個拐點之間的曲線在橫軸上的投影很寬;縱軸方向上，整體偏向于橫坐標，粗歪度。典型巖樣為102-1井12-47/110號，孔隙度為16.1%，滲樣滲透率為9.52×10-2 μm2，排驅壓力很低，為7.9×10-3 MPa，中值喉道半徑大，達到4.47 μm，相對分選系數為2.03，平均喉道半徑為21.64 μm。此類曲線表現出的物性特征為高滲透率，孔喉組合類型為中孔-粗喉型，其孔隙結構和滲流能力好，所代表的儲層為普光氣田長興組最優質的儲層。

Ⅱ類：Ⅱ類曲線形態上與Ⅰ類相似，不同的是拐點之間的寬度窄一些，縱軸方向上偏高一些，略粗歪度。典型巖樣為102-1井12-97/110號，孔隙度為5.73%，滲樣滲透率為1.22×10-4 μm2，排驅壓力較低，為3.28×10-2 MPa，中值喉道半徑小，為1.25 μm，相對分選系數為1.97，平均喉道半徑為4.40 μm。此類巖樣的排驅壓力高于Ⅰ類，中值喉道半徑小兩倍以上，平均喉道半徑尺寸相差達五倍;孔隙結構和滲流能力略欠于Ⅰ類，從毛管壓力曲線整體分布來看，該類曲線占優勢，所代表的儲層為長興組的主要儲層類型。

Ⅲ類：曲線拐點之間的寬度較窄，近于一條傾斜直線，整體偏離于橫坐標，略細歪度。典型巖樣為102-1井12-109/110號，孔隙度為5.53%，滲樣滲透率為6.13×10-5 μm2，排驅壓力相對Ⅰ類和Ⅱ類較高，為1.19×10-1 MPa;中值喉道半徑遠小于Ⅱ類，為9.24×10-2 μm;相對分選系數為3.25，平均喉道半徑為0.71 μm。此類巖樣最大的特征就是孔喉的分選很差，而且進汞飽和度明顯低于Ⅰ類和Ⅱ類，表明其孔隙結構和滲流能力較差。

Ⅳ類：此類曲線存在一個近似平臺段，分布較窄，整體遠偏離于橫坐標，細歪度。典型巖樣為102-1井13-19/31號，孔隙度為1.09%，滲樣滲透率為3.82×10-6 μm2，排驅壓力在所有巖樣中相對較高，為3.13 MPa，中值喉道半徑很小，為1.75×10-2 μm，相對分選系數為4.18，平均喉道半徑為0.03 μm;孔喉類型為低孔、細喉型。在本區代表的是非儲層，也就是隔夾層，表明這一類樣品微觀孔隙結構和滲流能力極差[11]。

3.5 ?儲層孔隙結構特征參數與物性的相關性分析

獲得毛管壓力曲線的方法較多，一般采用壓汞法獲得，從曲線可以得到孔喉大小、孔喉分選的定量數據，也可以直觀定性地了解孔喉的分選性[13]。而鑄體薄片法和掃描電鏡法在鏡下直接觀察巖芯，半定量的獲得孔隙的分布、二維分布、連通狀況以及孔隙的充填、溶蝕等現象[11，19]。本文選用排驅壓力、中值喉道半徑、平均喉道半徑來表征孔喉大小，中值壓力、退汞效率表征連通性，而表征孔喉分布的參數鑒于離散化程度較高，定量化數據分析難度大，有待進一步研究，此處定量研究略過，但能從壓汞曲線作定性研究。

3.5.1 ?排驅壓力與物性的關系

巖樣孔隙度和滲透率的減小，反映的是孔隙和喉道半徑的減小，在液態汞注入巖樣過程中，克服的毛管力會增大，宏觀表現便是排驅壓力會增大[20，21]。長興組儲層巖樣排驅壓力在0.10～0.40 MPa之間的巖樣數目達到80%;個別樣品排驅壓力甚至高達4 MPa，物性極差（圖5a）。孔隙度與排驅壓力的擬合優度為0.4058，滲透率與排驅壓力的擬合優度為0.4315，相關性均不是很好，但能看出孔隙度和滲透率與排驅壓力之間存在著負相關性，這也反映出生物礁儲層的非均質性很復雜。

3.5.2 ?中值喉道半徑與物性的關系

中值喉道半徑是指喉道半徑頻率累計達到50%時所對應的喉道半徑值，研究表明，該數值對于孔隙度有較大的影響[22]。研究區長興組儲層巖樣中值喉道半徑一般在0.23～0.44 μm，與滲透率相比，中值喉道半徑與孔隙度具有更好的相關性，擬合優度達到0.6108，滲透率與中值喉道半徑的相關性較差。

3.5.3 ?孔隙結構系數與物性的關系

孔隙結構系數簡單通俗地說就是用來表示真實巖芯和理想毛管束圓柱兩者之間滲流差別的物理量;其數值大小是影響因素的綜合參考值，數值越大，影響越大，與理想的模型差距越大，滲流能力也相差越大，滲流能力會更小[23]。普光主體長興組生物礁儲層孔隙結構系數與物性也吻合此規律。研究區孔隙結構系數主要集中在1.41～3.84，最大值達到13.76，基于孔隙度、滲透率與結構系數的相關關系交會圖，整體來看，孔隙結構系數與物性具有負相關性（圖5c）。

3.5.4 ?平均喉道半徑與物性的關系

平均喉道半徑能反映巖樣喉道的整體分布，平均喉道半徑大，說明該巖樣喉道整體偏大，偏粗喉[24]。研究區儲層巖樣的平均喉道半徑值在0.06～6.91 μm之間，大部分為細喉。孔隙度與平均喉道半徑的擬合優度為0.553 7，滲透率與平均喉道半徑的擬合優度為0.537 5;孔滲與之相關性在本區均較好，說明在非均質性很強的生物礁灘儲層中，平均喉道半徑對孔隙度、滲透率的反應較好，對于儲層物性的表征具有明顯的控制作用。

3.5.5 ?中值壓力與物性的關系

中值壓力越大，流體流動所需要克服的毛管力就會越大，導致的是儲層物性越差[20]。

長興組儲層巖樣中值壓力與孔隙度呈現出較好的負相關性，同樣地，滲透率與中值壓力亦具有和孔隙度相同的趨勢。中值壓力變化范圍很大，物性較好的儲層其中值壓力小于1 MPa，大部分樣品在0.54～2.77 MPa，個別物性極差的（可以認為非儲層的樣品）中值壓力可以達到36.74 MPa（圖5e），表明本區相對較好的儲層自然滲流能力較好，差的儲層基本無滲流能力。

圖5 ?普光氣田長興組儲層孔隙結構特征參數與物性的交會圖

Fig.5 The correlation diagram between characteristic parameters of pore structure and properties of Changxing formation reservoir of Puguang gas field

3.5.6 ?退汞效率與物性的關系

退汞效率為巖樣退出汞的量與最大進汞量的比，參考Wardlaw（1976）的觀點，認為孔喉的直徑大小比對退汞效率有決定性的影響。退汞效率越大，巖芯中孔隙與喉道的尺寸大小相差越小，也在一定程度上說明儲層含氣飽和度較小，實際產能小[21]。研究區儲層巖樣退汞效率大部分在3.15%～8.77%之間，與孔隙度、滲透率的相關性較差，表明本區孔喉分布不均勻，孔隙與喉道尺寸相差較大。

4 ?結束語

（1）普光氣田長興組儲層整體上屬于中高孔-中低滲儲層，部分為中高孔-中高滲的相對優質儲層。孔隙類型有：粒間溶孔、晶間（溶）孔、粒內溶孔、體腔孔、架間孔和裂縫;孔喉組合類型有：中孔粗喉、低孔中喉、低孔細喉三種類型。

（2）根據對壓汞法的進汞曲線和退汞曲線以及鑄體薄片的孔喉參數的綜合研究，將普光氣田長興組巖樣毛管壓力曲線分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ一共4類，其主要類型為Ⅱ類和Ⅲ類。

（3）通過各孔喉結構參數與孔隙度、滲透率的交會圖，分析研究認為中值喉道半徑、排驅壓力以及平均喉道半徑是影響物性的主要因素。

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