雷家致密油儲(chǔ)層可壓性評(píng)價(jià)方法

李 楊

（中國(guó)石油遼河油田鉆采工藝研究院，遼寧 盤錦 124010）

儲(chǔ)層改造是提高非常規(guī)油氣[1]單井產(chǎn)量以及穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)層改造是“體積壓裂”理念,如何最大限度地提高增產(chǎn)改造儲(chǔ)層體積（SRV）成為非常規(guī)油氣藏改造[2]的關(guān)鍵技術(shù)。非常規(guī)油氣儲(chǔ)層脆性程度定量表征及儲(chǔ)層評(píng)價(jià)是進(jìn)行非常規(guī)儲(chǔ)層改造壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)必須進(jìn)行的環(huán)節(jié)，直接決定壓裂工藝的優(yōu)選。僅依據(jù)彈性模量、泊松比參數(shù)描述脆性不全面，依靠當(dāng)前脆性選層，部分井已出現(xiàn)不產(chǎn)液或產(chǎn)液期短現(xiàn)象。本文基于雷家致密油儲(chǔ)層巖心，從礦物含量、成巖作用、儲(chǔ)層物性、巖石力學(xué)、裂縫發(fā)育等多因素考慮，綜合表征巖石脆性，提出致密儲(chǔ)層可壓性評(píng)價(jià)方法，為雷家致密油儲(chǔ)層改造[3]施工參數(shù)優(yōu)化提供有效手段。

1 儲(chǔ)層特征

1.1 沉積特征

遼河油田雷家區(qū)域位于遼河西部凹陷中段，以濱淺湖-半深湖亞相沉積為主。由于物源供給不充足，南部形成了一套云坪微相（杜III 段），北部形成一套鮞粒灘微相（高升油層）。雷家地區(qū)位于西部斜坡帶，東臨陳家洼陷，發(fā)育近東西向、北東向兩組斷裂。雷家湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要為沙四段的淺湖相白云巖類儲(chǔ)層，該套地層的特點(diǎn)是以雷家為中心向四周呈減薄的趨勢(shì)。沙四段沉積時(shí)為封閉的湖灣環(huán)境，主要發(fā)育細(xì)粒的碳酸鹽巖。

1.2 巖性、物性

根據(jù)礦物成分，將雷家地區(qū)[4]沙四段劃分為3大類14 種巖性，其中3 大類包括白云巖類、方沸石巖類、泥頁(yè)巖類；巖性主要有：泥晶云巖、含泥泥晶云巖、泥質(zhì)泥晶云巖、含泥含方沸石泥晶云巖、含泥含云方沸石巖、含泥云質(zhì)方沸石巖、泥質(zhì)含云方沸石巖、泥質(zhì)云質(zhì)方沸石巖、含云方沸石質(zhì)泥巖、云質(zhì)泥巖、頁(yè)巖、泥巖、含泥泥晶云巖、泥質(zhì)含云方沸石巖、云質(zhì)頁(yè)巖。根據(jù)X 衍射全巖分析結(jié)果，雷家致密油儲(chǔ)層巖石礦物含量如表1。

雷家致密油區(qū)塊儲(chǔ)層物性較差，孔隙度以4%～10%為主；滲透率以＜1 mD 為主；不同巖性物性存在一定的差異（非均值性較強(qiáng)）。從調(diào)查數(shù)據(jù)可得含泥泥晶云巖的孔隙度多為4%～12%，空隙率多為0～1 mD；含泥方沸石質(zhì)泥晶云巖的孔隙度多為0～4%，孔隙率多為0～1 mD 和10～100 mD；泥質(zhì)含云方沸石巖的孔隙度多為0～12%，孔隙率多為0～1 mD；含云方沸石質(zhì)泥巖的孔隙度多為0～12%，孔隙率多為0～1 mD。

1.3 儲(chǔ)集空間類型及特征

綜合利用巖石鑄體薄片和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡手段分析了研究區(qū)5口井10塊樣品的致密油儲(chǔ)集空間類型。鑄體薄片和SEM 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示致密油儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型可劃分為致密型、孔喉主導(dǎo)型和裂縫主導(dǎo)型三種類型。

（1）致密型：此種類型多見于白云質(zhì)泥巖，鑄體薄片鏡下可見泥質(zhì)基質(zhì)、砂質(zhì)及白云質(zhì)條帶，在條帶中均未見孔隙。

（2）孔喉主導(dǎo)型：此類型的樣品通常砂質(zhì)含量較高，砂質(zhì)條帶中可見較多的孔隙，泥質(zhì)中未見孔隙、孔喉。

（3）裂縫主導(dǎo)型：此類型的樣品主要為泥質(zhì)粉砂巖、含細(xì)砂泥巖和灰質(zhì)泥巖，多數(shù)具有明顯的條帶和裂縫。裂縫的主要類型為構(gòu)造縫、層理縫和層間縫。

表1 黏土礦物組分統(tǒng)計(jì)表

2 巖石力學(xué)評(píng)價(jià)及可壓性分類

2.1 巖石力學(xué)特征

通過開展不同圍壓的三軸壓縮實(shí)驗(yàn)，測(cè)試的雷家多口井25 個(gè)巖樣巖石力學(xué)參數(shù)。雷家地區(qū)粉砂質(zhì)泥巖力學(xué)參數(shù)范圍：楊氏模量范圍為12.87～28.46 GPa，泊松比為 0.04～0.26，抗壓強(qiáng)度為133.51～249.9 MPa；峰值后軟化模量為-25.91～-1.21 GPa。力學(xué)變形特征表象為：在雷家杜二段主要發(fā)育低角度剪切縫，剪切角大約15°～20°；雷家杜三段主要發(fā)育共軛剪切縫30°～40°；雷家高升段存在發(fā)育高角度。

圖1 巖石力學(xué)三軸試驗(yàn)

2.2 脆性評(píng)價(jià)

通過巖石力學(xué)測(cè)試的應(yīng)力-應(yīng)變曲線數(shù)據(jù)，獲取楊氏模量（E）和軟化模量（M），利用等式，計(jì)算巖石脆韌性指標(biāo)（BDI），表征巖石的脆性程度。從計(jì)算結(jié)果得到，雷家致密油儲(chǔ)層脆性指數(shù)分布范圍：0.09～0.68；含砂及白云石頁(yè)巖脆性明顯大于泥巖，泥巖脆性指標(biāo)普遍小于0.5，脆性較弱。巖石脆性分布梯度比較大，力學(xué)特征存在脆性變形、脆-韌性變形以及接近塑性變形。

2.3 可壓性分類

基于上述脆性分析[5]以及巖石力學(xué)單位的劃分，描述不同力學(xué)單元內(nèi)“脆性特征—脆性指標(biāo)分布范圍”、“儲(chǔ)層特征—脆性礦物含量、孔隙結(jié)構(gòu)及滲透率分布”、“巖石力學(xué)特征—巖石宏-細(xì)-微觀機(jī)理”，建立一套巖石可壓性分類標(biāo)準(zhǔn)及綜合評(píng)價(jià)方法（圖2）。力學(xué)單元I：為超低脆-低滲-致密型，表現(xiàn)為脆性指標(biāo)小于0.25，孔隙度小于1%，石英含量為4%～17%，黏土含量為：4%～35%，容易沿垂向應(yīng)力成35°～42°的裂縫；力學(xué)單元II：為低脆-低滲-孔喉主導(dǎo)型，表現(xiàn)為脆性指標(biāo)介于0.25～0.4，孔隙度介于 1%～5%；石英含量為16%～25%，黏土含量為1%～14%，容易形成沿垂向應(yīng)力成30°～40°的宏觀裂縫，微裂隙在晶內(nèi)擴(kuò)展；力學(xué)單元III：為中脆-低滲-裂縫主導(dǎo)型，表現(xiàn)為脆性指標(biāo)介于0.4～0.5，孔隙度介于2%～8%；石英含量為14%～35%，黏土含量為3%～26%，容易形成沿垂向應(yīng)力成25°～30°的宏觀裂縫，微裂隙在晶內(nèi)擴(kuò)展顯著；力學(xué)單元IV：為高脆-低滲-裂縫主導(dǎo)型，表現(xiàn)為脆性指標(biāo)大于0.5，孔隙度介于5%～9%；石英含量為33%～40%，黏土含量為2%～27%，容易形成沿垂向應(yīng)力成小于15°的宏觀裂縫，微裂隙穿晶或晶內(nèi)形式擴(kuò)展。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）研究致密儲(chǔ)層巖石的力學(xué)變形特征得到，巖石隨著埋深的增加，破裂形式從低角度剪切縫向共軛剪切縫以及高角度剪切縫演化，可壓性增加。

（2）隨著脆性礦物含量的增加，儲(chǔ)層巖石由塑性轉(zhuǎn)向脆性，有利于壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)。

圖2 巖石可壓性分類

（3）根據(jù)巖石可壓性分類，可快速找出儲(chǔ)層甜點(diǎn)區(qū)位置，指導(dǎo)雷家致密油儲(chǔ)層射孔方式及壓裂工藝的選擇。

盤錦遼東灣新區(qū)石化及精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)簡(jiǎn)介

盤錦遼東灣新區(qū)石化及精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“園區(qū)”）成立于2005年12月，是國(guó)家級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)—盤錦遼東灣新區(qū)重要組成部分，是盤錦市發(fā)展石化及精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)的重要載體，也是遼寧省“十三五”規(guī)劃確定的按照世界級(jí)石化基地的目標(biāo)開發(fā)建設(shè)的兩大基地之一。2012年被國(guó)家工信部評(píng)為“國(guó)家新型工業(yè)化產(chǎn)業(yè)示范基地（石油化工產(chǎn)業(yè)），同年盤錦石化和精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)成為遼寧第一個(gè)超千億的產(chǎn)業(yè)集群。園區(qū)始終堅(jiān)持綠色、環(huán)保、循環(huán)、可持續(xù)的發(fā)展理念，按照終端產(chǎn)品拉動(dòng)中上游產(chǎn)品，不斷拉長(zhǎng)拓寬產(chǎn)業(yè)鏈條的思路，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)差異化、規(guī)?；?、集群化的發(fā)展格局。經(jīng)過十多年的發(fā)展，園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展都取得了令人矚目成績(jī)，實(shí)現(xiàn)了在遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶的率先崛起，是盤錦市乃至遼寧省對(duì)外開放的平臺(tái)與前沿陣地，是環(huán)渤海地區(qū)最具有發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)集群集聚區(qū)。