石臼坨凸起F 油田混積巖孔隙結(jié)構(gòu)及酸化潛力

肖大坤，范洪軍，王 暉，胡曉慶，牛 濤，張宇焜，陳 飛

（中海油研究總院，北京 100028）

混積巖是介于陸源碎屑巖與碳酸鹽巖之間的一種過渡巖石類型，陸源碎屑與碳酸鹽之間相對占比情況決定了混積巖的細(xì)分巖石類型[1，2]。由于占比區(qū)間范圍大，導(dǎo)致同一套混積巖往往發(fā)育多種巖石類型，不同巖性儲層的儲集空間及孔隙結(jié)構(gòu)具備明顯的差異[3-6]。混積巖成因機制包括事件突變沉積、相緣漸變沉積、原地沉積、侵蝕再沉積或喀斯特穿插再沉積等類型，沉積環(huán)境普遍表現(xiàn)出水動力不穩(wěn)定、沉積相帶變化快的特點，這導(dǎo)致在以混積巖儲層為主的油氣藏內(nèi)，不同構(gòu)造部位、不同相帶位置的開發(fā)井的生產(chǎn)情況往往差異較大。

對于低滲、特低滲的混積巖含油氣儲層來說，提高單井產(chǎn)能往往需要采取酸化或酸壓等增產(chǎn)措施[7，8]。儲層接受改造的潛力，取決于其巖石組分、儲集空間特征及孔隙結(jié)構(gòu)特征等，是決定各類增產(chǎn)措施實施效果的基礎(chǔ)。一般來說，碳酸鹽礦物組分占比越高的混積巖，可酸化改造的潛力越大，反之越小。開展以儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征分析為主的單井綜合評價，明確優(yōu)勢酸化改造層段，是確保酸化作業(yè)成功實施的關(guān)鍵，本次針對石臼坨凸起北帶的F 油田沙一二段混積巖含油儲層開展孔隙結(jié)構(gòu)特征分類，評價不同類型儲層的酸化潛力，為開展儲層改造奠定基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

F 油田處于石臼坨凸起北側(cè)的邊界斷裂下降盤斷坡帶上，構(gòu)造特征表現(xiàn)為受控于東傾末端邊界斷裂的斷鼻構(gòu)造（見圖1）。主力含油層系沙一二段以扇三角洲沉積為主，后期發(fā)育混積灘沉積，形成巨厚、巖性多樣的混積巖儲層。物性呈低孔、特低滲特征。目前，已鉆探井的沙一二段儲層經(jīng)酸化后獲得高產(chǎn)油流，為了確保開發(fā)井酸化效果，亟需從儲層微觀特征方面深入分析影響酸化效果的地質(zhì)因素，為后續(xù)作業(yè)實施提供地質(zhì)支持。

圖1 石臼坨凸起東段研究區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Location of study area structure，eastern Shijiutuo uplift

2 儲層微觀特征

通過巖心觀察、薄片鑒定、X 衍射、掃描電鏡及陰極發(fā)光資料分析，一方面，對F 油田沙一二段開展儲層巖石學(xué)分析，厘定儲層巖石類型及礦物組分特征，另一方面，結(jié)合壓汞及核磁共振測井資料，明確儲集空間特征并劃分孔隙結(jié)構(gòu)類型。

2.1 巖性及礦物組分特征

通過巖心觀察、薄片鑒定，結(jié)合全巖礦物分析，F(xiàn)油田沙一二段共識別出鮞粒白云巖、白云質(zhì)砂巖、生物白云巖、凝灰質(zhì)砂礫巖、砂巖和灰質(zhì)砂巖等巖石類型（見表1）。

鮞粒白云巖，礦物組分以白云石為主，含量超過60 %，其次為石英、長石與黏土礦物，含有少量方解石。具有典型的粒屑結(jié)構(gòu)，鮞粒是最主要的粒屑，大小為0.25 mm～0.50 mm，大部分為薄皮鮞，鮞心成分多樣，既有石英、斜長石、鉀長石及各種巖屑等陸源碎屑，也有生物介殼碎片，甚至火山碎屑顆粒。部分鮞心溶蝕后被次生高嶺石充填。雜基含量較少，鮞粒之間多為白云石膠結(jié)，部分被方解石膠結(jié)。白云質(zhì)鮞圈及膠結(jié)物具有隱-顯微晶結(jié)構(gòu)，在陰極發(fā)光圖像上多呈暗紅色。

表1 巖石組分特征及典型鏡下薄片Tab.1 Lithological components and typical thin section images

生物白云巖，礦物組分主要為白云石，含量超過70 %，呈顯微晶結(jié)構(gòu)，石英、長石等礦物組分在20 %以下。具有生物格架結(jié)構(gòu)，生物碎屑主要包括介形蟲及螺。陸源碎屑成分主要為中酸性火成巖巖屑及少量石英，大部分作為表鮞粒鮞心。粒屑間孔隙、生物體腔孔以及鮞粒腔內(nèi)多為白云石膠結(jié)充填，部分鮞粒腔內(nèi)為高嶺石充填，在陰極發(fā)光圖像上表現(xiàn)為靛藍(lán)色特征。

白云質(zhì)砂巖、白云質(zhì)砂礫巖的礦物組分與鮞粒白云巖相近，其中白云石組分約占60 %，石英、長石組分約30 %。碎屑顆粒包括石英、長石及大量中酸性火成巖巖屑，呈中砂或粗砂結(jié)構(gòu)，此外，含有少量介形蟲、螺等生物碎屑。膠結(jié)類型以白云質(zhì)膠結(jié)為主，含少量方解石膠結(jié)。白云質(zhì)膠結(jié)物具有顯微-隱晶結(jié)構(gòu)，呈馬牙狀、櫛殼狀分布在碎屑顆粒表面，似表鮞圈，膠結(jié)類型以孔隙膠結(jié)為主。粒間殘余孔隙主要充填黏土礦物。

凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)砂礫巖礦物組分以石英、長石及黏土礦物為主，碳酸鹽礦物含量較少。碎屑顆粒包括石英、長石等陸源碎屑以及少量玻屑、晶屑，呈不等粒結(jié)構(gòu)，分選差，磨圓中等。雜基含量高，主要為黏土礦物及凝灰質(zhì)，在陰極發(fā)光圖像上呈靛藍(lán)色斑塊狀、星點狀分布。膠結(jié)類型為碳酸鹽膠結(jié)，白云石不僅起膠結(jié)作用，還普遍交代巖屑、長石等碎屑，在陰極發(fā)光圖像上呈暗紅色。

砂巖、砂礫巖，礦物組分包括石英、鉀長石、斜長石、黏土礦物及碳酸鹽礦物。碎屑顆粒呈不等粒結(jié)構(gòu)，分選較差，磨圓中等。雜基含量高，膠結(jié)類型主要為白云質(zhì)膠結(jié)，白云石呈隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，局部見少量方解石膠結(jié)。陰極發(fā)光圖像下，石英及石英巖巖屑發(fā)藍(lán)紫色光，鉀長石發(fā)亮藍(lán)色光，斜長石發(fā)藍(lán)色光，巖屑內(nèi)部礦物呈星點狀發(fā)光，高嶺石發(fā)靛藍(lán)色光，方解石發(fā)黃色光，鐵白云石發(fā)淺暗紅色光。

灰質(zhì)砂巖，礦物組分中除石英、長石等礦物外，碳酸鹽礦物所占比例較大，高達(dá)55 %，其中方解石含量占36 %。碎屑顆粒分選中等，呈細(xì)砂質(zhì)、粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)。長石及部分巖屑高嶺土化嚴(yán)重，在陰極發(fā)光圖像中顯示靛藍(lán)色。雜基含量約8 %，膠結(jié)類型以灰質(zhì)膠結(jié)為主，陰極發(fā)光圖像中呈黃色。

2.2 儲集空間類型及特征

沙一二段儲層巖石類型多樣，不同巖性的儲集空間、物性特征及孔喉發(fā)育特征有明顯差異（見圖2）。

鮞粒白云巖、生物白云巖以及部分白云質(zhì)砂巖儲集空間最為發(fā)育。鮞粒白云巖及生物白云巖的儲集空間以次生溶蝕孔為主，包括粒間溶孔、鮞粒鮞心溶孔、晶間溶孔、鑄模孔及生物體腔溶孔等，呈橢圓狀、圓狀及不規(guī)則狀。原生孔隙發(fā)育較少，主要是殘余粒間孔、白云石晶間孔及生物體腔孔等。孔隙分布一般較為均勻，孔徑0.05 mm～0.3 mm，最大可達(dá)0.8 mm。喉道主要為片狀、彎片狀喉，部分發(fā)育管束狀喉道，喉徑0.005 mm～0.04 mm。孔隙發(fā)育程度受鮞粒沉積及白云石結(jié)晶程度影響明顯，連通性一般中等-好，但如果巖石中砂質(zhì)、泥質(zhì)或灰質(zhì)組分含量較高，會大大降低孔隙連通性。此外，鮞粒白云巖還發(fā)育少量半充填微裂縫，縫寬0.01 mm～0.4 mm。

圖2 儲層巖石類型及儲集空間Fig.2 Reservoir lithology and pore textures

白云質(zhì)砂巖、白云質(zhì)砂礫巖的儲集空間中既包含一定的原生孔隙，也發(fā)育大量的次生孔隙。白云質(zhì)砂巖原生孔隙主要為殘余粒間孔及少量晶間孔，次生孔隙包括粒間溶蝕孔、鮞粒內(nèi)溶孔、粒屑體腔溶孔等。孔隙多呈三角狀、不規(guī)則狀，分布不均勻，孔徑0.03 mm～0.5 mm，喉道多為片狀、彎片狀喉，少數(shù)為點狀喉，孔喉連通性中等-差。孔隙發(fā)育程度受碎屑顆粒的粒度及分選影響。此外，白云質(zhì)砂巖也發(fā)育少量微裂縫，一般充填方解石或高嶺石，縫寬0.01 mm～0.04 mm。

白云質(zhì)砂礫巖原生孔隙包括殘余粒間孔、巖屑粒內(nèi)微晶孔、泥質(zhì)微晶孔及生物體腔孔。白云石膠結(jié)物多呈馬牙狀、櫛殼狀分布在顆粒表面，形成大量長條狀、不規(guī)則狀的白云石晶間孔。次生孔隙主要為粒間溶蝕孔、長石內(nèi)溶孔、巖屑內(nèi)溶孔及少量鮞粒溶孔、生物體腔溶孔。由于白云質(zhì)膠結(jié)作用強烈，溶蝕孔孔徑大小不一，多呈三角狀、不規(guī)則狀孤立狀分布，連通性中等-差，孔徑0.03 mm～0.2 mm，最大可達(dá)1 mm，喉道多為片狀、彎片狀喉，喉徑0.005 mm～0.04 mm。礫石內(nèi)部發(fā)育少量微裂縫，縫寬一般小于0.04 mm。

凝灰質(zhì)砂巖孔隙類型主要為溶蝕孔，如粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶體鑄模孔。溶蝕對象多為凝灰?guī)r巖屑和長石晶屑，孔隙較發(fā)育，分布均勻，連通性較好，面孔率15 %～25 %。此外，還發(fā)育少量微裂縫。

普通砂巖、砂礫巖基本以原生孔隙為主，包括殘余原生粒間孔和泥質(zhì)微孔隙，次生孔隙發(fā)育較少，主要為粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔，孔徑0.02 mm～0.05 mm。孔隙連通性差，呈孤立狀不均勻分布，喉道類型一般為點狀喉，喉徑多小于0.01 mm。

灰質(zhì)砂巖多為細(xì)砂質(zhì)、粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，由于碳酸鹽礦物劇烈膠結(jié)交代，導(dǎo)致孔隙發(fā)育很差，連通性極差，分布不均勻，多呈孤立分布。孔隙類型主要為溶蝕孔隙，包括粒間溶孔和介形蟲體腔溶孔，偶見原生粒間孔隙，孔徑大小不一，孔隙形態(tài)不規(guī)則。

2.3 微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

通過巖心壓汞資料以及核磁共振T2弛豫譜分析認(rèn)為，F(xiàn) 油田沙一二段儲層毛管壓力曲線整體表現(xiàn)為分選中等-差、中-細(xì)歪度的特征，排驅(qū)壓力0.041 MPa～12.999 MPa，飽和度中值壓力0.797 MPa～42.486 MPa，平均孔喉半徑0.035 μm～5.513 μm，屬于微孔微喉型孔隙結(jié)構(gòu)。綜合巖石類型、儲集空間特征、壓汞曲線特征、孔喉量化指標(biāo)及T2弛豫譜特征，將該地區(qū)儲層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分為3 類（見表2）。

3 儲層酸化改造潛力評價

低滲透儲層經(jīng)酸化改造后，其孔喉連通性及物性條件通常得到一定改善，改造效果的明顯程度與儲層自身性質(zhì)密切相關(guān)[9-12]。宏觀上，油氣層厚度越大，儲層層間非均質(zhì)性越強，易酸化的地層層段越厚，地層各向異性越明顯，酸化的效果越好。地層流體性質(zhì)也會影響酸化效果，若地層流體與酸液反應(yīng)后產(chǎn)生沉淀，則經(jīng)酸化后，一般會造成儲層阻塞現(xiàn)象。微觀上，儲層巖石組分中，礦物類型越易溶于酸、含量越多且酸化后不易產(chǎn)生沉淀，酸化效果越好。此外，孔隙結(jié)構(gòu)越有利，滲流能力越強，酸液越容易進(jìn)入儲集空間，酸化產(chǎn)物越容易排出，酸化效果越好。

3.1 儲層可改造性分析

F 油田沙一二段具有儲層厚度大、碳酸鹽礦物含量高、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、儲層非均質(zhì)性強的特點。單井酸化作業(yè)的實際效果顯示，該區(qū)塊儲層可改造性很強。不同巖性儲層的礦物組成及孔隙結(jié)構(gòu)差異較大，其改造潛力也各不相同。結(jié)合全巖礦物分析、薄片觀察及壓汞分析，對各類儲層的酸化潛力進(jìn)行綜合評價（見表3）。

表2 沙一二段儲層孔隙結(jié)構(gòu)類型Tab.2 Pore structure patterns in 1st and 2nd member of Shahejie formation

鮞粒白云巖中方解石約占4.3 %，白云石占59 %，孔隙結(jié)構(gòu)主要為Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)，孔喉連通性較好，利于酸化過程的持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，因此，該類儲層具有很大的酸化改造潛力。生物白云巖由于白云化作用導(dǎo)致方解石含量極低，而白云石平均含量高達(dá)72 %，并且儲集空間以生物體腔、粒內(nèi)溶孔等為主，孔喉較為發(fā)育，孔隙結(jié)構(gòu)十分有利，因此，該類儲層也具有很大的改造潛力。白云質(zhì)砂巖及白云質(zhì)砂礫巖礦物組分中，方解石平均含量在2.5 %以下，白云石占40 %～60 %。然而，該類儲層孔隙結(jié)構(gòu)差異較大，既包含Ⅰ類，也有Ⅱ類、Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)，因此其改造潛力整體弱于以上兩種巖性。凝灰質(zhì)砂巖中碳酸鹽礦物總體含量較低，但以方解石為主，平均含量高達(dá)9 %，而且經(jīng)現(xiàn)場作業(yè)實踐，該類儲層酸化后已獲得工業(yè)油氣流，證實了其可觀的改造潛力。普通砂巖、砂礫巖以硅酸鹽礦物為主，碳酸鹽礦物主要以膠結(jié)物形式充填在碎屑顆粒之間，含量較低，孔隙結(jié)構(gòu)多為Ⅱ類、Ⅲ類，該類儲層一般難以酸化改造。灰質(zhì)砂巖由于富含碳酸鹽礦物，并且方解石平均含量高達(dá)36.1 %，白云石平均含量19 %，雖然該類儲層孔隙結(jié)構(gòu)主要為Ⅱ類、Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)，孔喉連通性差，但其改造潛力是最大的。

通過綜合分析，認(rèn)為影響沙一二段低滲儲層酸化效果的微觀地質(zhì)因素主要為巖石礦物組分及孔隙結(jié)構(gòu)類型。在后續(xù)酸化作業(yè)設(shè)計中，儲層酸化層段的選擇應(yīng)盡量規(guī)避以砂巖、砂礫巖為主的儲層層段，優(yōu)先對鮞粒白云巖、生物白云巖及灰質(zhì)砂巖層段實施酸化改造。

3.2 酸化作業(yè)效果評價

F 油田沙一二段共有2 口探井由于儲層物性差而開展酸化作業(yè)，酸化層段共4 段，儲層巖性包括白云質(zhì)砂巖、生物白云巖、灰質(zhì)砂巖及凝灰質(zhì)砂礫巖等，孔隙結(jié)構(gòu)以Ⅱ類、Ⅲ類為主。地層測試結(jié)果顯示，各類儲層酸化改造后，單井日產(chǎn)量都得到明顯提高（見表4），其中，尤以灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)砂礫巖儲層酸化改造效果最為明顯。

表3 沙一二段儲層酸化改造潛力綜合評價Tab.3 Acidification effect evaluation in 1st and 2nd member of Shahejie formation

表4 沙一二段酸化前后地層測試成果對比Tab.4 Formation tests in 1st and 2nd member of Shahejie formation

3.3 優(yōu)勢酸化層段預(yù)測

利用元素俘獲測井及核磁共振測井資料的縱向連續(xù)性優(yōu)勢，開展單井綜合評價，通過識別儲層巖石類型、劃分孔隙結(jié)構(gòu)，可以判斷最有利的酸化層段。

利用元素俘獲測井（簡稱ECS 測井）資料，可獲取地層中Si、Ca、Fe、Al、S、Ti 等元素的含量。元素含量與礦物組成關(guān)系密切，如Si 元素主要指示氧化硅及硅酸鹽礦物含量，如石英、長石等，Ca 元素則與碳酸鹽礦物含量密切相關(guān)，如方解石和白云石等。通過分析元素含量，利用氧化物閉合原理，結(jié)合巖礦資料分析，可獲得地層巖性剖面，用于識別儲層巖性[13]。由于沙一二段儲層為純油層，核磁共振測井響應(yīng)主要受巖石骨架結(jié)構(gòu)性質(zhì)影響，流體影響不明顯，因此，利用核磁共振測井資料可以獲取儲層微觀孔喉分布信息，進(jìn)而評價孔隙結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)T2弛豫譜的曲線形態(tài)、分布特征以及巖礦分析、物性分析結(jié)果，實現(xiàn)了孔隙結(jié)構(gòu)的縱向連續(xù)性分類。

以F 油田F-5 井為例，通過巖性識別及孔隙結(jié)構(gòu)劃分，在已酸化層段基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了3 個建議開展儲層酸化改造的層段。

建議層段一：3 342.5 m～3 378 m，巖石類型包括鮞粒白云巖、白云質(zhì)砂巖，孔隙結(jié)構(gòu)以Ⅰ類、Ⅱ類為主，巖性及孔隙結(jié)構(gòu)類型均有利于酸化改造。該層段位于厚油層中段，內(nèi)部隔夾層不發(fā)育，儲層縱向連續(xù)性強，更有利于酸化過程的持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，進(jìn)而溝通整套油層。

建議層段二：3 395 m～3 410 m，巖性主要為含灰質(zhì)白云質(zhì)砂礫巖，孔隙結(jié)構(gòu)以Ⅲ類為主。盡管該段儲層位于厚油層底部，物性及孔隙結(jié)構(gòu)比較差，但是儲層巖石礦物組分比較有利于開展酸化。因此，在作業(yè)設(shè)計時，建議采用酸化壓裂聯(lián)合作業(yè)，可有效改善儲層連通性，保證酸液順利進(jìn)入儲集空間中，充分發(fā)揮作用。

建議層段三：3 448 m～3 467 m，巖性主要為含灰質(zhì)白云質(zhì)砂礫巖，孔隙結(jié)構(gòu)屬于Ⅱ、Ⅲ類。該段儲層也屬于厚油層底部沉積，儲層巖石組分利于開展酸化。雖然孔隙結(jié)構(gòu)比較差，但該段儲層上部緊鄰一套屬于Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)的砂巖、砂礫巖厚油層，對該段儲層的酸化改造不僅能改善自身的物性條件，也有利于溝通上部油層。

4 結(jié)論

（1）F 油田沙一二段低滲儲層包括鮞粒白云巖、白云質(zhì)砂巖、生物白云巖、凝灰質(zhì)砂巖、砂巖和灰質(zhì)砂巖等，不同巖性的礦物組分特征、儲集空間類型及孔喉發(fā)育特征有明顯差異。

（2）沙一二段低滲儲層孔隙結(jié)構(gòu)屬于微孔微喉型，可細(xì)分為3 類，具有Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)的巖性包括鮞粒白云巖、生物白云巖及部分白云質(zhì)砂巖，具有Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)的巖性包括砂礫巖、白云質(zhì)砂巖及部分鮞粒白云巖，具有Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)的巖性包括灰質(zhì)砂巖及部分白云質(zhì)砂巖。

（3）不同巖性由于礦物組分及孔隙結(jié)構(gòu)的差異，具有不同的酸化改造潛力，鮞粒白云巖、生物白云巖及灰質(zhì)砂巖最易于酸化改造，白云質(zhì)砂巖、白云質(zhì)砂礫巖次之，凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)砂礫巖再次，普通砂巖、砂礫巖最難以改造。

（4）通過ECS 測井及核磁共振測井分析，實現(xiàn)縱向連續(xù)性巖性識別與孔隙結(jié)構(gòu)分類，根據(jù)劃分結(jié)果，提出進(jìn)行后續(xù)酸化作業(yè)的3 個建議層段。