砂礫巖儲層孔隙結構特征及定量評價

鄧羽 ，劉紅岐 ，孫楊沙 ，劉詩瓊 ，羅興平 ，黃立良

（1.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都 610500；2.六盤水市鐘山區應急管理局，貴州 六盤水 553000；3.中國石油新疆油田分公司勘探開發研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

隨著油氣勘探領域的逐步擴展，砂礫巖油氣藏日益受到重視。目的層上烏爾禾組巖性主要為礫巖，其巖石礦物成分復雜、分選差，儲層非均質性強、孔隙結構復雜，不利于儲層流體流動。為更好地研究復雜儲層的孔隙結構特征，眾多學者將實驗研究與測井資料相結合，不斷探索孔隙結構的定量評價方法。李成等［1］通過對致密砂巖孔隙結構的研究，證明了致密砂礫巖的特殊性和測井響應特征的多樣性。目前，針對低滲透砂礫巖復雜儲層，恒速壓汞技術在實驗進程上實現了對喉道數量的測量，克服了常規壓汞方法的不足，但實驗方法不能連續反映儲層孔隙結構特征。閆子旺等［2-6］運用T2幾何均值擬合法和偽毛細管壓力曲線轉換法，連續、定量表征了儲層壓汞特征。章新文等［7］在2019年提出，鉆井液侵入過程可近似為壓汞的過程，并采用核磁共振手段將孔隙結構實驗與特殊測井方法相結合，完成了偽毛細管壓力曲線的建立與儲層孔隙結構特征的定量評價。本文基于壓汞實驗數據和薄片資料，分析了成巖作用對孔隙結構的影響，并結合實驗測試與常規測井，建立了孔隙結構定量評價模型。經試油結果驗證，該模型適用性強，與實驗結果吻合。

1 孔隙結構特征

研究區儲層的儲滲能力受孔隙的類型、結構、體積、半徑等因素影響。巖石的孔隙結構極其復雜，可看作一系列相互連通的毛細管網絡，而汞不潤濕巖石孔隙，在外加壓力作用下，汞克服毛細管力可進入巖石孔隙。隨著壓力增加，汞依次進入大、小巖石孔隙，巖心中的汞飽和度不斷增加。當汞進入最細的孔隙喉道后，壓力增加，巖心中的汞飽和度不再增加，毛細管壓力曲線為垂線，此時的汞飽和度稱為最大含汞飽和度。因此，通過鏡下薄片觀察及壓汞實驗可對孔隙的類型和結構特征進行分析。

1.1 孔隙類型

通過313塊巖心鏡下鑄體薄片及熒光薄片觀察，分析了儲層的孔隙類型及油氣賦存情況。鑄體薄片資料（見圖1a—1d）分析表明：儲層孔隙類型以原生孔隙和次生孔隙為主；原生孔隙占比約為29.81%，以粒間孔、剩余粒間孔為主；次生孔隙占比約為33.8%，以各種溶孔及微裂縫為主。每種孔隙類型的孔隙度相差較小，平均值約為8.44%。但是，隨著微裂縫及溶蝕孔的發育，滲透率逐漸增加，表明次生孔隙對儲層滲透率貢獻較大，為主要的孔隙類型。熒光薄片資料（見圖1e—1h）分析表明，油氣主要賦存在粒間孔、粒內溶孔、界面孔、微裂縫等次生孔隙中［8-10］。

圖1 巖心鏡下薄片觀察結果

1.2 壓汞特征

選取83塊巖心樣品進行孔隙結構分析，壓汞實驗壓力控制在0～25 MPa。根據不同巖心樣品的毛細管壓力曲線及孔喉半徑分布特征（見表1、圖2），將上烏爾禾組儲層孔隙結構分為4種類型［11-14］。壓汞實驗結果表明，儲層滲透性從好到差依次為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ型。

表1 不同類型孔隙結構參數

圖2 不同巖心樣品的毛細管壓力曲線及孔喉半徑分布

Ⅰ型毛細管壓力曲線形態呈下凹趨勢，分選較好，粗歪度；孔喉半徑分布呈單峰特征，在2.00～18.00 μm。Ⅱ型毛細管壓力曲線形態也呈下凹趨勢，分選較差，略細歪度，排驅壓力高于Ⅰ型；孔喉半徑相比Ⅰ型偏小，分布呈單峰特征，在 0.20～2.30 μm，但在 0～0.10 μm 逐漸凸顯。Ⅲ型毛細管壓力曲線形態呈直線形，分選較差，排驅壓力高于Ⅰ，Ⅱ型；Ⅲ型作為Ⅱ型到Ⅳ型的過渡階段，孔喉半徑分布呈現雙峰特征，在0.03～0.10 μm和0.20～1.00 μm。Ⅳ型毛細管壓力曲線形態呈上凸趨勢，分選較好，細歪度，排驅壓力、中值壓力相比其他3種類型均較高；孔喉半徑分布呈單峰特征，在0.03～0.10 μm。壓汞實驗結果表明：Ⅰ型具有較好的儲層物性，對儲層滲透率貢獻最好；Ⅱ型孔喉半徑相比Ⅰ型逐漸減少；而Ⅲ型孔喉半徑在低值與高值段的分布頻率相當；Ⅳ型孔喉半徑分布最差，排驅壓力、中值壓力等均較高，不利于儲層流體的流動。

1.3 孔喉配置特征

常規壓汞法得到的毛細管壓力只是孔喉特征的綜合曲線，反映某一級別的孔隙所控制的孔隙體積，而不是孔隙結構中孔隙的數量分布。恒速壓汞法是根據注汞過程中壓力升降變化狀況來測試儲集巖的孔隙和喉道的數量分布，以對研究區孔隙、喉道配置關系進行研究，相比常規壓汞法更科學、準確［14-15］。

選取18塊巖心進行恒速壓汞分析，對5塊樣品進行鏡下薄片觀察。結果表明：樣品喉道半徑呈從小到大變化趨勢，總體分布在0.5～26.0 μm；孔隙半徑相對集中，均分布在105～225 μm；喉道半徑分布在0.5～1.0 μm的樣品對應的孔喉半徑比最高，而喉道半徑分布在8.0～25.0 μm的樣品對應的孔喉半徑比偏小。

結合3塊巖心的鑄體薄片資料和恒速壓汞實驗結果可以看出：壓汞實驗顯示1-9-29樣品的喉道小，孔隙大，而薄片資料顯示該樣品發育鑄模孔、溶孔等，但喉道較小，表明薄片數據與實驗分析結果吻合；1-6-17和3-6-45樣品的鑄體薄片資料均顯示樣品發育微裂縫，說明恒速壓汞實驗顯示樣品喉道半徑大是因為存在微裂縫導致的（見圖3、圖4）。因此，綜合以上分析認為，研究區原生孔隙、次生孔隙發育，孔隙半徑較大，而在沒有微裂縫的影響下喉道半徑應為低值，所以研究區孔喉配置關系多表現為大孔對應大喉、小喉和小孔對應小喉的特征。

圖3 3塊樣品的恒速壓汞實驗結果

圖4 恒速壓汞實驗對應的3塊巖樣鑄體薄片資料

2 成巖作用對孔隙結構的影響

2.1 溶蝕作用

研究表明，該區次生孔隙發育，主要以方解石、沸石溶孔以及粒內、粒間溶孔為主。通過計算視溶蝕率ρsr，可分析溶蝕作用對孔隙結構的影響（見圖5a）。由圖可知，視溶蝕率分布在0～43%，為弱—中溶蝕。隨著視溶蝕率的增加，平均孔隙半徑逐漸增大，表明溶蝕作用對孔隙結構具有改善效果［15］。

式中：ρrm為溶蝕面孔率；ρm為面孔率。

2.2 充填作用

視填隙率ρst作為定量評價孔隙結構充填作用的參數［15］，可以綜合反映膠結物和泥質對孔隙結構的影響。由圖5b可以看出，充填作用越強，孔隙結構越差，且視填隙率主要分布在0～28%，為弱—中充填。當視填隙率為95%～98%時，相應的視溶蝕率偏低。鑄體薄片資料顯示，巖石礦物顆粒之間、微裂縫之間均被泥質充填，溶蝕孔發育差，表明視填隙率數據結果與鏡下薄片觀察一致。

式中：A為粒間孔隙度；B為填隙物質量分數。

2.3 壓實作用

壓實作用主要影響孔隙及孔隙結構的發育。研究區在早期成巖階段受成巖作用的影響，導致顆粒之間呈凹凸接觸，發生塑性變形，對儲層儲集空間產生破壞作用，因此引入視壓實率ρsy作為評價壓實作用強弱的參數［15］。由圖5c可以看出，視壓實率與孔隙結構呈負相關，視壓實率分布在30%～90%，為中—強壓實，表明隨著壓實作用的增強，孔隙結構變得越來越差。

圖5 成巖作用對孔隙結構的影響

式中：Vyk為原始粒間孔隙體積，cm3；Vyl為壓實后粒間孔隙體積，cm3；φyk為原始孔隙度（由經驗公式計算得到）；φyl為壓實后粒間孔隙度（由實驗測得）；S為Trask分選系數。

3 孔隙結構定量評價

將壓汞實驗測試得到的結構系數c、排驅壓力p1、分選系數a、平均毛細管半徑re、變異系數b等孔隙結構參數分別與綜合物性指數 （K/φ）1/2進行交會分析，結果如圖6所示。

圖6 孔隙結構定量評價參數交會圖

由圖 6a—6e 可以看出，c，p1與 （K/φ ）1/2成反比，而 a，re，b 與 （K/φ ）1/2成正比，相關性最好。在壓汞實驗基礎上，通過引入孔隙結構指數（PI）對儲層孔隙結構進行定量評價。

由于測井三孔隙度曲線反映儲層孔隙特征，而泥質可以影響儲層滲流特性，因此對13塊巖心樣品的聲波時差AC、補償中子孔隙度CNL、補償密度DEN、泥質體積分數SH與PI進行了交會分析。由圖6f—6j可以看出，AC，CNL與PI成正比，而DEN，SH與PI呈負相關?；谑剑?）處理結果，結合測井資料，利用多元回歸模型建立了孔隙結構定量評價模型（見式（5））。通過模型對壓汞參數進行處理，得到Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ型的PI平均值，分別為 17.51，12.11，10.33，7.49。因此，PI越大，儲層孔隙結構越好，越有利于儲層流體流動。

由式（5）對46井試油層段進行了逐點處理，PI平均值為10.95，孔隙結構較好。由圖7可知，3 302～3 344 m試油層段自然伽馬值偏低，電阻率、三孔隙度曲線變化穩定，且孔隙發育，孔隙度平均值為9.41%，滲透率平均值為5.48×10-3μm2。同時，巖心實驗結果表明，PI計算值與實驗結果在變化趨勢、大小上吻合，且平均相對誤差為10.21%。射孔后，該層段日產油11.76 t，日產水119.38 m3，表明孔隙結構定量評價模型應用效果較好。

圖7 46井孔隙結構測井分析

4 結論

1）研究層位原生孔隙以粒間孔、剩余粒間孔等為主，占比約為29.81%；次生孔隙以各種溶孔及微裂縫為主，占比33.8%。熒光主要在粒間孔、粒內溶孔、界面孔、微裂縫中顯示，表明油氣主要賦存在次生孔隙中。

2）儲層孔隙結構分為4種類型，滲透性從好到差依次為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ型。研究區孔喉配比關系主要是大孔對應大喉、小喉和小孔對應小喉。溶蝕作用對孔隙結構具有改善效果，而充填和壓實作用是導致儲層孔隙結構變差的主要因素。

3）綜合實驗和測井資料可知，聲波時差、中子孔隙度與孔隙結構指數成正比，密度、泥質體積分數與孔隙結構指數成反比，利用測井資料可建立孔隙結構定量解釋模型。試油結果表明，該模型對儲層分類、儲層滲流特征研究具有指示作用，適用性好。