川西雷口坡組儲層孔隙結構特征及開發(fā)應用

張 巖，段永明，鄧美洲，王瓊仙，劉昊年，劉 葉

(1.中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都 610041；2.中國石化西南油氣分公司地質中心實驗室，四川成都 610081)

川西三疊系中統(tǒng)雷口坡組氣藏位于龍門山前大型正向構造帶中段，儲層為一套厚度大、分布廣、縱向連續(xù)性較好的白云巖，烴源巖為雷口坡組和下伏的二疊系嘉陵江組，為常溫常壓、高含硫的構造邊水氣藏[1-3]。

前人研究主要針對成藏條件、儲層特征及成巖作用等早期勘探方面[4-7]，對于儲層孔隙結構特征及孔隙中流體的滲流機理等開發(fā)應用方面的研究很少。目前處于開發(fā)上產的關鍵階段，而氣井試采動態(tài)資料較少，制約了對儲量動用難易程度、水體活躍程度及采收率等核心問題的認識。氣藏開發(fā)實際上是流體在地下多孔介質微觀滲流的動態(tài)過程，孔隙結構是影響儲集、滲流能力的重要因素[8-9]，而壓汞和氣水相滲實驗能夠準確表征儲層孔隙結構與流體相互作用，也是儲量可動用評價和開發(fā)指標預測的基礎。

結合前人研究的成果，從靜態(tài)微觀孔隙結構出發(fā)，通過鑄體薄片、CT掃描、巖心壓汞及氣水相滲實驗等方法，深入揭示川西雷口坡組不同類型儲層的孔隙結構特征，探討不同類型孔隙組合的儲集、滲流能力，研究最小非飽和孔隙體積、孔喉體積比、退汞飽和度、退汞效率等特征參數在含氣飽和度、可動用儲量評價、氣柱高度計算、邊水能量大小及采收率預測等開發(fā)方面的應用，為氣藏開發(fā)方案設計提供依據。

1 地質背景

研究區(qū)由金馬-鴨子河構造和石羊場構造組成，整體為一受關口斷裂、彭縣斷裂挾持的斷背斜，總體上呈北東走向(圖1)。

圖1 四川盆地川西地區(qū)構造位置

四川盆地中三疊世雷口坡期主要為局限或蒸發(fā)臺地沉積，自下而上劃分為雷一段、雷二段、雷三段和雷四段。在川西地區(qū)雷四段沉積時期，隨著局部區(qū)域構造升降及干旱、潮濕氣候交替出現，海水進退頻繁，形成了多套白云巖-膏巖為主、石灰?guī)r為輔的沉積旋回組合[10]。雷四段劃分為上、中、下三個亞段，中、下亞段以膏巖與白云巖互層沉積為主，上亞段為白云巖、石灰?guī)r沉積(圖2)。目的層主要分布在雷四段的上亞段，雷四段上亞段地層分布穩(wěn)定，厚度為130～140 m，總體為潮坪相沉積，主要發(fā)育潮間帶和潮下帶亞相，井間亞相類型具有可對比性，反映整體沉積地形比較平緩、橫向上分布相對穩(wěn)定。依據雷四段上亞段儲層在層序中的分布，劃分為上儲層段、隔層段和下儲層段。上儲層段以潮下帶的灰坪、灰云坪及云坪微相為主，巖性主要為泥微晶灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r、微晶云巖及云質灰?guī)r，厚度為28～46 m；隔層段為一套潮下帶的高電阻藻灰?guī)r，厚度為25～30 m;下層段以潮間帶的云坪、藻云坪微相為主，巖性主要為微-粉晶云巖、藻黏結云巖及灰質云巖，厚度為70～80 m。

圖2 四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組地層巖性特征

2 儲層孔隙結構特征

上、下儲層段均發(fā)育優(yōu)質儲層，但巖性、厚度和物性存在較大差異。上儲層段為微晶白云巖、孔滲相關性較好的孔隙型儲層，厚度為12～18 m，孔隙度為19.40%，滲透率為5.4×10-3μm2；下儲層段為藻黏結、晶粒白云巖孔隙型儲層，平均厚度為52 m，孔隙度為5.14%，滲透率為6.20×10-3μm2；局部受微裂縫、藻紋層窗格孔的影響，存在少量中低孔、中高滲儲層。相同孔隙度下，下儲層滲透率整體比上儲層高，參考石油天然氣行業(yè)標準SY/T 6110-2016《氣藏描述方法》中碳酸鹽巖儲層級別劃分表將儲層劃分為三類(表1)，不同類型儲層孔隙組合關系不同，儲集、滲流能力差異較大。

表1 川西氣田雷四段上亞段儲層孔隙結構參數

2.1 上儲層段

孔隙類型以晶間孔和晶間溶孔為主，其次為粒內溶孔、粒間溶孔，裂縫較少，孔隙組合關系以晶間孔-晶間溶孔為主，粒內溶孔-晶間溶孔組合、晶間孔-微裂縫組合次之。

2.1.1 晶間(溶)孔類為Ⅰ類儲層

孔隙主要發(fā)育于微晶白云巖，孔隙較小，肉眼及放大鏡下幾乎不可見，但巖心很輕且透水性好(圖3a)；鑄體薄片可見大量晶間孔、晶間溶孔(圖3b)；掃描電鏡下見自形微晶白云石，呈菱面體狀，晶粒大小為10～15 μm(圖3c)。晶間孔的孔隙直徑約 10～20 μm，部分白云石晶體的邊緣可見溶蝕現象，晶間溶孔的孔隙直徑通常小于50 μm，孔徑雖小，但大小均勻、數量多，因此，孔隙度達19.79%～22.70%。壓汞實驗平均排驅壓力較低，僅0.58 MPa，最大孔喉半徑為3.47 μm，中值半徑為1.37 μm，中值壓力為0.76 MPa，最大進汞飽和度為87.42%，表明最大連通孔隙體積較大，毛管壓力曲線平臺特征明顯，分選系數為1.25，孔喉分選性好。

圖3 川西氣田雷四段上亞段上儲層段孔隙類型

2.1.2 粒內溶孔、晶間(溶)孔、微裂縫為Ⅱ+Ⅲ類儲層

孔隙主要發(fā)育于藻黏結白云巖和微晶白云巖，鑄體薄片和掃描電鏡下晶間孔直徑約20 μm，微裂縫寬一般小于0.1 mm，延伸較短，這類孔隙組合滲透率較低，多為0.01×10-3μm2。壓汞實驗平均排驅壓力為14.64 MPa，最大孔喉半徑為0.67 μm，中值半徑為0.15 μm，中值壓力為23.19 MPa，最大進汞飽和度50.67%，毛管壓力曲線無明顯平臺特征，分選系數為3.92，分選性較差。

2.2 下儲層段

孔隙類型以藻黏結白云巖的粒間溶孔、藻紋層窗格孔和粉細晶白云巖的晶間溶孔為主，2～15 mm的小尺度溶蝕孔洞、微裂縫次之。孔隙組合既有單一的藻黏結粒間溶孔、藻紋層窗格孔和晶間溶孔，也發(fā)育窗格孔-溶蝕孔洞組合、微裂縫-藻粒間溶孔組合與微裂縫-晶間(溶)孔組合。

因孔隙由不同尺度的溶蝕孔隙、孔洞及微裂縫構成，孔隙度、滲透率的相關性為差-中等，總體上看，滲透率隨著孔隙度的增加而增大，但存在大量中低孔、中高滲巖心，孔隙度相近的樣品，滲透率差異較大。由于各種孔隙的組合類型多樣，微觀孔隙結構也復雜多樣[8-10]，非均質性強，導致毛管壓力曲線形態(tài)多樣(圖4)。

圖4 川西氣田雷四段上亞段下儲層段毛管壓力曲線

2.2.1 藻間溶孔、窗格孔為Ⅰ類儲層

孔隙主要發(fā)育于藻黏結白云巖、微-粉晶白云巖，孔隙類型為藻粒間溶孔和窗格孔。藻粒間溶孔的孔隙形狀不規(guī)則，孔徑變化大，孔隙度為15.13%，滲透率為4.47×10-3μm2，屬于高孔中滲儲層(圖5a)；窗格孔的孔隙順層定向分布，連通性極好，孔隙度為13.01%，滲透率達147.00×10-3μm2(圖5b)，屬于高孔、高滲儲層，物性好，排驅壓力低，最大進汞飽和度高，孔喉半徑為單峰型。

圖5 川西氣田雷四段上亞段下儲層段Ⅰ類儲層孔隙類型藍色鑄體照片

根據壓汞實驗，平均排驅壓力為0.07 MPa，最大孔喉半徑為6.22 μm，中值壓力為0.72 MPa，中值半徑為2.86 μm，最大進汞飽和度82.28%，分選系數為2.8。排驅壓力低，中值喉道半徑大，毛管壓力曲線平臺特征明顯，分選性好，進汞飽和度高，有效連通孔隙體積較大。

根據巖心CT掃描資料，孔隙半徑均較大，峰值為80～110 μm，但孔喉連通性存在差異。D1井取心樣品2塊，其中藻紋層白云巖樣品的孔隙半徑為30～250 μm，峰值為110 μm，孔隙度為11.60%，發(fā)育順層分布的藻格架溶蝕孔隙，孔隙配位數(連接每一個孔隙的喉道數量)為1～5，微觀連通性好，滲透率達127.00×10-3μm2；而微-粉晶白云巖樣品的溶蝕孔隙發(fā)育，但非均質性較強，孔隙半徑為10～200 μm，峰值為80 μm，孔隙度達18.00%，孔隙配位數為1～2，微觀連通性相對較差，滲透率僅3.00×10-3μm2。

2.2.2 晶間溶孔、溶蝕孔洞為Ⅱ類儲層

巖性主要為藻黏結白云巖、細粉晶白云巖、含灰云巖等，屬于中孔、中-低滲儲層，物性中等，發(fā)育三種孔隙組合類型，以晶間溶孔和藻黏結粒間溶孔、窗格孔-溶蝕孔洞組合為主，裂縫-藻間溶孔組合次之(圖6)。

根據壓汞實驗，平均排驅壓力為0.24 MPa，最大孔喉半徑為5.31 μm，中值壓力為16.75 MPa，中值半徑為1.69 μm，最大進汞飽和度74.95%，分選系數為3.5。排驅壓力差異較大、中值喉道半徑較小的特征，分選性中等-差，歪度偏細，進汞飽和度中等-好，晶間溶孔型、窗格孔-溶蝕孔洞組合型、裂縫-藻間溶孔組合型分別呈現不同的曲線形態(tài)。

晶間溶孔型的針孔狀溶孔發(fā)育(圖6a)，分布較均勻，毛管壓力曲線表現為中歪度、分選好的特征，曲線平臺特征較明顯，雖然排驅壓力相對較高，但中值喉道半徑較大、最大進汞飽和度達90%，典型樣品實測孔隙度為9.16%，滲透率為0.33×10-3μm2。

窗格孔-溶蝕孔洞組合型因其溶蝕孔隙、孔洞較發(fā)育，孔徑大小不一(圖6b)，毛管壓力曲線表現為中歪度、分選較差的特征，曲線不具有平臺特征，排驅壓力非常低、中值喉道半徑較大、進汞飽和度為72%，典型樣品實測孔隙度為8.61%，滲透率為10.3×10-3μm2。

裂縫-藻間溶孔組合型因溶蝕孔隙半徑大小不一，局部有孔洞和裂縫分布(圖6c)，導致微觀孔隙的非均質性強，毛管壓力曲線表現為細歪度、分選差的特征，曲線不具有平臺特征，排驅壓力較高，中值半徑較小，最大進汞飽和度僅61%，典型樣品實測孔隙度為5.80%，滲透率為3.15×10-3μm2。

圖6 川西氣田雷四段上亞段下儲層段Ⅱ類儲層孔隙類型藍色鑄體照片

根據巖心CT掃描，樣品巖性為藻黏結白云巖，孔隙半徑分布呈單峰態(tài)，主要為5～80 μm，峰值為30 μm，孔隙度為6.14%，尺寸較小溶蝕孔隙較發(fā)育，孔隙配位數僅1～2，但是局部發(fā)育的微裂縫改善了微觀的連通性，滲透率達3.39×10-3μm2。

2.2.3 晶間(溶)孔和微裂縫為Ⅲ類儲層

巖性主要為微晶白云巖、含灰云巖，屬于低孔、低滲儲層，孔隙類型以晶間孔、晶間溶孔和微裂縫為主，孔隙組合關系既有單一的晶間(溶)孔型，也有微裂縫-晶間(溶)孔組合(圖7)。

圖7 川西氣田雷四段上亞段下儲層段Ⅲ類儲層孔隙類型藍色鑄體照片

根據壓汞實驗，平均排驅壓力1.02 MPa，最大孔喉半徑為4.18 μm，中值壓力為25.39 MPa，中值半徑為0.20 μm，最大進汞飽和度70.39%，分選系數為3.1。毛管壓力曲線表現為排驅壓力高，分選性中等-差，歪度細，最大進汞飽和度差異較大的特征，晶間(溶)孔型、微裂縫-晶間(溶)孔組合型分別呈現不同曲線形態(tài)。

晶間(溶)孔型因其晶間孔、溶孔較發(fā)育，孔徑大小較均勻(圖7a)，毛管壓力曲線總體表現為中-細歪度、分選較好特征，曲線平臺特征較明顯。排驅壓力較高，中值喉道半徑較小，最大進汞飽和度高達98%，典型樣品實測孔隙度為4.62%，滲透率為0.03×10-3μm2。

微裂縫-晶間(溶)孔組合型因其孔隙分布非均質性較強，局部有裂縫分布(圖7b)，毛管壓力曲線表現為中-細歪度、分選差的特征，不具有曲線平臺特征。排驅壓力較高，中值喉道半徑較小，最大進汞飽和度中-低，僅25%～46%，典型樣品實測孔隙度為3.32%，滲透率為14.1×10-3μm2。

根據巖心CT掃描，孔隙半徑分布呈單峰態(tài)，主要為10～150 μm，峰值為70 μm，溶蝕孔隙相對孤立且整體欠發(fā)育，孔隙度為5.91%，配位數僅為1，孔喉連通性較差，滲透率僅有0.05×10-3μm2。

3 開發(fā)應用

3.1 原始含氣飽和度研究

氣藏原始含氣飽和度是儲量計算的重要基礎參數之一[11]。國內外確定含氣飽和度的方法主要為利用鉆井密閉取心直接測定、應用壓汞曲線解釋以及利用測井資料解釋。第一種方法能夠獲得現場第一手資料，準確度高，但成本也高，超深大斜度井取心難度大，現場實施較少；第二種方法通過確定束縛水飽和度間接求含氣飽和度，簡易、準確，可大量實施；前兩種方法可以作為第三種方法的解釋依據。

根據35個壓汞實驗數據統(tǒng)計，下儲層段最小非飽和孔隙體積分布范圍較廣，為5.0%～70.0%，呈單峰態(tài)，主要為20.0%～30.0%，加權平均最小非飽和孔隙體積，即束縛水飽和度為25%，推算原始含氣飽和度為70.0%～80.0%，平均含氣飽和度為 75.0%，蠟封法取心分析儲層含氣飽和度為67.2%～84.0%，平均值為77.0%，兩種方法確定的含氣飽和度基本一致。同理，計算上儲層段原始含氣飽和度為82.0%，含氣性優(yōu)于下儲層段。

3.2 原始條件下儲量動用難易程度評價

退汞飽和度直接反映了喉道特征，而喉道控制微觀孔隙之間的連通性和滲流能力，對應的是可動用儲量和產能[12-13]。據統(tǒng)計，下儲層段退汞飽和度為14.10%～30.50%，整體偏低，原因有兩個方面：①孔隙類型和孔隙組合關系復雜，總體孔喉體積比高達101，微觀連通性較差，滲流阻力較大，不同類型儲層孔喉體積比差異較大，Ⅰ類儲層孔喉體積比相對較小，僅61，Ⅱ、Ⅲ類儲層孔喉體積比為81～121；②儲層微觀孔喉分選性差，孔徑大小不一的溶蝕孔、洞是補集水銀的主要孔隙空間，連通喉道窄加劇了這種捕集現象，水銀的連續(xù)性被破壞，退出量較少，形成更多孤立狀態(tài)的殘余水銀。上儲層段退汞飽和度為20.36%～40.50%，退汞飽和度高于下儲層段，原因是上儲層孔喉體積比較低，僅1.31～4.41，孔隙和喉道體積差異較小，孔隙類型單一，晶間孔、晶間溶孔分選性好，微觀滲流阻力小，晶粒表面光滑，有利于汞在降壓時排出。

退汞效率對應儲層毛細管效應的采收率，下儲層退汞效率小于20.0%的樣品占比達67%，平均僅為30.0%，整體偏低，表明原始條件下氣藏儲量動用程度低，需要通過深度酸化改造提高儲層導流能力以提高單井產量和儲量動用程度。上儲層段退汞效率為35.0%～43.7%，平均為38.2%，退汞效率優(yōu)于下儲層段。

3.3 氣柱高度研究

準確落實氣水界面是有水氣藏儲量計算和井位部署優(yōu)化的基礎，結合壓汞和相滲實驗，可以預測氣柱高度。由于實驗室測定條件下的流體體系、壓力、溫度與實際氣藏條件存在差異，應用毛管壓力曲線資料時，需要將室內壓汞實驗所測的毛管壓力換算為氣藏條件下的氣-水毛管壓力。將相同深度的相滲曲線與毛管壓力曲線在相同流體飽和度條件下進行疊置，明確含氣飽和度隨深度的變化，結合氣藏圈閉最高點深度即可計算氣柱高度[14-15]。研究表明，川西雷口坡組氣藏屬于構造氣藏，構造低部位存在邊水，氣水界面基本統(tǒng)一，計算14組實驗數據可以得出，下儲層段氣柱高度為142～177 m，平均為165 m，氣柱高度小于圈閉的閉合高度(閉合高度258 m)，氣水界面在圈閉溢出點之上。

3.4 邊水能量與水體活躍程度評價

掌握水侵動態(tài)規(guī)律是有水氣藏高效開發(fā)的關鍵，采取有效措施盡可能降低水侵影響。利用容積法計算金馬-鴨子河構造地下水體倍數為0.8～3.2，屬于弱-中等能量水體，其中金馬構造的圈閉閉合高度為135 m，溝通邊水的伴生小斷裂較發(fā)育，裂縫與孔隙存在兩套不同的氣水界面，裂縫系統(tǒng)氣水界面高于孔隙系統(tǒng)，水體倍數屬于中等-強，總體大于鴨子河構造。

全直徑巖心氣水相滲實驗表明，氣藏開發(fā)后期水侵風險較大[16-19]。Ⅰ類儲層初期水相上升較慢，水侵也較慢，中期氣水流動能力最強，表現為良好的滲流能力，氣水兩相滲流區(qū)間最寬，為40%～50%，生產動態(tài)表現為氣水同產期較長，采出程度較高，Ⅱ類次之，Ⅲ類最窄。不同類型儲層相滲曲線均表明等滲點后水相相對滲透率快速上升，最終水相端點相對滲透率較高，說明開發(fā)后期水相流動能力強，局部微裂縫的發(fā)育也加劇了邊水突進，開發(fā)過程中水侵動態(tài)監(jiān)測尤為重要。

3.5 采收率預測

采收率是開發(fā)方案編制、經濟評價的重要參數之一。巖心相滲實驗預測不同儲層類型的采收率差異較大，總體上微觀受控于儲層物性，宏觀受控于井網控制程度[20]。實驗統(tǒng)計采收率為5.7%～67.3%，呈雙峰態(tài)分布，總體上孔隙度與采收率呈正相關關系，其中Ⅰ、Ⅱ類儲層采收率為50.0%～60.0%，Ⅲ類儲層采收率為20.0%～30.0%。

4 結論

(1)上、下儲層段Ⅰ類儲層均具有排驅壓力低、最大孔喉半徑小、中值半徑中等、滲透性中等-較好、退汞效率較高、壓汞曲線平臺特征較明顯、分選性好、孔隙結構好的特點；下儲層滲透性更好，排驅壓力更低。

(2)下儲層段Ⅱ、Ⅲ類儲層排驅壓力中等-高，最大孔喉半徑、中值半徑中等-較小，滲透率中-低，退汞效率中等-較低，曲線平臺特征中等-差，分選性中等-差，各種孔隙的組合類型多樣，微觀孔隙結構復雜多樣；上儲層Ⅱ+Ⅲ類儲層孔隙結構較差。

(3)結合壓汞和相滲實驗，上、下儲層段平均原始含氣飽和度分別為82.0%和75.0%，上儲層段含氣性較好；上、下儲層段平均退汞效率分別為38.2%和30.0%，原始狀況下儲量動用程度比較低，需要通過深度酸化改造提高儲層導流能力，從而提高單井產量和儲量動用程度；鴨子河構造下儲層段氣柱高度165 m；存在中等能量的邊水，開發(fā)前期水侵較慢，中期氣水同產能力較強，后期水侵較活躍。