綦惠麗，李玉春，張 雁

（1.大慶油田有限責任公司 第二采油廠，黑龍江 大慶 163000； 2.大慶油田有限責任公司 天然氣分公司，黑龍江 大慶 163416； 3.東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶 163318）

低滲透儲層的微觀特征對其宏觀性質(zhì)的影響規(guī)律
——以榆樹林油田扶楊油層為例

綦惠麗1，李玉春2，張 雁3

（1.大慶油田有限責任公司 第二采油廠，黑龍江 大慶 163000； 2.大慶油田有限責任公司 天然氣分公司，黑龍江 大慶 163416； 3.東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶 163318）

利用巖心物性分析、壓汞曲線和鏡下分析等資料，研究榆樹林油田東16區(qū)塊扶楊油層的宏、微觀特征及二者關(guān)系.結(jié)果表明：研究區(qū)扶楊油層巖性為巖屑長石砂巖，普遍具有碎裂特征，主要孔隙成因類型包括微裂縫、粒間孔、粒內(nèi)孔和晶間孔，微裂縫對孔隙度的貢獻不大，但對滲透率的影響不容忽視.孔隙度主要受孔喉發(fā)育程度影響，孔喉半徑越大，孔隙度越高.滲透率受反映連通程度的特征結(jié)構(gòu)參數(shù)影響較大，二者呈正相關(guān)關(guān)系，且孔隙度越大，特征結(jié)構(gòu)系數(shù)對滲透率的影響越大.退汞效率受特征結(jié)構(gòu)參數(shù)影響較大，儲層為中孔時，退汞效率隨特征結(jié)構(gòu)參數(shù)的增大而增大；儲層為低孔或特低孔時，退汞效率隨特征結(jié)構(gòu)參數(shù)的增大而減小.該研究結(jié)果對改造低滲儲層、提高采收率具有指導意義.

低滲透；孔隙結(jié)構(gòu)；微裂縫；特征結(jié)構(gòu)參數(shù)；榆樹林油田

0 引言

近年來，隨著常規(guī)主力油藏相繼進入高含水期，約占全國已探明儲量2/3的低滲透油藏開發(fā)問題成為人們研究的重點[1-2].低滲透油藏在儲層性質(zhì)、流體滲流特征和地層壓力等方面表現(xiàn)出不同于常規(guī)油藏的開發(fā)特征及規(guī)律[3-5].低滲透儲層孔喉細小、非均質(zhì)性強、裂縫發(fā)育、滲流阻力大，在開發(fā)過程中，往往出現(xiàn)油層壓力下降快，儲層孔隙度和滲透率下降，產(chǎn)油和產(chǎn)液指數(shù)低，開發(fā)效果較差等現(xiàn)象[6].因此，研究低滲透儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及其對宏觀性質(zhì)的影響，是高效合理地開發(fā)、改造低滲透油藏的關(guān)鍵.

常規(guī)砂巖油藏的滲透率、孔隙度、驅(qū)油效率與其微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)之間關(guān)系密切，低滲透儲層研究表明，孔隙結(jié)構(gòu)特征與滲透率、孔隙度相關(guān)性較差，微觀特征對低滲儲層孔滲性、驅(qū)油效率的影響較常規(guī)儲層復雜得多[7-14].高輝等研究鄂爾多斯盆地延長組低滲透砂巖儲層巖心樣品，認為低滲透砂巖儲層物性較差的主要原因是對滲透率起主要貢獻的較大喉道含量相對較小，同時微裂縫的發(fā)育加劇其物性差異[8].胡志明等通過恒速壓汞實驗比較大慶和長慶油田低滲透樣品，認為低滲透儲層滲流能力主要受喉道大小分布影響，分布范圍較寬、均質(zhì)性較差的喉道比分布集中、均質(zhì)性好的喉道油藏滲流能力更強[11].郝明強等分析低滲透含裂縫和不含裂縫的巖心樣品，認為在微裂縫性低滲透砂巖中，微裂縫連接各孔隙，對孔隙度貢獻小，但對改善滲流能力的作用不容忽視[12].全洪慧等通過真實巖心的驅(qū)替實驗觀察，認為不同的孔隙成因類型驅(qū)油過程不同，孔隙類型以殘余粒間孔為主的樣品顯示網(wǎng)狀驅(qū)替，驅(qū)油效率高；以溶蝕孔隙為主的樣品因孔喉大小分布不一顯示指狀驅(qū)替，驅(qū)油效率較低.有裂縫存在時，驅(qū)油效率取決于裂縫滲透率和基質(zhì)滲透率的相對大小，裂縫滲透率遠大于基質(zhì)滲透率時，水驅(qū)油僅發(fā)生在裂縫中，驅(qū)油效率不高；二者滲透率相近或裂縫滲透率低于基質(zhì)滲透率時，注入水同時進入孔隙和裂縫，裂縫對最終的水驅(qū)油波及面積和驅(qū)油效果影響并不很大[13].

筆者對榆樹林油田東16區(qū)塊5口井136個樣品進行孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)分析及鏡下觀察，研究微觀特征對宏觀性質(zhì)的影響規(guī)律，為制定有針對性的開發(fā)方案、提高采收率提供理論依據(jù).

1 研究區(qū)概況

榆樹林油田位于松遼盆地北部中央拗陷區(qū)三肇凹陷徐家圍子向斜東翼斜坡上，地處長垣東部外圍，東北部與尚家油田接壤，北、西、南面分別與汪家屯氣田，升平、徐家圍子、朝陽溝油田相鄰.斜坡上斷裂發(fā)育，地震T2（相當于扶余油層頂面）、T2-1（相當于楊大城子油層底面）反射層斷層相較其他部位明顯發(fā)育，且均為正斷層；延伸方向以近南北向為主，長度為2～5 km，斷距為30～50 m，傾角為30°～50°[15].扶楊油層位于下白堊統(tǒng)泉頭組四段和泉頭組三段地層，屬古松花江水系三角洲平原和匯水湖泊沉積地層，為低—特低滲透薄互層為主的復合油藏.在開發(fā)過程中，表現(xiàn)產(chǎn)量自然遞減幅度較大、注水壓力偏高、套管損壞情況較嚴重、采油速度較低等特低滲透層開采普遍存在的特征.

2 礦物巖石學特征

榆樹林油田扶楊油層主要由細砂巖和少量粉砂巖組成，具有低成分成熟度和低結(jié)構(gòu)成熟度的特征[16].通過巖石薄片資料分析，該油層巖性主要為巖屑長石砂巖（見圖1），碎屑顆粒主要由長石（平均質(zhì)量分數(shù)為31.87%）、石英（平均質(zhì)量分數(shù)為28.76%）和巖屑（平均質(zhì)量分數(shù)為27.84%）組成，石英和長石可見不同程度的次生加大，使原生孔隙受到破壞，導致儲層物性變差；長石、石英的溶蝕現(xiàn)象較為常見，溶蝕孔較孤立，連通性差，儲層物性差.此外，在薄片中可見巖石普遍具有碎裂特征，微裂縫較發(fā)育，長度為50～500μm，寬度為10～30μm，微裂縫的存在使儲層連通性變好.統(tǒng)計扶楊油層914塊黏土樣品X線衍射和掃描電鏡實驗結(jié)果，研究區(qū)目的層膠結(jié)物主要包括硅質(zhì)、長石、黏土礦物和碳酸鹽礦物等，黏土礦物主要由伊利石（平均質(zhì)量分數(shù)為40%～52%）、綠泥石（平均質(zhì)量分數(shù)為24%～38%）、高嶺石（平均質(zhì)量分數(shù)為7%～17%）和伊蒙混層（平均質(zhì)量分數(shù)為7%～14%）組成.

儲層巖石滲透率為（0.03～40.09）×10-3μm2，以低滲、特低滲為主；孔隙度為6.79%～21.21%，以低孔、特低孔為主，二者總體上呈正相關(guān)性.當滲透率不大于10×10-3μm2時，二者相關(guān)性較差；滲透率大于10×10-3μm2時，隨孔隙度增加，滲透率增加較快，二者相關(guān)性較好（見圖2）.

圖1 扶楊油層巖石礦物成分三角圖

圖2 扶楊油層孔隙度、滲透率交會圖

3 微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

3.1 孔隙成因類型

統(tǒng)計鏡下觀察結(jié)果，研究區(qū)儲層主要巖石孔隙類型可分為微裂縫、粒間孔、粒內(nèi)孔和晶間孔4類.

3.1.1 微裂縫

研究區(qū)微裂隙非常發(fā)育，微裂隙的存在使原有不太發(fā)育的各類孔隙連通性增強、滲透率增大.微裂隙主要由成巖縫、構(gòu)造縫或構(gòu)造—成巖縫組成.由鑄體薄片觀察可見，除少量成巖縫外，砂巖中微裂縫多屬構(gòu)造—成巖縫（見圖3（a）），為構(gòu)造和成巖作用的綜合產(chǎn)物，可再劃分為粒內(nèi)縫、粒緣縫和穿?？p.

粒內(nèi)縫主要指發(fā)育在剛性顆粒（如石英顆粒）內(nèi)的裂縫和在長石顆粒內(nèi)的解理縫，裂縫規(guī)模小，分布于顆粒內(nèi)部，開度一般小于10μm（見圖3（b））.粒緣縫也稱為貼?？p，主要沿礦物顆粒邊緣分布，由于受到強烈溶蝕作用，縫兩側(cè)所含易溶組分比例不同，導致其寬窄不一，開度為10～30μm（見圖3（c））.穿?？p往往穿越數(shù)顆礦物顆粒以上，因后期溶蝕作用，其開度一般較大，規(guī)模與粒緣縫相似（見圖3（d））.此3類微裂縫發(fā)育與強烈的機械壓實作用和后期的構(gòu)造擠壓作用有關(guān).

3.1.2 粒間孔

粒間孔按成因可分為原生粒間孔、殘余粒間孔、粒間溶蝕孔以及殘余粒間溶孔.

原生粒間孔是在成巖機械壓實作用后，由沉積碎屑顆粒之間相互支撐形成的微小空間.此類孔隙大小不一，形態(tài)較規(guī)則，多呈近三角形外形，研究區(qū)極少分布.

殘余粒間孔由膠結(jié)作用中的自生膠結(jié)物部分充填原粒間形成（見圖3（e））.

粒間溶蝕孔為不穩(wěn)定礦物（如長石顆粒）被溶蝕形成的孔隙，溶孔通常不規(guī)則，并殘留較多未溶物質(zhì).粒間擴大溶蝕作用使顆粒邊緣被溶蝕成港灣狀或參差不齊，一般出現(xiàn)在顆粒表面或孔隙周界某一部位（見圖3（f））.此類孔隙連通其他孔隙，提高研究區(qū)巖石孔隙度，較好地改善儲層滲透性.

殘余粒間溶孔是在成巖后期堵塞孔隙的膠結(jié)物又被部分溶蝕所致，孔隙微小、連通性差.

圖3 扶楊油層不同孔隙成因類型

3.1.3 粒內(nèi)孔

研究區(qū)粒內(nèi)孔主要為次生粒內(nèi)孔，多為長石、碎屑等不穩(wěn)定礦物的粒內(nèi)溶蝕孔，由于顆粒碎裂后再經(jīng)溶蝕形成的碎裂溶蝕孔也較為常見（見圖3（g）），長石、云母等礦物通常沿解理或雙晶面及破碎面發(fā)生選擇性溶解，形成粒內(nèi)條狀、蜂窩狀等形態(tài)，溶蝕強烈者形成鑄?？谆蚺c粒間溶孔連通，使孔滲性得到較大改善.

3.1.4 晶間孔

晶間孔主要發(fā)育在孔隙充填的自生高嶺石、綠泥石、伊利石、迪開石等晶體之間，一般孔徑較小（見圖3（h））；遭受溶蝕后成為擴大的晶間溶蝕孔，有效改善儲層滲流能力.

3.2 孔喉分布及特點

分析研究區(qū)136塊樣品毛細管壓力實驗資料，結(jié)果表明，與常規(guī)儲層毛管壓力曲線相比，研究區(qū)低滲透儲層具有排驅(qū)壓力高、平臺短和分選性差等特點.不同滲透率樣品孔喉分布特點略有差異.

滲透率大于10.0×10-3μm2的樣品屬于一般低滲透儲層，孔隙度多大于15%，具有排驅(qū)壓力較小、孔隙中值半徑較大、分選性較好和退汞效率較高等特點.該類孔隙結(jié)構(gòu)中孔喉分布為單峰形態(tài)，具有大孔粗喉特征，微孔不發(fā)育.樣品中天然碎裂縫較發(fā)育，且經(jīng)過次生溶蝕擴大作用，孔縫連通性好，退汞效率較高.

滲透率為（1.0～10.0）×10-3μm2的樣品屬于特低滲透儲層，孔隙度多為11%～15%.孔喉分布可見雙峰形態(tài)，粗孔喉峰值為0.1～1.6μm，99%的滲透率貢獻由粗孔喉提供.與一般低滲儲層相比，此類儲層更為致密，具有裂隙數(shù)目少、縫寬小，小孔喉多、流動能力差和退汞效率低等特點.

滲透率小于1.0×10-3μm2的樣品屬于超低滲透儲層，孔隙度多小于10%，具有排驅(qū)壓力高、孔隙半徑中值小等特點.孔喉半徑變化區(qū)間小，分選性差，孔喉大小分布曲線上峰值不明顯，主要孔喉集中在0.01～0.25μm，較上2類儲層細孔喉增加，粗孔喉減少.99%的滲透率貢獻由0.025～0.250μm的孔喉提供.該類儲層碎裂泥化嚴重，導致大量層內(nèi)縫、碎裂縫被堵塞.以窄孔喉為主，局部發(fā)育較大孔隙，但與其他孔縫不連通，整體連通性較差.

4 微觀孔隙結(jié)構(gòu)影響規(guī)律

毛細管壓力曲線反映儲層宏觀特征和微觀孔喉分布特征，通過它可獲得排驅(qū)壓力、最大孔喉半徑、平均孔喉半徑和孔喉半徑中值等反映孔喉大小的參數(shù)，以及分選系數(shù)、相對分選系數(shù)、均質(zhì)系數(shù)、迂曲度、孔喉比和特征結(jié)構(gòu)系數(shù)等反映孔喉分布及連通程度的參數(shù).根據(jù)毛細管壓力曲線中的進汞、退汞2條曲線可計算退汞效率，即為水濕性儲層中水驅(qū)油的驅(qū)油效率.

4.1 孔隙度

常規(guī)砂巖儲層的微觀孔喉參數(shù)與儲層的孔隙度和滲透率相關(guān)性較好，其壓汞曲線的排驅(qū)壓力越低，平均孔喉半徑越大，平臺段越長，反映儲層的孔隙結(jié)構(gòu)性質(zhì)越好，相應的滲透率、驅(qū)油效率越高[17-18].表征低滲儲層微觀孔喉大小、分布、連通性的參數(shù)與儲層的孔隙度和滲透率相關(guān)性均較差[19]，與扶楊油層毛細管壓力實驗獲得的主要孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)與孔隙度和滲透率相關(guān)性分析結(jié)果（見表1）所得結(jié)論相同.由表1可見：表征孔喉大小分布的參數(shù)如最大孔喉半徑、平均孔喉半徑、分選系數(shù)與孔隙度相關(guān)性好于其他參數(shù)，說明孔隙度主要受孔喉發(fā)育程度影響.扶楊油層主要以低孔、特低孔為主，二者均占其總數(shù)的40%以上，此外存在少量中孔和超低孔.由壓汞資料統(tǒng)計分析可知，中孔最大孔喉半徑為10.0μm，低孔最大孔喉半徑為3.0μm，特低孔最大孔喉半徑小于1.0μm.

表1 孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與孔隙度、滲透率相關(guān)性

研究區(qū)樣品鑄體薄片觀察并統(tǒng)計的不同孔隙類型面孔率分布見表2.由表2可見：樣品以粒間孔為主，隨著面孔率減小，微裂縫所占比例隨之減小，說明微裂縫對孔隙度的貢獻隨孔隙度減小而降低，原因是孔隙度越小，顆粒越細小，泥質(zhì)質(zhì)量分數(shù)越高，巖石塑性越強，微裂縫越不發(fā)育[20].

表2 扶楊油層不同孔隙類型面孔率分布

4.2 滲透率

由表1可見：滲透率與連通性有關(guān)的參數(shù)（如特征結(jié)構(gòu)參數(shù)、最大進汞飽和度等）相關(guān)性較高，反映滲透率受連通程度影響較大.

特征結(jié)構(gòu)參數(shù)描述滲流特征，為相對分選因數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)因數(shù)的乘積的倒數(shù)，該值越大，孔隙相對分選性越好，孔隙尺寸差異越小.研究區(qū)樣品特征結(jié)構(gòu)參數(shù)與滲透率關(guān)系見圖4.由圖4可見：滲透率隨特征結(jié)構(gòu)參數(shù)增大而增大，這是由于特征結(jié)構(gòu)參數(shù)越大，孔喉分選性越好，迂曲度越小，連通性越好，滲透率增大.此外，孔隙度越大，特征結(jié)構(gòu)參數(shù)對滲透率的影響越大.低滲透儲層孔道越微細，固液界面分子力和電荷力作用越強，滲流附加阻力越大，滲流速度越小，滲透率越??；低滲透儲層中孔道越粗大，固液界面分子力和電荷力作用越弱，巖石顆粒表面對流體滲流的阻力越小，滲透率越大.

4.3 驅(qū)油效率

由表1可見：滲透率與退汞效率相關(guān)性較差，但受特征結(jié)構(gòu)參數(shù)影響較大.研究區(qū)樣品特征結(jié)構(gòu)參數(shù)與退汞效率關(guān)系見圖5.由圖5可見：儲層為中孔時，退汞效率隨特征結(jié)構(gòu)參數(shù)增大而增大；儲層為低孔和特低孔時，退汞效率隨特征結(jié)構(gòu)參數(shù)的增大而減小.

圖4 扶楊油層樣品特征結(jié)構(gòu)參數(shù)與滲透率關(guān)系

圖5 樣品特征結(jié)構(gòu)參數(shù)與退汞效率關(guān)系

4.3.1 中孔

對比中孔大特征結(jié)構(gòu)參數(shù)樣品a1和小特征結(jié)構(gòu)參數(shù)樣品a2的壓汞曲線（見圖6），二者排替壓力一致，說明最大孔喉半徑基本相近.曲線上第一個拐點之前的曲線段常反映微裂縫發(fā)育狀況，其斜率越小，反映微裂縫越粗，對滲透率貢獻越大.壓汞曲線上樣品a1的該段曲線較a2的斜率更小，表明樣品a1中的微裂縫比a2中的更發(fā)育.

圖6 中孔不同特征結(jié)構(gòu)參數(shù)樣品壓汞曲線

由鑄體薄片特征可見，樣品a2中的微裂縫、尤其是粒緣縫少于樣品a1中的（見圖7），粒緣縫在后期的溶蝕作用下開度變大，同時將孔隙貫通，使a1樣品的連通性更好.

圖7 中孔不同特征結(jié)構(gòu)參數(shù)樣品鑄體薄片特征

進汞曲線還反映喉道大小及與之相連的孔隙的多少，壓力越大，說明喉道半徑越??；汞飽和度變化越大，反映與喉道相連的孔隙越多.由圖6可見，在相同汞飽和度下樣品a2的進汞壓力較a1的大，說明樣品a2的喉道較a1的細；由壓汞曲線計算樣品a2的孔喉比較樣品a1的高，可證明此結(jié)論；樣品a1的進汞曲線較a2的更平緩，反映樣品a1中與喉道相連的孔隙更多，進汞量更大.

退汞曲線反映喉道連通情況，退汞曲線和進汞曲線越接近，表明孔喉比越小，退出的汞越多.樣品a1的退汞曲線較a2的更平緩，表明樣品a1的孔喉道連通性更好、退出的汞更多、驅(qū)油效率更高.

4.3.2 低孔—特低孔

分析低孔—特低孔樣品，大特征結(jié)構(gòu)參數(shù)樣品b1、c1和小特征結(jié)構(gòu)參數(shù)樣品b2、c2的最大孔喉半徑相等，裂縫發(fā)育情況也較為類似.由孔喉分布曲線（見圖8）可見，樣品b2、c2中的大孔喉較樣品b1中的略少，而小孔喉較樣品b1、c1中的多，分選性更好，其結(jié)果必然是樣品b2、c2進汞量少，退汞量多（見圖9），驅(qū)油效率高于樣品b1、c1的.

圖8 低孔—特低孔不同特征結(jié)構(gòu)參數(shù)樣品孔喉分布和滲透率貢獻曲線

圖9 低孔—特低孔不同特征結(jié)構(gòu)參數(shù)樣品壓汞曲線

5 結(jié)論

（1）榆樹林油田扶楊油層巖性為巖屑長石砂巖，受構(gòu)造斷裂影響較大，巖石樣品普遍具有碎裂特征，孔隙類型主要包括微裂縫、粒間孔、粒內(nèi)孔和晶間孔；微裂縫對孔隙度貢獻不大，但其起到貫通孔隙、增加孔隙連通程度的作用.

（2）研究區(qū)孔隙度主要受孔喉發(fā)育程度影響，孔喉半徑越大，孔隙度越高.樣品以粒間孔為主；隨著孔隙度減小，微裂縫所占比例隨之減少、對孔隙度貢獻降低.

（3）研究區(qū)滲透率受連通程度影響較大，總體上滲透率隨特征結(jié)構(gòu)參數(shù)增大而增大，且孔隙度越大，特征結(jié)構(gòu)系數(shù)對滲透率的影響越大.

（4）退汞效率受特征結(jié)構(gòu)參數(shù)影響較大，儲層為中孔時，退汞效率隨特征結(jié)構(gòu)參數(shù)增大而增大；儲層為低孔和特低孔時，退出效率隨特征結(jié)構(gòu)參數(shù)的增大而減小.

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Influence of micro-character on macroscopic properties in low permeability reservoir--Take Fuyang reservoir of Yushulin oilfield as example/2012，36（4）：30-36

QI Hui-li1，LI Yu-chun2，ZHANG Yan3
（1.Oil Recovery Plant No.2，Daqing Oilfield Corp.Ltd.，Daqing，Heilongjiang 163000，China；2.Natural Gas Branch of Daqing Oilfield Co.Ltd.，Daqing，Heilongjiang 163416，China；3.College of Geosciences，Northeast Petroleum University，Daqing，Heilongjiang 163318，China）

The influence of microscopic features on the macroscopic properties such as permeability，porous and oil displacement efficiency in low permeability reservoir is much more complex than in conventional reservoir.Understanding the microscopic features and its influence law to macroscopic properties in low permeability reservoir is key to reform low permeability reservoir.In this paper，the microscopic and macroscopic features and their relationship of reservoir in Dong16 Block of Yushulin Oilfield is studied with the data of scanning electron microscopy，thin section，intrusive mercury curve and materials of porosity and permeability.Studies suggest that the reservoir of Fu Yu and Yang is mainly lithic feldspathic.In general it possess the features of fragmentation，the main pore types including micro cracks，intergranular dissolution pore between the grain and in the grain，although the contribution of microcracks to porosity is not big，but its influence to permeability cannot be ignored.Porosity mainly effect by the development degree of pore throat，the bigger radius of pore throat are，the porosity is higher.The permeability is affect by significant parameters which reflect the characteristics of connectivity，it showed a positive correlation between them，and the greater the porosity，the influence of permeability to significant parameters is bigger.Mercury efficiency is also influenced by significant parameters，Mercury efficiency increased with the significant parameters in middle pores，but Mercury efficiency decreased with the significant parameters in low and extra-low pores.The study result has guiding signifi-cance for reconstructing low permeability and improves oil recovery.

low permeability；pore structure characteristics；micro cracks；significant parameters；Yushulin oilfield

TE122.2＋3

A

2095-4107（2012）04-0030-07

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2012.04.005

2012-06-12；編輯：張兆虹

黑龍江省教育廳科學技術(shù)研究指導項目（11555024）

綦惠麗（1972-），女，工程師，主要從事油氣田開發(fā)工程方面的研究.