劉金水 唐健程

（中海石油（中國）有限公司上海分公司）

目前，低滲等非常規(guī)油氣資源已成為全球油氣勘探的重點領域。2010年美國致密砂巖氣資源量為19.8×1012～42.5×1012m3，是常規(guī)氣資源量（66.5×1012m3）的29.8%～63.9%，可采資源量達13×1012m3；2010年美國致密砂巖氣產(chǎn)量達到1 757×108m3，約占天然氣總產(chǎn)量的26%。我國低滲天然氣資源量約為12×1012m3，截至2011年底低滲天然氣累計探明可采儲量已占全國天然氣探明總儲量的40%左右；2011年低滲天然氣產(chǎn)量已占全國天然氣總產(chǎn)量的25%，低滲天然氣已成為我國天然氣勘探開發(fā)的重要領域［1-3］。

西湖凹陷是我國近海海域油氣資源較豐富的沉積凹陷之一，面積約為5.9×104km2，沉積最大厚度超過10 km［4］。隨著研究的不斷深入，近2年西湖凹陷低滲儲層的勘探獲得重大突破，發(fā)現(xiàn)了一批大型低滲天然氣田，HY構造即為其中之一。據(jù)最新的初步估算，西湖凹陷低滲氣藏資源潛力巨大，約占凹陷內(nèi)天然氣總資源量的80%，低滲氣藏構成了西湖凹陷獨特的資源分布特征。近期勘探和研究表明，儲層微觀孔隙結構及其滲流特征是影響西湖凹陷低滲儲層滲透性和含油氣性的關鍵因素。本文重點解剖了具有代表性的HY構造低滲儲層的微觀孔隙結構特征和滲流特征，探討了其地質(zhì)意義，以期為西湖凹陷低滲氣藏的高效勘探與開發(fā)提供科學依據(jù)。

1 HY構造花港組低滲儲層微觀孔隙結構特征

1.1 微觀孔隙結構及分類

1.1.1 儲層物性特征

HY構造位于西湖凹陷西次凹，是一個大型洼中隆背斜圈閉，花港組發(fā)育油氣層［5］?；ǜ劢M3 300 m以下為低滲儲層，其巖性為巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖和長石石英砂巖。儲層物性測試結果表明：HY構造花港組儲層孔隙度分布范圍在5%～14%，主要分布在8%～13%之間；滲透率分布范圍在0.01～100 mD，主要分布在0.1～10 mD之間。根據(jù)前人研究成果［6-7］，結合勘探實踐對西湖凹陷低滲砂巖儲層級別進行了劃分（表1），HY構造花港組儲層屬于常規(guī)低滲和近致密砂巖儲層，不同樣品的孔、滲相關性特征不同，孔隙度相同的樣品其滲透率相差近10倍甚至幾十倍，這是由于儲層孔隙結構復雜、不同孔隙和喉道類型的連通性相差較大造成的。

表1 西湖凹陷砂巖儲層物性類別劃分

mD常規(guī)中高滲 ＞16 ＞10常規(guī)低滲 12～16 1～10近致密 8～12 0.1～1.0致密 ＜8 ＜0.1儲層分類 孔隙度／% 滲透率／

1.1.2 孔隙喉道類型

據(jù)鑄體薄片和掃描電鏡分析，HY構造花港組砂巖儲層孔隙類型以擴溶粒間孔、粒間孔為主，兩者所占比例約為3∶2，同時發(fā)育少量粒內(nèi)溶孔、鑄?？住⒏邘X石晶間孔，極少見微裂隙；喉道類型以管束狀喉道、縮頸型喉道為主，其次為孔隙縮小型喉道、片狀或彎片狀喉道（圖1）。各類孔隙可組合成不同的組合類型，常見的組合類型有原生粒間孔＋擴溶粒間孔＋長石溶孔、擴溶粒間孔＋長石溶孔、原生粒間孔＋擴大的次生粒間孔、原生粒間孔＋長石溶孔＋高嶺石晶間孔等，且組合類型不同的儲層其滲透性相差較大。研究表明，以擴溶粒間孔和粒間孔為主的儲層孔隙度較大，吼道較粗，孔喉搭配關系有利于滲流；若長石粒內(nèi)溶孔、鑄?？着c粒間孔、擴溶粒間孔能形成較好的連通關系，亦能成為較好的儲集空間；若長石粒內(nèi)溶孔、鑄模孔與粒間孔、擴溶粒間孔等較大孔隙不能形成較好的連通關系，則對滲透率的貢獻小；而晶間孔等孤立孔隙常因喉道細窄且連通性差而使自身的滲濾能力最差［8-14］。

圖1 HY構造花港組儲層喉道類型及微觀特征

1.1.3 孔隙結構類型

研究表明，從毛細管壓力曲線形態(tài)上可以定性分析巖石的孔喉結構變化特征，這是因為毛細管壓力曲線的形態(tài)主要受孔隙喉道分選和喉道大小控制［10，15］。依據(jù)排驅(qū)壓力、孔喉分布歪度、孔喉分選和最大進汞飽和度等參數(shù)，并結合HY構造花港組巖樣高壓壓汞曲線圖（圖2），可將該地區(qū)花港組儲層毛細管壓力曲線分為5種類型。

（1）Ⅰ型：高進汞型—低排驅(qū)壓力—略粗歪度—分選較差

Ⅰ型毛細管壓力曲線的排驅(qū)壓力小于0.1 MPa，歪度分布在0.8～1.3，分選系數(shù)主要分布在1.7～2.3，最大進汞飽和度均大于90%。Ⅰ型毛細管壓力曲線偏向圖2的左下方，具有相對較寬的平臺，說明孔喉略粗、分選較差，代表了孔隙度較大、有微裂縫存在的滲透率較高的儲層類型特征。

（2）Ⅱ型：高進汞型—中排驅(qū)壓力—中歪度—分選較好

Ⅱ型毛細管壓力曲線的排驅(qū)壓力為0.1～1.0 MPa，歪度分布在1.0～2.0，分選系數(shù)主要分布在0.1～0.5，最大進汞飽和度85%～94%。Ⅱ型毛細管壓力曲線略偏離圖2的左下方，具有寬的平臺，說明孔喉較粗、分選較好，代表了孔隙度較大、滲透率較高的儲層類型特征。

（3）Ⅲ型：較高進汞型—較高排驅(qū)壓力—中歪度—分選好

Ⅲ型毛細管壓力曲線的排驅(qū)壓力為1.0～3.0 MPa，歪度分布在1.0～2.0，分選系數(shù)主要分布在0.01～0.10，最大進汞飽和度75%～85%。Ⅲ型毛細管壓力曲線略偏向圖2的右上方，具有相對較寬的平臺，說明孔喉較粗、分選較好，代表了孔隙度較小、滲透率較低的儲層類型特征。

（4）Ⅳ型：較高進汞型—高排驅(qū)壓力—中歪度—分選較好

Ⅳ型毛細管壓力曲線的排驅(qū)壓力為3.0～10.0 MPa，歪度分布在2.0～2.5，分選系數(shù)主要分布在0.1～0.3，最大進汞飽和度70%～75%。Ⅳ型毛細管壓力曲線偏向圖2的右上方，具有窄的平臺，說明孔喉較細、分選較好，代表孔隙度較小、滲透率較低的儲層類型特征。

（5）Ⅴ型：較低進汞型—高排驅(qū)壓力—中歪度—分選好

Ⅴ型毛細管壓力曲線的排驅(qū)壓力大于10.0 MPa，歪度分布在2.0～2.5，分選系數(shù)小于0.01，最大進汞飽和度55%～70%。Ⅴ型毛細管壓力曲線靠近圖2的右上方，幾乎不具有平臺，說明孔喉較細、分選較好，代表巖性致密、孔隙度和滲透率均很低的儲層類型特征。

儲層毛細管壓力曲線類型分析表明：HY構造花港組低滲儲層孔隙結構復雜、孔喉類型多樣，儲層孔隙結構以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型為主，Ⅳ、Ⅴ型為輔；常規(guī)低滲儲層孔隙結構多為Ⅰ、Ⅱ型，近致密儲層孔隙結構多為Ⅲ、Ⅳ型，而致密儲層的孔隙結構則多為Ⅳ型和Ⅴ型。

1.2 微觀孔隙結構與物性的關系

1.2.1 孔喉中值半徑

孔喉中值半徑是指進汞飽和度為50%時所對應的孔喉半徑值，它是孔喉大小、分布趨勢的度量，該值越大，儲層孔隙結構越好。從圖3a可以看出，HY構造花港組儲層孔喉中值半徑與物性呈正相關，即孔喉中值半徑隨著儲層物性的變好而增大，且與滲透率的相關性相對更好；當孔喉中值半徑大于2μm時，大喉道減少，樣品滲透率增大幅度減弱。

1.2.2 孔喉分選系數(shù)

從圖3b可以看出，對于HY構造花港組儲層而言，孔喉分選系數(shù)越小，表明喉道越均勻，細微喉道占總喉道數(shù)量的比例越大，而滲透率的貢獻主要來源于大喉道，小喉道對滲流不起作用或起極小作用，因此滲透性越差，即孔喉分選系數(shù)與滲透率表現(xiàn)出正相關關系。研究表明，過高的孔喉分選系數(shù)將導致喉道非均質(zhì)性變強，孔隙結構變差，不利于有利儲層的發(fā)育［10-11］。

1.2.3 排驅(qū)壓力

排驅(qū)壓力高低反映了最大連通喉道的半徑大小，排驅(qū)壓力越高，則最大連通喉道的半徑越小。HY構造花港組儲層排驅(qū)壓力與孔隙度和滲透率都呈現(xiàn)較好的對數(shù)、指數(shù)負相關關系，尤其是與滲透率的相關性更好。當樣品滲透率降低時，排驅(qū)壓力以指數(shù)規(guī)律增加；當滲透率小于0.1 mD時，排驅(qū)壓力增加明顯，說明喉道變得細小，汞已很難注入（圖3c）。

1.2.4 最大進汞飽和度

從圖3d可以看出，HY構造花港組儲層最大進汞飽和度與孔隙度和滲透率均呈正相關關系，且與孔隙度的相關性更好。儲層巖石的孔隙空間是由孔隙和喉道2部分組成，相對于孔隙而言，喉道所占的體積很小，儲層巖石總孔隙空間中主要還是孔隙體積，其大小反映了儲層的儲集性能，這也是最大進汞飽和度與孔隙度的相關性好于滲透率的原因。

通過上述分析來看，HY構造花港組孔喉中值半徑、分選系數(shù)及排驅(qū)壓力等儲層孔隙結構表征參數(shù)與儲層滲透率的相關性好于與孔隙度的相關性，僅最大進汞飽和度與孔隙度的相關程度較滲透率更高，表明儲層孔隙結構類型雖然直接影響著儲層物性的好壞，但其對儲層滲透率的影響表現(xiàn)得更為明顯。

2 HY構造花港組低滲儲層滲流特征

滲流是流體在多孔介質(zhì)中的流動，滲流流體的力學性質(zhì)除與流體本身的性質(zhì)有關外，還與多孔介質(zhì)的性質(zhì)、流體的運動狀況以及它們之間的相互作用有關。通過氣水兩相滲流的相對滲透率曲線能明顯反映低滲儲層含氣時氣水兩相滲流特征，同時也能反映不同類型儲層不同孔隙結構中的水驅(qū)氣特征和效果［10，12，16］。

HY構造花港組儲層相滲實驗表明，該區(qū)低滲儲層束縛水飽和度與孔隙度、滲透率呈較強的相關關系（圖4），本區(qū)儲層束縛水飽和度范圍在27.3%～62.5%，平均值為39.6%。由于該區(qū)花港組儲層殘余氣飽和度為24.8%～39.7%，平均值為27.0%，明顯小于束縛水飽和度平均值，而且氣水相滲等滲點值為59.9%～73.5%，平均值為65.0%，遠大于50.0%，因此認為該區(qū)低滲儲層屬于親水性儲層。同時，樣品中束縛水時的氣相滲透率均明顯大于殘余氣時的水相滲透率，也表明了儲層潤濕性為親水性。

對HY構造低滲儲層進行水驅(qū)氣相滲實驗模擬分析后發(fā)現(xiàn)，該區(qū)無論是常規(guī)低滲儲層（圖5a），還是近致密砂巖儲層（圖5b），由于低滲儲層孔隙結構非均質(zhì)性強，水的指進和繞流現(xiàn)象十分嚴重，使得儲層見水后相當一部分氣滯留在孔隙喉道中而成為殘余氣，氣相滲透率急劇降低。氣相滲透率在達到氣、水兩相共滲點前，隨著含水飽和度的增加，其滲透率急劇減小，而水相滲透率緩慢增大；而在超出共滲點后，隨著含水飽和度的增加，水相滲透率增大，氣相滲透率幾乎無變化。分析認為，該區(qū)花港組低滲儲層由于微細孔道占孔隙體積的比例很大、粘土礦物含量較高等多種因素的影響，使得氣-水兩相共滲區(qū)的范圍小，束縛水飽和度較高，在相對滲透率曲線上表現(xiàn)出了與中、高滲儲層明顯不同的特征。

圖5 HY構造花港組低滲儲層氣-水相滲曲線

3 地質(zhì)意義

（1）西湖凹陷HY構造花港組低滲儲層孔隙結構復雜、孔喉類型多樣，儲層孔隙結構參數(shù)與物性具有良好的相關關系，尤其是與滲透率的相關性更強。近2年在西湖凹陷低滲氣層的勘探實踐中，儲層滲透率的差異常使氣層產(chǎn)能評價時出現(xiàn)迥異的結果，形成這種現(xiàn)象的主要原因之一即為低滲儲層孔隙結構的差異。具體表現(xiàn)為：儲層孔隙結構以Ⅰ、Ⅱ型為主的常規(guī)中低滲氣層常具有一定的自然產(chǎn)能，通過常規(guī)地層測試可獲得商業(yè)性氣流；儲層孔隙結構以Ⅲ、Ⅳ型為主的近致密氣層必須經(jīng)過儲層改造來改善儲層的滲流能力，才能具有商業(yè)產(chǎn)能；而儲層孔隙結構以Ⅳ、Ⅴ型為主的致密氣層目前尚缺乏有效的產(chǎn)能評價手段，須在今后工作中進行探索和攻關。實踐表明，在低滲氣藏勘探評價期重要環(huán)節(jié)之一的氣層產(chǎn)能評價階段，根據(jù)儲層孔隙結構類型和特征進行分類評價，可有效提高勘探評價效率和成功率，對推進東海西湖凹陷低滲油氣資源的勘探具有重要意義。

（2）以HY構造為典型的西湖凹陷花港組低滲砂巖儲層多為致密、親水儲層，隨著含水飽和度的增加，在達到氣水共滲點之前，氣相滲透率急劇下降，水相滲透率緩慢上升，在達到共滲點之后，水相滲透率增大，氣相滲透率幾乎不變化。由于低滲儲層的這種滲流特性，使得低滲氣層在鉆完井或儲層改造過程中更易受到鉆完井液或壓裂液中液相的傷害，產(chǎn)生水鎖效應，影響低滲儲層含油氣性的判斷和低滲氣層真實產(chǎn)能的評價［16-18］。而在低滲氣層開發(fā)階段，由于低滲儲層的這種滲流特征，使得低滲氣層在見水后氣相滲透率急劇下降，其無水期采收率占最終采收率的比例較常規(guī)孔滲氣層更大，因此低滲氣層在儲層見水前的采收率預測應受到充分重視。

（3）西湖凹陷低滲儲層的孔隙結構特征主要受儲層發(fā)育的沉積相帶、經(jīng)歷的成巖作用以及是否發(fā)育異常高壓等因素控制。分析認為，以三角洲平原和三角洲前緣為背景的河道砂沉積是西湖凹陷花港組低滲儲層形成的物質(zhì)基礎，儲層經(jīng)歷的壓實作用和溶解作用的強弱直接影響儲層的孔喉類型和滲流能力，后期地層異常高壓的發(fā)育可有效地保護低滲儲層的孔喉結構。因此，在異常高壓發(fā)育區(qū)帶中的主干河道砂體發(fā)育相帶和次生孔隙發(fā)育帶常是優(yōu)質(zhì)低滲儲層即“甜點”發(fā)育區(qū)，在廣泛發(fā)育的低滲儲集層中尋找“甜點”是目前西湖凹陷低滲氣藏勘探的主要方向。

4 結論

（1）西湖凹陷HY構造花港組低滲儲層主要為常規(guī)低滲和近致密儲層，孔隙類型以擴溶粒間孔、粒間孔為主，喉道類型以管束狀喉道、縮頸型喉道為主，孔隙結構以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型為主，其次為Ⅳ、Ⅴ型。實踐表明，在低滲氣層產(chǎn)能評價階段依據(jù)孔隙結構類型和特征進行有針對性的分類評價，能夠有效提高低滲儲層的勘探評價效率和成功率。而目前針對儲層孔隙結構以Ⅳ、Ⅴ型為主的近致密氣層尚缺乏有效的產(chǎn)能評價手段，須在今后的工作中進行探索與攻關。

（2）西湖凹陷HY構造花港組低滲儲層屬于親水性儲層，氣相滲透率隨著含水飽和度增加而急劇下降，達到氣-水共滲點后，氣相幾乎無流動。正是由于低滲儲層的這種滲流特征，才使得低滲氣層在開發(fā)階段見水后氣相滲透率急劇下降，其無水期采收率占最終采收率的比例較常規(guī)孔滲氣層更大，因此低滲層在儲層見水前的采收率預測應受到充分重視。

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