雒婉瑩,孫衛(wèi),龐振宇,張瑞 (西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系,大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710069)

喬宏亮 (中石油長慶油田分公司第二采油廠樊家川作業(yè)區(qū),甘肅慶陽 745700)

蘇東南地區(qū)盒8段儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究

雒婉瑩,孫衛(wèi),龐振宇,張瑞 (西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系,大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710069)

喬宏亮 (中石油長慶油田分公司第二采油廠樊家川作業(yè)區(qū),甘肅慶陽 745700)

采用物性分析、掃描電鏡、鑄體薄片、高壓壓汞、恒速壓汞等技術(shù)綜合對(duì)鄂爾多斯盆地蘇東南地區(qū)盒8段儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了研究,探討了該區(qū)低孔低滲的原因。研究結(jié)果表明,孔隙類型主要為溶孔、晶間孔;孔隙類型組合主要是溶孔-晶間孔及晶間孔-溶孔。喉道類型、大小及喉道分布控制著儲(chǔ)層的滲透性。樣品的孔隙分布范圍不大,主要分布于100～200μm;喉道半徑主要介于0.2～1.5μm;孔喉半徑比分布范圍介于100～350μm?？紫督Y(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)、孔隙類型多樣、喉道細(xì)小是儲(chǔ)層滲透性差的主要原因。

蘇東南地區(qū);微觀孔隙結(jié)構(gòu);低滲透氣藏;孔喉

蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北部,是個(gè)復(fù)雜的大型氣田,主要產(chǎn)氣層位是中二疊統(tǒng)下石盒子組(P2h)盒8段,儲(chǔ)層低孔、低滲、低豐度且非均質(zhì)性強(qiáng),已成為制約天然氣開發(fā)的主要因素[1-2]。筆者采用各種巖心分析測(cè)試方法對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,并探討造成該種孔隙結(jié)構(gòu)的影響因素,為深入探討低滲透砂巖氣藏儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征,利用掃描電鏡技術(shù)、壓汞技術(shù)對(duì)取自蘇東南地區(qū)盒8段儲(chǔ)層的巖心樣品進(jìn)行測(cè)試分析,從微觀角度揭示該類儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)特征,以期為該區(qū)天然氣勘探開發(fā)和天然氣儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)研究提供理論依據(jù)。

1 巖石學(xué)特征

通過鏡下薄片觀察,認(rèn)為蘇東南地區(qū)盒8段儲(chǔ)層砂巖類型以巖屑石英砂巖、巖屑砂巖為主,極少量巖屑長石砂巖和石英砂巖。按粒度劃分,砂巖類型以中-粗粒、粗粒砂巖為主,其次為巨-粗粒砂巖,極少量細(xì)粒砂巖,碎屑顆粒分選好,磨圓度較差,以次棱角狀為主,膠結(jié)類型以孔隙式為主[3]。

研究區(qū)盒8段砂巖類型主要為石英砂巖和巖屑石英砂巖,其中盒8上亞段石英含量46.0%～83.0%,平均71.3%;巖屑含量2.0%～26.0%,平均11.6%;缺少長石;巖屑主要以變質(zhì)巖巖屑為主,平均含量達(dá)到13.0%,其次為火山巖巖屑,平均含量3.25%;盒8下亞段石英含量36.0%～88.0%,平均69.2%;巖屑含量1.0%～42.0%,平均12.5%;缺少長石;巖屑主要以變質(zhì)巖巖屑為主,平均含量14.35%,其次為火山巖巖屑,平均含量3.95%,沉積巖巖屑極少見。

2 物性特征

蘇東南地區(qū)盒8段孔隙度為4.45%～10.28%,平均8.49%,主要集中在5%～9.5%,累計(jì)頻率達(dá)到70%(見圖1(a));滲透率為0.09～1.67m D,平均0.23m D,主要集中在0.15～0.8m D,累計(jì)頻率達(dá)到72%(見圖1(b))。

從孔隙度與滲透率相關(guān)性(見圖1(c))可以看出,隨孔隙度增大,滲透率也增大,總體上孔隙度與滲透率呈正相關(guān),滲透率在一定程度上受孔隙發(fā)育程度的控制。不同樣品孔、滲關(guān)系的差異在于巖石的微觀孔隙結(jié)構(gòu),特別是喉道的幾何形狀、大小和分布。對(duì)于致密砂巖儲(chǔ)層,微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,孔隙的大小與分布不是影響儲(chǔ)層滲流能力的唯一因素,因此,對(duì)儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性地評(píng)價(jià)和定量的分析顯得尤為重要[4]。

圖1 儲(chǔ)層物性

3 微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

通過對(duì)蘇東南地區(qū)下石盒子組盒8段儲(chǔ)層巖石樣品進(jìn)行鑄體薄片和掃描電鏡分析研究,研究區(qū)盒8段孔隙主要為溶孔和晶間孔,粒間孔和微裂縫不常見(見表1和圖2(a)),孔隙組合類型主要有晶間孔、晶間孔-溶孔、溶孔-晶間孔(見圖2(b))。不同類型孔隙組成的儲(chǔ)集空間,其滲透性相差較大。若儲(chǔ)層中的溶蝕孔與粒間孔相連通,則為較好的儲(chǔ)集空間,若溶蝕空與較大粒間孔等孔隙連通,則對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)小。

表1 研究區(qū)盒8段孔隙類型

圖2 盒8段孔隙分布圖

1)溶孔 溶蝕作用是鄂爾多斯盆地砂巖氣藏儲(chǔ)層形成孔隙最有利的成巖作用[5]。溶蝕孔主要類型包括巖屑溶孔和長石溶孔,溶孔中殘余絲狀伊利石。巖屑溶孔在研究區(qū)目的層普遍發(fā)育,是該區(qū)最重要的儲(chǔ)集空間之一。面孔率介于0.20%～3.20%,平均1.64%。整體上長石溶孔在目的層不太發(fā)育。

2)晶間孔 晶間孔基本上為自生和蝕變高嶺石晶間孔隙,主要由重結(jié)晶作用形成。高嶺石結(jié)晶粗大,晶間孔較發(fā)育,常見于粗-中粒巖屑砂巖。

3)粒間孔及微裂縫 粒間孔及微裂縫在研究區(qū)目的層發(fā)育較差,粒間孔平均含量僅為0.20%,而微裂縫只在靖42-21井(3067.45m)中見到,其余均不發(fā)育微裂縫。

圖3 盒8段典型毛管細(xì)壓力曲線分類圖

3.2 毛細(xì)管壓力曲線及孔喉分布特征

盒8段儲(chǔ)層屬典型的低孔低滲儲(chǔ)層,儲(chǔ)層的毛細(xì)管壓力普遍偏高[6-7],據(jù)研究區(qū)盒8段儲(chǔ)層20塊代表性的巖石樣品壓汞數(shù)據(jù)和相應(yīng)的毛管細(xì)壓力曲線圖分析發(fā)現(xiàn):排驅(qū)壓力、孔喉分布歪度、分選性和最大進(jìn)汞飽和度是控制儲(chǔ)層毛管細(xì)壓力曲線形態(tài)的主要因素。根據(jù)這些參數(shù)以及相應(yīng)的毛管細(xì)壓力曲線形態(tài),將研究區(qū)毛管細(xì)壓力曲線分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類4種類型(見圖3)。

1)Ⅰ類 毛細(xì)管壓力曲線平臺(tái)段明顯,相對(duì)地偏向圖的左下方,歪度系數(shù)平均為1.59,孔喉分選較差,分選系數(shù)(平均值2.57)和均值系數(shù)(平均9.77)較小,變異系數(shù)(平均值0.26)較大,是因?yàn)樵谡w孔喉半徑較小的背景下儲(chǔ)層發(fā)育較多的大孔喉,如巖屑溶孔。此類毛細(xì)管壓力曲線所代表的儲(chǔ)層物性好,平均孔隙度大于10%,平均滲透率大于1mD,表明儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力和滲流能力較好。

2)Ⅱ類 毛細(xì)管壓力曲線平臺(tái)段較明顯,相對(duì)地偏向圖的左下方,歪度系數(shù)平均為1.75,孔喉分選較差,分選系數(shù)(平均2.31)和均值系數(shù)(平均11.53)較小,變異系數(shù)(平均0.21)較大,大孔喉的發(fā)育程度較Ⅰ類儲(chǔ)層少?？缀磉B通性一般,排驅(qū)壓力和中值壓力明顯增大。此類毛細(xì)管壓力曲線所代表的儲(chǔ)層物性較好,孔隙度介于9%～11%,滲透率介于0.4～0.8m D,儲(chǔ)集能力相對(duì)較好,滲流能力差異較大。

從氣的一本萬殊論出發(fā)，黃宗羲通過氣異性異的人、物之辨，確立了人在天地間的“中心”位置，如他說：“天地間祗有一氣，其升降往來即理也。人得之以為心，亦氣也?！盵1](7冊(cè)，P42)這里，黃宗羲同樣繼承了其師劉宗周的思想，如劉宗周說：“盈天地間，皆萬物也。人其生而最靈者也。生氣齋于虛，故靈，而心其統(tǒng)也，生生之主也。”[1](8冊(cè)，P949)從氣到心的天人關(guān)系論，是劉、黃師徒二人對(duì)儒家天人合一論的一個(gè)新發(fā)展。

3)Ⅲ類 毛細(xì)管壓力曲線平臺(tái)段不明顯,相對(duì)地偏向圖的右上方,歪度系數(shù)平均為1.630,孔喉分選較差,分選系數(shù)(平均2.42)和均值系數(shù)(平均10.98)較小,變異系數(shù)(平均0.22)較小,大孔喉的發(fā)育程度與Ⅱ類儲(chǔ)層相似。孔喉半徑較小,最大孔喉半徑和中值半徑較Ⅱ類儲(chǔ)層減小?？缀磉B通性較差,排驅(qū)壓力和中值壓力較大,最大進(jìn)汞飽和度較高。該類毛細(xì)管壓力曲線所代表的儲(chǔ)層物性較差,孔隙度介于7%～10%,滲透率介于0.2～0.7m D,儲(chǔ)集能力相對(duì)較好,滲流能力相對(duì)較差。

4)Ⅳ類 毛細(xì)管壓力曲線平臺(tái)段不發(fā)育,相對(duì)地偏向圖的右上方,歪度系數(shù)平均為1.576,孔喉分選較好,分選系數(shù)(平均2.72)較大,均值系數(shù)(平均11.24)較大,變異系數(shù)(平均0.24)較小,大孔喉基本不發(fā)育?？缀戆霃捷^小,且分布范圍較窄,最大孔喉半徑和中值半徑較前3類儲(chǔ)層明顯減小?？缀磉B通性較差,排驅(qū)壓力和中值壓力明顯增大,最大進(jìn)汞飽和度較低。此類毛細(xì)管壓力曲線所代表的儲(chǔ)層物性差,孔隙度介于6%～9%,滲透率介于0.2～0.3m D,儲(chǔ)集能力和滲流能力最差。

3.3 孔隙類型及特征

恒速壓汞孔隙半徑分布如圖4所示,7塊樣品的孔隙半徑平均值分布區(qū)間十分接近,根據(jù)羅蟄潭孔隙大小分類標(biāo)準(zhǔn),蘇里格氣田東南部致密砂巖儲(chǔ)層的孔隙屬于大孔隙(見圖4),且孔隙大小和分布區(qū)間基本相似,主要孔隙半徑分布區(qū)間均介于100～200μm,可以發(fā)現(xiàn)主要孔隙半徑呈雙峰,具有多種孔隙類型,分選性較差,只有7號(hào)樣品呈現(xiàn)單峰,說明7號(hào)樣品孔隙性良好。

3.4 喉道類型及特征

巖石顆粒間連通孔隙的狹窄空間稱為喉道。油氣在儲(chǔ)層中的運(yùn)移或被驅(qū)替都要受喉道的控制[8]。喉道的大小、分布以及幾何形狀,是影響儲(chǔ)層儲(chǔ)集能力和滲流能力的關(guān)鍵因素。喉道的大小和形態(tài)主要取決于巖石顆粒的接觸關(guān)系和膠結(jié)類型,以及顆粒的大小和形狀[9]。根據(jù)鑄體薄片和掃描電鏡分析,因研究區(qū)壓實(shí)作用強(qiáng)烈,造成目的層喉道類型主要以管束狀喉道為主,同時(shí)還有點(diǎn)狀喉道及片狀喉道。

喉道半徑越大則滲流的通道越寬,根據(jù)喉道半徑分類標(biāo)準(zhǔn),蘇里格氣田東南區(qū)盒8致密砂巖儲(chǔ)層大部分為細(xì)喉道,少量為中喉道和極細(xì)喉道,無粗喉道。各樣品的恒速壓汞喉道半徑分布對(duì)比如圖5所示,可以看出喉道半徑分布形態(tài)差異較大。喉道主要集中在0.2～1.5μm,呈現(xiàn)的是單峰趨勢(shì),喉道單峰分布以一種孔隙類型為主,分選較好。

圖4 孔隙半徑頻率分布圖

圖5 喉道半徑頻率分布圖

圖6 孔喉半徑比頻率分布圖

3.5 孔喉相關(guān)性特征

1)孔喉半徑比 孔喉體積比可反映儲(chǔ)層的孔隙和喉道相對(duì)空間的大小,孔喉半徑大小之比可反映儲(chǔ)層的層內(nèi)非均質(zhì)性,其值越大說明儲(chǔ)層的孔隙越大、喉道越小,孔喉半徑比越小,說明儲(chǔ)層的孔隙與喉道大小越接近,儲(chǔ)層樣品越均質(zhì)[10-11]。孔喉半徑比頻率分布圖(見圖6),可以得出孔喉比主要分布在100～350之間。

2)孔喉與物性之間的關(guān)系從孔隙半徑平均值與物性關(guān)系(見圖7(a))可以看出孔隙半徑與孔隙度、滲透率的相關(guān)性很差,基本沒什么規(guī)律;但是喉道半徑平均值與物性關(guān)系比較好,與孔隙度、滲透率均呈正相關(guān)(見圖7(b))。

孔喉半徑比平均值與物性的相關(guān)關(guān)系(見圖7(c)),孔喉半徑比平均值與孔隙度和滲透率之間呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。樣品的孔喉半徑比分布范圍比較集中,介于100～290之間,隨著滲透率孔隙度的增大,孔喉半徑比平均值分布于高值區(qū)的比例減小。

4 結(jié)論

1)盒8段儲(chǔ)層孔隙主要以溶孔和晶間孔為主,粒間孔及微裂縫不太發(fā)育;孔隙組合類型主要以晶間孔-溶孔、溶孔-晶間孔為主。

2)盒8段儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)具有“大孔隙、小喉道、微裂縫不發(fā)育、孔喉連通性差”的特點(diǎn),而不同滲透率樣品的孔隙半徑大小及分布差別不大,主要集中分布于100～200μm范圍內(nèi);喉道半徑比分布范圍介于0.2～1.5μm,孔喉半徑比平均值介于100～350之間。

圖7 孔喉與物性之間的相關(guān)關(guān)系

3)研究區(qū)盒8段儲(chǔ)層物性較差,非均質(zhì)性較強(qiáng),孔隙結(jié)構(gòu)類型可分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類4種類型,4種孔隙結(jié)構(gòu)類型的儲(chǔ)集空間組合類型依次變差。恒速壓汞試驗(yàn)表明,滲透性的差異主要表現(xiàn)在喉道的大小以及分布,由此可見該類儲(chǔ)層好壞主要受喉道的影響,喉道是決定該區(qū)開發(fā)效果的關(guān)鍵控制因素。

4)該研究依據(jù)恒速壓汞所測(cè)定的微觀孔喉參數(shù)特征,并結(jié)合高壓壓汞所測(cè)的毛管細(xì)壓力曲線形態(tài)的特征,將研究區(qū)盒8段微觀孔隙結(jié)構(gòu)分為4類:Ⅰ類為好儲(chǔ)層;Ⅱ類為較好儲(chǔ)層;Ⅲ類為差儲(chǔ)層;Ⅳ類為非儲(chǔ)層。

[1]王瑞飛,陳明強(qiáng),孫衛(wèi).鄂爾多斯盆地延長組超低滲透砂巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究[J].地質(zhì)論評(píng),2008,54(2):270-276.

[2]楊縣超,張林,李江,等.鄂爾多斯盆地蘇里格氣田儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征[J].地質(zhì)科技情報(bào),2009,28(3):73-76.

[3]龐振宇,孫衛(wèi),李進(jìn)步,等.低滲透致密氣藏微觀孔隙結(jié)構(gòu)及滲流特征研究:以蘇里格氣田蘇里格氣田蘇48和蘇120區(qū)塊儲(chǔ)層為例[J].地質(zhì)科技情報(bào),2013,32(4):133-138.

[4]王瑞飛,陳明強(qiáng),孫衛(wèi).特低滲透砂巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)分類評(píng)價(jià)[J].地球?qū)W報(bào),2008,29(2):213-220.

[5]吳小斌,侯加根,孫衛(wèi).特低滲砂巖儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)及孔隙演化定量分析[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,42(11): 3439-3444.

[6]孫衛(wèi),楊希濮,高輝.溶孔-粒間孔組合對(duì)超低滲透儲(chǔ)層物性的影響——以西峰油田慶陽區(qū)長8油層為例[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,39(3):507-509.

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[編輯]辛長靜

TE122.2+3

A

1673-1409(2014)26-0040-05

2014-03-12

雒婉瑩(1989-),女,碩士生,現(xiàn)主要從事于油氣田地質(zhì)與開發(fā)方面的研究工作。