郝 騫 張志剛 靳福廣 孫衛(wèi)峰 杜 鵬 薛 雯 馬志欣

（1.中國石油長慶油田蘇里格氣田研究中心 2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室）

0 引言

低滲致密砂巖儲層作為滲透率極低的一類砂巖儲層，具有氣藏構造平緩、埋藏較深、巖性致密、低孔低滲、次生孔隙相對發(fā)育、地質(zhì)儲量可觀、產(chǎn)量較低等特點，最早在美國得到重視并實現(xiàn)了規(guī)模開發(fā)，成為常規(guī)天然氣最有效的接替資源[1-3]。但時至今日，這類“低滲致密”仍是一個相對的概念，目前并無統(tǒng)一的評價標準和界限，其界限值也在不斷變化，需要根據(jù)具體國家、具體地區(qū)的資源狀況及技術經(jīng)濟條件來制定其描述和評價的標準。

蘇里格氣田蘇120區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北部，區(qū)塊面積4500 km2，儲層盒8段、山1段是一套以河流—三角洲為主的陸源碎屑沉積[4-8]，整體表現(xiàn)為低孔低滲致密砂巖儲層特征，是中國低滲致密砂巖儲層的典型代表。該區(qū)靠近天環(huán)凹陷，氣-水關系復雜，儲層非均質(zhì)性極強，開發(fā)時間晚，是2014年蘇里格氣田230×108m3/a天然氣穩(wěn)產(chǎn)開發(fā)工作的難點。

1 儲層巖石學及物性特征

1.1 儲層巖石學特征

據(jù)巖石薄片、鑄體薄片統(tǒng)計，蘇120區(qū)塊盒8段及山1段砂巖類型主要為巖屑石英砂巖和石英砂巖，石英含量達86.3%，碎屑成分主要為石英和巖屑（多含變質(zhì)巖屑及火成巖屑），填隙物含量由高到低分別為山1段 （17.74%）、 盒8上亞段 （14.19%）、 盒8下亞段（13.13%），其中山1段及盒8上亞段填隙物類型主要為粘土礦物和硅質(zhì)，盒8下亞段填隙物類型主要為粘土礦物、硅質(zhì)和水云母。

1.2 儲層物性特征

據(jù)蘇120區(qū)塊巖石樣品巖心物性實驗結果 （表1），盒8段砂巖孔隙度分布在3.30%～10.22%之間，平均值為8.08%，其在6%～9%之間分布較多，累計頻率達61%，滲透率分布在0.21～1.14 mD之間，平均值為0.56 mD，其在0.3～1mD之間分布較多，累計頻率達83%；山1段孔隙度分布在2.30%～13.24%之間，平均值為9.24%，其在6%～12%之間分布均勻，累計頻率達85%，滲透率分布在0.18～0.54 mD之間，平均值為0.37 mD，主要分布在0.1～0.3 mD之間，累計頻率達43%。

表1 研究區(qū)小層物性統(tǒng)計表

2 儲層微觀特征

2.1 鑄體薄片及掃描電鏡研究微觀孔隙結構

鑄體薄片孔隙結構參數(shù)統(tǒng)計表明（表2），蘇120區(qū)塊盒8段砂巖孔隙類型主要為中孔和細孔，山1段砂巖孔隙類型主要為細孔和微孔，對比這兩個層段，盒8段平均孔隙半徑大于山1段。同樣，盒8段砂巖孔隙總數(shù)和面孔率值均大于山1段。巖石的比表面越大，說明其骨架分散程度越高，顆粒越細，山1段砂巖平均比表面高于盒8段，說明山1段砂巖顆粒更細。由平均孔隙半徑、平均孔喉比及平均配位數(shù)可知，山1段砂巖連通的喉道寬度較盒8段更小。均質(zhì)系數(shù)是表征孔隙中每個孔隙半徑與最大連通孔隙半徑偏離程度的總值，變化范圍為0～1，其值越大，說明孔隙分布越均勻，結合均質(zhì)系數(shù)和平均形狀因子認為，盒8及山1段孔隙分布很不均勻。分選系數(shù)能反映孔隙的分散程度，其值越大，孔隙的分散程度就越高，由分選系數(shù)統(tǒng)計值可知，盒8段砂巖的孔隙分散程度較山1段高。綜合鑄體薄片孔隙結構各個參數(shù)統(tǒng)計結果可知，蘇120區(qū)塊盒8段砂巖儲層物性優(yōu)于山1段。

表2 蘇120井區(qū)鑄體薄片孔隙結構參數(shù)統(tǒng)計表

鑄體薄片及掃描電鏡檢測表明（圖1），該區(qū)盒8上亞段孔隙類型主要有巖屑溶孔（51.02%）和晶間孔（48.98%），盒8下亞段主要有巖屑溶孔（38.30%）、晶間孔（53.20%）和長石溶孔（8.51%）；山1段以晶間孔為主，其次為巖屑溶孔，分別占總孔隙的76.47%和23.53%。對比鄰近蘇47、蘇48區(qū)塊[9-10]，蘇120區(qū)塊殘余粒間孔幾乎完全消失，晶間孔發(fā)育，儲集空間相對更小。

圖1 蘇120區(qū)塊孔隙類型

2.2 恒速壓汞研究微觀孔隙結構

恒速壓汞測試在測量孔隙和喉道的大小及數(shù)量的同時，能充分挖掘詳盡的儲層微觀信息，是現(xiàn)代油氣儲層精細描述的重要手段。實驗最高進汞壓力為900 psi（6.2055 MPa），對應的喉道半徑約為0.12 μm，其分析的喉道（半徑＞0.12 μm）與孔隙可認為是滲流過程中的有效喉道和有效孔隙。

選取目的層段典型井Y1（巖樣1，盒8段）和Y2（巖樣2，山1段）做恒速壓汞測試，得到了毛管壓力曲線及其孔喉結構特征參數(shù)（圖2、表3）。下面從喉道、孔隙及孔喉半徑比3方面對儲層微觀特征精細表征。

（1）喉道特征分析

表3 恒速壓汞孔喉結構特征參數(shù)統(tǒng)計表

圖2 恒速壓汞毛管壓力曲線

蘇里格低滲致密砂巖孔隙半徑分布近似，儲層的品質(zhì)更多受控于喉道，喉道是決定氣田發(fā)效果的儲層微觀關鍵因素。

●有效喉道半徑及其分布特征：儲層滲流喉道半徑?jīng)Q定其滲流通道范圍，喉道半徑越大，流體在巖樣內(nèi)越容易流動。①盒8段主喉道（分布頻率＞8%）分布于0.6～1.0 μm，峰值達0.8 μm，最大連通喉道半徑為2.242 μm，主流喉道半徑為1.294 μm，平均值為1.071 μm；②山1段主喉道分布于0.2～0.5 μm（分布頻率＞10%），峰值為0.3 μm，最大連通喉道半徑為0.873 μm，主流喉道半徑為1.294 μm，平均值為0.427 μm。從層位上看，盒8段儲層喉道半徑平均值、主流喉道半徑大于山1段，表明盒8段喉道較發(fā)育。

●不同毛管半徑滲透率貢獻：盒8段半徑大于1.139 μm的毛管對滲透率貢獻最大 （貢獻率73.68%），山1段半徑大于0.458 μm的毛管對滲透率貢獻最大（貢獻率73.14%）。對比可見，毛管半徑分布差異較大，說明儲層滲透性能受喉道影響較大。

●有效喉道個數(shù)：喉道半徑大小會影響儲層滲流能力，喉道半徑大、個數(shù)多，喉道發(fā)育程度就好，流體在巖石內(nèi)更易流動。盒8段、山1段巖樣有效喉道個數(shù)分別為1251 個/cm3、1058 個/cm3，統(tǒng)計可見，山1段儲層有效喉道個數(shù)低于盒8段。

●有效喉道體積：盒8段有效喉道體積（0.013 mL/cm3）雖小于山1段（0.019 mL/cm3），但滲透率盒8段（0.369 mD）卻大于山1段（0.231 mD）。 這是由于大喉道對滲透率的貢獻相對較少，小喉道對滲透率的貢獻相對較多這種微觀差異造成的。由此可見，盒8段儲層喉道的發(fā)育程度好于山1段。

（2）孔隙特征分析

氣測孔隙度為巖石的絕對孔隙度，其值等于喉道體積與孔隙體積之和，是儲層絕對儲集空間的一種表征參數(shù)。有效孔隙體積單指巖石內(nèi)部流通的孔隙體積，有效儲集空間大小可以用有效孔隙體積與有效喉道體積之和來表征。盒8段與山1段單位體積內(nèi)有效儲集空間分別為0.049 mL/cm3、0.038 mL/cm3，故盒8段有效儲集空間較大，儲集能力較強。

（3）孔喉半徑比特征

孔喉半徑比反映流體的滲流能力，比值越大，說明孔喉間的差異越大，流體流動中的滲流阻力就越大，開發(fā)效果往往不好；反之則相對較好。盒8段、山1段孔喉半徑比平均值分別為201.8和583.4，峰值分別為100和300。這說明盒8段孔喉差異小，物性明顯提升。

2.3 核磁共振研究微觀孔隙結構

核磁共振測井是近年逐漸受到重視的一種新測井方法[11-12]，不同于常規(guī)測井，核磁共振測井能區(qū)分可動流體孔隙和不可動流體孔隙，得到巖石飽和水狀態(tài)下的T2譜，進而得到滲透率、孔隙度、可動流體百分數(shù)及其孔徑分布等準確、客觀的儲層微觀分析數(shù)據(jù)。

將Y1井和Y2井巖心進行核磁共振及X-衍射測試，得到了巖心飽和水狀態(tài)下的T2譜、黏土類型及定量分析數(shù)據(jù)（表4、表5、圖3）。 以13.90 ms作為可動流體與束縛流體的T2弛豫時間臨界點 (巖心離心實驗測定)，小于13.90 ms各點的幅度與譜中所有點幅度和的百分比表示束縛流體飽和度，大于則表示可動流體飽和度。

表4 核磁共振測試與常規(guī)測試對比統(tǒng)計表

表5 X-衍射測試分析表

圖3 核磁共振T2譜圖

在氣測滲透率差異較小的情況下，山1段巖樣氣測孔隙度（9.31%）高于盒8段巖樣（6.61%），核磁共振實驗發(fā)現(xiàn)盒8段巖樣的可動流體飽和度 （81.29%）要遠優(yōu)于山1段巖樣（17.18%）。由此可見，影響巖石可動流體的因素不僅僅是孔隙度和滲透率。通過鑄體薄片、掃描電鏡、X-衍射等綜合分析，認為可動流體飽和度受到孔隙結構、微裂縫發(fā)育程度及黏土礦物共同影響。

（1）孔隙結構對可動流體飽和度的影響

孔喉體積比、孔喉半徑比等孔隙結構參數(shù)與可動流體飽和度對應性較高，說明孔隙連通性好，次生孔隙發(fā)育，即使物性稍差，可動流體飽和度也可能相對較高。此外，粒間孔的剩余程度、溶孔及晶間孔的發(fā)育程度對儲層的優(yōu)劣及可動流體飽和度的大小具有約束作用。

（2）微裂縫發(fā)育程度對可動流體飽和度的影響

盒8段巖樣氣測孔隙度（6.61%）雖較山1段巖樣低 （9.31%），但由于主力氣層盒8段普遍發(fā)育微裂縫，核磁共振檢測其可動流體孔隙度（5.35%）遠高于山1段巖樣（1.59%），其可動流體飽和度高出山1段巖樣64.11%，說明微裂縫的發(fā)育可明顯提高孔喉連通性，可動流體含量增加進而促使可動流體飽和度提高。

（3）黏土礦物類型、充填程度及含量對可動流體飽和度的影響

由X-衍射測試可知，蘇里格致密砂巖儲層黏土礦物充填嚴重，高嶺石含量最多。鑄體薄片中多見高嶺石呈蠕蟲狀密集充填原始孔隙，儲層遭受破壞，形成的微孔束縛住其內(nèi)部的流體，導致儲層滲流能力減弱。

山1段巖樣的伊利石含量高于盒8段巖樣，鏡下伊利石多呈毛發(fā)狀、網(wǎng)絡狀分布，早期粒間孔受破壞后形成晶間孔或其它微孔。此外，由于粘土礦物伊利石大比表面積的特性，它可束縛微孔中的流體，進而導致山1段巖樣的可動流體飽和度及可動流體孔隙度同時變小。

3 儲層品質(zhì)影響因素

3.1 沉積微相對儲層的影響

沉積微相對儲層品質(zhì)起原始控制作用，區(qū)內(nèi)目的層段主要為河道沉積，發(fā)育的沉積微相有：分流河道、心灘、決口扇、決口河道及漫溢。沉積微相除了控制砂體形態(tài)、厚度、規(guī)模及時空分布，還在微觀上決定碎屑顆粒大小、填隙物含量、巖石結構（分選、磨圓及顆粒間接觸方式）等特征，從而控制了巖石原始孔隙好壞。區(qū)內(nèi)盒8段—山1段心灘孔隙度平均值為7.43%，滲透率平均值為0.51 mD；分流河道孔隙度平均值為6.74%，滲透率平均值為0.32 mD；決口扇孔隙度平均值為7.43%，滲透率平均值為0.51 mD；決口河道孔隙度平均值為5.19%，滲透率平均值為0.09 mD；漫溢孔隙度平均值為3.78%，滲透率平均值為0.02mD。由此清晰可見，區(qū)內(nèi)沉積微相由心灘—分流河道—決口扇—決口水道—漫溢，物性逐漸變差。

3.2 成巖作用對儲層的影響

成巖作用對儲層孔隙演化的影響既有建設性也有破壞性，壓實、膠結、壓溶和重結晶作用能降低儲層孔滲性，而黏土薄膜的形成和溶蝕過程可保留原生粒間孔隙并產(chǎn)生次生溶蝕孔隙，能提高儲層孔滲性。研究區(qū)機械壓實與化學壓溶作用并存，表現(xiàn)為柔性碎屑顆粒（云母等）因壓實彎曲，長石、石英等硬性顆粒脆性破裂，石英顆粒邊緣出現(xiàn)線狀溶蝕邊，原生孔隙大量喪失[13]。碳酸鹽、硅質(zhì)、自生粘土礦物的膠結產(chǎn)物堵塞了喉道，對儲層物性破壞嚴重；溶蝕作用形成了各類次生孔隙，促進孔隙喉道發(fā)育，改善喉道間連通性，從而改善儲層物性；交代作用對孔隙影響較小，但可為后期溶解作用提供更多的易溶物質(zhì)使有利于溶解作用進行。局部發(fā)育的微裂縫使孔喉連通性提高，滲流能力得以增強，且裂縫發(fā)育之處往往伴生大量裂隙溶蝕孔隙，儲層物性隨之改善。

3.3 構造及地層水對儲層的影響

蘇120區(qū)塊處于伊陜斜坡與天環(huán)凹陷接合部，普遍發(fā)育鼻隆構造，構造坡降約為10 m/km。鼻隆高部位井含氣飽和度一般高于低部位井，但并非所有構造高部位都是高產(chǎn)井，遇到構造高但產(chǎn)氣層段含水的井，產(chǎn)量遞減非?？臁?/p>

研究區(qū)內(nèi)地層水多為氣水層或含氣水層，從構造上看，構造低部位的水體占較大比例，砂體內(nèi)儲存的透鏡體水也有少量分布；從層位上看，山1段地層水少于盒8段，盒8上亞段多于盒8下亞段；從連通性上看，地層水呈南北向展布，無大面積分布，連通性較差。開發(fā)評價證實，由氣柱高度所產(chǎn)生的最大浮力小于該地區(qū)阻流層的排驅(qū)壓力(1.2 MPa)，在這種儲層致密、連通砂體規(guī)模小、構造傾角小于1°的背景下，天然氣的向上浮力難以有效地克服低孔隙、低滲透致密儲層毛管阻力，氣、水分異作用不明顯。因此微幅鼻隆構造及地層水對天然氣的聚集有一定的控制作用，但未對優(yōu)質(zhì)儲層的分布起決定性作用。

4 結論

（1）蘇120區(qū)塊砂巖類型以巖屑石英砂巖、石英砂巖為主，填隙物以黏土礦物、硅質(zhì)和水云母為主；盒8、山1段儲層孔隙類型主要發(fā)育巖屑溶孔、晶間孔和少量長石溶孔，殘余粒間孔幾乎完全消失。恒速壓汞測試表明：蘇120區(qū)塊在孔隙半徑相差較小的情況下，毛管半徑分布相差很大，說明滲透率變化重點受喉道控制，喉道是決定其開發(fā)效果的關鍵因素。核磁共振測試表明：孔隙結構參數(shù)與可動流體飽和度對應性較高，微裂縫的發(fā)育可明顯提高孔喉連通性，而某些黏土礦物的存在會導致可動流體飽和度及可動流體孔隙度同時變小。

（2）儲層品質(zhì)影響因素分析表明：儲層品質(zhì)差異是受沉積、成巖、構造及地層水的共同影響。沉積是優(yōu)質(zhì)儲層形成的基礎，它是孔隙演化的物質(zhì)基礎；成巖是孔隙演化的方向，它是優(yōu)質(zhì)儲層形成的關鍵，而強烈的壓實和膠結作用對儲層孔隙演化起到?jīng)Q定性作用；微幅鼻隆構造及地層水對天然氣的聚集有一定的控制作用，但未對優(yōu)質(zhì)儲層的分布起決定性作用。

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