林　潼，冉啟貴，魏紅興，孫雄偉，王　蓉

(1.中化石油 勘探開(kāi)發(fā)有限公司，北京　100031；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 廊坊分院，河北 廊坊　065007；

3.中國(guó)石油 塔里木油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒　841000)

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庫(kù)車(chē)坳陷迪北地區(qū)致密砂巖孔喉形態(tài)特征及其對(duì)儲(chǔ)層的影響

林潼1,2，冉啟貴2，魏紅興3，孫雄偉3，王蓉2

(1.中化石油 勘探開(kāi)發(fā)有限公司，北京100031；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 廊坊分院，河北 廊坊065007；

3.中國(guó)石油 塔里木油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒841000)

摘要：通過(guò)鑄體薄片、掃描電鏡、激光共聚焦顯微鏡、微納米CT掃描等直觀分析手段，對(duì)庫(kù)車(chē)坳陷迪北地區(qū)致密砂巖氣儲(chǔ)層中的孔喉微觀形態(tài)特征開(kāi)展了系統(tǒng)研究。觀測(cè)結(jié)果顯示，該區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層中發(fā)育大量的狹長(zhǎng)、扁平狀孔喉，其中微納米級(jí)的喉道、黏土礦物晶間孔是本區(qū)主要的儲(chǔ)集空間。同時(shí)借助低溫氮?dú)馕綔y(cè)試、恒速壓汞試驗(yàn)、覆壓條件下儲(chǔ)層物性分析等定量研究手段，顯示迪北致密砂巖儲(chǔ)層中喉道大小分布在1～4 μm，喉道體積占總孔隙體積的2/3。綜合研究認(rèn)為儲(chǔ)層的滲流能力受喉道大小、孔喉比值影響，直觀地反映了孔喉形態(tài)對(duì)滲流能力的影響；孔喉中黏土礦物對(duì)儲(chǔ)層的滲流能力起到重要的影響。

關(guān)鍵詞：致密砂巖；激光共聚焦顯微鏡；喉道半徑；孔喉比；孔喉形態(tài)；迪北地區(qū)；庫(kù)車(chē)坳陷

孔隙度和滲透率一直是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層質(zhì)量的主要參數(shù)，兩者具有較好的線性相關(guān)。然而在非常規(guī)油氣藏中，致密砂巖儲(chǔ)層、頁(yè)巖儲(chǔ)層、致密灰?guī)r以及火山巖儲(chǔ)層，孔隙度與滲透率之間的相關(guān)性遠(yuǎn)不如常規(guī)油氣藏儲(chǔ)層那樣密切[1-4]。越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)識(shí)到，儲(chǔ)層中的喉道才是影響儲(chǔ)層滲流能力的關(guān)鍵[5-7]，喉道控制儲(chǔ)層的滲透率，同時(shí)也影響儲(chǔ)層的油氣產(chǎn)能。Nelson[7]曾詳細(xì)地介紹了不同類型巖石中儲(chǔ)層喉道大小的分布特征，并通過(guò)實(shí)測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)認(rèn)為喉道大小的變化對(duì)儲(chǔ)層滲透率的影響最為敏感，喉道大小改變1個(gè)數(shù)量級(jí)，滲透率值將改變2個(gè)數(shù)量級(jí)以上，因此喉道才是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)。Winland早在1989年就建立了以喉道大小來(lái)評(píng)價(jià)低滲透儲(chǔ)層質(zhì)量的方法并取得了較好的效果[8]。以喉道為參數(shù)開(kāi)展的儲(chǔ)層質(zhì)量評(píng)價(jià)，特別是對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)是比較科學(xué)和有效的，相關(guān)的評(píng)價(jià)研究工作也取得了一定的成果[9-11]。

然而目前學(xué)者似乎僅僅關(guān)注分析測(cè)試得到的儲(chǔ)層參數(shù)如孔隙度、滲透率、喉道大小與分布范圍、黏土礦物含量等，而孔喉的形態(tài)特征能否影響到油氣藏儲(chǔ)層質(zhì)量以及開(kāi)發(fā)效果則討論的較少[12-13]。Roger在研究Barnett和Woodford頁(yè)巖氣儲(chǔ)集空間時(shí)認(rèn)識(shí)到與傳統(tǒng)的常規(guī)儲(chǔ)層所不同，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型更加廣泛，發(fā)育大量形態(tài)各異的有機(jī)孔、黏土晶間孔、生物殼內(nèi)孔以及晶體顆粒內(nèi)的微細(xì)裂縫等，這些都是頁(yè)巖氣的有效聚集場(chǎng)所[6]，但Roger的研究也并未指出這些形態(tài)各異的儲(chǔ)集空間是否會(huì)對(duì)氣藏的聚集能力和開(kāi)采效果產(chǎn)生影響。而Deng[14]在開(kāi)展砂巖儲(chǔ)層分類的時(shí)候則明確指出了顆粒間、石英次生加大邊之間的狹長(zhǎng)縫對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量和油氣的產(chǎn)量具有明顯的控制作用，并且這種形態(tài)的裂縫對(duì)應(yīng)力表現(xiàn)得十分敏感。

本文在研究庫(kù)車(chē)坳陷迪北地區(qū)侏羅系阿合組致密砂巖氣時(shí)，發(fā)現(xiàn)該致密砂巖儲(chǔ)層巖心孔隙度低，分布在3%～10%，平均值為6.8%；而巖心滲透率值相對(duì)較高，分布在(0.1～10)×10-3μm2，主峰值為1×10-3μm2。在孔隙度相近的條件下，迪北地區(qū)儲(chǔ)層的滲透率值較其他地區(qū)致密砂巖要高出許多[5]。數(shù)據(jù)對(duì)比顯示測(cè)井解釋孔隙度與巖心實(shí)測(cè)孔隙度值相近，而測(cè)井解釋滲透率值則要明顯低于實(shí)測(cè)值1個(gè)數(shù)量級(jí)以上。本文通過(guò)多手段的顯微觀察與定量分析測(cè)試，認(rèn)為迪北氣藏致密砂巖儲(chǔ)層中孔喉發(fā)育的微觀形態(tài)是造成上述現(xiàn)象的主要原因。

1研究區(qū)地質(zhì)特征

庫(kù)車(chē)坳陷位于塔里木盆地最北部(圖1)，為三疊紀(jì)塔里木地塊向天山俯沖碰撞背景下形成的前陸坳陷[15]。受南天山造山帶淺層向南逆沖推覆作用的影響，庫(kù)車(chē)前陸區(qū)發(fā)育一系列東西走向、向盆地方向逆掩的沖斷斷層，背斜形態(tài)呈狹長(zhǎng)帶狀、高陡展布。迪北致密氣藏位于庫(kù)車(chē)坳陷東部的依奇克里克斷裂帶中段、陽(yáng)霞凹陷北緣，以發(fā)育線性背斜、斷背斜和斷鼻構(gòu)造為特征(圖2)。斷裂帶在康村期開(kāi)始侵位，并持續(xù)到庫(kù)車(chē)期和西域期。早期以斷層傳播褶皺為主，而后形成大規(guī)模的轉(zhuǎn)折褶皺背斜。三疊紀(jì)沉積以后該區(qū)經(jīng)歷了侏羅紀(jì)—早白堊世的應(yīng)力松弛以及晚白堊世的擠壓隆升和剝蝕[16]，形成了現(xiàn)今的地層沉積特征。

圖1　庫(kù)車(chē)坳陷迪北地區(qū)構(gòu)造位置

圖2　庫(kù)車(chē)坳陷東部地區(qū)南北向地層與構(gòu)造

目前工區(qū)鉆遇侏羅系阿合組致密砂巖儲(chǔ)層井有15口，其中Yn2井、Dx1井、Db104井等獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流，Yn5井為低產(chǎn)油氣井，其余井都有不同程度的油氣顯示，表明迪北是油氣成藏的重要區(qū)域。目的層下侏羅統(tǒng)阿合組氣層埋深4 500～5 000 m，為一套辮狀河三角洲平原河道砂體。砂體橫向連片展布，平均厚度在180～230 m之間。根據(jù)區(qū)域沉積特征阿合組內(nèi)部可劃分出多套旋回，每套旋回的底部為泛濫平原相辮狀河道含礫粗砂巖，向上變細(xì)逐漸過(guò)渡到泛濫平原相細(xì)粒、泥巖沉積。由于受泛濫平原相河道砂體橫向遷移的沖刷，頂部泥質(zhì)沉積普遍缺失，從而形成了以河道下部沉積為主的多套不完整旋回的組合體。儲(chǔ)層的物性與沉積旋回具有正相關(guān)性，旋回底部顆粒較粗的砂體物性明顯好于頂部較細(xì)的砂體。

2致密砂巖儲(chǔ)層孔喉形態(tài)

阿合組砂體沉積時(shí)受北部南天山物源與沉積相帶的控制，巖性為長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑砂巖，顆粒分選性中等，以粗砂巖、含礫粗砂巖、中砂巖為主。砂巖整體致密，巖心上幾乎未見(jiàn)溶蝕孔，但在少部分的井段可見(jiàn)溶蝕縫和構(gòu)造縫，如在Yn5井巖心上發(fā)育較為密集的節(jié)理縫。

2.1鑄體薄片觀察

阿合組致密砂巖儲(chǔ)層原生孔隙不發(fā)育，次生溶蝕孔多呈分散孤立狀分布，孔隙半徑較小(50～150 μm)，孔隙間連通性較差。主要發(fā)育粒間泥質(zhì)溶蝕微孔，其次是顆粒內(nèi)溶蝕孔，特別是長(zhǎng)石顆粒(微斜雙晶的鉀長(zhǎng)石為主，圖3a)內(nèi)溶蝕，火山巖巖屑顆粒內(nèi)溶蝕孔次之。微裂縫在部分樣品中為主要的孔隙空間，也是本區(qū)重要的儲(chǔ)集空間類型之一。鏡下發(fā)現(xiàn)裂縫對(duì)孔隙的形態(tài)與分布具有顯著影響。溶蝕孔隙沿裂縫帶分布(圖3b,c)，孔隙輪廓呈細(xì)長(zhǎng)的橢圓狀，長(zhǎng)軸方向與裂縫的延伸方向一致(圖3c)，個(gè)別溶蝕孔因溶蝕擴(kuò)大作用可形成長(zhǎng)軸與裂縫垂直的大孔隙(圖3b)。孔隙受裂縫影響的另一種表現(xiàn)形式為“微孔集群式發(fā)育”，即微小的溶蝕孔隙“集群”組成一個(gè)溶蝕條帶(圖3d)，在鏡下表現(xiàn)為靠近條帶中心部位微小孔隙集中發(fā)育，而遠(yuǎn)離條帶中心微小孔隙的個(gè)數(shù)變少并逐漸呈孤立狀。然而也有些裂縫并未對(duì)孔隙的溶蝕起到作用，這些裂縫表現(xiàn)為縫間干凈無(wú)雜質(zhì)，多條裂縫平行分布，裂縫的開(kāi)啟寬度較大(0.15～0.5 mm)，部分位置可見(jiàn)縫兩側(cè)凹凸對(duì)峙特征(圖3e,f)。

根據(jù)鏡下特征，可將迪北儲(chǔ)層的孔隙形態(tài)劃分為3種類型：(1)短軸型，孔隙近圓型長(zhǎng)寬比較小(圖3b)；(2)長(zhǎng)軸型孔隙，孔隙形態(tài)呈明顯的扁平橢圓型(圖3c)，長(zhǎng)軸是短軸的3～10倍長(zhǎng)；(3)片狀孔隙，孔隙形態(tài)呈狹長(zhǎng)片狀(圖3e，f)。本區(qū)主要的孔隙形態(tài)類型為(2)和(3)型。

2.2掃描電鏡分析

掃描電鏡下可清晰地看出顆粒間填充著形態(tài)各異的黏土礦物，伊利石最為發(fā)育，其形態(tài)呈毛發(fā)、針狀，與書(shū)頁(yè)狀的高嶺石共生填充于顆粒間或顆粒內(nèi)(圖4a，b)。掃描電鏡下可識(shí)別出3種類型的孔—喉特征：(1)顆粒與黏土礦物之間的孔喉，孔喉形態(tài)呈狹長(zhǎng)縫狀(圖4c，d)，縫寬在2～5 μm之間，這類孔喉在本區(qū)十分常見(jiàn)；(2)晶間孔，表現(xiàn)為石英次生加大形成的晶間孔隙(圖4e)以及高嶺石晶間孔(圖4f，孔徑約10 μm)；(3)長(zhǎng)石溶蝕縫，孔縫呈扁平狀沿著長(zhǎng)石的節(jié)理面斷續(xù)分布，(圖4g，h)。通過(guò)薄片在掃描電鏡下的觀察可以發(fā)現(xiàn)，鑄體薄片下染色劑顯示的區(qū)域并非完全是孔隙，大多數(shù)為黏土礦物填充后的吸附色，而真正作為氣體的儲(chǔ)集空間是這種黏土礦物晶間孔，因此該孔隙更確切的定義應(yīng)屬于喉道級(jí)別。正是因?yàn)檫@些填充在粒間的黏土礦物吸附了染色劑，在顯微鏡下被誤認(rèn)為是孔隙空間(鑄體顏色)，造成了鑄體薄片下所統(tǒng)計(jì)出的面孔率值普遍偏大，從而錯(cuò)誤地估算了巖石的儲(chǔ)集空間。從圖4f上可以看出，孔隙中幾乎90%以上的空間被高嶺石和伊利石所填充。迪北氣藏儲(chǔ)層中絕大多數(shù)的儲(chǔ)集空間都為這種晶間的微小孔喉。

圖3　庫(kù)車(chē)坳陷迪北地區(qū)阿合組致密砂巖儲(chǔ)層鑄體薄片微觀特征

圖4　庫(kù)車(chē)坳陷迪北地區(qū)阿合組致密砂巖掃描電鏡下孔隙空間及其空間內(nèi)礦物的發(fā)育形態(tài)特征

通過(guò)以上掃描電鏡的觀察，可以確認(rèn)迪北儲(chǔ)層中主要的孔喉形態(tài)為狹長(zhǎng)扁平狀與納米級(jí)的微小孔喉。

2.3孔喉的激光共聚焦顯微鏡觀測(cè)

激光共聚焦顯微鏡能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)偏光顯微鏡與掃描電鏡的不足，能夠獲取高清晰、高分辨率的圖像，同時(shí)通過(guò)對(duì)薄片添加特殊熒光劑能夠?qū)崿F(xiàn)微小孔喉的清晰顯示與定量統(tǒng)計(jì)，對(duì)致密儲(chǔ)層的研究具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本文通過(guò)對(duì)本區(qū)樣品的激光共聚焦顯微鏡觀察，清晰地識(shí)別出了常規(guī)鑄體薄片下無(wú)法觀測(cè)到的裂縫、孔隙，特別是細(xì)小的喉道(圖5)。

圖5　庫(kù)車(chē)坳陷迪北地區(qū)氣藏儲(chǔ)層

a.Yn2井，J1a，構(gòu)造縫清晰發(fā)育，縫間干凈無(wú)雜質(zhì)，縫兩側(cè)凹凸對(duì)應(yīng)清晰； b.a圖薄片正交偏光下圖像與激光共聚焦顯微鏡下圖像疊置 ；c.Yn2井，J1a，微細(xì)溶蝕孔聚集的溶蝕條帶，細(xì)小孔隙清晰可見(jiàn)； d.c圖薄片正交偏光下圖像與激光共聚焦顯微鏡下圖像疊置； e.Yn5井，J1a，激光共聚焦下薄片全掃描圖像，喉道與溶蝕孔隙網(wǎng)狀連通

Fig.5Laser confocal scanning microscope photographs showing

pores in gas reservoirs in Dibei area of the Kuqa Depression

成像特征顯示，儲(chǔ)層以微細(xì)的溶蝕孔為主要的儲(chǔ)集空間，發(fā)育少量的粒間大孔隙，喉道是不可忽視的重要的儲(chǔ)集空間，儲(chǔ)層內(nèi)孔喉之間存在著密切的連通關(guān)系，喉道成網(wǎng)絡(luò)狀分布并溝通納米級(jí)微孔，從而形成了致密儲(chǔ)層的油氣儲(chǔ)、運(yùn)系統(tǒng)。激光共聚焦顯微鏡在本區(qū)研究過(guò)程中最重要的意義是肯定了本區(qū)喉道對(duì)儲(chǔ)層具有重要的控制作用，但這種以網(wǎng)絡(luò)狀發(fā)育的喉道易受到黏土礦物的堵塞，使得流體運(yùn)移不暢，滲流能力降低。

2.4掃描CT對(duì)致密儲(chǔ)層的分析

近年來(lái)巖石CT掃描分析技術(shù)在非常規(guī)儲(chǔ)層中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[17-19]。通過(guò)高精度的微納米CT掃描可以實(shí)現(xiàn)巖心孔喉的空間重構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層的空間形態(tài)特征直觀觀測(cè)。對(duì)迪北致密砂巖樣品開(kāi)展CT掃描，并結(jié)合e-core數(shù)字巖心軟件對(duì)孔喉開(kāi)展定量分析(表1)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示喉道的體積占到總孔隙體積的一半左右，說(shuō)明致密砂巖儲(chǔ)層中喉道不僅是連通孔隙的通道，也是重要的儲(chǔ)集空間。

通過(guò)以上的多種分析手段開(kāi)展致密砂巖儲(chǔ)層的微觀研究，可以認(rèn)識(shí)到迪北地區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層中主要的儲(chǔ)集空間為喉道、納米級(jí)晶間孔和粒內(nèi)微孔隙，儲(chǔ)集空間的形態(tài)特征總體表現(xiàn)為狹長(zhǎng)、扁平狀與網(wǎng)絡(luò)狀。

3孔喉參數(shù)的定量識(shí)別

以上對(duì)迪北地區(qū)致密儲(chǔ)層微觀形態(tài)特征的直觀觀察與描述，雖然能夠進(jìn)行儲(chǔ)層參數(shù)的統(tǒng)計(jì)，但受到各種分析手段自身識(shí)別能力以及儀器分辨率條件等限制，統(tǒng)計(jì)的參數(shù)僅具有相對(duì)的可比性，并不能完全做到定量地識(shí)別孔、喉的數(shù)量與體積。傳統(tǒng)的孔喉識(shí)別方法如常規(guī)壓汞、高壓壓汞已經(jīng)在常規(guī)儲(chǔ)層中開(kāi)展過(guò)大量的應(yīng)用也取得了理想的效果，然而針對(duì)低孔、低滲的樣品特別是致密砂巖樣品，這些方法由于自身的局限性，應(yīng)用效果都不理想[10]。本次研究過(guò)程中選取氮?dú)馕綔y(cè)試與恒速壓汞手段對(duì)氣藏儲(chǔ)層中的孔隙空間與喉道特征進(jìn)行定量分析，從而更加精確地對(duì)該地區(qū)儲(chǔ)層進(jìn)行評(píng)價(jià)與研究。具體的測(cè)試機(jī)理與實(shí)驗(yàn)過(guò)程參考文獻(xiàn)[20-21]。

表1　庫(kù)車(chē)坳陷迪北地區(qū)氣藏儲(chǔ)層致密砂巖

3.1氮?dú)馕綔y(cè)試

氮?dú)馕綔y(cè)試法能夠詳細(xì)地分析出樣品中孔徑的分布情況，特別是能夠識(shí)別出致密儲(chǔ)層中的微孔喉特征[20,22-23]。根據(jù)吸附等溫線的形狀可以定性地評(píng)價(jià)樣品中孔徑的分布情況與形態(tài)特征(圖6)。與國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)的分類相比較，迪北儲(chǔ)層中的吸附曲線形態(tài)類型為Ⅳ類型。等溫線的吸附曲線與脫附曲線不一致，可以觀察到遲滯回線，在p/p0值較高的區(qū)域(大于0.4)可觀察到一個(gè)平臺(tái)，以等溫線的最終轉(zhuǎn)而向上結(jié)束，該類型曲線說(shuō)明了本區(qū)樣品中以中孔隙為主(根據(jù)IUPAC的分類，中孔的直徑介于2～50 nm)，這種孔隙在常規(guī)的分析測(cè)試中無(wú)法獲得。同時(shí)從滯后回線(脫附曲線)的形態(tài)分析[20]，認(rèn)為本區(qū)樣品的孔隙形態(tài)類型主要有2種：(1)細(xì)口徑廣體狀墨水瓶孔隙形態(tài)，孔/喉較大，不利于氣體的滲流；(2)平板狀、扁平狀孔隙形態(tài)，一般該類型的樣品由片狀顆粒組成，如黏土或由集簇狀微孔組成。這與直觀觀察到的形態(tài)特征相似，反映了迪北地區(qū)致密儲(chǔ)層中主要以粒間黏土礦物內(nèi)細(xì)小孔為主，其次是狹長(zhǎng)扁平狀的喉道。根據(jù)孔徑計(jì)算公式(BJH)求得樣品中孔徑分布范圍(圖7)，孔喉半徑主要分布在1.5～2.5 nm之間，2～50 nm的孔徑所含的體積占到總孔隙體積的95%以上，說(shuō)明了本區(qū)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間以納米級(jí)微孔喉為主。

3.2恒速壓汞

恒速壓汞技術(shù)在評(píng)價(jià)儲(chǔ)層孔喉時(shí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，特別是針對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層，它能夠有效地反映出孔隙和喉道的個(gè)數(shù)、大小、分布特征等[23-25]。從本區(qū)測(cè)試的4塊樣品數(shù)據(jù)可以看出，迪北儲(chǔ)層喉道大小分布在1～4 μm之間(圖8a)，孔/喉比峰值分布在40~150之間(圖8b)。氣藏儲(chǔ)層的平均進(jìn)汞飽和度為36.4%，其中孔隙的平均進(jìn)汞飽和度為10.4%，喉道的平均進(jìn)汞飽和度為26%，可以看出氣藏儲(chǔ)層中喉道貢獻(xiàn)了2/3以上的儲(chǔ)集空間，喉道不僅僅起到連通孔喉的滲流作用，更是本區(qū)致密氣藏的主要儲(chǔ)集類型。這一認(rèn)識(shí)與常規(guī)儲(chǔ)層中孔隙作為主要的儲(chǔ)集空間有著明顯的不同。

圖6　庫(kù)車(chē)坳陷迪北地區(qū)致密砂巖低溫氮?dú)馕浇馕葴鼐€

圖7　庫(kù)車(chē)坳陷迪北地區(qū)致密砂巖樣品孔徑分布曲線

4討論

4.1孔喉形態(tài)對(duì)儲(chǔ)層滲流能力的影響

儲(chǔ)層中孔喉形態(tài)具有雜亂無(wú)規(guī)律性，無(wú)法準(zhǔn)確描述，多數(shù)學(xué)者開(kāi)展儲(chǔ)層評(píng)價(jià)時(shí)也都未談及形態(tài)對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響。然而它又是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的重要內(nèi)容，因此少數(shù)人嘗試?yán)梅中螏缀卫碚撻_(kāi)展復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的特征研究[26-28]，但是這種方法應(yīng)用起來(lái)復(fù)雜、抽象，且應(yīng)用效果無(wú)法評(píng)價(jià)。通過(guò)本次的研究分析，認(rèn)為可以通過(guò)氮?dú)馕綔y(cè)試過(guò)程中的吸附與解析曲線形態(tài)特征來(lái)判別樣品中孔喉的形態(tài)(圖6)，它是對(duì)樣品內(nèi)所有孔喉形態(tài)特征的綜合反映。其次也可以利用連通的孔隙與喉道各自的半徑比值、孔隙(或喉道)的長(zhǎng)寬比來(lái)簡(jiǎn)單描述孔喉的形態(tài)。圖8a中的曲線分布越寬表示樣品中存在著越大的喉道。圖8b反映了孔喉的形狀?？紫杜c喉道半徑比值越大代表孔喉的形態(tài)越不對(duì)稱，如細(xì)口徑廣體狀墨水瓶孔喉形態(tài)；比值越小表示孔喉形態(tài)越規(guī)則，如橢圓形、圓形；比值在100左右表示孔喉為扁平細(xì)長(zhǎng)條狀。滲透率值14.36×10-3μm2的樣品孔/喉比主峰位于橫坐標(biāo)40，隨著滲透率值的減小，主峰對(duì)應(yīng)的孔/喉比值逐漸增大，可以看到當(dāng)樣品滲透率值為0.29×10-3μm2時(shí)主峰位于150，因此孔/喉比的主峰位置與滲透率值關(guān)系密切，說(shuō)明滲透率值受孔喉形態(tài)的影響，而不是受孔喉大小的影響。雖然滲透率值與儲(chǔ)層喉道的大小具有一定的關(guān)聯(lián)(圖8a)，如樣品的滲透率值越大，大喉道所占的比率也相應(yīng)地增加。但真正反映儲(chǔ)層滲流能力的是孔喉的比值即孔喉的形態(tài)，而喉道對(duì)滲流能力的影響僅表現(xiàn)為當(dāng)喉道半徑較小時(shí)容易發(fā)生氣體的滑脫效應(yīng)，從而造成滲透率值變小[29]。

4.2孔喉形態(tài)對(duì)致密氣生產(chǎn)的影響

評(píng)價(jià)地層條件下的孔喉形態(tài)特征對(duì)致密氣儲(chǔ)層質(zhì)量的影響尤為重要。因?yàn)榈蜐B儲(chǔ)層受?chē)鷫旱挠绊懯置舾衃14，30]，在常壓下測(cè)試的滲透率值不能真實(shí)反映地層條件下的儲(chǔ)層滲流能力[10]。因此，許多國(guó)家在針對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層分類時(shí)都以覆壓條件下的儲(chǔ)層滲透率值來(lái)開(kāi)展評(píng)價(jià)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，覆壓下的滲透率值一般僅為常壓下的1/10。迪北地區(qū)氣層砂巖樣品同樣也表現(xiàn)出覆壓條件下滲透率值較常壓急劇變小的特征，然而不同的樣品在覆壓條件下滲透率值的變化趨勢(shì)有著較大的差異。從圖9可以看出，覆壓下(50 MPa)第Ⅱ、Ⅲ樣品區(qū)的滲透率值幾乎全部位于0.1×10-3μm2以下，與常壓下的值相比減小了1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，而位于第Ⅰ類區(qū)的疏松樣品滲透率值變化不明顯；與之相反的是，第Ⅰ類區(qū)的疏松樣品孔隙度值在覆壓下變化明顯，而第Ⅱ、Ⅲ區(qū)的樣品幾乎無(wú)明顯變化。迪北致密氣藏以第Ⅱ類儲(chǔ)層為主，次為Ⅲ類儲(chǔ)層。

圖8　庫(kù)車(chē)坳陷迪北地區(qū)致密砂巖不同物性的樣品其喉道半徑、孔—喉半徑比分布特征

圖9　庫(kù)車(chē)坳陷迪北地區(qū)致密砂巖樣品覆壓條件下孔、滲關(guān)系

通過(guò)比對(duì)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類樣品的孔喉空間形態(tài)，認(rèn)為造成覆壓條件下孔隙度和滲透率值差異變化的主要原因是狹長(zhǎng)扁平喉道在覆壓下的閉合效應(yīng)，其次是黏土礦物對(duì)喉道的堵塞效應(yīng)。Ⅰ類區(qū)樣品的常壓孔隙度都大于15%，發(fā)育的孔隙以大孔徑為主(直徑多數(shù)分布在0.2～0.5 mm)，孔隙長(zhǎng)寬比值較小，顆粒與顆粒間為點(diǎn)接觸或線接觸，個(gè)別樣品顆粒呈懸浮特征。由于孔隙空間較發(fā)育，在覆壓條件下顆粒格架發(fā)生改變?cè)斐煽紫犊臻g的減小，從而使孔隙度降低，但是顆粒之間仍然保存有較充裕的滲流空間，流體在顆粒間的滲透能力減小則十分有限。對(duì)Ⅱ類致密砂巖樣品來(lái)說(shuō)，覆壓條件下儲(chǔ)層中孔隙空間的減少主要體現(xiàn)在扁平、狹長(zhǎng)狀的微孔—喉道發(fā)生閉合或壓縮成更加狹窄的孔喉。對(duì)總孔喉空間來(lái)說(shuō)可能減小的體積不大，但是對(duì)孔喉間流體的滲流能力來(lái)講，這種空間的減小直接造成了喉道的閉合以及流體滑脫效應(yīng)的增大，從而嚴(yán)重影響了流體的滲流能力。因此，儲(chǔ)層中孔/喉比值較大的狹長(zhǎng)空間對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響十分明顯。

同時(shí)，在致密砂巖中黏土礦物對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響也較為敏感，特別是在微細(xì)喉道中，黏土礦物的存在能夠嚴(yán)重堵塞喉道。對(duì)本區(qū)這種狹長(zhǎng)孔喉類型為主的儲(chǔ)層來(lái)說(shuō)，黏土礦物的存在加劇了孔喉的封堵，嚴(yán)重阻礙了流體的滲流。Ⅲ類樣品存在大量的泥質(zhì)雜基，雜基以原生黏土礦物為主，在壓實(shí)過(guò)程中發(fā)生假雜基現(xiàn)象使得孔隙空間嚴(yán)重減小，而鉆井過(guò)程中不當(dāng)?shù)母脑齑胧┛赡軙?huì)加劇喉道的堵塞。由于本區(qū)儲(chǔ)層的酸敏性較強(qiáng)，后期的酸化壓裂過(guò)程容易造成儲(chǔ)層的污染，從而錯(cuò)失了氣層的發(fā)現(xiàn)。而目前迪北地區(qū)實(shí)施的氮?dú)忏@進(jìn)技術(shù)能夠有效地保護(hù)儲(chǔ)層，使得后期氣層的發(fā)現(xiàn)率和鉆探成功率都顯著提高。

5結(jié)論

(1)迪北氣藏儲(chǔ)層致密，儲(chǔ)層中雜基含量較高且黏土礦物發(fā)育，主要的儲(chǔ)集空間類型為狹長(zhǎng)、扁平狀的孔喉以及黏土礦物晶間納米級(jí)微孔。

(2)儲(chǔ)層中喉道半徑主要分布在1～4 μm之間，喉道占據(jù)致密砂巖儲(chǔ)層中近2/3的儲(chǔ)集空間?？缀淼谋戎导纯缀淼男螒B(tài)直接影響了儲(chǔ)層的滲流能力。

(3)實(shí)驗(yàn)室分析觀測(cè)到的儲(chǔ)層特征與實(shí)際地層條件下的儲(chǔ)層特征具有較大的差異。以狹長(zhǎng)、扁平狀的孔喉形態(tài)為主的迪北致密砂巖儲(chǔ)層在地層條件下，易于發(fā)生喉道的閉合與流通空間的壓縮，使得流體滲流能力急劇下降，再加上孔喉中黏土礦物的存在，則會(huì)形成更嚴(yán)重的封堵效應(yīng)，阻礙了流體的滲流作用，這些原因造成了迪北氣藏早期的勘探與開(kāi)發(fā)效果差，因此需要采取相應(yīng)的保護(hù)與改造措施才能提高本區(qū)氣層的發(fā)現(xiàn)率與天然氣的產(chǎn)量。

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(編輯黃娟)

Pore-throat characteristics of tight sandstones and its influence on

reservoirs in Dibei area of the Kuqa Depression

Lin Tong1,2, Ran Qigui2, Wei Hongxing3, Sun Xiongwei3, Wang Rong2

(1.SinochemPetroleumE&PCoLtd,Beijing100031,China; 2.ResearchInstituteofPetroleumExploration

andDevelopment-Langfang,PetroChina,Langfang,Hebei065007,China; 3.ResearchInstituteof

ExplorationandDevelopment,TarimOilfieldCompany,PetroChina,Kuerle,Xinjiang834000,China)

Abstract:The pore-throat characteristics of tight sandstones from Dibei area of the Kuqa Depression were studied using cast thin section, scanning electron microscope, laser scanning confocal microscope and micro/nano CT analyses. A large amount of long, narrow and flat pore-throats were observed. Micro/nano throats and intercrystal pores in clay minerals are the most common in reservoirs. According to nitrogen adsorption, constant velocity mercury injection, and physical property analyses under overburden pressure, the throat radius ranges from 1 to 4 μm, accounting for about 2/3 of the total reservoir space. The fluid flow in tight reservoirs is directly influenced by throat radius and pore/throat ratio. Clay minerals in pore-throats control fluid mobility.

Key words:tight sandstone;laser scanning confocal microscope;throat radius;pore/throat ratio;pore-throat chara-cteristics;Dibeiarea;Kuqa Depression

基金項(xiàng)目：國(guó)家重大科技專項(xiàng)“中國(guó)大型氣田形成條件、富集規(guī)律及目標(biāo)評(píng)價(jià)(二期)”項(xiàng)目(2011ZX05007)資助。

作者簡(jiǎn)介：林潼(1980—)，男，工程師，從事儲(chǔ)層分析與油氣成藏研究。E-mail:lintong1980@163.com。

收稿日期：2014-10-31；

修訂日期：2015-09-18。

中圖分類號(hào)：TE122.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-6112(2015)06-0696-08doi：10.11781/sysydz201506696