霍　磊，孫　衛(wèi)，曹　雷，陳　強(qiáng)，李　歷

(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)

特低滲透儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及可動(dòng)流體賦存特征研究

——以鄂爾多斯盆地合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層為例

霍磊，孫衛(wèi)，曹雷，陳強(qiáng)，李歷

(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)

摘要：在巖石薄片、掃描電鏡觀察微觀孔隙結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用恒速壓汞、核磁共振技術(shù)對(duì)合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層樣品進(jìn)行測試，研究結(jié)果表明：合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層孔隙類型主要有粒間孔、長石溶孔、巖屑溶孔；喉道主要為片狀或彎片狀喉道和縮頸型喉道；儲(chǔ)層為大孔隙-細(xì)喉道、微細(xì)喉道組合的配置關(guān)系；合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層9塊樣品T2譜頻率曲線可以分為單峰態(tài)和雙峰態(tài)兩類；可動(dòng)流體主要賦存在大孔隙中，其次是大喉道中；儲(chǔ)層可動(dòng)流體飽和度受很多因素的影響，而喉道半徑和有效孔隙空間對(duì)可動(dòng)流體飽和度影響較大。

關(guān)鍵詞：可動(dòng)流體；孔隙結(jié)構(gòu)；核磁共振；合水-華池地區(qū)

我國特低滲透油氣藏含油層系多，分布區(qū)域廣，是當(dāng)前和今后一段時(shí)間內(nèi)石油勘探開發(fā)的主要領(lǐng)域[1-2]。特低滲透砂巖儲(chǔ)層一般受沉積、成巖作用改造的影響，具有物性差、微觀孔隙結(jié)構(gòu)及流體賦存狀態(tài)復(fù)雜等特征[1-3]，對(duì)特低滲透儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)和可動(dòng)流體賦存特征研究主要是在基礎(chǔ)地質(zhì)研究、巖心及薄片觀察的基礎(chǔ)上，借助常規(guī)壓汞、恒速壓汞、核磁共振等實(shí)驗(yàn)手段，獲取孔喉參數(shù)、可動(dòng)流體飽和度等參數(shù)，從而為制定或調(diào)整儲(chǔ)層開發(fā)方案提供合理依據(jù)。

1區(qū)域地質(zhì)與儲(chǔ)層特征

合水-華池地區(qū)位于隴東地區(qū)，構(gòu)造位置位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西南緣，該區(qū)構(gòu)造平緩，長6儲(chǔ)層起伏不大，僅在西傾單斜背景上局部發(fā)育小型鼻狀隆起。合水-華池地區(qū)長6期中部與北部大面積處于半深湖-深湖相沉積區(qū)，主要接受深湖相重力流沉積，沉積類型主要為砂質(zhì)碎屑流和濁流，僅南部部分區(qū)域?yàn)槿侵耷熬墎喯喑练e，物源以南向、西南向和北東向?yàn)橹鱗5-6]。

合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層巖石類型主要為中細(xì)粒巖屑長石砂巖，孔隙度1.00%～17.52%、平均值9.20%，滲透率(0.01～17.30)×10-3μm2、平均為0.14×10-3μm2。砂巖碎屑中石英含量15.6%～84.0%、平均為41.3%；長石含量7.8%～55.0%、平均為22.0%；巖屑含量4.0%～36.2%，平均為16.8%；巖屑包括變質(zhì)巖屑、火山巖屑和沉積巖屑。在其他礦物成分中云母類含量最高。儲(chǔ)層填隙物中膠結(jié)物主要有：水云母、綠泥石、鐵方解石、鐵白云石、方解石、硅質(zhì)及少量的高嶺石。碎屑顆粒粒度在中砂、黏土之間均有分布，主要在細(xì)砂～極細(xì)砂之間，粒徑主要為0.25～0.50 mm，磨圓程度較差，主要為次棱角狀，約占95%以上，有少量呈次棱-次圓、次棱-棱角狀。碎屑顆粒分選中等。黏土礦物主要有綠泥石、伊利石、伊蒙混層及少量高嶺石，其中伊利石平均含量為76.29%；綠泥石、伊蒙混層平均含量分別為11.5%、12.56%，高嶺石較少見。

2孔隙類型及結(jié)構(gòu)特征

合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層孔隙半徑主要為20～140 μm，其孔隙類型主要有原生粒間孔、長石溶孔、巖屑溶孔、晶間孔、微孔和微裂隙等。在早期成巖過程中壓實(shí)作用較強(qiáng)，粒間孔大量損失，后期成巖改造發(fā)育較多溶蝕孔，溶孔中長石溶孔較巖屑溶孔多。溶蝕作用顯著地增加了有效孔隙的連通性，鏡下易溶顆粒多呈表面溶蝕與粒緣溶蝕狀。晶間孔含量較少，多發(fā)育在重結(jié)晶自生伊利石、綠泥石、網(wǎng)狀黏土等礦物晶體之間，微裂隙含量較少，但能顯著增加儲(chǔ)層滲透性(圖1、表1)。

圖1　合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層不同孔隙含量及孔徑大小分布

樣品編號(hào)孔隙度/%滲透率/10-3μm2孔隙半徑平均值/μm喉道半徑平均值/μm主流喉道半徑/μm孔喉半徑比平均值總孔隙進(jìn)汞飽和度/%總喉道進(jìn)汞飽和度/%可動(dòng)流體飽和度/%可動(dòng)流體孔隙度/%110.500.25127.010.320.29488.621.7811.7940.724.2829.700.23133.010.250.22628.520.9017.5638.473.7338.600.18136.050.260.21654.019.5116.5237.033.18410.200.49131.120.891.04325.223.2519.6938.953.9759.700.12132.620.310.27578.115.628.0831.773.08611.470.60143.421.532.05265.734.8529.6350.945.84710.280.43136.510.991.30587.141.5524.4945.674.6989.990.28127.430.961.10223.434.8111.0744.194.4198.910.19126.050.600.64211.731.518.5045.574.06最大值11.470.60143.421.532.05654.041.5529.6350.945.84最小值8.600.12126.050.250.21211.715.628.0831.773.08平均值9.930.31132.580.680.79440.327.0916.3741.484.14

2.1粒間孔

粒間孔為儲(chǔ)層經(jīng)歷早期成巖的壓實(shí)作用和后期膠結(jié)作用下仍未被完全壓實(shí)和堵塞的孔隙。統(tǒng)計(jì)薄片鑒定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層粒間孔占面孔率的百分含量最大為85.4%，最小為2.0%，平均為22.8%，形態(tài)一般比較規(guī)則，但大小不一，孔徑多介于40～130 μm。粒間孔具有相對(duì)良好的連通性和滲透性，含量較溶孔類少，主要是早期成巖階段較強(qiáng)的機(jī)械壓實(shí)、壓溶和膠結(jié)作用導(dǎo)致大量損失。

2.2溶蝕孔

溶蝕孔指儲(chǔ)層經(jīng)歷沉積和成巖作用，由于流體運(yùn)移過程中發(fā)生溶解作用所形成的孔隙。統(tǒng)計(jì)薄片鑒定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層溶蝕孔占面孔率的百分含量最大為97.0%，最小為11.7%，平均為71.2%。主要發(fā)育長石溶孔和巖屑溶孔，長石溶孔多沿著長石顆粒易溶部分及解理發(fā)生選擇性的粒緣及粒內(nèi)溶蝕，呈現(xiàn)出多樣的孔隙形態(tài)，有長條的解理溶孔、鑄模溶孔、不規(guī)則粒緣溶孔等。長石溶蝕孔孔徑一般為20～120 μm，呈不均勻分布，常與其它孔隙伴生。巖屑多為噴發(fā)巖、高變質(zhì)巖、千枚巖、變質(zhì)砂巖等，其中可溶性組分形成全部溶蝕或部分溶蝕的孔隙，局部具有肉眼可見的溶孔。合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層溶蝕孔很好地改善了早期成巖演化過程中原生孔隙發(fā)育較少的儲(chǔ)層的物性，對(duì)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性和滲流性的改良有很大的貢獻(xiàn)。

2.3晶間孔與微裂隙

晶間孔在研究區(qū)儲(chǔ)層巖石孔隙中含量較少，主要為溶蝕作用形成的伊利石晶間孔和綠泥石晶間孔，局部可見含量較少的高嶺石晶間孔。研究區(qū)儲(chǔ)層晶間孔對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的貢獻(xiàn)率較低，雖然晶間孔在一定程度上增大了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間，但由于孔徑很小、流體不易流動(dòng)，基本上屬于無效孔隙，晶間孔孔徑一般5～25 μm。微裂隙與微裂縫含量極少，孔徑細(xì)小，其溝通了原本互相不連通的孔隙，是流體滲流的優(yōu)勢通道，由于其含量較少，對(duì)于改善儲(chǔ)層的滲流能力也很有限。微孔及微裂隙孔徑較小，一般為5～18 μm。

2.4結(jié)構(gòu)特征

通過恒速壓汞等實(shí)驗(yàn)手段得到合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層9塊樣品的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)(表1)，可以看出，合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層9塊樣品的孔隙半徑平均值相近。

3喉道類型及結(jié)構(gòu)特征

通過大量鑄體薄片和掃描電鏡的觀察和統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層喉道主要為片狀或彎片狀喉道和縮頸型喉道，含量分別為60.4%、31.3%，其次為含量較少的管束狀喉道和孔隙縮小型喉道。片狀喉道多見于礦物顆粒線接觸，顆粒邊緣發(fā)育的綠泥石等黏土礦物呈絲狀介于喉道中，見圖2。彎片狀喉道主要發(fā)育在強(qiáng)烈壓實(shí)作用呈鑲嵌式顆粒凹凸接觸處，該類喉道空間彎曲細(xì)小、表面粗糙，容易形成堵塞?？紫犊s小型喉道較少見，主要發(fā)育在局部顆粒支撐、膠結(jié)物較少處，與孔隙差異較小。管束狀、蜂窩狀喉道含量很少，發(fā)育在局部呈雜基支撐、基底式膠結(jié)處，喉道半徑極細(xì)。長6儲(chǔ)層喉道整體細(xì)小，孔隙之間連通性較差，滲流能力較差，孔喉半徑比平均值較大，表明儲(chǔ)層為大孔隙-細(xì)喉道、微細(xì)喉道配置關(guān)系。

4可動(dòng)流體T2譜特征

儲(chǔ)層巖石中的流體一部分為自由可動(dòng)流體，一部分受到固體巖石孔喉的作用呈束縛狀態(tài)為不可動(dòng)流體。利用核磁共振技術(shù)通過測定巖石中流體的T2弛豫時(shí)間來表征儲(chǔ)層巖石中賦存的可動(dòng)流體、束縛流體含量以及可動(dòng)流體孔隙度等參數(shù)，可以直觀、快速地評(píng)價(jià)孔隙結(jié)構(gòu)特征及油氣可采程度[9-11]。

圖2　合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層不同喉道含量及喉徑大小分布

依據(jù)巖心離心壓力實(shí)驗(yàn)和低滲儲(chǔ)層研究經(jīng)驗(yàn)[1，8-9]，將13.895 ms作為可動(dòng)流體與束縛流體的T2弛豫時(shí)間界限值。圖3中顯示，9塊樣品T2譜頻率曲線可以分為兩類，一類為單峰態(tài)，另一類為雙峰態(tài)，可動(dòng)流體飽和度最大值為50.94%，最小值為31.77%，平均值為41.48%；可動(dòng)流體孔隙度最大值為5.84%，最小值為3.08%，平均值為4.14%(圖3、表1)。

5孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與可動(dòng)流體飽和度分析

5.1可動(dòng)流體的賦存分析

可動(dòng)流體由孔隙和大喉道中的流體共同組成[8]，通過分析總孔隙進(jìn)汞飽和度，總喉道進(jìn)汞飽和度與可動(dòng)流體飽和度的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)總孔隙進(jìn)汞飽和度與可動(dòng)流體飽和度有更好的正相關(guān)性(圖4)，說明可動(dòng)流體主要賦存在大孔隙中，其次是大喉道中。儲(chǔ)層流體只是處在某一壓力平衡狀態(tài)下，只要壓力平衡狀態(tài)改變，流體就會(huì)發(fā)生滲流以達(dá)到新的平衡?？紫吨辛黧w經(jīng)常發(fā)生著流動(dòng)，若連通儲(chǔ)層有效孔隙的喉道數(shù)量少，流體易被束縛在孔隙中。同時(shí)，流體容易在細(xì)喉道中受到毛細(xì)管力等阻力而難以流動(dòng)，呈束縛狀態(tài)，當(dāng)儲(chǔ)層普遍的喉道半徑較大且可供流體儲(chǔ)層的空間越大，才能聚集越多的可動(dòng)流體，對(duì)應(yīng)可動(dòng)流體飽和度越高。

圖3　合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層巖樣核磁共振T2譜的頻率分布

5.2孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對(duì)可動(dòng)流體的影響

圖4　孔喉進(jìn)汞飽和度與可動(dòng)流體飽和度的關(guān)系

分析孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與可動(dòng)流體飽和度的關(guān)系發(fā)現(xiàn)(圖5)，喉道半徑平均值、主流喉道半徑的大小與可動(dòng)流體飽和度以及可動(dòng)流體孔隙度呈較強(qiáng)的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R2分別為0.6433，0.6519，0.4396，0.7943?？紫栋霃狡骄蹬c可動(dòng)流體飽和度及可動(dòng)流體孔隙度具較弱的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R2僅為0.074，0.18。孔喉半徑比平均值與可動(dòng)流體飽和度及可動(dòng)流體孔隙度呈負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R2為0.3816，0.2921。

分析表明，較大的喉道半徑對(duì)可動(dòng)流體飽和度有很強(qiáng)的正效應(yīng)，即大喉道有利于流體的運(yùn)移和聚集儲(chǔ)藏，也利于開發(fā)過程中油藏流體的滲流；孔隙雖然作為可動(dòng)流體主要的賦存空間，但其半徑大小與可動(dòng)流體飽和度較差的相關(guān)性表明：孔隙半徑大小對(duì)于可動(dòng)流體飽和度值的影響是有限的。孔喉半徑比平均值與可動(dòng)流體飽和度及可動(dòng)流體孔隙度呈負(fù)相關(guān)性，孔喉半徑比越大，孔喉半徑差異越大，孔喉分布越不均勻且微觀非均質(zhì)性越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的可動(dòng)流體飽和度值則越低。

6結(jié)論

(1)合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層孔隙半徑主要為20～140 μm，其孔隙類型主要有粒間孔、長石溶孔、巖屑溶孔，晶間孔、微孔和微裂隙含量較少。喉道主要為片狀或彎片狀喉道和縮頸型喉道，其次為含量較少的管束狀喉道和孔隙縮小型喉道。喉道半徑主要為0.68～1.53 μm。儲(chǔ)層為大孔隙-細(xì)喉道、微細(xì)喉道組合的配置關(guān)系。

(2)合水-華池地區(qū)長6儲(chǔ)層9塊樣品T2譜頻率曲線可以分為兩類，一類為單峰態(tài)，另一類為雙峰態(tài)，可動(dòng)流體飽和度最大值為50.94%，最小值為31.77%，平均值為41.48%，可動(dòng)流體主要賦存在大孔隙中，其次是大喉道中。

(3)較大的喉道半徑對(duì)可動(dòng)流體飽和度有很強(qiáng)的正效應(yīng)，大喉道有利于流體的運(yùn)移和聚集儲(chǔ)藏；孔隙半徑大小對(duì)于可動(dòng)流體飽和度值的影響是有限的；孔喉半徑比越大、孔喉半徑差異越大、孔喉分布越不均勻且微觀非均質(zhì)性越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的可動(dòng)流體飽和度越低；當(dāng)儲(chǔ)層普遍的喉道半徑較大且可供流體儲(chǔ)層的空間越大，才能聚集越多的可動(dòng)流體，對(duì)應(yīng)可動(dòng)流體飽和度也越高。

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圖5　孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與可動(dòng)流體飽和度的關(guān)系

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編輯：李金華

文章編號(hào)：1673-8217(2016)01-0121-05

收稿日期：2015-07-21

作者簡介：霍磊，1988年生，2013年畢業(yè)于西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)專業(yè)，油氣田開發(fā)工程專業(yè)在讀碩士研究生，從事油氣田開發(fā)地質(zhì)與儲(chǔ)層研究。

基金項(xiàng)目：國家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(2011ZX05044)；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程(2011KTZB01-04-01)。

中圖分類號(hào)：TE348

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A