曹雷，孫衛(wèi)，盛軍 霍磊，陳強

大陸動力學國家重點實驗室(西北大學)

西北大學地質學系，陜西 西安710069

謝彩花

(中石油青海油田分公司采油三廠，青海 海西州 816400)

低滲透致密油藏可動流體飽和度計算方法

——以板橋地區(qū)長6油層組致密油儲層為例

曹雷，孫衛(wèi)，盛軍 霍磊，陳強

大陸動力學國家重點實驗室(西北大學)

西北大學地質學系，陜西 西安710069

謝彩花

(中石油青海油田分公司采油三廠，青海 海西州 816400)

[摘要]針對核磁共振試驗獲得低滲透致密油儲層可動流體飽和度成本高、周期長、應用受限等弊端，深入分析了低滲透致密油儲層可動流體飽和度的影響因素。結合恒速壓汞、高壓壓汞等試驗提出了計算致密油可動流體飽和度的方法。結果表明：低滲透致密油儲層可動流體飽和度與恒速壓汞總進汞飽和度、黏土礦物絕對含量相關性較好，將計算值與實測值比較，2種方法獲得的可動流體飽和度差值小于5%，計算誤差平均為3.76%。計算結果與實測結果較為符合，表明該方法適用可靠。計算研究區(qū)長6油層組致密油儲層可動流體飽和度平均為37.6%，按照儲層可動流體飽和度劃分標準，研究區(qū)以Ⅲ類儲層為主。

[關鍵詞]致密油；恒速壓汞；高壓壓汞；可動流體飽和度；板橋地區(qū)

低滲透致密油藏通常是指常規(guī)空氣法測滲透率小于2mD或覆壓基質滲透率小于0.2mD的砂巖、碳酸鹽巖和頁巖儲層，具有巖性致密，非均質性強，油水關系復雜，地層壓力異常等特點[1]。

目前，對鄂爾多斯盆地中生界延長組低滲透致密砂巖儲層來說，除了常規(guī)的孔隙度、滲透率、微觀孔隙結構參數(shù)研究之外，缺少相應的可動流體參數(shù)研究，且通過現(xiàn)有的孔隙度、滲透率資料無法有效地預測低滲透致密油藏可動流體飽和度。筆者在前人研究的基礎之上，綜合應用核磁共振、高壓壓汞以及恒速壓汞技術，在分析研究可動流體飽和度差異影響因素基礎之上，最終建立了研究區(qū)致密砂巖儲層可動流體飽和度計算方法。

1核磁共振試驗及可動流體飽和度測定

隨著國內外非常規(guī)油氣資源的開發(fā)利用，核磁共振以其測量精度高、數(shù)據(jù)可靠，及對低滲透致密砂巖儲層微觀孔隙結構及孔隙內流體流動性質的準確反映，已經(jīng)成為研究低滲透致密油藏特征的一項關鍵技術[2]。在對低滲透致密砂巖儲層可動流體飽和度的研究中，通過對飽和水或飽和油的巖樣進行核磁共振分析，得到的τ2(橫向弛豫時間)的長短主要取決于流體分子受到孔隙固體表面作用力的強弱。τ2長短主要受巖石孔隙(孔隙大小、孔隙形態(tài))、礦物(礦物成分、礦物表面性質)和孔隙內流體性質(流體類型、流體黏度)3種因素控制。當儲層孔隙半徑足夠小時，巖石固體表面的毛細管力或黏滯力就會將孔隙內流體束縛，使之處于不可動狀態(tài)，相對應孔隙流體的τ2就存在一個界限，當孔隙流體的τ2小于τ2截止值時，流體稱之為束縛流體或不可動流體，反之則為自由流體或可動流體[3，4]。在確定τ2截止值的基礎上，通過對比離心前后樣品τ2譜分布，計算低滲透致密砂巖儲層可動流體飽和度。

圖1　板橋地區(qū)長6油層組致密油儲層核磁共振τ2譜

該次核磁共振τ2的測量使用的是中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院引進的Magnet2000型核磁共振巖心分析儀，試驗溫度恒溫20℃，對研究區(qū)長6油層組致密砂巖儲層的10塊巖樣進行了核磁共振試驗，對自旋回波衰減曲線進行了τ2譜解譜分析，確定該次試驗τ2截止值為13.895ms，并計算束縛水飽和度等關鍵參數(shù)，最終獲取可動流體飽和度測試結果(見圖1和表1)。

表1　核磁共振試驗可動流體飽和度測試結果(τ2截止值13.895ms)

2影響可動流體飽和度差異因素

可動流體飽和度差異影響因素研究是建立研究區(qū)低滲透致密砂巖儲層計算方法的前提。同一口井不同深度、不同巖性可動流體參數(shù)變化復雜。前人研究表明，儲層物性、黏土礦物含量及充填形式、次生孔隙發(fā)育程度、微裂縫發(fā)育程度等主要因素影響著可動流體飽和度的參數(shù)變化[5]。

2.1儲層物性

通過樣品物性參數(shù)與可動流體飽和度參數(shù)進行相關性分析表明，研究區(qū)致密砂巖儲層孔隙度與可動流體飽和度相關性較差，相關系數(shù)為0.0982(圖2(a))；而可動流體飽和度與滲透率呈正相關，相關系數(shù)為0.4147(圖2(b))。表明儲層中不同大小孔喉分布比例對可動流體飽和度有一定影響，但非主導因素?？傮w來說，儲層物性與可動流體飽和度之間不存在必然因果聯(lián)系[6]。

圖2　可動流體飽和度與孔隙度(a)、滲透率(b)關系

2.2黏土礦物含量及充填形式

板橋地區(qū)低滲透致密油藏長6油層組儲層黏土礦物類型多、分布廣，對可動流體飽和度影響大(圖3(a)、(b))。主要包含伊利石、綠泥石、伊-蒙混層及少量高嶺石等(圖4)。其中伊利石平均體積分數(shù)最高，達到71.22%，多呈彎片狀或絲縷狀垂直碎屑顆粒表面生長或呈搭橋狀充填于顆粒之間[7～11]。伊利石賦存于孔隙使孔隙空間切割分解，孔喉結構發(fā)生變化，逐漸曲折迂回。綠泥石及伊-蒙混層平均體積分數(shù)相對較低，分別為13.22%和10.35%。綠泥石呈典型孔隙襯墊式包繞在顆粒表面，使得可動流體賦存空間顯著減少。伊-蒙混層含量對可動流體飽和度的影響相對最弱。由于黏土礦物大量富集，一方面使得儲層比表面大大增加，流體與孔喉表面摩擦性增強，增加了孔隙與喉道間的水膜厚度，使得一部分可動流體轉化為束縛流體，進而進一步增加了孔喉表面的束縛流體含量。另一方面，黏土礦物微孔的存在也使得賦存其中的流體由于毛細管力的束縛作用而變的不可動從而成為束縛流體[12]。

圖3　黏土絕對體積分數(shù)與總進汞飽和度(a)、可動流體飽和度(b)關系

圖4　黏土礦物掃描電鏡照片

2.3次生孔隙發(fā)育

長6油層組致密油儲層下有長7油層組富含有機質的頁巖，有機質生烴脫羧產(chǎn)生的有機酸和CO2使地層孔隙水酸性顯著增強，其中長石沿著解理粒緣及粒內溶蝕形成的孔隙為研究區(qū)最發(fā)育的次生孔隙。研究區(qū)三角洲前緣水下分流河道微相中溶蝕作用發(fā)育明顯，長石、巖屑等礦物經(jīng)過溶蝕作用改造，形成了眾多的粒內溶孔和鑄?？?圖5)。半深-深湖濁積砂體中也發(fā)育著較多的巖屑、長石粒緣溶孔和粒內溶孔。次生孔隙的發(fā)育不僅增加了孔隙之間連通程度，而且極大改善了低滲透致密砂巖儲層的滲流能力，相關可動流體參數(shù)也隨之提高。

2.4微裂縫發(fā)育

微裂縫自身具有一定的可動流體含量，低滲透致密砂巖儲層孔喉細小，微裂縫溝通了互不連通的孔隙，有效改善了儲層的滲流能力，孔隙內可動流體含量隨之增加[13]。

結合前人研究[14]，影響研究區(qū)低滲透致密砂巖儲層可動流體飽和度的2個主要因素為儲層微觀孔隙結構和黏土礦物含量及充填形式，但前人并未定量分析黏土礦物含量對可動流體飽和度的影響。黏土礦物如伊利石的搭橋狀充填孔隙內部從根本上影響了儲層的孔隙結構，間接控制了可動流體飽和度的高低。此外，黏土礦物比表面大以及其表面所帶電荷的強吸附性直接影響可動流體飽和度。因此，筆者在前人研究基礎之上，重點定量分析了黏土礦物含量及充填形式這一影響因素。

3可動流體飽和度計算方法及結果分析

通過高壓壓汞和恒速壓汞試驗，不僅能準確反映低滲透致密砂巖儲層的微觀孔隙結構，而且利用相關τ2譜分布曲線也能建立壓汞曲線轉化模型[15]。因此，可動流體飽和度與壓汞曲線之間存在著密切聯(lián)系。

鄂爾多斯盆地中生界延長組低滲透致密砂巖儲層研究實例表明，核磁共振可動流體飽和度與主要壓汞參數(shù)之間存在較好的相關關系[16]。但極少有人進行低滲透致密油藏可動流體飽和度計算方法研究，筆者在對研究區(qū)10塊樣品高壓壓汞和恒速壓汞試驗分析結果基礎之上，充分考慮黏土礦物含量及充填形式影響，建立了適合研究區(qū)低滲透致密砂巖儲層的可動流體飽和度計算公式[17～21]。

試驗結果表明：分選系數(shù)、中值半徑、有效喉道半徑、主流喉道半徑、最大連通喉道半徑、單位體積有效孔隙體積、總進汞飽和度與可動流體飽和度呈正相關關系，相關系數(shù)依次為0.6256、0.8202、0.6446、0.7624、0.7725、0.7325、0.8556(圖6(a)～(g))；孔喉半徑比、中值壓力、閾壓與可動流體飽和度呈負相關關系，相關系數(shù)分別是0.7209、0.9319、0.9193(圖6(h)～(j))，由此可見，致密油藏可動流體飽和度在一定程度上受儲層微觀孔隙結構的控制作用[21～27]。

由于可動流體飽和度與中值壓力、閾壓、黏土礦物絕對體積分數(shù)以及總進汞飽和度的相關性較好，因此可以根據(jù)上述參數(shù)的擬合公式來計算可動流體飽和度?？紤]到研究區(qū)致密油儲層中只有少量的樣品進汞飽和度超過50%，故無法利用中值壓力來計算可動流體飽和度；且由壓汞試驗(恒速壓汞和高壓壓汞)獲得的閾壓數(shù)據(jù)易受試驗樣品橫縱切面形態(tài)影響，無法準確得出可動流體飽和度數(shù)據(jù)[28]。研究區(qū)黏土礦物富集，其中黏土礦物絕對體積分數(shù)與總進汞飽和度和可動流體飽和度的相關系數(shù)分別為0.7313和0.8977，在一定程度上可以反映可動流體飽和度飽和度的高低，故在誤差平方和最小的前提下，采用二元線性回歸模型建立研究區(qū)致密油儲層可動流體飽和度與黏土礦物絕對體積分數(shù)、總進汞飽和度之間的關系式：

圖6　壓汞參數(shù)與可動流體飽和度關系圖

Sm=0.4402×SHg-5.605×φ(clay)+53.98

式中，Sm為可動流體飽和度計算值，%；SHg為恒速壓汞試驗總進汞飽和度，%; φ(clay)為黏土礦物絕對體積分數(shù)，%。

在實際計算過程中，鑒于恒速壓汞試驗存在成本較高、周期長等因素，因此可以考慮使用方便易得的高壓壓汞參數(shù)來替代恒速壓汞試驗數(shù)據(jù)。但是由于高壓壓汞試驗的滯后效應(進汞壓力通常比恒速壓汞高0.5～1MPa)，所以在建立計算公式時應充分考慮該重要因素[29]。該次恒速壓汞試驗的最大進汞壓力為6.2MPa,故恒速壓汞試驗總進汞飽和度可由高壓壓汞試驗6.8MPa時的進汞飽和度代替。

板橋地區(qū)長6油層組致密油儲層可動流體飽和度計算公式為：

Sm=0.4402×SHg6.8-5.605×φ(clay)+53.98

式中， SHg6.8為高壓壓汞試驗在進汞壓力為6.8MPa時的進汞飽和度，%。

將計算得到的可動流體飽和度與實測可動流體飽和度值進行比較(見表2)，1號樣品出現(xiàn)較大誤差，誤差原因可能是由于試驗誤差導致。其余9塊樣品計算值與實測值都較為接近，2種方法獲得的可動流體飽和度差值小于5%，除去1號異常樣品其余樣品計算誤差平均為3.76%。計算結果與實測結果較為符合，表明該方法適用可靠。

利用上述建立的研究區(qū)長6油層組致密油儲層可動流體飽和度計算公式，將板橋地區(qū)長6油層組儲層50塊樣品可動流體飽和度進行計算，結果表明:可動流體飽和度最大為65.3%，最小為20.5%，平均為37.6%。

表2　可動流體飽和度計算結果及試驗誤差

通過對比分析計算結果與樣品實測可動流體飽和度與孔隙度、滲透率、中值壓力、排驅壓力等參數(shù)的相關關系(圖7(a)～(d))，驗證了計算方法的合理性及可靠性。根據(jù)核磁共振可動流體飽和度劃分標準(表3)，可將板橋地區(qū)長6油層組低滲透致密砂巖儲層劃分為4類， 其中Ⅰ類儲層占2%，Ⅱ類儲層占21.6%，Ⅲ類儲層占50.2%,Ⅳ類儲層為26.2%(圖8)。研究區(qū)主要為Ⅲ類儲層和Ⅳ類儲層，Ⅱ類儲層以及Ⅰ類儲層相對較少。

4結論

1) 研究區(qū)低滲透致密油儲層可動流體飽和度是進行致密油儲層精細評價的重要參數(shù)之一，主要受黏土礦物含量及充填形式和儲層微觀孔隙結構2種因素的影響，其中黏土礦物含量及充填形式的控制作用尤為顯著。

圖7　可動流體飽和度計算值與各參數(shù)的關系

2) 建立研究區(qū)低滲透致密油儲層可動流體飽和度計算模型，將計算值與實測值比較，2種方法獲得的可動流體飽和度差值小于5%，計算誤差平均值為3.76%。計算結果與實測結果較為符合，表明該方法適用可靠。

圖8　　　　板橋地區(qū)長6油層組致密油儲層　　　計算可動流體飽和度分布

可動流體飽和度/%儲層分類>65Ⅰ50～65Ⅱ35～50Ⅲ20～35Ⅳ<20Ⅴ

3) 利用建立的研究區(qū)低滲透致密油儲層可動流體飽和度計算模型，計算研究區(qū)長6油層組致密油儲層可動流體飽和度最大為65.3%，最小為20.5%，平均為37.6%。其中儲層類型以Ⅲ類為主。

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[編輯]鄧磊

[收稿日期]2015-10-10

[作者簡介]曹雷(1991-)，男，碩士生，現(xiàn)主要從事低滲、特低滲儲層評價方面的學習與研究工作，287384095@qq.com。

[中圖分類號]TE122.2;TE311

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)20-0001-08

[引著格式]曹雷，孫衛(wèi)，盛軍，等.低滲透致密油藏可動流體飽和度計算方法[J].長江大學學報(自科版),2016,13(20):1～8.