陳大友，朱玉雙，夏　勇，王少飛，馮炎松，何　鎏，艾慶琳，薛云龍

(1.西北大學 地質學系/大陸動力學國家重點實驗室, 陜西 西安　710069;2.中國石油長慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院, 陜西 西安　710018)

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·地球科學·

恒速壓汞技術在致密砂巖儲層微觀孔隙空間刻畫中的應用
——以鄂爾多斯盆地中部中二疊統(tǒng)石盒子組盒8段為例

陳大友1，朱玉雙1，夏勇2，王少飛2，馮炎松2，何鎏2，艾慶琳2，薛云龍2

(1.西北大學 地質學系/大陸動力學國家重點實驗室, 陜西 西安710069;2.中國石油長慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院, 陜西 西安710018)

運用恒速壓汞技術,對致密砂巖儲層微觀孔隙空間展開深入刻畫,并分析了微觀孔隙空間分布與儲層物性的關系。結果表明，研究區(qū)致密砂巖儲層孔隙半徑的差異不明顯,基本分布于75～225 μm;孔隙半徑與儲層物性相關性不顯著;物性較好的儲層,有效孔隙體積大,儲集能力較高。喉道半徑分布隨滲透率的不同而差異較大,大多數(shù)喉道半徑小于6 μm,當滲透率較低時,喉道半徑較小且集中分布,隨著滲透率的增大,喉道半徑分布逐漸變寬,峰值處的喉道半徑逐步變大,且小喉道含量逐漸降低,大喉道含量升高;喉道半徑與儲層物性的相關性較好,是儲層物性的主控因素;隨著滲透率的升高,小喉道對滲透率的貢獻率逐漸降低,而大喉道對滲透率的貢獻率逐步升高?？缀戆霃奖确植加?0～1 400,整體較大,對儲層的產(chǎn)出不利。

孔隙空間;儲層物性;恒速壓汞;致密砂巖;盒8段;鄂爾多斯盆地

儲層微觀孔隙空間由孔隙和喉道兩部分組成[1-2],是油(氣)在儲層中的儲集空間和運移通道,孔隙空間的展布直接影響著儲層物性。與常規(guī)油氣儲層相比,致密砂巖儲層的孔隙空間展布更為復雜[3-4],對儲層物性的影響更加關鍵。因此，儲層微觀孔隙空間的刻畫是致密砂巖儲層研究的重要內容之一。作為常用的儲層微觀孔隙空間研究手段,常規(guī)壓汞技術難以區(qū)分孔隙與喉道[5-6]，對孔隙空間的刻畫有其局限性,而恒速壓汞技術采用準靜態(tài)進汞的方法,能夠有效劃分孔隙和喉道[7-12],是較為先進的孔隙空間測試手段。該文選用鄂爾多斯盆地中部上古生界盒8段致密砂巖樣品進行恒速壓汞測試,對其孔隙、喉道及孔喉比等特征展開深入刻畫,分析了微觀孔隙空間分布與儲層物性的關系，旨在揭示致密砂巖儲層微觀孔隙空間分布的特征，并為該類儲層實現(xiàn)全面準確的儲層評價提供依據(jù)。

1　恒速壓汞實驗簡介及樣品選擇

1.1實驗簡介

恒速壓汞實驗是一種先進的儲層微觀孔隙空間檢測技術,是由Yuan.H.H等人[13]首先提出并發(fā)展應用的。與常規(guī)壓汞技術不同,恒速壓汞技術以極低的速率將汞注入巖石孔隙空間,當汞從孔隙進入喉道時,注入壓力逐漸升高,到達一定程度時,注入壓力高于喉道處的毛細管力,汞突破喉道的限制進入下一個孔隙,壓力瞬間回落,并進入下一個壓力漲落的循環(huán),利用相關設備記錄進汞壓力的漲落變化及注入汞的體積,從而識別出孔隙和喉道,并得出孔隙和喉道的大小及分布。

本次實驗采用美國Coretest Systems公司生產(chǎn)的ASPE-730型恒速壓汞實驗設備,實驗過程是:①選取需要進行恒速壓汞測試的典型樣品;②鉆取直徑為2.54 cm，高約1 cm的圓柱體樣品;③將樣品放置于恒速壓汞實驗設備,以極低的速率注入汞,計算機通過相關設備記錄壓力變化及注入汞體積等參數(shù),并進行數(shù)據(jù)處理;④當壓力達到約6.2 MPa時,實驗結束。

實驗中,汞的界面張力為485 mN/m,接觸角為140°，最高進汞壓力約為6.2 MPa,根據(jù)毛管力與毛管半徑的關系式(r=2σcosθ/p),計算出實驗可測的最小喉道半徑為0.12 μm。因此，該研究刻畫了半徑大于0.12 μm的可測喉道及其連通的孔隙。

1.2樣品選擇

進行本次恒速壓汞測試的10塊樣品取自于鄂爾多斯盆地中部的高橋地區(qū)上古生界盒8段。高橋地區(qū)尚處于開發(fā)早期,面積約5 000 km2。區(qū)內盒8段為辮狀河三角洲前緣沉積,發(fā)育水下分流河道、分流間灣、河口壩及水下天然堤等沉積微相,是該區(qū)主力產(chǎn)氣層系之一。盒8段可分為盒8上與盒8下兩個亞段,區(qū)內產(chǎn)氣砂體多分布于盒8下亞段。盒8段砂巖巖性致密,為一套典型的致密砂巖儲層。

樣品選取時,主要以控制全區(qū)、不同物性大小均有分布和多取主力產(chǎn)氣亞段為原則,選取典型樣品。10塊測試樣品對研究區(qū)全區(qū)進行控制,3塊樣品選自盒8上亞段,7塊樣品選自盒8下亞段。樣品孔隙度分布于3.10%～9.85%,平均為6.98%,滲透率介于0.05×10-3～2.21×10-3μm2,平均值為0.46×10-3μm2,其中6塊樣品滲透率小于0.3×10-3μm2,3塊樣品滲透率處于0.3×10-3～1×10-3μm2,1塊樣品滲透率大于1×10-3μm2。薄片鑒定表明,樣品巖性為巖屑砂巖和巖屑石英砂巖,粒度從中—細粒到巨—粗粒均有分布。樣品具體信息見表1。

表1　恒速壓汞測試樣品統(tǒng)計表

2　孔隙特征分析

恒速壓汞測試表明,10塊樣品的孔隙半徑基本分布于75～225 μm,孔隙半徑的分布范圍與滲透率關系不明顯。大多數(shù)樣品的孔隙半徑呈單峰狀分布,而少數(shù)樣品(2號樣品、7號樣品和8號樣品)呈現(xiàn)雙峰狀分布,峰值處孔隙半徑基本分布于100～150 μm(見圖1)。

圖1　恒速壓汞測試的孔隙半徑分布Fig.1　Distribution of pore radius in the constant-rate mercury injection

將孔隙半徑進行加權平均,可得平均孔隙半徑。測試樣品的平均孔隙半徑介于116.05～158.07 μm,由平均孔隙半徑與物性的相關關系(見圖2)可以看出,隨著孔隙度和滲透率的增大,平均孔隙半徑變化無明顯的規(guī)律性,即平均孔隙半徑與物性幾乎沒有相關性。

圖2　平均孔隙半徑與物性的相關關系Fig.2　The relation between average pore radius and physical property

有效孔隙體積反映了砂巖的儲集能力,單位體積內有效孔隙體積越高,其儲集能力也越好。圖3為單位體積巖樣有效孔隙體積與物性的相關關系。由圖3可以看出,隨著孔隙度和滲透率的增大,單位體積巖樣的有效孔隙體積也隨之增大,這說明物性較好的致密砂巖,其儲集能力也較高。

圖3　單位體積巖樣有效孔隙體積與物性的相關關系Fig.3　The relation between effective pore volume and reservoir property per unit volume of sample

3　喉道特征分析

根據(jù)恒速壓汞測試,不同滲透率的樣品,其喉道半徑分布范圍明顯不同。圖4為10塊樣品的喉道半徑分布圖。由圖4可以看出,喉道半徑分布隨滲透率的不同而差異較大,大多數(shù)喉道半徑小于6 μm。當樣品滲透率小于0.1×10-3μm2時, 其喉道半徑多小于0.5 μm, 喉道半徑分布范圍窄, 小喉道分布頻率高; 當樣品滲透率處于0.1×10-3～0.5×10-3μm2時,喉道半徑分布范圍有所變寬,一般小于1.5 μm;當樣品滲透率大于0.5×10-3μm2時,喉道半徑分布范圍顯著變寬,從小于1.5 μm到大于1.5 μm均有分布,但除了滲透率較高的10號樣品有少量喉道半徑大于6 μm,大多喉道半徑都小于6 μm。整體而言,當滲透率較低時,喉道半徑較小且分布集中,隨著滲透率的增大,喉道半徑分布逐漸變寬,峰值處的喉道半徑逐步變大,且小喉道含量逐漸降低,大喉道含量升高。

圖4　恒速壓汞測試的喉道半徑分布Fig.4　Distribution of throat radius in the constant-rate mercury injection

測試樣品的平均喉道半徑介于0.29～4.47 μm,將平均喉道半徑與物性進行相關性分析(見圖5),結果表明,平均喉道半徑與孔隙度、滲透率都有一定的相關性。與孔隙度相比,平均喉道半徑與滲透率的相關性更好，這說明喉道半徑對滲透率的控制性更強。

對比分析測試樣品的孔隙、喉道和物性的關系可以發(fā)現(xiàn),對于致密砂巖儲層而言,孔隙大小對物性影響較弱,而喉道大小對物性影響較強,起主要控制作用。

圖6為不同樣品喉道對滲透率貢獻的變化曲線,當樣品滲透率小于0.1×10-3μm2時,其滲透率大多由小于0.5 μm半徑的喉道所貢獻;當樣品滲透率處于(0.1～0.5)×10-3μm2時,貢獻滲透率的喉道變寬,且大多由0.5～1.5 μm的喉道所貢獻;當樣品滲透率大于0.5×10-3μm2時,貢獻滲透率的喉道分布變得更為廣泛。由此可見,隨著滲透率的升高,致密砂巖小喉道對滲透率的貢獻率逐漸降低,而大喉道對滲透率的貢獻率逐步升高。

圖6　喉道對滲透率的貢獻Fig.6　Contributions of throat to permeability

4　孔喉配置關系分析

恒速壓汞測試可以取得孔喉半徑比的分布情況,其反映了孔喉的配置關系。圖7為10塊樣品的孔喉半徑比分布,孔喉比分布于10～1 400。當滲透率較小時,孔喉半徑比分布范圍較廣,從50到1 400都有一定的分布,且峰值處孔喉半徑比往往大于600；隨著滲透率的變大,孔喉半徑比分布逐漸變得集中,其分布值也隨之變小,部分樣品孔喉半徑比甚至在比值為10處有分布。

圖7　恒速壓汞測試的孔喉半徑比分布Fig.7　Distribution of pore-to-throat radius ratio in the constant-rate mercury injection

當孔喉半徑比較大時，大孔隙由小喉道連接,在賈敏效應的影響下,孔隙中的油(氣)難以通過喉道；而孔喉半徑比較小時,大孔隙由大喉道連接,油(氣)相對易于通過喉道?？傮w而言,與常規(guī)儲層相比,致密砂巖儲層的孔喉比較大,對儲層的產(chǎn)出不利，因而在開發(fā)過程中往往需采用壓裂等工藝措施，改善儲層孔喉配置。

5　結　論

1)研究區(qū)致密砂巖儲層孔隙半徑的差異不明顯，基本分布于75～225 μm;孔隙半徑與儲層物性相關性不顯著;物性較好的儲層,有效孔隙體積大,儲集能力較高。

2)致密砂巖儲層的喉道半徑隨滲透率的不同而差異明顯,大多數(shù)小于6 μm,當滲透率較低時,喉道半徑較小且集中分布,隨著滲透率的增大,喉道半徑分布逐漸變寬,峰值處的喉道半徑逐步變大,且小喉道含量逐漸降低,大喉道含量升高;喉道半徑與儲層物性的相關性較好,是儲層物性的主控因素;隨著滲透率的升高,小喉道對滲透率的貢獻率逐漸降低,而大喉道對滲透率的貢獻率逐步升高。

3)致密砂巖儲層的孔喉半徑比分布于10～1 400,整體較大,對儲層的產(chǎn)出不利。

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(編輯雷雁林)

Application of constant-rate mercury penetration technique in description of microscopic pore space of tight sandstone reservoir:A case of the He 8 of Middle Permian Shihezi Formation in the middle of Ordos Basin

CHEN Da-you1, ZHU Yu-shuang1, XIA Yong2, WANG Shao-fei2, FENG Yan-song2, HE Liu2, AI Qing-lin2, XUE Yun-long2

(1.Department of Geology/State Key Laboratory of Continental Dynamics, Northwest University, Xi′an 710069, China; 2.Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Changqing Oilfield Company, CNPC, Xi′an 710018， China)

A constant-rate mercury technology was used to unfold microscopic pore space of tight sandstone reservoir, and the relationship between the microscopic pore space distribution and reservoir physical was analyzed. The results show that the discrepancy of pore radius of tight sandstone reservoir is not obvious, the distribution of pore radius is 75～225 μm, so the correlation of the pore radius and reservoir physical is not significant, only the better reservoirs have larger effect of pore volume and higher storing capacity. Throat radius distribution is varied with different permeability, but most of the throat radius is less than 6μm, when permeability is low, throat radius is small and concentrated. With the increase of permeability, throat radius distribution is gradually widened, the peak value of throat radius gradually become larger, and the content of small throat gradually reduces, while large throat increases. It is also found that the main factor that controls reservoir physical is the good correlation of throat radius and the reservoir physical. With the rising of permeability, small throat contribution rate of permeability decreases, while big throat gradually increases. Pore-throat ratio is distributed in the 10～1 400, which is large on the whole and detrimental to the output of the reservoir.

pore space; the reservoir physical property; constant-rate mercury tight sandstone; He 8 section; Ordos Basin

2015-04-07

國家科技重大專項基金資助項目(2008ZX05013-005);西北大學研究生自主創(chuàng)新基金資助項目(YZZ13012)

陳大友，男，甘肅通渭人，博士生，從事油氣田地質與開發(fā)研究。

TE122.2

A

10.16152/j.cnki.xdxbzr.2016-03-021