馬淼，孫衛(wèi)，劉登科，趙煜，王斌，張帆

（1.大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710069；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069）

華慶地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層微觀孔喉特征及對(duì)物性的影響研究

馬淼1，2，孫衛(wèi)1，2，劉登科1，2，趙煜1，2，王斌1，2，張帆1，2

（1.大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710069；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069）

為了研究低滲透砂巖儲(chǔ)層微觀孔喉特征差異與物性的關(guān)系，筆者以鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層為研究對(duì)象。首先分析了孔隙度和滲透率之間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上利用先進(jìn)的恒速壓汞技術(shù)，進(jìn)一步研究了不同滲透性砂巖儲(chǔ)層的微觀孔喉分布特征，明確了孔隙結(jié)構(gòu)微觀特征對(duì)儲(chǔ)層滲流能力的影響。研究結(jié)果表明：華慶地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔喉分布具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，孔隙半徑分布相對(duì)集中，而喉道半徑及孔喉半徑比分布特征差異較明顯。滲透率越低，喉道半徑分布區(qū)間越小，孔喉半徑比分布范圍越寬，孔喉非均質(zhì)性越強(qiáng)。對(duì)滲透率影響較大的喉道特征參數(shù)為：平均喉道半徑、孔喉半徑比、分選系數(shù)及主流喉道半徑。說明研究區(qū)儲(chǔ)層品質(zhì)及滲流特征主要受喉道大小及分布的控制，喉道的發(fā)育程度及非均質(zhì)性嚴(yán)重制約著長(zhǎng)6儲(chǔ)層的滲流能力。

恒速壓汞；微觀孔喉；物性；低滲透砂巖儲(chǔ)層

華慶地區(qū)地處甘肅省隴東地區(qū)華池縣境內(nèi)，在鄂爾多斯盆地陜北斜坡帶的西南部［1，2］，沉積相類型主要為湖泊三角洲前緣，沉積條件復(fù)雜?？碧介_發(fā)實(shí)踐表明，該區(qū)砂巖儲(chǔ)層巖性致密、非均質(zhì)性較強(qiáng)，開發(fā)程度相對(duì)較低。許多學(xué)者對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的物性特征、孔隙類型及成巖作用等方面已取得了大量的成果［3-5］，但缺乏對(duì)儲(chǔ)層微觀孔喉特征及物性主控因素的系統(tǒng)研究［6］。為此，筆者從華慶地區(qū)長(zhǎng)6砂巖儲(chǔ)層物性特征、孔喉結(jié)構(gòu)特征入手，結(jié)合先進(jìn)的恒速壓汞測(cè)試技術(shù)深入探討了孔喉特征與研究區(qū)儲(chǔ)層物性的影響，從微觀上剖析了孔喉特征參數(shù)與儲(chǔ)層物性之間的關(guān)系。對(duì)后續(xù)開展進(jìn)一步的油氣勘探開發(fā)和有利相帶預(yù)測(cè)有著重要的理論指導(dǎo)意義。

1　儲(chǔ)層物性特征

據(jù)研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層實(shí)測(cè)巖心資料統(tǒng)計(jì)顯示：主要孔隙度分布區(qū)間5.02%～11.56%，平均值8.67%；主要滲透率分布區(qū)間0.03×10-3μm2～0.39×10-3μm2，平均值0.15×10-3μm2。與孔隙度相比，滲透率分布范圍更廣，非均質(zhì)性較強(qiáng)。根據(jù)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的孔隙度與滲透率相關(guān)關(guān)系圖可知（見圖1）：孔隙度和滲透率之間具有好的正相關(guān)性，R2值達(dá)到0.605，整體表現(xiàn)為滲透率隨孔隙度的增大而升高的趨勢(shì)。表明孔隙和喉道對(duì)儲(chǔ)層的滲透性有控制作用，儲(chǔ)層的物性受到孔喉的發(fā)育程度的影響［7］。

圖1　華慶地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔隙度和滲透率相關(guān)關(guān)系圖Fig.1 The relation's curve between the permeability and the porosity of Chang 6 formation in Huaqing area

2　孔喉分布特征分析

低滲透儲(chǔ)層儲(chǔ)集能力和滲流能力主要受到孔喉特征的影響。常規(guī)分析技術(shù)已不能全面反映低滲透儲(chǔ)層孔喉特征的研究，恒速壓汞技術(shù)依據(jù)進(jìn)汞壓力的起伏把孔隙、喉道區(qū)分開來，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)孔隙、喉道的分別表征，定量分析孔隙半徑、喉道半徑以及孔喉半徑比等參數(shù)的大小，能更準(zhǔn)確地研究?jī)?chǔ)層孔隙與喉道之間的差異性［8，9］。因此，本文利用恒速壓汞實(shí)驗(yàn)從微觀方面來研究華慶地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的孔喉特征，主要從不同物性巖樣的孔喉大小、分布形態(tài)、配置關(guān)系等方面來研究?jī)?chǔ)層的滲流特征。

2.1孔隙半徑特征

根據(jù)恒速壓汞測(cè)試結(jié)果，由4塊代表樣品的孔隙半徑分布特征圖發(fā)現(xiàn)：對(duì)于不同滲透率級(jí)別的巖樣，其孔隙半徑分布特征相似，未表現(xiàn)出明顯變化，均具有趨于正態(tài)分布特征，且有效孔隙半徑的分布范圍、峰值頻率也較為接近（見圖2）?？紫栋霃郊蟹植加?00 μm～160 μm，峰值孔隙半徑基本在130 μm左右，峰值含量差異不大。結(jié)果表明：巖樣孔隙半徑分布形態(tài)幾乎不受滲透率大小的影響，孔隙半徑對(duì)低滲透砂巖儲(chǔ)層滲流能力的制約能力較弱。

圖24　塊代表樣品的孔隙半徑、喉道半徑、孔喉半徑比分布特征圖Fig.2 Pore radius，throat radius and pore throat radius ratio distribution curves of four representative samples

2.2喉道半徑特征

連通孔隙的細(xì)小部分為喉道，喉道在一定程度上表征了孔喉間的連通性與均質(zhì)性。因此，為了研究?jī)?chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的變化，需要從喉道的變化特征入手［10-12］。根據(jù)恒速壓汞測(cè)試結(jié)果，4塊不同物性巖樣的喉道半徑分布范圍分別是0.18 μm～0.42 μm、0.29 μm～0.58 μm、0.41 μm～0.87 μm、0.53 μm～2.15 μm；峰值喉道半徑分別是0.21 μm、0.38 μm、0.72 μm、0.89 μm；峰值含量依次是87.7%、41.8%、30.9%、7.8%。由4塊代表樣品的喉道半徑分布特征圖可見：樣品滲透率不同時(shí)，喉道半徑分布形態(tài)有很大差異（見圖2）。喉道半徑的分布范圍隨滲透率的升高而逐漸變寬，且曲線峰值含量在逐漸減小，峰值喉道半徑增大，同時(shí)細(xì)喉道所占比例減小，粗喉道所占比例明顯增高，表現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性。

由分析結(jié)果可知，喉道半徑分布特征隨滲透率的變化特別明顯，表明喉道對(duì)儲(chǔ)層巖樣內(nèi)流體的滲流特征有重要控制作用。

2.3孔喉半徑比特征

從油氣田開發(fā)方面分析，孔喉半徑比大小決定了油氣在開發(fā)過程中被捕獲的幾率［13］。當(dāng)孔喉半徑比較大時(shí)，滲透率較低，油氣在驅(qū)替過程中由于毛細(xì)管阻力較大而易發(fā)生卡斷，被捕獲的幾率增加，造成滲流能力嚴(yán)重減弱，油氣被采出的程度相對(duì)較低。

由4塊分析巖樣的孔喉半徑比分布特征圖（見圖2）得出：對(duì)于不同滲透率的實(shí)驗(yàn)樣品，其孔喉半徑比分布曲線形態(tài)存在很大差異，分布區(qū)間以及峰值也不同。4塊不同滲透率巖樣的孔喉半徑比分布范圍依次是：500～1 300、270～1 150、110～280、30～270。隨著滲透率的增加，孔喉半徑比分布區(qū)間逐漸變小，孔喉半徑比主峰隨之左移，說明低孔喉半徑比部分所占比例逐漸增加，同時(shí)增加的幅度在不斷加快，而且孔喉半徑比的主峰值也隨之變小。

3　孔喉特征參數(shù)與物性關(guān)系分析

在低滲透砂巖儲(chǔ)層中，微觀孔喉特征復(fù)雜、儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，孔喉特征的差異與儲(chǔ)層物性的差異有著必然的聯(lián)系［14］，儲(chǔ)層滲流能力和油藏采收率主要取決于孔喉發(fā)育程度及其均質(zhì)性。因此探討儲(chǔ)層孔喉特征參數(shù)與物性間相互關(guān)系，有利于對(duì)低滲透砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行產(chǎn)能評(píng)價(jià)，并在一定程度上對(duì)于油田開發(fā)政策的制定具有指導(dǎo)意義。

3.1孔喉大小對(duì)物性的影響

平均孔隙半徑、平均喉道半徑與主流喉道半徑是表征孔喉大小的主要特征參數(shù)。喉道對(duì)滲透率累積貢獻(xiàn)達(dá)95%以上時(shí)所有喉道半徑的加權(quán)平均值即為主流喉道半徑［15］，可以反映儲(chǔ)層孔喉大小的分布情況且能夠表征儲(chǔ)層的滲流能力；平均喉道半徑反映儲(chǔ)層孔喉大小的集中分布區(qū)間，可以表征低滲透儲(chǔ)層物性的好壞。

從不同樣品的平均孔隙半徑、平均喉道半徑、主流喉道半徑和物性參數(shù)的交匯圖可以看出（見圖3）：平均孔隙半徑和物性參數(shù)之間的相關(guān)性很弱；主流喉道半徑、平均喉道半徑與物性參數(shù)均具有正相關(guān)性，且二者與孔隙度之間的相關(guān)性較差，但是與滲透率之間具有較好的正相關(guān)性。說明喉道半徑對(duì)滲透率的影響和控制是主要的，而孔隙半徑對(duì)滲透率的影響是次要的。與主流喉道半徑相比，物性參數(shù)與平均喉道半徑之間的相關(guān)性更好。以上分析表明，在研究區(qū)平均喉道半徑對(duì)長(zhǎng)6儲(chǔ)層滲透性的影響更為明顯，更能夠表征儲(chǔ)層的滲流性能。

圖3　孔喉大小特征參數(shù)與物性參數(shù)相關(guān)關(guān)系圖Fig.3 Relationship between the characteristic parameters of pore throat size and physical property parameters

3.2孔喉非均質(zhì)性對(duì)物性的影響

孔喉半徑比、分選系數(shù)、均值系數(shù)是表征孔喉非均質(zhì)性的主要特征參數(shù)?？缀戆霃奖饶茌^好反映孔隙以及喉道的形態(tài)［16］，通常用來衡量孔喉的非均質(zhì)性，孔喉半徑比越大，儲(chǔ)層微觀孔喉非均質(zhì)性越強(qiáng)［17］，其滲流能力越差；分選系數(shù)反映了孔喉大小分布的集中程度，可以直接用來度量孔喉大小及分選程度［18］。孔喉分選性較好時(shí)，大小分布較為集中，此時(shí)儲(chǔ)層非均質(zhì)性就越弱；均值系數(shù)越小時(shí)，總孔喉的平均值越大［19，20］，大喉道在整個(gè)孔喉中越占優(yōu)勢(shì)，儲(chǔ)層滲流能力越好。

根據(jù)恒速壓汞實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析顯示（見圖4），孔喉半徑比和孔隙度之間的相關(guān)性一般，而和滲透率有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系（R2是0.709），即隨著孔喉半徑比的變大，滲透率急劇下降?？缀戆霃奖容^小時(shí)，孔喉間的差異程度弱，連通性好，滲透率較高，在驅(qū)替過程中孔喉對(duì)油（氣）的束縛能力較小，降低了被捕獲的幾率，油（氣）在通過細(xì)小的喉道時(shí)受到的阻力較小，從而降低了開采難度。

圖4　孔喉非均質(zhì)性特征參數(shù)與物性參數(shù)相關(guān)關(guān)系圖Fig.4 Relationship between the pore heterogeneity characteristic parameters and physical property parameters

通過分析分選系數(shù)與物性參數(shù)之間的相關(guān)性，結(jié)果表明（見圖4），滲透率與孔喉分選系數(shù)之間具有較好的正相關(guān)性（R2是0.676），孔喉分選系數(shù)與孔隙度之間的相關(guān)性一般。分選系數(shù)太高或太低都會(huì)減弱流體在儲(chǔ)層中的滲流能力。分選系數(shù)太小，雖然孔喉分布均勻，但主要存在一些微細(xì)喉道，它們對(duì)流體在儲(chǔ)層中的滲流基本不起任何作用，此時(shí)儲(chǔ)層物性很差；隨著分選系數(shù)的增加，孔喉類型由單一型過渡到混合型，此時(shí)對(duì)滲透率貢獻(xiàn)明顯的大喉道數(shù)量增加，極大地改善了儲(chǔ)層滲流性能；分選系數(shù)太大時(shí)，在一定程度上增強(qiáng)了孔隙結(jié)構(gòu)的非均勻程度，對(duì)儲(chǔ)層物性起破壞作用。

分析均值系數(shù)與物性參數(shù)的相關(guān)關(guān)系之后，可以發(fā)現(xiàn)：均值系數(shù)與滲透率的負(fù)相關(guān)關(guān)系（R2是0.317）好于與孔隙度的負(fù)相關(guān)關(guān)系（R2是0.211）。儲(chǔ)層物性隨著均值系數(shù)的增大而變差（見圖4）。一般來講，在中、高滲儲(chǔ)層中，均值系數(shù)與物性具有良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系；而在低滲透儲(chǔ)層中，由于孔喉特征較為復(fù)雜，導(dǎo)致均值系數(shù)與物性之間沒有表現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)性。

4　結(jié)論

（1）對(duì)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的孔喉特征通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)：樣品的滲透率不同時(shí)，儲(chǔ)層孔隙半徑的分布范圍基本一致，分布頻率也無明顯差異；喉道半徑以及孔喉半徑比的分布特征存在明顯差異。儲(chǔ)層滲透性較好時(shí)，喉道半徑分布區(qū)間較寬，峰值喉道半徑較大，粗喉道貢獻(xiàn)率較大。

（2）研究區(qū)域儲(chǔ)層物性差，孔隙、喉道半徑較小，微觀孔喉存在較強(qiáng)的非均質(zhì)現(xiàn)象。不同孔喉特征參數(shù)與孔隙度、滲透率都有一定的相關(guān)性。對(duì)于低滲透砂巖儲(chǔ)層而言，各孔喉特征參數(shù)對(duì)滲透率影響程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其對(duì)孔隙度的影響程度。其中孔喉半徑比、平均喉道半徑、主流喉道半徑和分選系數(shù)對(duì)滲透率影響更大。

（3）長(zhǎng)6儲(chǔ)層喉道對(duì)儲(chǔ)層物性的控制、對(duì)儲(chǔ)層滲流能力的貢獻(xiàn)要遠(yuǎn)高于孔隙，因此在油氣田開發(fā)過程中需重視孔喉間的配置關(guān)系，對(duì)于滲透率不同的儲(chǔ)層應(yīng)依據(jù)喉道的分布特征及發(fā)育程度，而采取相應(yīng)的開采挖潛措施。

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Micro-pore throat characteristics and the impact on the physical property research of Chang 6 formation in Huaqing area

MA Miao1，2，SUN Wei1，2，LIU Dengke1，2，ZHAO Yu1，2，WANG Bin1，2，ZHANG Fan1，2
（1.State Key Laboratory of Continental Dynamics，Xi'an Shanxi 710069，China；2.Department of Geology，Northwest University，Xi'an Shanxi 710069，China）

In order to study the relationships between micro-pore throat characteristics and properties in the low permeability sandstone reservoir，the author takes Chang 6 reservoir of Huaqing area as an example.Firstly，analyze the relationship between porosity and permeability，based on this，the author makes use of advanced constant speed mercury injection technology，further study the different permeability sandstone reservoir micro-pore throat distribution characteristics.The influence from microscopic pore structure characteristics to percolation capacity has been clear.The result shows that，Chang 6 reservoir pore throat size distribution heterogeneity is strong，the pore radius distribution is relatively concentrated，butthe distribution of throat radius and the pore throat radius ratio characteristic difference is more apparent.The lower the permeability，the smaller the throat radius distribution range，the distribution range is wider than pore throat radius，the stronger the pore heterogeneity. The influence on permeability of throat characteristic parameters are the average throat radius，pore throat radius ratio，sorting coefficient and mainstream throat radius.This indicates that，reservoir quality and percolation capacity are mainly controlled by throat size and distribution，Chang 6 reservoir permeability is restricted by the growing degree heterogeneity of the throat.

the constant-rate mercury injection；micro pore throat；physical property；low permeability sandstone reservoir

TE122.23

A

1673-5285（2016）10-0106-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.024

2016－08-18

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”，項(xiàng)目編號(hào)：2011ZX05044；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程，項(xiàng)目編號(hào)：2011KTZB01-04-01。

馬淼（1990-），在讀碩士研究生，陜西省榆林市綏德縣人，2015年畢業(yè)于西安石油大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣田地質(zhì)與開發(fā)、儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究工作，郵箱：18792837568@163.com。