張 帆，孫 衛(wèi)，張 茜，劉登科，張 杰

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系·大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069;2.中海石油有限公司深圳分公司)

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鄂爾多斯盆地華慶長(zhǎng)63儲(chǔ)層微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)水驅(qū)油效率的影響

張 帆1，孫 衛(wèi)1，張 茜1，劉登科1，張 杰2

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系·大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069;2.中海石油有限公司深圳分公司)

應(yīng)用常規(guī)壓汞、掃描電鏡、鑄體薄片、砂巖微觀模型水驅(qū)油等多種實(shí)驗(yàn)，討論了鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)驅(qū)油效率的影響，結(jié)果表明，長(zhǎng)63儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間主要為粒間孔，其次是溶蝕孔。應(yīng)用納米CT技術(shù)將儲(chǔ)層的喉道分為點(diǎn)狀喉道、縮頸喉道、片狀喉道以及篩管狀喉道四類(lèi)；根據(jù)常規(guī)壓汞實(shí)驗(yàn)和毛管壓力曲線將研究區(qū)儲(chǔ)層的微觀孔喉結(jié)構(gòu)分為Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)四種類(lèi)型，這四種類(lèi)型的儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的驅(qū)油效率和驅(qū)油路徑有明顯差異；與孔隙度相比，滲透率對(duì)驅(qū)油效率的影響更明顯。

華慶地區(qū)；長(zhǎng)63儲(chǔ)層；孔喉結(jié)構(gòu)；驅(qū)油效率

鄂爾多斯華慶長(zhǎng)63屬于典型的低孔低滲儲(chǔ)層[1-2]，平均孔隙度為9.66%，平均滲透率0.243×10-3μm2。華慶地理位置位于甘肅隴東地區(qū)，構(gòu)造位置位于天環(huán)坳餡和伊陜斜坡過(guò)渡地區(qū)，地層產(chǎn)狀平緩(地層傾角小于1°),總厚度35～50 m，可以分為三個(gè)小層：長(zhǎng)631、長(zhǎng)632、長(zhǎng)633。研究認(rèn)為長(zhǎng)6時(shí)期，華慶地區(qū)沉積相主要以半深湖-深湖相，淺湖相為主。華池以北地區(qū)的物源來(lái)自東北，主要受曲流河三角洲沉積體系控制，華池以南地區(qū)的物源主要來(lái)自西南，受辮狀河三角洲沉積體系控制。隨著開(kāi)發(fā)進(jìn)入中后期，研究區(qū)開(kāi)發(fā)難度逐步增加，加之儲(chǔ)層物性整體較差以及單井產(chǎn)量較低，所以該類(lèi)致密儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)[2-8]。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

觀察巖心和鑄體薄片，按Folk的砂巖分類(lèi)[9]，華慶長(zhǎng)63儲(chǔ)層的砂巖類(lèi)型以長(zhǎng)石砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，其次為長(zhǎng)石巖屑砂巖。砂巖陸源碎屑組分體積分?jǐn)?shù)平均值為78.69%，長(zhǎng)石含量最高，平均值為38.34%，其中以鉀、斜長(zhǎng)石為主；石英次之，體積分?jǐn)?shù)平均值為28.69%；巖屑含量最低，體積分?jǐn)?shù)平均值為11.39%，其中變質(zhì)巖巖屑含量最高，主要包括石英巖、千枚巖、板巖；火山巖屑次之，主要包括噴出巖，隱晶巖，以及較少的沉積巖巖屑。填隙物中膠結(jié)物類(lèi)型主要為：黏土類(lèi)物質(zhì)體積分?jǐn)?shù)大約為9.31%，以高嶺石、伊利石為主；碳酸鹽類(lèi)體積分?jǐn)?shù)為4.5%，以鐵方解石為主；硅質(zhì)類(lèi)為1.35%，以石英加大為主。砂體粒度以細(xì)粒為主，細(xì)粉砂、泥次之。碎屑顆粒以次棱角狀為主，接觸方式以點(diǎn)-線接觸為主,孔隙類(lèi)型主要為粒間孔和長(zhǎng)石溶孔。膠結(jié)物類(lèi)型以孔隙式膠結(jié)、加大孔隙式膠結(jié)為主，還包括少量薄膜-孔隙、孔隙-基底、壓嵌-孔隙式膠結(jié)。成巖期次主要為中成巖A期的晚期，部分進(jìn)入中成巖B期的早期。

2 儲(chǔ)層微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征

2.1 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

對(duì)研究區(qū)大量的的樣品進(jìn)行掃描電鏡與鑄體薄片觀察分析表明：研究區(qū)的成巖作用主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用。目的層孔隙主要經(jīng)過(guò)這三種成巖作用的改造形成粒間孔、溶蝕孔以及晶間微孔，并且伴隨少量的微裂隙(圖1)，其中以粒間孔和溶蝕孔為主。華慶長(zhǎng)63地區(qū)儲(chǔ)層的總面孔率為2.5%，其中粒間孔占1.52%，溶蝕孔占0.88%，晶間微孔占0.07%。經(jīng)過(guò)鏡下觀察發(fā)現(xiàn)樣品中所含單一的孔隙很少，主要是混合孔隙，其中溶孔-粒間孔最多，孔隙的分布情況直接影響孔喉的配位數(shù)以及油氣的滲流能力[10-12]，最終影響驅(qū)油效率。

圖1 華慶長(zhǎng)63樣品孔隙類(lèi)型圖

2.2 喉道類(lèi)型及特征

對(duì)于低滲透儲(chǔ)層而言，喉道的結(jié)構(gòu)特征是決定油氣開(kāi)發(fā)能力的關(guān)鍵地質(zhì)因素，為了進(jìn)一步明確目的層的喉道類(lèi)型，本次研究以羅蟄潭劃分的喉道類(lèi)型為標(biāo)準(zhǔn)[13]。借助常規(guī)的實(shí)驗(yàn)手段外，同是還使用微米級(jí)、納米級(jí)三維CT掃描實(shí)驗(yàn)，確定喉道在空間的展布特征。經(jīng)鏡下觀察鑒定，華慶長(zhǎng)63儲(chǔ)層主要發(fā)育4種喉道類(lèi)型：點(diǎn)狀喉道、縮頸喉道、片狀喉道以及篩管狀喉道(圖2)。點(diǎn)狀喉道表現(xiàn)為；膠結(jié)和壓實(shí)作用弱，溶蝕作用強(qiáng)，粒間孔發(fā)育，形成大孔隙，喉道粗而短或細(xì)而短，常分布在粒間孔與溶蝕孔為主的儲(chǔ)集層中；縮頸喉道主要是由壓實(shí)作用與膠結(jié)作用造成的，滲流能力比點(diǎn)狀喉道低，一般在儲(chǔ)集層中的形狀顯示為粗而短或細(xì)而長(zhǎng)；片狀喉道表現(xiàn)為膠結(jié)和壓實(shí)作用中等偏強(qiáng)，顆粒以點(diǎn)-線接觸為主，喉道中常見(jiàn)伊利石搭橋狀；篩管狀喉道是因?yàn)樗樾碱w粒受到強(qiáng)的壓實(shí)作用和和膠結(jié)作用所致，顆粒以線接觸為主，其膠結(jié)物微孔呈現(xiàn)篩狀連接孔隙，滲流能力最差，該類(lèi)型喉道在樣品中比較常見(jiàn)，主要見(jiàn)伊利石、硅質(zhì)加大充填粒間孔構(gòu)成的微孔隙網(wǎng)絡(luò)。在研究區(qū)片狀喉道是主要的類(lèi)型，其次是篩管狀喉道，點(diǎn)狀、縮頸狀喉道不發(fā)育。當(dāng)油經(jīng)過(guò)微小以及狹窄的喉道時(shí)，賈敏效應(yīng)現(xiàn)象更明顯，使儲(chǔ)層的滲透率大大降低，這樣容易導(dǎo)致油在運(yùn)移時(shí)發(fā)生卡斷，最終影響驅(qū)油效率。

圖2 華慶長(zhǎng)63樣品喉道類(lèi)型

本次實(shí)驗(yàn)以研究區(qū)W 213井的樣品為例，樣品的平均面孔率為3.87%，孔隙度為8.45%，滲透率為0.102×10-3μm2，膠結(jié)物主要為伊利石、綠泥石，方解石。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，研究區(qū)儲(chǔ)層致密，發(fā)育復(fù)雜的納米-微米級(jí)孔喉。實(shí)驗(yàn)顯示微級(jí)孔隙連通性差，許多孤立的孔隙、喉道網(wǎng)絡(luò)分布不均勻,微米級(jí)孔隙長(zhǎng)度2～104 μm，孔隙寬度2～50 μm，孔隙體積主要為10～500 μm3(圖3a、b、c)，微米級(jí)喉道半徑主要分布在0.8～5 μm，喉道連通性差。納米級(jí)孔隙呈單一狀分布在儲(chǔ)層中，其孔隙長(zhǎng)度100～500 nm，喉道網(wǎng)絡(luò)分布不均勻(圖3e、d、f)。通過(guò)構(gòu)造樣品微、納米成像圖譜，以孔道的長(zhǎng)寬比為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)再次劃分孔喉的類(lèi)型。第一種是篩管狀，長(zhǎng)/寬≥3，孔隙體積較大，連通性好，經(jīng)分析為殘余粒間孔或原生粒間孔；第二種為條帶狀，1.3≤長(zhǎng)/寬≤3，孔隙體積較大，但數(shù)量不多，分析為解理縫或壓裂縫；第三種為球狀，0.8≤長(zhǎng)/寬≤1.3，此類(lèi)孔隙體積較小，多數(shù)孤立，分布廣泛，分析為晶間孔或溶孔。

圖3 W213井樣品微米、納米CT三維孔喉分布特征

2.3 孔隙類(lèi)型及特征

孔隙結(jié)構(gòu)是直接表征儲(chǔ)層品質(zhì)的微觀物理屬性，孔隙發(fā)育特征影響著油氣的滲流規(guī)律，目前儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的研究方法及分類(lèi)依據(jù)眾多[14-15]。本次對(duì)研究區(qū)的樣品采用高壓壓汞實(shí)驗(yàn)，從壓汞參數(shù)入手，參考物性數(shù)據(jù)，并結(jié)合壓汞曲線形態(tài)，將研究區(qū)孔隙結(jié)構(gòu)定性地由好到差分為Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)四種類(lèi)型(圖4～6)。

圖4 研究區(qū)四類(lèi)樣品的壓汞曲線

圖5 研究區(qū)四類(lèi)典型壓汞曲線特征圖

圖6 研究區(qū)四類(lèi)樣品鏡下特征

Ⅰ類(lèi)為低排驅(qū)壓力-細(xì)喉道型，該類(lèi)樣品平均孔隙度為11.26%，平均滲透率為1.53×10-3μm2，占總樣品數(shù)的17.65%(表1)?？紫额?lèi)型主要為殘余粒間孔、長(zhǎng)石溶孔等。Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層儲(chǔ)滲能力最好，多發(fā)育于河道中心厚層砂體內(nèi)。

Ⅱ類(lèi)為低排驅(qū)壓力-微-微細(xì)喉道型，該類(lèi)樣品平均孔隙度為10.48%，平均滲透率為0.46×10-3μm2，占總樣品數(shù)的44.88%?？紫额?lèi)型主要為粒間孔-溶孔、溶孔、微孔。Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層屬于儲(chǔ)集性能和滲流能力較好的儲(chǔ)層類(lèi)型，一般位于水下分流河道或與河道中心相連的厚砂體中上部或中下部。

Ⅲ類(lèi)為中高排驅(qū)壓力-吸附-微喉道型，該類(lèi)樣品平均孔隙度為8.96%，平均滲透率為0.14×10-3μm2，占總樣品數(shù)的20.48%?？紫额?lèi)型主要為溶孔-粒間孔、溶孔等。Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層單砂體厚度變薄，河道中心相連的厚砂體上部或下部，砂層間與砂體孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性突出，儲(chǔ)集性與滲流性變差。

表1 研究區(qū)華慶長(zhǎng)63樣品常規(guī)孔隙結(jié)構(gòu)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)

Ⅳ類(lèi)為中排驅(qū)壓力-微喉道型，該類(lèi)樣品平均孔隙度為6.87%，平均滲透率為0.04×10-3μm2，占總樣品數(shù)的16.99%，孔隙類(lèi)型主要為微孔等。Ⅳ類(lèi)儲(chǔ)層屬于儲(chǔ)集性能和滲流能力最差的類(lèi)型，主要發(fā)育在與分流間灣相接分流河道的邊部、薄砂體、中厚砂體頂?shù)撞课粷崃骰蛏百|(zhì)碎屑流砂泥互層等處。 經(jīng)過(guò)上面討論，研究區(qū)Ⅰ類(lèi)樣品孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)滲能力最好，但占有率較少(17.65%)，Ⅱ、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層儲(chǔ)層能力較Ⅰ類(lèi)差，但分布廣泛(65.36%)，Ⅳ類(lèi)為無(wú)效儲(chǔ)層；儲(chǔ)層的滲流能力主要由大孔喉控制，中、小孔喉對(duì)儲(chǔ)層的滲流能力貢獻(xiàn)較小。

3 微觀孔喉結(jié)構(gòu)對(duì)水驅(qū)油效率的影響

3.1 不同孔喉類(lèi)型對(duì)應(yīng)水驅(qū)油特征

在儲(chǔ)層中孔隙和喉道的分布及大小對(duì)水驅(qū)油效率是決定性因素，不同孔隙結(jié)構(gòu)中的油水具有不同的滲流特征，滲流特征的不同必然會(huì)導(dǎo)致水驅(qū)油的效率有所區(qū)別。油在孔喉中運(yùn)移主要受毛細(xì)管力的影響，而孔隙結(jié)構(gòu)特征是控制毛細(xì)管力的主要因素，所以孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)驅(qū)油效率的影響很大。本次在前面分類(lèi)的基礎(chǔ)上選擇每個(gè)類(lèi)型的代表性樣品來(lái)精細(xì)描述孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)驅(qū)油效率的影響。選取每個(gè)類(lèi)型的代表樣品3塊(共9塊)，展開(kāi)微觀模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果和水驅(qū)油鏡下特征見(jiàn)表2和圖7，孔隙結(jié)構(gòu)連通越好，水驅(qū)油波及的面積越大，最終驅(qū)油效率越高，殘余油飽和度越低。

3.2 驅(qū)油效率評(píng)價(jià)

微觀孔喉結(jié)構(gòu)是制約鄂爾多斯華慶長(zhǎng)63油藏開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵地質(zhì)因素，儲(chǔ)層物性是表征儲(chǔ)層品質(zhì)的直觀權(quán)重參數(shù)，因此本研究著重對(duì)比滲透率與孔隙度對(duì)驅(qū)油效率的影響，并分析其原因。

如圖8表明模型的孔隙度與驅(qū)油效率的相關(guān)性并不高，相關(guān)系數(shù)只有0.355 8，但驅(qū)油效率與滲透率的相關(guān)性好，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.853 9。對(duì)超低滲儲(chǔ)層來(lái)說(shuō)，由于微觀孔喉整體較小，相對(duì)粗喉道較少，有效孔隙發(fā)育程度與滲透率、孔隙度相關(guān)性不太好，連通性主要取決于喉道，喉道也是滲透率的主要表征參數(shù)，因此滲透率與驅(qū)油效率的相關(guān)性較好，這也造成驅(qū)油路線比較單一，最終驅(qū)油效率低，殘余油飽和度高。

4 結(jié)論

(1)鄂爾多斯華慶長(zhǎng)63的巖石類(lèi)型主要是長(zhǎng)石

圖7 研究區(qū)樣品的驅(qū)油路徑

砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖；膠結(jié)物主要為伊利石、綠泥石、鐵方解石；儲(chǔ)集空間以粒間孔和溶蝕孔為主；喉道類(lèi)型有點(diǎn)狀喉道、縮頸喉道、片狀喉道以及篩管狀喉道。

(2)基于壓汞實(shí)驗(yàn)把鄂爾多斯華慶長(zhǎng)63儲(chǔ)層由好到差分為Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)四種類(lèi)型，其中Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)為主，Ⅳ類(lèi)為無(wú)效儲(chǔ)層。儲(chǔ)層的滲流能力主要由大孔喉控制，中、小孔喉對(duì)儲(chǔ)層的滲流能力貢獻(xiàn)較小。

(3)Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層樣品對(duì)應(yīng)的水驅(qū)油路徑主要為網(wǎng)狀-均勻狀、指狀-網(wǎng)狀、指狀驅(qū)替，Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)孔喉結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的平均驅(qū)油效率依次變差，滲透率對(duì)驅(qū)油效率的影響明顯高于孔隙度。Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層分布較廣泛，殘余油飽和度相對(duì)較高，因此是下一步開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。

圖8 研究區(qū)孔隙度、滲透率與驅(qū)油效率的關(guān)系

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編輯：韓玉戟

1673-8217(2016)06-0059-05

2016-07-26

張帆，1991年生，礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè)在讀碩士研究生，主要從事低滲透油氣藏的開(kāi)發(fā)與研究。

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”(2011ZX05044)。

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