楊 帆，王 鵬，朱建安，白建林，劉亮亮

(陜西延長石油( 集團(tuán)) 有限責(zé)任公司油氣勘探公司英旺采油廠，陜西 延安 716299)

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鄂爾多斯盆地集義地區(qū)山西組砂巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征及其與物性的關(guān)系

楊 帆，王 鵬，朱建安，白建林，劉亮亮

(陜西延長石油( 集團(tuán)) 有限責(zé)任公司油氣勘探公司英旺采油廠，陜西 延安 716299)

為科學(xué)評價鄂爾多斯盆地集義地區(qū)山西組砂巖儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及其對物性的影響，對定量表征儲層孔隙結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)進(jìn)行了分析，并探討其與物性的關(guān)系。研究表明：研究區(qū)山西組主要發(fā)育石英砂巖，次為巖屑石英砂巖，平均孔隙度為6.79%，平均滲透率為0.71 mD，總體上物性較差。儲層孔隙類型有殘余粒間孔、粒間溶蝕孔、格架顆粒內(nèi)溶孔、微孔隙、微裂縫等。根據(jù)砂巖毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)和參數(shù)特征，將其劃分為低排驅(qū)壓力—粗喉型、較低排驅(qū)壓力—較粗喉道型、中排驅(qū)壓力—中喉道型、高排驅(qū)壓力—細(xì)喉道型等4種類型。砂巖孔隙度、滲透率均與排驅(qū)壓力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與孔喉半徑均值呈正相關(guān)關(guān)系，與孔喉的分選系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。低滲、特低滲儲層中以偏細(xì)喉道為主，發(fā)育的較粗喉道能有效提高孔隙度和滲透率。

特低滲儲層；孔隙結(jié)構(gòu)；物性；山西組

集義地區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡東南部邊緣(圖1)，是盆地目前勘探程度較低的地區(qū)之一。該區(qū)北臨盆地東部的延長氣田，其勘探前景一直令人關(guān)注。隨著近年來勘探力度的加強(qiáng)，該區(qū)大多數(shù)探井見到了天然氣顯示，含氣層位涵蓋了上古生界本溪組、山西組、石盒子組、石千峰組等層位，并在多口井見到工業(yè)氣流，顯示了良好的勘探遠(yuǎn)景和潛力[1-4]。

圖1 研究區(qū)地理位置圖

研究區(qū)石盒子組、山西組、本溪組各層段巖心實(shí)測孔隙度和滲透率均很低，碎屑巖孔隙度范圍為1.6%～15.76%，絕大多數(shù)低于10%；滲透率范圍為0.002～0.55 mD，按2005年《石油天然氣儲量計算規(guī)范》(DZ/T 0217—2005)儲層劃分標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)儲層屬于低孔—特低孔、特低滲儲層。前人已從沉積體系、沉積微相及成巖作用方面開展了大量的儲層特征研究工作[5-8]。但從儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)角度對儲層物性差異開展的研究較少。本文著重分析儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及其對儲層物性的控制作用，以期為該區(qū)山西組砂巖儲層的勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 儲層特征

1.1 巖石學(xué)特征

經(jīng)大量巖心觀察描述，巖石薄片鑒定，研究區(qū)山西組主要發(fā)育灰色細(xì)砂巖、中砂巖，以及深灰色、灰黑色泥巖和砂質(zhì)泥巖，膠結(jié)致密。砂巖以石英砂巖為主，次為巖屑石英砂巖，成分成熟度及結(jié)構(gòu)成熟度相對較高，山2段見少量純石英砂巖。顆粒以細(xì)—中粒為主；夾粉砂—細(xì)砂，山1段常見粗—中粒石英砂巖，富含白云母。石英含量一般為75.75%～81.72%，平均為78.63%；長石含量較少，為5.37%～9.57%，平均為7.75%；巖屑成分主要為石英巖、千枚巖、噴發(fā)巖、片巖和隱晶巖，部分可見火山碎屑。巖屑含量為8.51%～14.14%，平均為10.44%；雜基含量較低，為3.03%～3.22%，平均為3.19%，主要為黏土礦物，以伊利石、高嶺石及絹云母為主。山西組自下而上石英呈減少趨勢，巖屑含量略有增加，巖屑成分為中、低級變質(zhì)巖、火山巖等(圖2)

山西組的膠結(jié)類型以孔隙式為主，偶見再生—孔隙式和連晶—孔隙膠結(jié)，巖性以中～粗粒砂巖為主，次為中—細(xì)粒、中粒砂巖，分選好，磨圓以次圓狀為主，少量次棱角狀和次棱角—次圓狀。

1.2 儲層物性特征

山西組砂巖儲層孔隙度在3%～4%之間分布頻率最高，達(dá)25%，其次為6%～7%范圍，頻率為13.89%，孔隙度小于12%的分布頻率高達(dá)94.44%，平均孔隙度為6.79%(圖3)。

Ⅰ—石英砂巖；Ⅱ—長石石英砂巖；Ⅲ—巖屑石英砂巖；Ⅳ—長石砂巖；Ⅴ—巖屑長石砂巖；Ⅵ—長石巖屑砂巖，Ⅶ—巖屑砂巖

圖2 研究區(qū)山西組砂巖分類三角圖

a.孔隙度；b.滲透率

研究區(qū)山西組砂巖儲層滲透率在0～0.6 mD之間的分布頻率為73.53%，平均滲透率為0.71 mD。

總體上，研究區(qū)山西組物性較差。

2 儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

低滲透儲層物性受沉積-成巖作用下孔隙結(jié)構(gòu)演化的控制，即沉積作用與成巖作用為微觀孔隙結(jié)構(gòu)演化提供物質(zhì)基礎(chǔ)、演化環(huán)境和條件，并控制其改造與演化方向，造成微觀孔隙結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，進(jìn)而控制其物性特征[9-12]。

2.1 孔隙類型

根據(jù)巖心鑄體薄片、掃描電鏡等資料的觀察分析，山西組砂巖儲層孔隙類型有殘余粒間孔、粒間溶蝕孔、格架顆粒內(nèi)溶孔、微孔隙、微裂縫等，按成因分為原生孔隙和次生孔隙兩大類。

2.2 孔隙組合類型

溶蝕孔隙型：指巖石原生孔隙和微裂縫不發(fā)育，粒間溶蝕孔、格架顆粒內(nèi)溶孔等發(fā)育或比較發(fā)育。是研究區(qū)的主要孔隙組合類型，具有較高的孔隙度和滲透率。

溶孔—粒間孔隙型：指溶蝕孔隙與原生粒間孔隙配套發(fā)育。巖性具有較好的抗壓實(shí)能力，使得原生孔隙得以保存下來。此類組合孔隙度與滲透率較好，儲集性能好。研究區(qū)內(nèi)次生孔隙發(fā)育，原生孔隙僅有少部分保留下來，因而此類型不是主要的孔隙組合類型，僅個別層段發(fā)育。

2.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

砂巖孔隙結(jié)構(gòu)是指孔隙和喉道的大小、連通情況、配置關(guān)系及演化特征。定量表征儲層孔隙結(jié)構(gòu)的參數(shù)很多，主要包括孔喉大小、分選、連通性及控制流體運(yùn)動的參數(shù)[13-14]。壓汞法是測定砂巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)重要手段[15-16]。利用壓汞法對研究區(qū)山西組砂巖孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。

2.3.1 孔喉大小

反映孔喉大小的參數(shù)主要有排驅(qū)壓力、中值壓力、喉道直徑中值、平均孔喉半徑和孔喉半徑均值。

研究區(qū)山西組砂巖排驅(qū)壓力為0.59～6.88 MPa，平均為3.44 MPa，分布較為分散(表1)。中值壓力為2.39～20.8 5 MPa，平均為8.67 MPa。表明大部分砂巖樣品物性較差，產(chǎn)出能力較低。

圖4 山西組I類毛細(xì)管壓力曲線圖

2.3.2 孔喉分布

孔喉分選系數(shù)和相對分選系數(shù)是反映孔喉分布均勻程度的參數(shù)。

山西組砂巖孔喉分選系數(shù)為0.04～1.80，平均為0.51；均質(zhì)系數(shù)為0.33～0.67，平均為0.44；孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)為0.07～2.89，平均為0.90。

參數(shù)顯示山西砂巖孔隙結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)非均質(zhì)性。

2.3.3 毛細(xì)管壓力曲線特征

根據(jù)砂巖儲層毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)和參數(shù)特征，可將研究區(qū)山西組砂巖孔隙結(jié)構(gòu)劃分為4種類型，

1)I類(低排驅(qū)壓力—粗喉型)

毛細(xì)管壓力曲線基本無明顯的平直段，拐點(diǎn)較低，進(jìn)汞曲線水平長度大，說明最大連通孔喉半徑大，最大進(jìn)汞飽和度高，巖石小孔喉所占比例小(圖4)?？缀戆霃街狈綀D分布范圍寬，分選差。該類砂巖含有較多的火山噴發(fā)巖屑及一定量低變質(zhì)千枚巖、板巖和片巖等塑性組分，隨著埋藏深度加大，塑性組分受壓變形，顆粒之間由最早的點(diǎn)—線接觸變成線接觸和縫合接觸，原生孔隙大量減少，孔隙喉道變窄或閉合，孔喉分選性變差，致使孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性增大。但就本區(qū)而言，該類儲層物性好，屬于本區(qū)有利儲層。

2)II類(較低排驅(qū)壓力—較粗喉道型)

毛細(xì)管壓力曲線呈現(xiàn)明顯的平直段，拐點(diǎn)較高，曲線斜度較小，水平長度大，說明其排驅(qū)壓力較大，產(chǎn)出能力較低，最大進(jìn)汞飽和度較高，巖石中小孔喉所占比例較小?？缀戆霃街狈綀D呈單峰分布，分選好，喉道偏粗(圖5)。該類巖性主要為石英砂巖，抗壓實(shí)能力較強(qiáng)，致密化程度降低，孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙的連通性相對較好。此類儲層物性僅次于I類，儲集性能較好，屬于本區(qū)較有利儲層。

圖5 山西組II類毛細(xì)管壓力曲線圖

3)III類(中排驅(qū)壓力—中喉道型)

毛細(xì)管壓力曲線拐點(diǎn)高，斜度大，進(jìn)汞曲線水平長度短，說明最大連通孔喉半徑小，分選差，巖石中小孔喉所占比例大?？缀戆霃街狈綀D呈單峰分布，但孔喉偏細(xì)(圖6)。這類儲層缺少大孔隙，喉道窄小。

4)Ⅳ類(高排驅(qū)壓力—細(xì)喉道型)

毛細(xì)管壓力曲線拐點(diǎn)高，斜度大，接近45°，進(jìn)汞曲線水平長度小，最大進(jìn)汞飽和度小于50%，最大連通孔喉半徑比III類小，分選差，以小孔喉為主(圖7)。

總的來說，集義地區(qū)山西組儲層排驅(qū)壓力大、最大進(jìn)汞飽和度小，最大孔喉半徑小，粗孔喉占比例較小，孔喉半徑整體偏小，主要發(fā)育III、Ⅳ類孔隙結(jié)構(gòu)，儲集性能差。

圖6 山西組III類毛細(xì)管壓力曲線圖

圖7 山西組Ⅳ類毛細(xì)管壓力曲線圖

圖8 研究區(qū)山西組砂巖排驅(qū)壓力與孔滲關(guān)系圖

圖9 研究區(qū)山西組砂巖孔喉半徑均值與孔滲關(guān)系圖

圖10 研究區(qū)山西組砂巖孔喉分選系數(shù)與孔滲關(guān)系圖

表1 研究區(qū)山西組砂巖壓汞參數(shù)統(tǒng)計表

3 微觀孔隙結(jié)構(gòu)對物性的影響

巖石儲集與滲流空間由孔隙體積與喉道體積構(gòu)成，孔隙度和滲透率是巖石儲集與滲流能力的直觀反映[17]。

從物性與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系圖中(圖8～圖10)可以看出：

(1)孔隙度、滲透率均與排驅(qū)壓力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。即排驅(qū)壓力越小，孔隙度、滲透率越高。

(2)孔隙度和滲透率均與孔喉半徑均值呈正相關(guān)關(guān)系。即孔隙度、滲透率越大，孔喉半徑均值也越大。

(3)孔隙度、滲透率與孔喉的分選系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。即孔喉的分選系數(shù)越大、孔喉分選越差，孔隙度、滲透率反而越大。說明在低滲、特低滲儲層中以細(xì)喉道為主的情況下，發(fā)育的較粗喉道能有效提高孔隙度和滲透率。

4 結(jié)語

(1)鄂爾多斯盆地集義地區(qū)山西組砂巖儲層普遍具有排驅(qū)壓力偏高、喉道偏小、微裂縫不發(fā)育、孔喉連通性差的孔隙結(jié)構(gòu)，屬于典型的低孔—特低孔、特低滲儲層，儲層空間類型有殘余粒間孔、粒間溶蝕孔、格架顆粒內(nèi)溶孔、微孔隙。

(2)孔隙度、滲透率均與排驅(qū)壓力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與孔喉半徑均值呈正相關(guān)關(guān)系，與孔喉的分選系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。

(3)在低滲、特低滲儲層中以偏細(xì)喉道為主，其發(fā)育的較粗喉道能有效提高儲層孔隙度和滲透率。

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2016-12-16

楊帆(1981-)，男，陜西延安人，助理工程師，主要從事油氣勘探開發(fā)研究工作。

P618.130.2+1

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1004-1184(2017)03-0183-04