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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構特征及其與物性的關系

        2017-06-19 15:08:10朱建安白建林劉亮亮
        地下水 2017年3期
        關鍵詞:孔喉喉道物性

        楊 帆,王 鵬,朱建安,白建林,劉亮亮

        (陜西延長石油( 集團) 有限責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構特征及其與物性的關系

        楊 帆,王 鵬,朱建安,白建林,劉亮亮

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

        為科學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構特征及其對物性的影響,對定量表征儲層孔隙結構的主要參數(shù)進行了分析,并探討其與物性的關系。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、格架顆粒內溶孔、微孔隙、微裂縫等。根據砂巖毛細管壓力曲線形態(tài)和參數(shù)特征,將其劃分為低排驅壓力—粗喉型、較低排驅壓力—較粗喉道型、中排驅壓力—中喉道型、高排驅壓力—細喉道型等4種類型。砂巖孔隙度、滲透率均與排驅壓力呈負相關關系,與孔喉半徑均值呈正相關關系,與孔喉的分選系數(shù)呈正相關關系。低滲、特低滲儲層中以偏細喉道為主,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;孔隙結構;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注。隨著近年來勘探力度的加強,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)儲層劃分標準,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構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構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。

        1 儲層特征

        1.1 巖石學特征

        經大量巖心觀察描述,巖石薄片鑒定,研究區(qū)山西組主要發(fā)育灰色細砂巖、中砂巖,以及深灰色、灰黑色泥巖和砂質泥巖,膠結致密。砂巖以石英砂巖為主,次為巖屑石英砂巖,成分成熟度及結構成熟度相對較高,山2段見少量純石英砂巖。顆粒以細—中粒為主;夾粉砂—細砂,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、低級變質巖、火山巖等(圖2)

        山西組的膠結類型以孔隙式為主,偶見再生—孔隙式和連晶—孔隙膠結,巖性以中~粗粒砂巖為主,次為中—細粒、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 儲層微觀孔隙結構特征

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

        2.1 孔隙類型

        根據巖心鑄體薄片、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 孔隙結構特征

        砂巖孔隙結構是指孔隙和喉道的大小、連通情況、配置關系及演化特征。定量表征儲層孔隙結構的參數(shù)很多,主要包括孔喉大小、分選、連通性及控制流體運動的參數(shù)[13-14]。壓汞法是測定砂巖儲層孔隙結構重要手段[15-16]。利用壓汞法對研究區(qū)山西組砂巖孔隙結構進行分析,結果如表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,產出能力較低。

        圖4 山西組I類毛細管壓力曲線圖

        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;均質系數(shù)為0.33~0.67,平均為0.44;孔隙結構系數(shù)為0.07~2.89,平均為0.90。

        參數(shù)顯示山西砂巖孔隙結構具有較強非均質性。

        2.3.3 毛細管壓力曲線特征

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

        1)I類(低排驅壓力—粗喉型)

        毛細管壓力曲線基本無明顯的平直段,拐點較低,進汞曲線水平長度大,說明最大連通孔喉半徑大,最大進汞飽和度高,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—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,致使孔隙結構非均質性增大。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(較低排驅壓力—較粗喉道型)

        毛細管壓力曲線呈現(xiàn)明顯的平直段,拐點較高,曲線斜度較小,水平長度大,說明其排驅壓力較大,產出能力較低,最大進汞飽和度較高,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,抗壓實能力較強,致密化程度降低,孔隙結構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類毛細管壓力曲線圖

        3)III類(中排驅壓力—中喉道型)

        毛細管壓力曲線拐點高,斜度大,進汞曲線水平長度短,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。孔喉半徑直方圖呈單峰分布,但孔喉偏細(圖6)。這類儲層缺少大孔隙,喉道窄小。

        4)Ⅳ類(高排驅壓力—細喉道型)

        毛細管壓力曲線拐點高,斜度大,接近45°,進汞曲線水平長度小,最大進汞飽和度小于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)山西組儲層排驅壓力大、最大進汞飽和度小,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類孔隙結構,儲集性能差。

        圖6 山西組III類毛細管壓力曲線圖

        圖7 山西組Ⅳ類毛細管壓力曲線圖

        圖8 研究區(qū)山西組砂巖排驅壓力與孔滲關系圖

        圖9 研究區(qū)山西組砂巖孔喉半徑均值與孔滲關系圖

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

        表1 研究區(qū)山西組砂巖壓汞參數(shù)統(tǒng)計表

        3 微觀孔隙結構對物性的影響

        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]。

        從物性與孔隙結構參數(shù)的關系圖中(圖8~圖10)可以看出:

        (1)孔隙度、滲透率均與排驅壓力呈負相關關系。即排驅壓力越小,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關系。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)呈正相關關系。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構,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、格架顆粒內溶孔、微孔隙。

        (2)孔隙度、滲透率均與排驅壓力呈負相關關系,與孔喉半徑均值呈正相關關系,與孔喉的分選系數(shù)呈正相關關系。

        (3)在低滲、特低滲儲層中以偏細喉道為主,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

        B

        1004-1184(2017)03-0183-04

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