江蓉蓉 李 濤 嚴(yán)煥榕 卜 淘

0 引言

致密砂巖氣藏在我國(guó)資源豐富，廣泛分布于四川、 鄂爾多斯、 塔里木和準(zhǔn)噶爾等盆地。川西侏羅系致密砂巖氣藏平面上分布廣泛，垂向上發(fā)育多個(gè)產(chǎn)氣層組，中統(tǒng)沙溪廟組、上統(tǒng)遂寧組、蓬萊鎮(zhèn)組均發(fā)育工業(yè)產(chǎn)層。中國(guó)石化已經(jīng)建成孝泉、新場(chǎng)、合興場(chǎng)、馬井、新都—洛帶、什邡和中江等多個(gè)大中型致密砂巖氣田[1-2]。準(zhǔn)確評(píng)價(jià)氣藏滲流能力是決定低滲氣藏開(kāi)發(fā)成功與否的關(guān)鍵因素。因此，在開(kāi)展?jié)B流能力分析評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上采取水平井、體積壓裂等先進(jìn)、適用配套技術(shù)和合理開(kāi)發(fā)方式[3-5]，是提高氣藏采收率、實(shí)現(xiàn)川西侏羅系致密砂巖低滲氣藏規(guī)模、有效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。侏羅系碎屑巖儲(chǔ)層平均孔隙度＜10%，平均滲透率＜0.1 mD，納米級(jí)孔喉占主體，是典型的低孔、低滲致密砂巖儲(chǔ)層[6]。儲(chǔ)層在巖石組分、儲(chǔ)集空間類(lèi)型、孔喉結(jié)構(gòu)方面具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，綜合分析儲(chǔ)層滲透性，評(píng)價(jià)氣藏滲流能力難度較大。本文對(duì)川西地區(qū)侏羅系各個(gè)層組不同氣藏開(kāi)展研究，在巖石組分、儲(chǔ)集空間類(lèi)型和儲(chǔ)層物性分析基礎(chǔ)上，分析微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征與儲(chǔ)層滲透率關(guān)系，研究致密砂巖低滲儲(chǔ)層滲流能力主控因素，為川西侏羅系致密砂巖氣藏勘探開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)特征及控制因素

1.1 儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型

川西侏羅系儲(chǔ)層主要孔隙類(lèi)型為殘余粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔（包括鑄?？祝⒕чg微孔。其中對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性貢獻(xiàn)最大的孔隙類(lèi)型為粒間溶孔、殘余粒間孔，兩類(lèi)孔隙超過(guò)總孔隙的80%。其中以粒間溶孔為主（圖1-a、b），發(fā)育少量殘余粒間孔。粒間孔隙發(fā)育特征，孔徑主要分布于10～60 μm間，平均值為16.14 μm。粒間溶孔主要是由于膠結(jié)物、黏土雜基和顆粒邊緣的溶蝕形成（圖1-c、d）。粒內(nèi)溶孔和鑄模孔也較發(fā)育，常見(jiàn)長(zhǎng)石和巖屑顆粒內(nèi)溶孔，偶見(jiàn)白云石粒內(nèi)溶孔，溶蝕強(qiáng)烈時(shí)，碎屑顆粒呈蜂巢狀或呈殘骸狀（圖1-e）或形成鑄?？祝▓D1-f、g）。

1.2 儲(chǔ)層喉道類(lèi)型與大小

孔喉結(jié)構(gòu)是指巖石具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布和連通關(guān)系[7]，對(duì)儲(chǔ)層滲流能力有重要影響。川西侏羅系儲(chǔ)層喉道類(lèi)型以片狀喉道、微喉道為主，部分高孔滲儲(chǔ)層發(fā)育點(diǎn)狀喉道。

1）點(diǎn)狀喉道：長(zhǎng)石顆粒強(qiáng)烈溶解，粒間溶孔發(fā)育時(shí)，在顆粒間形成的短而窄的點(diǎn)狀喉道（圖1-a、c、d、f）。這類(lèi)儲(chǔ)層孔隙較大，喉道也大，喉道半徑多大于2 μm，形成粗孔—粗喉的孔隙結(jié)構(gòu)類(lèi)型儲(chǔ)層，具高孔、高滲特點(diǎn)。

2）片狀喉道：砂巖在遭受壓實(shí)作用或壓溶作用時(shí)，晶體次生加大，其直接的結(jié)果就是導(dǎo)致存在于晶體與晶體之間的孔隙變窄，形成片狀喉道。沿顆粒邊緣發(fā)生溶蝕作用可以形成片狀或彎片狀喉道（圖1-b）。片狀喉道以中—粗喉道為主，喉道半徑0.06～2 μm之間分布。

3）微喉道：粒間孔隙被伊利石、蒙脫石充填后可片狀或彎片狀微喉道（圖1-h、k）。白云石晶體內(nèi)部溶蝕呈殘骸狀，可形成管狀微喉道（圖1-i）。微喉道的喉道半徑小，一般小于0.06 μm。這類(lèi)儲(chǔ)層表現(xiàn)為低孔、低滲特點(diǎn)。

1.3 儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)控制因素分析

川西侏羅系儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)特征主要受到巖石顆粒組分、成巖作用控制。巖石顆粒的大小、形狀、礦物組分對(duì)殘余粒間孔、溶蝕孔隙發(fā)育有重要控制。成巖作用控制原生孔隙保存和次生孔隙發(fā)育。

川西侏羅系儲(chǔ)層中的殘余粒間孔受顆粒影響較大。儲(chǔ)層石英和長(zhǎng)石的含量較高，顆粒為多邊形，殘余粒間孔多呈三角形（圖1-c、d），孔隙的特征與顆粒的大小、形狀及后期壓實(shí)程度有關(guān)。

溶蝕作用是侏羅系砂巖儲(chǔ)層次生孔隙形成的主要控制因素，溶蝕孔隙發(fā)育受顆粒礦物組分影響。碎屑顆粒中見(jiàn)較多的長(zhǎng)石，最易遭受溶蝕。長(zhǎng)石顆粒被溶蝕而發(fā)育各類(lèi)孔隙、喉道（圖1-a、b、e、f、g），長(zhǎng)石沿其內(nèi)部的解理縫發(fā)生溶蝕，形成片狀喉道或使喉道增大（圖1-e），沿著顆粒邊緣溶蝕形成粒間溶孔（圖1-a、b）； 粒間溶孔或鑄?？椎男螤睢⒋笮∈茴w粒控制，長(zhǎng)石顆粒易溶蝕形成方形鑄膜孔（圖1-f），孔隙較大，部分溶蝕，可形成片狀—縮頸喉道（圖1-b），這類(lèi)喉道半徑相對(duì)較大，以中—粗喉道為主。顆粒間有黏土礦物充填，使喉道變小，形成彎片狀微喉道（圖1-j）。受解理控制，礦物溶蝕呈殘骸狀（圖1-i），可形成片狀或管狀微喉道。侏羅系不同區(qū)塊、層段儲(chǔ)層的石英、長(zhǎng)石、巖屑含量有一定差異（圖2），是造成儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型和孔喉結(jié)構(gòu)差異的重要因素。

圖1 川西地區(qū)侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組儲(chǔ)層鑄體薄片與掃描電鏡下儲(chǔ)層特征圖

壓實(shí)作用的減孔強(qiáng)烈，是儲(chǔ)層致密化的重要因素之一，不同的壓實(shí)程度和不同的礦物接觸壓實(shí)，形成不同的孔隙和喉道類(lèi)型。壓實(shí)作用較弱原生粒間孔保留相對(duì)較好，長(zhǎng)石、石英點(diǎn)接觸，粒間孔、縮頸喉道發(fā)育。壓實(shí)作用較強(qiáng)，顆粒以線接觸為主，多發(fā)育片狀喉道，壓溶及塑性礦物壓實(shí)形成片狀微細(xì)喉道（圖1-k）。

膠結(jié)作用在川西侏羅系儲(chǔ)層發(fā)育程度中等。膠結(jié)物的成分、產(chǎn)狀多樣，其自生礦物成分主要有方解石（圖1-l）、各類(lèi)黏土礦物、次生石英、次生鈉長(zhǎng)石等；膠結(jié)作用使孔隙減少，形成喉道，黏土礦物的膠結(jié)形成片狀喉道（圖1-h、j）。不同礦物、不同產(chǎn)狀的膠結(jié)作用使得喉道的類(lèi)型多樣，大小不均，儲(chǔ)層滲流能力非均質(zhì)性變強(qiáng)。

圖2 川西侏羅系各個(gè)層組儲(chǔ)層砂巖碎屑組成三角圖注： Ⅰ- 石英砂巖；Ⅱ-長(zhǎng)石石英砂巖；Ⅲ-巖屑石英砂巖；Ⅳ-長(zhǎng)石砂巖；Ⅴ-巖屑長(zhǎng)石砂巖；Ⅵ-長(zhǎng)石巖屑砂巖；Ⅶ- 巖屑砂巖

2 滲透率與表征孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性特征

本文利用常規(guī)壓汞、恒速壓汞實(shí)驗(yàn)對(duì)喉道和孔隙的特征進(jìn)行研究，分析巖石喉道和孔隙大小及組合特征對(duì)儲(chǔ)層滲流能力的影響。常規(guī)儲(chǔ)層喉道半徑是控制儲(chǔ)層滲透能力關(guān)鍵參數(shù)[8-9]。對(duì)川西侏羅系致密砂巖分析表明，高滲儲(chǔ)層滲透率與常規(guī)壓汞喉道半徑均值的相關(guān)性較好，低滲儲(chǔ)層滲透率與喉道半徑均值的相關(guān)性較差。不同類(lèi)別儲(chǔ)層的滲透率與恒速壓汞得到的孔喉比值均具有較好相關(guān)關(guān)系。這一特點(diǎn)表明對(duì)于低滲透儲(chǔ)層，孔喉比參數(shù)相對(duì)孔喉半徑能更好地反映儲(chǔ)層滲透能力。

2.1 滲透率與喉道半徑的相關(guān)性在高滲段較好，低滲段差

通過(guò)常規(guī)壓汞實(shí)驗(yàn)分析不同滲透率值樣品的喉道半徑與滲透率的相關(guān)關(guān)系。喉道中值半徑與滲透率整體相關(guān)系數(shù)為0.73（圖3），從圖中可以看出，低滲儲(chǔ)層滲透率與喉道半徑均值的相關(guān)性很差，以滲透率0.5 mD為界限，低滲透率樣品的孔喉中值半徑與滲透率相關(guān)系數(shù)僅為0.42。高滲儲(chǔ)層滲透率與喉道半徑均值的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.92，相關(guān)性較好。表明隨著滲透率值的增大，喉道半徑與滲透率的相關(guān)性變好，說(shuō)明滲透率高的儲(chǔ)層，喉道半徑能較好反映儲(chǔ)層滲流能力，低滲儲(chǔ)層喉道半徑不能全面反映儲(chǔ)層的滲透性。

圖3 川西地區(qū)侏羅系儲(chǔ)層喉道半徑與滲透率相關(guān)關(guān)系圖

2.2 滲透率與孔喉比的相關(guān)性好

恒速壓汞實(shí)驗(yàn)不僅能夠得到喉道半徑、中值喉道半徑等常規(guī)壓汞的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還能夠分別獲得喉道半徑分布、孔隙半徑分布、孔隙—喉道半徑比分布等重要的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)[10-11]。分析表明川西侏羅系致密砂巖滲透率與孔喉比值具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.85（圖4）。進(jìn)一步按不同類(lèi)別儲(chǔ)層（吼道及滲透率）統(tǒng)計(jì)滲透率與孔喉比值關(guān)系，兩者之間的相關(guān)系數(shù)較總體的相關(guān)性進(jìn)一步提高，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9左右（圖5）。表明川西侏羅系致密砂巖低滲儲(chǔ)層的孔喉比值是儲(chǔ)層滲流能力評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要參數(shù)。

圖4 川西侏羅系致密砂巖儲(chǔ)層滲透率與孔喉比值關(guān)系

3 孔喉比與滲透率關(guān)系特征及控制因素分析

圖5 川西侏羅系不同類(lèi)別儲(chǔ)層滲透率與孔喉比值關(guān)系

川西致密砂巖儲(chǔ)層孔喉比值與滲透率具有較好的相關(guān)性。通過(guò)對(duì)孔、喉匹配關(guān)系分析，認(rèn)為孔喉比值不僅反映了儲(chǔ)層喉道孔隙特征，還能表征孔隙與喉道匹配的均勻程度。因此，孔喉比分析能夠更好地反映致密砂巖低滲儲(chǔ)層滲流能力。開(kāi)展孔隙、喉道及孔隙和喉道匹配關(guān)系綜合分析，能夠更好地分析致密砂巖低滲儲(chǔ)層滲流能力

恒速壓汞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵悦?xì)管束模型為基礎(chǔ)，可以假設(shè)多孔介質(zhì)由大小不同的喉道和孔隙組成，更符合致密砂巖儲(chǔ)層小—微孔隙、喉道的結(jié)構(gòu)特征[12]。前面分析表明低滲儲(chǔ)層滲透率與喉道半徑相關(guān)性較差（圖3），但與恒速壓汞得到的孔喉比值具有較好相關(guān)關(guān)系（圖4），按不同儲(chǔ)層類(lèi)別統(tǒng)計(jì)滲透率與孔喉比值相關(guān)系數(shù)較總體進(jìn)一步提高（圖5）。分析發(fā)現(xiàn)上述特點(diǎn)主要是由于低滲儲(chǔ)層的孔隙、喉道類(lèi)型多樣，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜。低滲儲(chǔ)層的喉道多為細(xì)—微喉，當(dāng)儲(chǔ)層的孔隙度和喉道半徑一定的時(shí)候，孔喉比值小，表明孔隙半徑也小，孔隙度一定的前提就決定了孔隙的數(shù)量多，相應(yīng)喉道的數(shù)量也多，孔隙和喉道匹配均勻程度高，儲(chǔ)層的滲透性較好。反之，孔喉比值大，表明孔隙半徑大，孔隙度一定的前提就決定了孔隙的數(shù)量少，相應(yīng)喉道的數(shù)量也少，大的孔隙與少量細(xì)—微喉道連通，孔隙和喉道匹配均勻程度較差，儲(chǔ)層滲透性較差。

新場(chǎng)、馬井、什邡3個(gè)氣田蓬萊鎮(zhèn)組儲(chǔ)層孔隙度分布范圍相近（表1），但新場(chǎng)、什邡地區(qū)滲透率中值為0.42 mD和0.29 mD，顯著高于馬井地區(qū)的滲透率中值0.17 mD。3個(gè)地區(qū)滲透率的差異主要是由于儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)差異造成的。新場(chǎng)、什邡地區(qū)儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型比較單一，以原生粒間孔、粒間溶孔為主，儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)和均質(zhì)性較好，滲透率較高，孔滲相關(guān)性也較高，相關(guān)系數(shù)為0.7以上（圖6）。馬井地區(qū)儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型較多樣，包括晶間微孔、粒間孔、粒內(nèi)孔等，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，孔喉結(jié)構(gòu)均質(zhì)性較差，儲(chǔ)層滲透率較低，孔滲相關(guān)性也較低，相關(guān)系數(shù)僅為0.58。可以看出，孔喉結(jié)構(gòu)均質(zhì)性是影響儲(chǔ)層滲透率的重要因素。結(jié)合前面常規(guī)壓汞分析滲透率與孔喉半徑關(guān)系分析，發(fā)現(xiàn)高滲儲(chǔ)層具有較好的孔、滲相關(guān)性和孔喉半徑與滲透率相關(guān)性。二者相關(guān)性一致的特征表明，儲(chǔ)層孔隙、喉道的大小及其匹配共同控制了儲(chǔ)層的滲流能力?？缀肀戎的軌蜉^好反映孔隙、喉道特征及其匹配均勻程度。因

表1 川西地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組致密砂巖孔隙度、滲透率統(tǒng)計(jì)表

圖6 川西新場(chǎng)、什邡、馬井地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組孔隙度、滲透率分布關(guān)系圖此，致密砂巖儲(chǔ)層滲透率與孔喉比值總體上具有更好的相關(guān)關(guān)系。

川西蓬萊鎮(zhèn)組實(shí)驗(yàn)分析與實(shí)際產(chǎn)能情況也能夠表現(xiàn)出上述特征。孝蓬105井儲(chǔ)層孔喉比值較小，滲透率和測(cè)試無(wú)阻流量較高，什邡2井儲(chǔ)層孔喉比值較大，滲透率和無(wú)阻流量，明顯較孝蓬105井低（圖7）。孝蓬105井樣品（井段1 160.4 m）為細(xì)粒巖屑砂巖，孔隙度13.69%，什邡2井樣品（井段1 531.4 m）同樣也為細(xì)粒巖屑砂巖，孔隙度11.12%，2個(gè)樣品孔隙度差別不大。孝蓬105井樣品，孔喉比平均值為149.2，孔喉匹配的均勻程度較好，孔隙半徑平均值 145.2 μm，喉道半徑平均值1.17 μm，孔隙半徑略小，喉道半徑較粗，為大孔細(xì)喉型孔喉匹配，測(cè)試滲透率為1.217 mD，測(cè)試天然氣無(wú)阻流量為5.33×104m3/d。什邡2井樣品，孔喉比平均值為530.6，孔喉匹配的均勻程度較差，孔隙半徑平均值165.1 μm，喉道半徑平均值0.37 μm，孔隙半徑略大，喉道半徑較細(xì)，為大孔微喉型孔喉匹配，測(cè)試滲透率為0.551 mD，測(cè)試天然氣無(wú)阻流量為2.27×104m3/d。

圖7 川西蓬萊鎮(zhèn)組孔喉比值、滲透率與產(chǎn)能情況關(guān)系圖

4 結(jié)論

1）川西侏羅系致密砂巖儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)類(lèi)型多樣。主要孔隙類(lèi)型為殘余粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間微孔，喉道類(lèi)型以片狀喉道、微喉道為主，部分高孔滲儲(chǔ)層發(fā)育點(diǎn)狀喉道。儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)特征主要受到巖石顆粒組分、成巖作用控制。巖石顆粒大小、形狀、礦物組分對(duì)殘余粒間孔、溶蝕孔隙發(fā)育有重要控制，成巖作用控制原生孔隙保存和次生孔隙發(fā)育。

2）川西侏羅系致密砂巖高滲儲(chǔ)層滲透率與常規(guī)壓汞喉道半徑相關(guān)性較好，低滲儲(chǔ)層滲透率與喉道半徑相關(guān)性較差。表明低滲儲(chǔ)層喉道半徑不能全面反映儲(chǔ)層的滲透性。不同類(lèi)別儲(chǔ)層滲透率與恒速壓汞得到的孔喉比值均具有較好相關(guān)關(guān)系。

3）川西侏羅系致密砂巖儲(chǔ)層的孔隙、喉道類(lèi)型多樣，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲(chǔ)層滲透性不僅與喉道半徑相關(guān)，也受喉道與孔隙的匹配控制。孔喉比值能較好地反映低滲致密砂巖儲(chǔ)層滲流能力，是因?yàn)榭缀肀戎挡粌H反映了儲(chǔ)層喉道、孔隙特征，還能表征孔隙與喉道匹配的均勻程度。

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