韓 進，孫 衛(wèi)，楊 波，樊秀江，吳彥君

(1.西北大學(xué) 大陸動力學(xué)國家重點實驗室/地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069；2.延安大學(xué) 石油工程與環(huán)境工程學(xué)院，陜西 延安 716000；3. 陜西省煤層氣開發(fā)利用有限公司，陜西 西安 710075；4.延長油田股份有限公司 七里村采油廠，陜西 延安 716000；5. 延長油田股份有限公司 寶塔采油廠，陜西 延安 716000；)

0 引 言

低滲透儲層最為特殊的是其孔隙結(jié)構(gòu)具有細(xì)孔細(xì)喉或細(xì)孔微喉的特征，這兩個參數(shù)對低滲透油藏的評價與開發(fā)具有非常重要的現(xiàn)實意義[1]。恒速壓汞法，壓汞過程接近于靜態(tài)過程，能區(qū)分孔隙和喉道，能獲取更精確的喉道、孔隙毛細(xì)管壓力曲線，從而有助于對儲層做出更準(zhǔn)確的評價[2]。測井技術(shù)是對地層中各種巖石宏觀物理性質(zhì)的反映[3-5]，能夠連續(xù)記錄鉆遇地層的各種巖石物理信息，不同的巖性、孔隙流體以及成巖相在對應(yīng)的測井響應(yīng)特征上反映均不相同[6]，因此可利用常規(guī)測井資料識別成巖相。

姬塬油田王盤山區(qū)塊主要在陜西省定邊縣和寧夏鹽池縣境內(nèi)，位于天環(huán)坳陷東岸、伊陜斜坡西部，發(fā)育有三角洲前緣水下分流河道和分流間灣[7]。研究區(qū)長61段為主力產(chǎn)油層，孔隙度平均值10.93%，滲透率平均值1.18×10-3μm2，屬于典型的低滲透油藏，開發(fā)難度較大。前人從巖石學(xué)、物性、沉積作用等方面對該區(qū)塊儲層特征進行了研究[8]，但從成巖相的角度分析研究儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及其測井響應(yīng)特征較少。本文通過鑄體薄片、掃描電鏡等實驗手段，利用恒速壓汞技術(shù)研究了不同成巖相儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，探討了不同成巖相微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征差異，并建立不同成巖相測井識別模板，有效評價儲層微觀地質(zhì)特征，為姬塬油田的高效開發(fā)提供微觀理論和科學(xué)依據(jù)[9]。

1 儲層巖石學(xué)特征

圖1 長61儲層巖石類型及成分圖Fig.1 Rock type and composition diagram of Chang 61 reservoir

依照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T5368-2000、SY/T5477-2003、SY/T6285-2011)[10-12]，通過對大量巖心觀察、鑄體薄片和掃描電鏡分析測試資料整理分析，儲層以細(xì)砂(68.92%)、極細(xì)砂(15.03%)為主，巖石類型以長石砂巖為主，巖屑長石砂巖次之(圖1)。粒徑為0.03～0.5 mm，分選中等—好，骨架顆粒磨圓度差，以次棱為主?？紫额愋鸵匀芸住ｉg孔和粒間孔—溶孔為主(44%)，微孔(23%)次之，膠結(jié)類型以加大—孔隙與孔隙—加大(58%)為主；碎屑成分中石英(29.94%)和長石(35.82%)含量較高，巖屑(12.05%)次之，其他成分主要為云母(7.89%)；填隙物為少量雜基類和自生礦類膠結(jié)物。

2 成巖相類型及其孔喉結(jié)構(gòu)特征

2.1 成巖相劃分

通過對大量鑄體薄片、掃描電鏡等測試資料進行研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合巖心照片，根據(jù)王盤山延長組長61低滲透砂巖儲集層的具體成巖作用類型，優(yōu)勢相(即薄片下鑒定獲得的對儲集層物性起主要作用的成巖作用以及成巖礦物組合特征)的原則[13]，將王盤山長61儲層的成巖相劃分為高嶺石+綠泥石膠結(jié)-粒間孔相、高嶺石膠結(jié)-溶孔+粒間孔相、綠泥石+高嶺石膠結(jié)-溶孔相、高嶺石膠結(jié)-溶孔相、伊利石膠結(jié)-溶孔相、碳酸鹽膠結(jié)致密相(圖2)等6種組合類型成巖相，物源均為東北方向，各成巖相儲層孔隙發(fā)育特征不同，具體特征見表1。

王盤山長61儲層高嶺石+綠泥石膠結(jié)-粒間孔相主要分布在研究區(qū)東部及東北區(qū)域，該相發(fā)育三角洲平原分流河道和水下分流河道，綠泥石膜含量較高(2.48%)，殘余粒間孔含量也最高(34.88%)。綠泥石膜一定程度上阻礙了壓實作用和膠結(jié)作用(圖3(a))，使大量原生粒間孔保留下來，該成巖相物性最好。該成巖相的排驅(qū)壓力和微觀均值系數(shù)(表2)為6類成巖相儲層中最小的。由表2和圖4可知該類成巖相儲層喉道半徑分布范圍最寬，為0.5～1.5 μm，喉道半徑集中對滲透率貢獻可達92%，孔喉半徑比最小，平均值為210.03。

高嶺石膠結(jié)-溶孔+粒間孔相主要發(fā)育于研究區(qū)北區(qū)及南區(qū)中部，為水下分流河道沉積微相，高嶺石是主要填隙物(圖3(b))，鐵方解石次之，該類成巖相中儲集空間以大量長石溶蝕所產(chǎn)生的次生溶孔為主(47.06%)。該成巖相排驅(qū)壓力為0.21 MPa，微觀均值系數(shù)及相對分選系數(shù)均較低，分別是0.02、0.72。相比于高嶺石+綠泥石膠結(jié)-粒間孔相，其喉道半徑偏小，對滲透率有貢獻作用的集中在0.6～1.3 μm之間，僅占喉道分布范圍53%，孔喉半徑比分布范圍為120～570，平均值為345。

表1 王盤山區(qū)塊長61儲層不同成巖相參數(shù)特征表

注:Ⅰ.水下分流河道；Ⅱ.分流間灣；F.長石；Q.石英；a.高嶺石；b.水云母；c.綠泥石；d.碳酸鹽；e.硅質(zhì)；①薄膜-加大；②薄膜-孔隙；③加大-孔隙；④孔隙；⑤孔隙-薄膜；⑥孔隙-加大；A.粒間孔；B.粒間孔-溶孔；C.粒間孔-微孔；D.溶孔；E.溶孔-粒間孔；F.微孔。

圖3 長61儲層不同成巖相掃描電鏡照片F(xiàn)ig.3 SEM photos of different diagenetic facies in Chang 61 reservoir

Table2Characteristicsparametersofmicro-porestructureofconstantratemercurypenetrationofdifferentdiageneticfaciesinChang61reservoir

成巖相喉道半徑平均值/μm孔隙半徑平均值/μm孔喉半徑比平均值主流喉道半徑/μm最大連通喉道半徑/μm總孔隙進汞飽和度 /%總喉道進汞飽和度 /%總孔/喉體積比 微觀均質(zhì)系數(shù)分選系數(shù)排驅(qū)壓力/MPa高嶺石+綠泥石膠結(jié)-粒間孔相0.49154.0153.0912.8510.6035.0640.720.860.012.370.07高嶺石膠結(jié)-溶孔+粒間孔相0.41164.63154.060.643.4426.0935.640.730.020.720.21綠泥石+高嶺石膠結(jié)-溶孔相1.06148.38153.910.991.4825.1945.590.550.030.350.50高嶺石膠結(jié)-溶孔相0.60149.32 282.930.160.8328.4829.840.950.040.160.88伊利石膠結(jié)-溶孔相0.50143.40327.190.170.6217.3425.600.680.050.121.18碳酸鹽膠結(jié)致密相0.87135.70321.230.010.453.0625.840.120.050.081.64

綠泥石+高嶺石膠結(jié)-溶孔相在研究區(qū)較發(fā)育，分布在東北及西部物源區(qū)。綠泥石含量為50.18%。隨著綠泥石薄膜厚度和膠結(jié)物含量的增加(圖3(c))，儲層有效孔隙和喉道的連通程度變差，剩余粒間孔大量喪失[14]，儲集空間主要以溶蝕產(chǎn)生的次生孔隙為主(31.52%)。綠泥石+高嶺石膠結(jié)-溶孔相較前兩者成巖相物性變差，排驅(qū)壓力、微觀均值系數(shù)增高，相對分選系數(shù)降低，其喉道半徑減小，孔隙半徑分布范圍與前兩類成巖相基本相同，孔喉半徑比偏高。

儲集空間主要為溶蝕次生孔隙的高嶺石膠結(jié)-溶孔相(圖3(d))和微細(xì)喉道存在絲縷狀伊利石[15]的伊利石膠結(jié)-溶孔相(圖3(e))發(fā)育于非主力生產(chǎn)區(qū)域，兩類成巖相儲層物性較差，平均孔隙度為9.04%，平均滲透率為0.23×10-3μm2。碳酸鹽膠結(jié)致密相儲層發(fā)育鐵方解石、鐵白云石等碳酸鹽膠結(jié)物，占該成巖相膠結(jié)物總量的8%以上，該成巖相粒間孔損失嚴(yán)重，彼此孤立的粒間孔與溶孔連通性極差，儲集性較差(圖3(f))，是本區(qū)最為不利的成巖相帶，視為無效儲層。

2.2 儲集成巖相的微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征

儲層沉積過程中的孔隙類型、孔喉特征等多因素的差異性，導(dǎo)致低滲透儲層地質(zhì)條件復(fù)雜，微觀孔隙結(jié)構(gòu)多樣性明顯，即儲層滲流能力并不只受孔隙大小、分布等單一因素的影響[16]，不同成巖相孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)差異性反映各成巖相微觀孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)部的非均質(zhì)性程度[17]。本次研究著重分析毛管壓力曲線、孔隙半徑、喉道半徑、孔喉半徑比等特征(圖5)。

2.2.1 毛管壓力曲線特征

現(xiàn)場遴選不同成巖相儲層中36塊巖心樣品進行壓汞實驗測試，實驗結(jié)果選取不同成巖相中具有典型性的6口井的毛管壓力曲線進行對比說明(圖5)，實驗結(jié)果表明Y146井、J68井、C95井、L37井、Y63井、Y245井進汞飽和度依次減少，曲線形態(tài)由略粗歪度向細(xì)歪度過渡，斜率增大，分選逐漸變差，孔隙、喉道整體減小或減少，孔喉匹配性變差，滲流阻力增大，物性逐漸變差。

高嶺石+綠泥石膠結(jié)-粒間孔相儲層粒間孔孔隙相對發(fā)育，孔隙、喉道相對較大，孔喉匹配關(guān)系及連通性較好，進汞飽和度達到67.71%，(圖5(a))。喉道進汞飽和度曲線與總孔喉進汞飽和度曲線延伸性較好，初期較平緩，該階段為優(yōu)勢孔隙結(jié)構(gòu)段，滲流儲集能力較好，當(dāng)壓力達到1.28 MPa，孔隙進汞飽和度達到22.99%時，孔隙進汞飽和度曲線尾部上翹，說明此時該相儲集空間由孔隙聚集轉(zhuǎn)變?yōu)楹淼罎B流通道。

高嶺石膠結(jié)-溶孔+粒間孔相中溶孔較發(fā)育，含有少量粒間孔相，總孔喉進汞飽和度曲線斜率略微增大，孔隙進汞飽和度為28.47%，喉道進汞飽和度為29.84%(圖5(b))，孔喉匹配關(guān)系及連通性變差。該相孔隙進汞飽和度較前一成巖相孔隙進汞飽和度相差較小，喉道進汞飽和度的差值是導(dǎo)致總進汞飽和度變小的主要因素，這也反映了喉道在儲層流體儲存及滲流過程中的重要性。

綠泥石+高嶺石膠結(jié)-溶孔相進汞飽和度進一步減小，降至42.94%，其中孔隙進汞飽和度為17.34%，喉道進汞飽和度為25.60%(圖5(c))。高嶺石膠結(jié)-溶孔相高嶺石膠結(jié)相儲層砂巖孔隙類型單一，只有部分溶孔，孔喉不連通，孔喉進汞飽和度低，有效孔喉體積小，使得絕大部分流體處于喉道中，成為束縛流體，該類成巖相進汞壓力明顯升高，總進汞飽和度只有48.52%，喉道進汞飽和度為35.79%，孔隙進汞飽和度為12.73%(圖5(d))，喉道為流體儲存主要貢獻者。

伊利石膠結(jié)-溶孔相中喉道進汞飽和度曲線與總進汞飽和度曲線近似平行，延伸長度相近，表明該類成巖相喉道為主要滲透率貢獻通道。該相喉道進汞飽和度為25.84%，孔隙進汞飽和度為3.05%(圖5(e))。碳酸鹽膠結(jié)致密相進汞飽和度為10.01%，孔隙進汞飽和度為0.29%(圖5(f))。

2.2.2 孔隙半徑分布特征

圖6 不同成巖相孔隙半徑與孔隙度、滲透率關(guān)系圖Fig.6 Map showing the relationship between pore radius, porosity, and permeability of different diagenetic facies

圖7 喉道半徑與滲透率關(guān)系圖Fig.7 Map showing the relationship between throat radius and permeability

如圖4(b)、圖6所示孔隙半徑比曲線形態(tài)整體呈現(xiàn)正偏態(tài)，碳酸鹽膠結(jié)致密相孔隙半徑在100～150 μm之間，其余成巖相孔隙半徑集中分布在110～180 μm之間，且隨著孔隙度、滲透率的降低，其孔隙半徑范圍依次變窄，不同成巖相孔隙半徑范圍縮小的順序與不同成巖相物性變差的順序非一一對應(yīng)關(guān)系，這說明了孔隙半徑與滲透率、孔隙度物性參數(shù)無規(guī)律性，圖6顯示其相關(guān)性較差。

2.2.3 喉道半徑分布特征

由圖4(a)得知，不同成巖相、不同代表樣品的喉道半徑分布曲線整體呈現(xiàn)出不等頻率的正態(tài)分布特征，喉道半徑大粗偏態(tài)低頻率分布，喉道半徑小細(xì)偏態(tài)高頻率分布，喉道半徑越小越呈尖峰正態(tài)。實驗結(jié)果表明不同成巖相隨著物性變差喉道半徑峰值逐漸減小，且頻率升高，表明隨巖石致密程度升高孔喉類型由復(fù)合型孔隙組合向單一為孔隙轉(zhuǎn)變，喉道連通孔喉體積減小，滲流通道集中且變窄。

喉道半徑與滲透率相關(guān)性較好(圖7)。喉道半徑與滲透率貢獻值圖反映出儲層物性較好的成巖相，喉道分選性好，大吼道均勻且集中，喉道半徑大、分布區(qū)間寬、曲線分布頻率低、曲線呈雙峰或多峰態(tài)；物性較差的成巖相，喉道較窄，對滲流有貢獻作用的喉道集中在單一范圍內(nèi)，分布頻率高、曲線呈單峰形態(tài)(圖4(d))。實驗結(jié)果表明喉道尤其是粗喉道對儲層流體滲流起主要貢獻作用。

2.2.4 孔喉半徑比分布特征

孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性越弱，孔喉半徑比越小，較大孔隙易被大吼道所包圍，孔隙內(nèi)流體排出時，滲流阻力較弱，油氣易通過這些大吼道連續(xù)排出，可動流體飽和度高[18]。

實驗測試結(jié)果顯示孔喉半徑比小，其分布曲線一般偏向細(xì)偏態(tài)，峰值頻率高；孔喉半徑比大，一般向粗偏態(tài)移動，峰值頻率低。不同成巖相孔喉半徑比集中分布在50～800之間，較孔隙半徑圖、喉道半徑圖整體呈現(xiàn)負(fù)偏態(tài)分布(圖4)。物性越好，成巖相儲層孔喉半徑比曲線負(fù)偏態(tài)特征越明顯；物性較差，成巖相儲層孔喉半徑比曲線向細(xì)偏態(tài)偏移。由此可知孔喉半徑比大喉道半徑小，且喉道半徑越小，孔喉半徑比對儲層的控制作用越明顯，毛管作用力越強，越不易于開發(fā)儲層。

3 不同成巖相儲層測井響應(yīng)特征

目前成巖相的識別與劃分主要是根據(jù)實驗資料的統(tǒng)計分析來完成，限于取心的成本考慮，導(dǎo)致一個地區(qū)的巖心薄片資料總是有限的[19]，因此需借助其他手段對所劃分成巖相進行評價、驗證。測井技術(shù)獲取的地層信息主要是地層的各種巖石物理性質(zhì)，且資料較全較準(zhǔn)，因此可在薄片分析確定成巖相的基礎(chǔ)上分析不同成巖相的測井曲線特征，建立成巖相測井識別標(biāo)準(zhǔn)，從而有效地評價成巖相[20-22]。

3.1 測井響應(yīng)特征

3.1.1 不同成巖相測井特征

受巖性影響，高嶺石+綠泥石膠結(jié)-粒間孔相的自然電位曲線特征表現(xiàn)為中-低值的箱形、鐘形，聲波時差以高值為主，自然伽馬主要表現(xiàn)為齒形，密度多表現(xiàn)為低值，根據(jù)鑄體薄片、物性資料統(tǒng)計，該類成巖相面孔率較高，孔、滲較好，礦場生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)表明該類成巖相產(chǎn)量較高(表3和圖8(a))。高嶺石膠結(jié)-溶孔+粒間孔相的自然電位曲線特征表現(xiàn)為高值的箱形，聲波時差也較高，該類成巖相面孔率相對較高(表3和圖8(b))。綠泥石+高嶺石膠結(jié)-溶孔相的自然電位曲線特征表現(xiàn)為中-低值的箱形，聲波時差值為高值，自然伽馬主要表現(xiàn)為齒形，密度多為低值(表3和圖8(c))。高嶺石膠結(jié)-溶孔相的自然電位曲線一般表現(xiàn)為低值，自然伽馬主要表現(xiàn)為齒形，該類成巖相面孔率偏低(表3和圖8(d))。伊利石膠結(jié)-溶孔相的自然電位曲線特征表現(xiàn)為中—低值的箱形、鐘形，聲波時差以高值為主，該類成巖相面孔率較低(表3和圖8(e))。碳酸鹽膠結(jié)致密相面孔率小于5%(表3和圖8(f))。

Table3Characteristicparametersofdifferentdiageneticfacies

成巖相范圍SP/mVGR/APIAC/(μs/m)DEN/(g/cm3)RT/(Ω·m)高嶺石+綠泥石膠結(jié)-粒間孔相最大值65.36128.34245.522.5631.54最小值46.3159.42212.682.429.21平均值51.6785.00231.382.4817.14高嶺石膠結(jié)-溶孔+粒間孔相最大值135.65175.50233.512.6492.32最小值123.0466.10190.592.4714.75平均值126.1990.37215.502.5332.04綠泥石+高嶺石膠結(jié)-溶蝕相最大值78.76143.85243.742.6030.09最小值59.6153.59216.332.4412.27平均值63.6177.23231.212.4920.03高嶺石膠結(jié)-溶蝕相最大值47.2287.92239.992.6220.22最小值35.2760.29209.702.468.06平均值38.9670.29229.372.5014.51伊利石膠結(jié)-溶蝕相最大值44.3198.36251.112.5328.76最小值33.0762.24208.482.375.72平均值36.2679.54239.192.4210.59碳酸鹽膠結(jié)致密相最大值97.5769.50238.822.6229.02最小值70.4563.26208.392.5012.70平均值81.8465.07228.402.5718.52

3.1.2 測井響應(yīng)模板建立

在對研究區(qū)所有薄片資料統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，進一步做散點圖分析，利用GR、AC、RT曲線，可將不同的成巖相以交會圖的形式區(qū)分開來[23]。在上述綜合統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，即可建立研究區(qū)不同成巖相判別標(biāo)準(zhǔn)，并可利用該標(biāo)準(zhǔn)對研究區(qū)的儲集層進行成巖相的識別，進行儲層成巖相分析。

圖9 儲集層不同成巖相測井曲線交會圖Fig.9 Cross plot of logging curves for different diagenetic facies in reservoirs

整體而言(圖9)由于泥土礦物富集測段放射性強度關(guān)系，黏土礦物充填相整體表現(xiàn)出中—高伽馬的特征，自然伽馬測井可作為判斷地層成巖相的依據(jù)。而聲波時差測井對于6類不同成巖相儲層敏感程度較弱。電阻率測井能夠輔助識別碳酸鹽膠結(jié)成巖相、黏土礦物膠結(jié)成巖相地層，結(jié)果受孔隙流體性質(zhì)的影響較大。

高嶺石礦物為主要充填相主要表現(xiàn)出高伽馬的特征，此外，由于高嶺石礦物導(dǎo)電性強，高嶺石礦物充填相一般表現(xiàn)為較低電阻，該成巖相發(fā)育層段的砂體具有中等聲波時差的特征。高嶺石+綠泥石-粒間孔相儲層中由于綠泥石膜的保護作用，在埋藏作用過程中容易保留較多的原生孔隙，原生孔隙的保留同時也有利于有機酸酸性水的注入，同樣有利于次生孔隙的產(chǎn)生，在AC測井曲線上表現(xiàn)為較高的聲波時差值。綠泥石襯邊+高嶺石-溶蝕相儲層物性較好，溶蝕孔發(fā)育，自然伽馬、中子測井、儲層密度相對較低，且中子和密度、孔隙度之間的差異較小，響應(yīng)特征歸結(jié)為“三低一小”。受伊利石呈孔隙充填式及襯墊式產(chǎn)出的影響，伊利石膠結(jié)-溶蝕相儲層的自然伽馬值較高，密度測井值低，對聲波時差反應(yīng)靈敏。碳酸鹽膠結(jié)相典型的測井響應(yīng)特征是低GR、低聲波時差和高電阻率值，電阻率上的尖峰一般也能指示碳酸鹽膠結(jié)相的存在。

整體而言王盤山長61儲層高嶺石+綠泥石膠結(jié)-粒間孔相保存有較好的原生孔隙，表現(xiàn)為較好的有利成巖相帶分布，可作為進一步拓展開發(fā)層段。

4 結(jié) 論

(1)根據(jù)成巖作用類型和強度、成巖礦物及其對儲集物性的影響，結(jié)合填隙物含量及面孔率等，將研究區(qū)低滲透砂巖儲集層劃分為6種成巖相:高嶺石+綠泥石膠結(jié)-粒間孔相，高嶺石膠結(jié)-溶孔+粒間孔相，綠泥石+高嶺石膠結(jié)-溶孔相，高嶺石膠結(jié)-溶孔相，伊利石膠結(jié)-溶孔相，碳酸鹽膠結(jié)致密相，孔隙結(jié)構(gòu)依次變差，前3種為原油富集的優(yōu)勢成巖相。

(2)恒速壓汞實驗結(jié)果及實驗參數(shù)相關(guān)性分析表明:不同成巖相儲層微觀孔喉特征存在明顯差異，優(yōu)勢成巖相儲層喉道半徑集中在0.6～1.4 μm，對滲透率貢獻值平均值為76%，喉道特征決定了儲層物性，影響地層流體滲流通道，孔喉半徑、孔喉半徑比參數(shù)的差異是導(dǎo)致微觀孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)部差異的決定性因素。

(3)利用成巖相測井識別技術(shù)，可以連續(xù)地劃分儲集層的成巖相類型，優(yōu)勢成巖相中高嶺石+綠泥石-粒間孔相聲波時差值較高，高嶺石膠結(jié)-溶孔+粒間孔相自然電位曲線為高值，綠泥石+高嶺石膠結(jié)-溶孔相自然伽馬表現(xiàn)為齒形，密度為低值；成巖相識別結(jié)果與物性分析和試油動態(tài)資料匹配良好，說明該測井成巖相分析可作為開展低滲透砂巖儲集層綜合評價及有利儲集巖發(fā)育區(qū)帶預(yù)測的方法之一。