孫雅雄，張 坦，丁文龍，姚 威，張 馳

1.中國(guó)石化 江蘇油田分公司，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；3.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214126；4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083

隨著常規(guī)油氣資源的日漸枯竭，非常規(guī)致密砂巖油氣逐漸成為熱門(mén)領(lǐng)域。致密砂巖油氣資源存在良好發(fā)展前景，開(kāi)發(fā)致密砂巖油氣必然成為許多國(guó)家能源安全計(jì)劃的重要組成部分[1]。中國(guó)致密油勘探在鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組和延安組、準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組及松遼盆地青山口—泉頭組等都取得了重大突破，形成了3個(gè)超億噸級(jí)規(guī)模儲(chǔ)量區(qū)[2-4]。其中，鄂爾多斯盆地吳起油田X區(qū)塊致密油可采儲(chǔ)量達(dá)到150.42×104t，具有一定的資源潛力。目前，該區(qū)勘探開(kāi)發(fā)已進(jìn)入滾動(dòng)擴(kuò)邊階段。侏羅系延安組延9、延10，三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6等主力油層段井網(wǎng)已基本完善。然而，鄂爾多斯盆地致密砂巖儲(chǔ)層普遍存在低孔、低滲、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響了產(chǎn)量及產(chǎn)能[5-7]。而油氣的運(yùn)移和富集與孔隙密度、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜性及微孔隙連通性密切相關(guān)[8-9]。因此，為了探究致密砂巖孔隙特征，本次研究運(yùn)用相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)試、圖像分析技術(shù)(DIA)和分形幾何學(xué)，旨在：(1)評(píng)估鄂爾多斯盆地吳起油田X區(qū)塊致密砂巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)特征；(2)根據(jù)MICP方法計(jì)算分形維數(shù)；(3)利用DIA確定孔隙幾何參數(shù)；(4)研究分形維數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)、幾何參數(shù)之間的關(guān)系；(5)量化沉積相及成巖作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的影響。其結(jié)果以期為致密砂巖儲(chǔ)層孔隙的研究提供科學(xué)參考與地質(zhì)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本次研究采集了12 塊來(lái)自鄂爾多斯盆地中西部吳起油田X區(qū)塊侏羅系延安組、三疊系延長(zhǎng)組的致密砂巖巖心樣品(圖1)。其中T-1、T-9、T-16 來(lái)自延安組延9油層組；T-3、T-7、T-11 來(lái)自延安組延10油層組；T-5、T-12、T-14來(lái)自延長(zhǎng)組長(zhǎng)4+5油層組；T-6、T-13、T-15來(lái)自延長(zhǎng)組長(zhǎng)6油層組。本區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡西部，區(qū)域構(gòu)造為一平緩的西傾單斜，地層傾角小于1°。該區(qū)延9亞段為三角洲平原亞相沉積，巖性以淺灰色細(xì)—中粒巖屑長(zhǎng)石砂巖為主；延10亞段為辮狀河道沉積，巖性以淺灰色中—細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石砂巖為主，少量長(zhǎng)石巖屑砂巖；長(zhǎng)4+5亞段為三角洲前緣亞相沉積，巖性以淺灰、灰色中—細(xì)長(zhǎng)石砂巖或巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，少量長(zhǎng)石巖屑砂巖；長(zhǎng)6亞段為三角洲前緣亞相沉積，巖性以淺灰、灰色細(xì)?！獦O細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖或長(zhǎng)石砂巖為主，少見(jiàn)長(zhǎng)石巖屑砂巖。

圖1 鄂爾多斯盆地吳起油田X區(qū)位置(a)及巖性柱狀圖(b)

1.2 實(shí)驗(yàn)

1.2.1 孔滲及孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)量

在中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院中央實(shí)驗(yàn)室利用高壓壓汞實(shí)驗(yàn)對(duì)12塊致密砂巖巖心的孔隙參數(shù)進(jìn)行了分析。壓汞實(shí)驗(yàn)采用Micromeritics公司Autopore IV壓汞儀，并依照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《巖石毛管壓力曲線的測(cè)定：SY/T5346—2005》進(jìn)行。測(cè)試壓力從0.008 8 MPa 增加到204 MPa，測(cè)量喉道范圍在0.006～360 μm 之間。高壓壓汞實(shí)驗(yàn)可得到孔隙度、滲透率等巖心物性參數(shù)，以及分選系數(shù)、變異系數(shù)、退汞效率(We)、平均孔喉比、最大喉道半徑等孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)(表1)。

表1 鄂爾多斯盆地吳起油田X區(qū)樣品壓汞數(shù)據(jù)

1.2.2 薄片鑒定

中海油工程技術(shù)分公司非常規(guī)實(shí)驗(yàn)中心利用其Leica DM4500PFCHG-013 偏光顯微鏡對(duì)12個(gè)致密砂巖薄片進(jìn)行鑒定，檢測(cè)過(guò)程遵循《巖石薄片鑒定：SY/T 5368—2000》標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)將所有樣品切片切割至2 cm×2 cm，并在分析前染色，鏡下觀察樣品巖性、礦物、孔隙結(jié)構(gòu)、膠結(jié)方式等，并對(duì)其巖性特征和孔隙空間類型進(jìn)行了定性描述和分類(表2)。

1.2.3 場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡分析

使用瑞華通正非常規(guī)油氣技術(shù)檢測(cè)(北京)有限公司的Quanta 200F FE-SEM，對(duì)12 個(gè)樣品做了電鏡分析，觀測(cè)面均為自然斷面，放大倍數(shù)可從300 增大至12 000 倍。SEM 觀察模式包括二次電子模式，背散射電子模式和吸收電子模式等。在這項(xiàng)研究中，采用觀察斷面效果較好的二次電子模式，能清晰反映樣品在納米尺度上的礦物組成及微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征。

1.2.4 全巖X衍射

在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)實(shí)驗(yàn)室利用X射線衍射方法對(duì)致密砂巖樣品的礦物組成進(jìn)行了分析。所有巖樣均研磨為細(xì)粉末，通過(guò)Panalytical X’PertPRO X射線衍射儀進(jìn)行分析，從而得到巖石中各礦物組分的含量(表2)。實(shí)驗(yàn)方法和依據(jù)參照我國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《沉積巖中黏土礦物和常見(jiàn)非黏土礦物X射線衍射分析方法：SY/T5163—2010》。

表2 鄂爾多斯盆地吳起油田X區(qū)樣品薄片觀察及全巖衍射數(shù)據(jù)

1.3 分形維數(shù)和數(shù)字圖像分析

1.3.1 利用壓汞法計(jì)算孔隙結(jié)構(gòu)的分形維數(shù)

壓汞測(cè)試早已被用于測(cè)量分形維數(shù)，截至目前已經(jīng)形成了幾種模型與方法。其中對(duì)于致密儲(chǔ)層，J函數(shù)曲線模型[10]在表征毛細(xì)管壓力和流體特征具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。依據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)[11]，此模型計(jì)算分形維數(shù)的公式為：

(1)

式中：S為給定半徑R處的累計(jì)孔隙體積，即進(jìn)汞飽和度；D為分形維數(shù)，介于2～3之間；f(f=Lp/L，Lp是孔長(zhǎng)度，L是流體流動(dòng)長(zhǎng)度)是毛細(xì)管的曲折度[12]；J即J函數(shù)，其定義為：

(2)

式中：Pc是毛細(xì)管壓力；K是滲透率；φ是孔隙度；接觸角θ為130°；表面張力σ為480 mN/m；Sw為含水飽和度。

1.3.2 數(shù)字圖像分析技術(shù)

分別對(duì)砂巖電鏡掃描圖像和偏光顯微鏡下的巖石薄片圖像進(jìn)行處理，得到巖石孔隙特征參數(shù)。其中來(lái)自偏光顯微鏡的圖像可以提供大孔隙度信息，而電鏡掃描圖像提供微孔信息。

圖像分割技術(shù)是數(shù)字圖像分析中的一個(gè)極其重要的過(guò)程。其核心目標(biāo)就是將所要研究的孔隙、微孔隙區(qū)域從整個(gè)背景中提取出來(lái)，以進(jìn)一步計(jì)算孔隙幾何參數(shù)。圖像分割技術(shù)包括區(qū)域分割方法[13]、閾值分割方法[14]、手動(dòng)分割方法[15]、閾值邊緣檢測(cè)方法等。其中閾值邊緣檢測(cè)方法在微孔分割中效果突出，本次研究采用該方法。

圖像分割原理就是將原始圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像(其中灰度范圍是0～255，0與255分別表示純黑色和純白色)，已確定孔隙區(qū)域和背景區(qū)域在灰度特性上的差異分析，根據(jù)差異選擇閾值，并以該閾值確定每個(gè)像素點(diǎn)處于目標(biāo)區(qū)域還是背景區(qū)域，進(jìn)而得到二值數(shù)據(jù)。然后，可用Image-Pro Plus 6.0對(duì)得到的二值數(shù)據(jù)進(jìn)一步參數(shù)化，得到周長(zhǎng)面積比(POA)，主要孔徑尺寸(DOMsize)，孔喉比(BTR)及顆粒平均圓度(γa)等參數(shù)。POA是圍繞孔隙空間的周長(zhǎng)之和與這些孔的面積之和的比率，可以被認(rèn)為是二維空間上等效于孔體積和孔表面之間之比的參數(shù)[16]。根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于不同比例的圖像，需要將其POA值進(jìn)行平均處理：

(3)

式中：CTS為薄片中孔隙空間的周長(zhǎng)；CSEM1.0K為放大1 000倍的FE-SEM圖像中孔隙空間的周長(zhǎng)，依此類推；ATS為薄片中的孔隙空間面積。

POA用于描述孔結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。通常較小的POA值表示簡(jiǎn)單的幾何形狀，而該值較大表示復(fù)雜的孔隙系統(tǒng)。主要孔徑尺寸(DOMsize)被確定為孔隙度占孔隙率的50%的孔徑的上邊界[17]。為了計(jì)算出這個(gè)參數(shù)，需要得出孔徑面積累積曲線，即由小到大的增加孔徑尺寸，并將他們的面積順需求和。因此，累積面積曲線上占總面積50%的孔徑閾值即是DOMsize。DOMsize描述了巖樣的孔徑范圍，并給出了孔隙網(wǎng)絡(luò)有效尺寸的良好指示。

孔體比(BTR)由從二維圖像提取的主要孔徑尺寸與孔徑測(cè)量值相關(guān)聯(lián)來(lái)確定[16,18]。這是DOMsize和臨界孔喉大小(Rc)之間的比率：

(4)

顆粒圓度(γ)由顆粒的周長(zhǎng)(C)與面積(A)之間的關(guān)系來(lái)確定，其計(jì)算公式為：

(5)

完美圓形的圓度值為1，且越接近于正圓圓度值越接近1。而γa反映了顆粒圓度的平均值，其值是由單個(gè)顆粒的圓度根據(jù)面積加權(quán)平均確定的。

(6)

2 結(jié)果

2.1 砂巖礦物特征及孔隙發(fā)育狀況

圖2 鄂爾多斯盆地吳起油田X區(qū)樣品巖心及薄片

延10亞段樣品呈細(xì)—中砂狀結(jié)構(gòu)，顆粒分選好，多呈點(diǎn)—短線接觸。其主要礦物為石英，平均值49.1%；次要礦物為長(zhǎng)石，平均值為16.3%。成分成熟度本區(qū)最低，Cm值為0.508～0.655，平均0.554?？紫稙樯倭吭ｉg孔和粒內(nèi)溶孔。喉道細(xì)小，多呈片狀或彎片狀。填隙物含量較高，包括黏土礦物、鐵白云石及次生石英等，嚴(yán)重堵塞孔隙空間，孔隙連通性極差。

長(zhǎng)4+5亞段樣品呈中粗砂狀結(jié)構(gòu)，較少細(xì)砂，顆粒分選好，多呈短線接觸。其主要礦物為石英，平均值49.4%；次要礦物為長(zhǎng)石，含量相對(duì)較低，平均值為13.3%。成分成熟度較低，Cm值為0.429～0.977，平均0.630。原生粒間孔局部剩余，孔隙以粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔為主，見(jiàn)高嶺石晶間孔。喉道呈點(diǎn)狀，孔喉比較大。表明巖樣原生孔隙雖遭壓實(shí)作用破壞，但溶蝕作用在一定程度上改善了儲(chǔ)層物性。填隙物含量較少，以黏土礦物和鐵白云石為主?？紫栋l(fā)育好—中等，連通性中等。

長(zhǎng)6 樣品呈細(xì)—極細(xì)砂狀結(jié)構(gòu)，含少量粗砂，碎屑顆粒略定向分布。其主要礦物為石英，平均為40.7%；次要礦物為長(zhǎng)石，平均為18.1%。成分成熟度本區(qū)最高，Cm值為0.576～0.700，平均值0.656?？紫栋l(fā)育較差，填隙物含量較高，以鐵白云石和黏土礦物為主，見(jiàn)石英次生加大和菱鐵礦。

2.2 孔隙類型及結(jié)構(gòu)特征

在高分辨率電子顯微鏡下，4個(gè)亞段的樣品顯示出微觀孔隙及結(jié)構(gòu)特征上的巨大差異(圖3)。

圖3 鄂爾多斯盆地吳起油田X區(qū)樣品掃描電鏡特征

延9亞段樣品整體來(lái)看原生粒間孔局部發(fā)育，孔道長(zhǎng)寬比多大于3，呈篩管狀，連通性較好。局部晶間孔和溶蝕孔發(fā)育，孔道長(zhǎng)寬比較小，呈球狀，數(shù)量較多，多數(shù)孤立分布彼此連通性差。發(fā)育少量自生礦物，如高嶺石、綠泥石等。

延10亞段樣品原生粒間孔不發(fā)育。次生孔隙有少量晶間孔和溶蝕孔，多呈球狀，彼此孤立分布連通性差。填隙物含量較多，片狀黏土礦物順層理分布。部分顆粒表面發(fā)育綠泥石膜，且綠泥石含量較高。

長(zhǎng)4+5亞段樣品原生孔隙局部剩余，呈篩管裝。次生溶蝕孔及晶間孔發(fā)育，可見(jiàn)粒表綠泥石、硅質(zhì)纖維及其他溶蝕產(chǎn)物，伊利石或伊蒙混層發(fā)育蜂窩狀晶間孔。顯微構(gòu)造見(jiàn)碎粒及石英破裂。表明該層段受壓實(shí)及溶蝕作用較強(qiáng)。

長(zhǎng)6亞段樣品總體來(lái)看，粒間孔不發(fā)育。粒間次生礦物類型多樣，有高嶺石、伊利石及黃鐵礦等，發(fā)育少量晶間孔。晶間孔多呈球狀，彼此孤立，連通性較差?？梢?jiàn)擠壓面及擦痕，說(shuō)明壓實(shí)作用很強(qiáng)，且晶間孔已嚴(yán)重?fù)p失。

2.3 孔隙結(jié)構(gòu)及分形維數(shù)

孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石所具有的孔喉的幾何形狀、大小、分布及相互連通關(guān)系[20]。根據(jù)12個(gè)致密砂巖樣品的壓汞(MI)測(cè)試可知，砂巖樣品較常規(guī)儲(chǔ)層相對(duì)致密，孔隙結(jié)構(gòu)較復(fù)雜?？紫抖葹?.6%～18.3%，平均值11.3%；滲透率為(0.003 2～61.269 5)×10-3μm2，平均值為5.769 ×10-3μm2。其中T-12樣品裂縫發(fā)育，導(dǎo)致其滲透率出現(xiàn)異常高值(61.269 5×10-3μm2)，排除異常值后滲透率平均值為0.724×10-3μm2。孔隙度和滲透率之間存在一定程度的線性關(guān)系(R2=0.70，排除掉一組異常值)，這與前人的結(jié)論一致[21](圖4)，表明砂巖樣品隨著孔隙度增大，孔隙結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，滲流特性變好。孔徑相對(duì)較小，主要在0.01～10 μm。此范圍內(nèi)的孔徑是壓汞實(shí)驗(yàn)中汞進(jìn)入巖樣的主要通道和儲(chǔ)集單元。

圖4 鄂爾多斯盆地吳起油田X區(qū)樣品孔隙度(φ)與滲透率(K)關(guān)系

孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)可歸結(jié)為3類，分別反映孔喉大小、分選、連通性。孔喉分布特征參數(shù)主要有分選系數(shù)(Sp)、歪度等[22]。根據(jù)壓汞測(cè)試結(jié)果，從致密砂巖樣品總體來(lái)看，分選系數(shù)平均0.670，歪度1.670，儲(chǔ)層孔喉分選程度較好，分布較均勻?？缀泶笮√卣鲄?shù)主要有最大孔喉半徑及平均孔喉比等。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，樣品的最大孔喉半徑分布范圍在0.027～12.570 μm之間，平均值為2.172 μm；平均孔喉比數(shù)值范圍在1.885～11.667之間，平均值為3.519，表明樣品孔喉半徑偏小。喉道多呈片狀和彎片狀，孔喉比較大?？缀磉B通性參數(shù)直接反映了儲(chǔ)層的滲流能力，包括中值壓力、退汞效率等。結(jié)果顯示，樣品的平均中值壓力為32.204 MPa、平均退汞效率為24.911%，中值壓力較高、退汞效率較低。結(jié)合電鏡分析可知，原生孔隙剩余較少，晶間孔多不連通，孔喉迂曲度較高。反映儲(chǔ)層孔喉連通性差、滲流能力較弱。

如圖5所示，基于“J曲線”模型可以得出LnS與LnJ之間的關(guān)系，其斜率(k=D-2)即反映樣品分形維數(shù)的大小。從圖5可以看出，曲線分成斜率完全不同的兩段，其中第一段(D1)的分形維數(shù)在3.0～9.0之間變化，而第二段(D2)的分形維數(shù)在2.0～3.0之間變化(表3)。從分形維數(shù)的定義上看，顯然第二段曲線斜率反映了樣品的真實(shí)孔隙結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)，第一段中分形維數(shù)與實(shí)際的偏差與壓汞儀的分辨率有關(guān)，是水銀侵入樣品造成的誤差，不能評(píng)估樣品的孔隙結(jié)構(gòu)特征。因此，分形維數(shù)(D2)可用于表征本研究中致密砂巖樣品的分形特征。12個(gè)樣品的分形維數(shù)結(jié)果如表1所示，所有相關(guān)系數(shù)均大于0.95，表明致密砂巖孔隙結(jié)構(gòu)符合分形理論。分形維數(shù)D的分布范圍為2.164～2.895，平均值為2.395。由于致密砂巖的分形維數(shù)越大，孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。因此，樣品空隙結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。

表3 樣品分形維數(shù)計(jì)算結(jié)果

2.4 數(shù)字圖像分析結(jié)果

利用數(shù)字圖像分析技術(shù)(DIA)對(duì)鑄體薄片圖像、掃描電鏡進(jìn)行分析，獲取樣品的孔隙幾何參數(shù)(表4)。其中孔徑大小的范圍為2.017～6.302 μm，平均值為4.012 μm，反映巖樣的主要孔徑尺寸較小，巖石致密。面積周長(zhǎng)比的范圍為536.580～1 854.432 mm-1，平均值為930.334 mm-1，表明孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜?？左w比是通過(guò)DOMsize與Rc計(jì)算得到的，其范圍為0.108～37.352，平均值為11.50。顆粒圓度的范圍為2.248～3.766，平均值為2.840。

3 討論

3.1 分形維數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系

砂巖樣品的分形維數(shù)D與孔隙度、滲透率均表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系(R2分別為0.53和0.71)(圖6a,b)。表明具有高分形維數(shù)的復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致巖石的滲流能力下降，而孔隙度較大的樣品，其原生孔隙剩余較多，溶蝕孔隙發(fā)育，黏土礦物等填隙物含量較少，孔隙連通性較好，孔隙結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單。平均孔喉半徑(Ra)表示巖樣孔喉半徑的平均值。分形維數(shù)D和平均孔喉半徑之間存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系(R2=0.76)(圖6c)?？紫逗秃淼赖奶卣鳑Q定了致密砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)特征，孔隙和喉道的直徑越大，砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)越好。隨著平均孔喉半徑的增大，大孔相對(duì)發(fā)育，從而降低了孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性。分選系數(shù)(Sp)與分形維數(shù)D之間存在極強(qiáng)的正相關(guān)性(R2= 0.91)(圖6d)。表明砂巖孔隙分選越好，均一性越強(qiáng)，孔隙結(jié)構(gòu)的自相似性越高；反之，孔隙結(jié)構(gòu)的自相似性越低，孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。退汞效率(We)是反映孔喉連通特性的重要參數(shù)，退汞效率與分形維數(shù)之間存在較弱的負(fù)相關(guān)(圖6e)，表明復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)影響退汞過(guò)程，導(dǎo)致流體在其中的滲流能力下降。

圖6 樣品分形維數(shù)與孔隙度(a)、滲透率(b)、平均孔喉半徑(c)、分選系數(shù)(d)以及退汞效率(e)的關(guān)系

3.2 分形維數(shù)與孔隙幾何參數(shù)的關(guān)系

圖7反映了分形維數(shù)與孔隙幾何參數(shù)的關(guān)系。POA與分形維數(shù)D存在很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系(R2=0.85)(圖7a)。POA的值本身表示孔隙的復(fù)雜性，這與分形維數(shù)D的意義是相近的，因此它們關(guān)系較強(qiáng)。POA值越小，則表明孔隙結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，流體滲流越容易；反之孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，流體滲流阻礙越大。DOMsize與分形維數(shù)D存在較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系(R2=0.72)(圖7b)，表明占支配地位的孔徑越大，孔隙結(jié)構(gòu)也就越簡(jiǎn)單，這再次驗(yàn)證了前面的結(jié)論。BTR值表示有多少孔隙空間有效地用于流體流動(dòng)。BTR值越高，則不可用于滲流的孔隙越多。BTR與分形維數(shù)D存在較好的正相關(guān)關(guān)系(R2= 0.62)(圖7c)，這表明BTR值越小，參與滲流的孔隙越多，孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)越簡(jiǎn)單?？傮w來(lái)看，致密砂巖巖樣具有低DOMsize、高POA、較低BTR的特性，表明其孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜和非均質(zhì)性較強(qiáng)的特點(diǎn)。

圖7 樣品分形維數(shù)與周長(zhǎng)面積比(a)、主要孔徑(b)以及孔體比(c)的關(guān)系

3.3 分形維數(shù)與沉積相的關(guān)系

沉積相對(duì)致密砂巖孔隙結(jié)構(gòu)具有一定控制作用。已知顆粒圓度能夠反映砂巖的結(jié)構(gòu)成熟度。顆粒越圓，沉積物的結(jié)構(gòu)成熟度越高。而常用石英與長(zhǎng)石加巖屑的比值作為成分成熟度(Cm)的標(biāo)志。因此，本次研究從成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度兩方面，量化描述沉積相與分形維數(shù)之間的關(guān)系。

從整體來(lái)看，顆粒圓度與分形維數(shù)存在強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系(R2=0.86)(圖8)，這表明顆粒磨圓越差，結(jié)構(gòu)成熟度越低，孔隙結(jié)構(gòu)也會(huì)相對(duì)復(fù)雜。而Cm與分形維數(shù)關(guān)系不明顯，這與本區(qū)儲(chǔ)層巖石整體成分成熟度較低(平均值不足1)，單個(gè)樣品之間差異不大有關(guān)。

圖8 樣品顆粒圓度與分形維數(shù)(a)和主要孔徑的關(guān)系(b)

從各個(gè)層位來(lái)看，本區(qū)延9、延10、長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6 四個(gè)亞段，其分形維數(shù)平均值分別為2.197，2.648，2.307，2.427。γa平均值分別為2.363，3.436，2.615，2.944，與分形維數(shù)呈強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系(R2=0.99)。而γa值與沉積環(huán)境密切相關(guān)。延9、長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6亞段分別為三角洲平原、前緣亞相沉積，因此整體磨圓較好。其中長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6亞段由于埋深較深，壓實(shí)作用較強(qiáng)，部分顆粒變形甚至破碎影響了其整體圓度，這一現(xiàn)象在電鏡中可以清晰地顯示出來(lái)。而延10亞段為辮狀河道沉積，且河道遷移迅速、穩(wěn)定性差，因此其磨圓較差，結(jié)構(gòu)成熟度較低。Cm平均值分別為0.631，0.554，0.630，0.656，與分形維數(shù)呈較弱負(fù)相關(guān)關(guān)系(R2=0.53)，從多個(gè)樣品綜合來(lái)看，Cm與分形維數(shù)具有一定相關(guān)性。而成分成熟度同樣與沉積環(huán)境有關(guān)，延9、長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6亞段均為三角洲相，搬運(yùn)距離較長(zhǎng)、水流篩選作用較強(qiáng)，成分成熟度較高。而延10亞段為辮狀河道相，搬運(yùn)距離較短，水流篩選作用較弱，因此成分成熟度偏低。

3.4 分形維數(shù)與成巖作用的關(guān)系

成巖作用一般包括沉積物的壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、結(jié)晶作用、淋濾作用等。而在不同沉積相中，成巖作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)也有著不同程度的影響。

延9亞段儲(chǔ)層埋深最淺，受壓實(shí)作用影響較小。顆粒之間呈點(diǎn)—短線接觸，原生粒間孔隙剩余較多。膠結(jié)作用主要表現(xiàn)為鐵白云石膠結(jié)。溶蝕作用主要表現(xiàn)為兩種，一種為長(zhǎng)石、巖屑等不穩(wěn)定顆粒溶蝕形成少量粒內(nèi)溶孔；另一種為高嶺石等不穩(wěn)定填隙物溶蝕形成少量粒間溶孔。總之，溶蝕對(duì)儲(chǔ)層的建設(shè)性改造作用較小。延9亞段儲(chǔ)層因原生孔隙剩余較多、連通性較好，因此，孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，分形維數(shù)最低。

延10亞段同樣埋深較淺，受壓實(shí)作用影響較小。但其受沉積相影響較大，泥質(zhì)雜基含量較多，鐵白云石膠結(jié)嚴(yán)重堵塞孔隙。溶蝕作用類似延9亞段，粒間及粒內(nèi)溶孔均少量發(fā)育。因此，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分形維數(shù)本區(qū)最高。

長(zhǎng)4+5亞段埋深較深，受壓實(shí)作用嚴(yán)重影響，原生粒間孔僅局部剩余。該層溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，掃描電鏡下可見(jiàn)不穩(wěn)定顆粒及填隙物被溶蝕形成的溶蝕產(chǎn)物，粒間溶蝕孔發(fā)育。且見(jiàn)硅質(zhì)碎屑，表明受到了濱湖的波浪淘洗作用，對(duì)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)具有一定改善。因此，本區(qū)長(zhǎng)4+5亞段孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，分形維數(shù)較低。

長(zhǎng)6亞段埋深最深，壓實(shí)作用影響最大，電鏡下見(jiàn)明顯擦痕及擠壓面，孔隙發(fā)育極差。膠結(jié)作用以鐵白云石膠結(jié)為主，嚴(yán)重堵塞孔隙空間。因其顆粒較細(xì)、壓實(shí)嚴(yán)重，且填隙物以鐵白云石和泥質(zhì)為主，溶蝕現(xiàn)象不發(fā)育，溶蝕孔數(shù)量較少。因此，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分形維數(shù)較高。

4 結(jié)論

(1)壓汞測(cè)試表明，所選砂巖巖樣孔隙結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，非均質(zhì)性較強(qiáng)，屬于致密儲(chǔ)層?？紫斗中尉S數(shù)與孔隙度呈較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與滲透率、平均孔徑及分選系數(shù)呈強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

(2)數(shù)字圖像分析結(jié)果表明，這些樣品具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性和復(fù)雜的孔結(jié)構(gòu)。分形維數(shù)與DOMsize呈強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與POA，BTR呈較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

(3)分形維數(shù)還與巖石的沉積環(huán)境及成巖作用有關(guān)。不同沉積環(huán)境的砂巖其粒度、分選、磨圓及填隙物種類和含量都會(huì)有較大的差別，且不同沉積環(huán)境的巖石也會(huì)遭到不同成巖作用的改造，這都對(duì)巖石的孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響。因此，沉積環(huán)境及成巖作用的差異會(huì)導(dǎo)致分形維數(shù)的值發(fā)生較大變化。

(4)本區(qū)延9亞段層結(jié)構(gòu)成熟度較高、成分成熟度較低，整體上物性最好；其埋深最淺，受壓實(shí)作用影響小，原生孔隙較多，連通性好，因而分形維數(shù)最低。延10亞段結(jié)構(gòu)成熟度、成分成熟度最低，物性最差；其受壓實(shí)作用影響小，溶蝕孔隙不發(fā)育，因此，分形維數(shù)最高。長(zhǎng)4+5亞段結(jié)構(gòu)成熟度較高、成分成熟度較低，整體物性較好；其受壓實(shí)作用較強(qiáng)，但溶蝕孔隙發(fā)育，因此，分形維數(shù)較低。長(zhǎng)6亞段結(jié)構(gòu)成熟度較低、成分成熟度較高；其受壓實(shí)作用最強(qiáng)，鐵白云石膠結(jié)嚴(yán)重，溶蝕現(xiàn)象不發(fā)育，因此分形維數(shù)較高。