特低-超低滲透砂巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)與物性的關(guān)系

特低-超低滲透砂巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)與物性的關(guān)系

低-低滲透砂巖儲(chǔ)層的性質(zhì)差異，以及空隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，這一觀點(diǎn)在中國得到了廣泛認(rèn)可。許多中國科學(xué)家從沉積和巖石形成的宏觀角度出發(fā)，關(guān)注不同沉積和巖石形成對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的影響[6、7、8、9、10、11、12和13]。同時(shí)，一些科學(xué)家研究了空隙結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)層官僚之間的變化關(guān)系。例如，孫偉等人討論了溶孔粒度孔的組合對(duì)短期滲透存儲(chǔ)層的物理影響。姜洪福等人討論了間隙度和間隙結(jié)構(gòu)的微觀特性對(duì)滲透率的影響。王瑞飛等人研究了鄂爾多斯盆地延伸組不同區(qū)域的超越孔及其微結(jié)構(gòu)特征對(duì)物質(zhì)的影響，楊縣長(zhǎng)等人研究了不同穿孔組合的性質(zhì)對(duì)低滲砂巖儲(chǔ)層的影響。然而由于研究目標(biāo)區(qū)儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和差異性,將前人的研究結(jié)果直接應(yīng)用于研究區(qū)似乎并不適合,而系統(tǒng)分析微觀孔喉特征對(duì)儲(chǔ)層物性的影響又決定著后期開發(fā)政策的制定?；谶@一考慮,本文綜合運(yùn)用物性分析、鑄體薄片、電鏡掃描和常規(guī)壓汞技術(shù)對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組三個(gè)區(qū)塊的特低-超低滲砂巖樣品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試,從微觀上剖析了孔喉特征對(duì)物性的影響程度,研究結(jié)果對(duì)于從本質(zhì)上了解制約特低-超低滲砂巖儲(chǔ)層物性的主要因素,篩選有利目標(biāo)區(qū)具有重要的理論指導(dǎo)意義。三個(gè)研究區(qū)為西峰油田合水區(qū)的長(zhǎng)8儲(chǔ)層、盤古梁的長(zhǎng)6儲(chǔ)層和姬塬的長(zhǎng)4+5儲(chǔ)層,分別位于鄂爾多斯盆地西南部、中部和中西部(圖1),三個(gè)區(qū)塊構(gòu)造平緩,西傾單斜背景上局部發(fā)育小型鼻狀隆起。1儲(chǔ)層物性參數(shù)分析通過分析儲(chǔ)層物性變化可以在一定程度上揭示微觀孔喉的變化特征。根據(jù)物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果,盤古梁長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔隙度、滲透率最高,分別為13.94%和1.70×10-3μm2,屬于特低滲儲(chǔ)層。合水區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層和姬塬長(zhǎng)4+5儲(chǔ)層的平均孔隙度分別為11.54%和11.31%,平均滲透率分別為0.84×10-3μm2和0.59×10-3μm2,屬于超低滲儲(chǔ)層。物性參數(shù)分析(表1)表明,姬塬長(zhǎng)4+5儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率級(jí)差最小,盤古梁長(zhǎng)6儲(chǔ)層的滲透率級(jí)差最大,合水區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層的孔隙度級(jí)差最大。在3個(gè)區(qū)塊中,姬塬長(zhǎng)4+5儲(chǔ)層的非均質(zhì)程度相對(duì)較弱(孔隙度和滲透率級(jí)差最小),綜合來看,三個(gè)區(qū)塊的孔隙度級(jí)差變化不大,但滲透率級(jí)差變化卻非常大,作者認(rèn)為這正是特低-超低滲儲(chǔ)層微觀孔喉特征差異性的一種表現(xiàn)。為了進(jìn)一步比較,對(duì)滲透率與孔隙度相關(guān)性進(jìn)行了分析,孔隙度反映儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能,而滲透率反映儲(chǔ)層的滲流能力,這兩個(gè)參數(shù)的相關(guān)性就可以直觀反映孔隙與喉道之間的配置關(guān)系。從結(jié)果來看(見圖2),滲透率與孔隙度都表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系,但相關(guān)系數(shù)存在明顯差異,相對(duì)而言盤古梁長(zhǎng)6儲(chǔ)層的相關(guān)性最好,合水區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層最差。由此可見特低滲透儲(chǔ)層孔隙、喉道的形狀、大小、連通情況等對(duì)物性的影響較大,孔喉結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,其物性影響因素就越多,物性的不同正是微觀孔喉特征差異性的一種具體表現(xiàn)。2選擇狹窄的喉嚨類型對(duì)物理差異的影響2.1主要類型2.1.1儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)以粒間孔為主根據(jù)鑄體薄片鏡下統(tǒng)計(jì),合水地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層孔隙類型主要以粒間孔、長(zhǎng)石溶蝕孔、巖屑溶蝕孔為主,晶間孔、微裂孔分布較少(表2、圖3-A～E)。盤古梁長(zhǎng)6儲(chǔ)層以粒間孔為主,長(zhǎng)石溶蝕孔和巖屑溶蝕孔次之(表2、圖3-F～H)。姬塬長(zhǎng)4+5儲(chǔ)層以粒間孔、粒間溶蝕孔、長(zhǎng)石溶蝕孔為主,巖屑溶蝕孔和晶間孔較少(表2、圖3-I～L)。相對(duì)而言,盤古梁長(zhǎng)6儲(chǔ)層粒間孔相對(duì)含量最高,達(dá)到了86.68%,合水區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層相對(duì)含量最小,為54.14%。姬塬長(zhǎng)4+5儲(chǔ)層溶蝕孔相對(duì)含量最高,為37.63%,其次為合水區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層,達(dá)到了32.88%,盤古梁長(zhǎng)6儲(chǔ)層最少,僅為13.32%。2.1.2儲(chǔ)層巖石顆粒及接觸類型126塊樣品高壓壓汞實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明,特低-超低滲透砂巖儲(chǔ)層喉道整體細(xì)小,分選系數(shù)、變異系數(shù)變化范圍大(表3)。依據(jù)鑄體薄片和電鏡掃描鏡下觀察,三個(gè)研究區(qū)塊儲(chǔ)層巖石顆粒分選中等,磨圓度多為次棱角-次圓狀,接觸類型以點(diǎn)-線狀、線-線狀、縫合線狀接觸為主,喉道類型以片狀喉道、彎片狀喉道及管束狀喉道居多,縮頸型喉道和孔隙縮小型喉道相對(duì)較少。片狀、彎片狀、管束狀喉道細(xì)小,形狀不規(guī)則,邊界層影響較大,原油容易滯留于角隅和“死孔”中,油水驅(qū)替過程中容易發(fā)生卡斷和繞流。2.2間孔與溶蝕孔上述分析可以看出,不同類型孔隙、喉道所組成的儲(chǔ)集空間,其物性(尤其是滲透性)存在較大差異。以粒間孔為主的儲(chǔ)層滲透性好,粒間孔發(fā)育,喉道粗,孔隙連通性較好,孔隙度大、滲透性好,如盤古梁長(zhǎng)6儲(chǔ)層。溶蝕孔是成巖作用的產(chǎn)物,若其與粒間孔之間連通較好,則形成較好的儲(chǔ)集空間,表現(xiàn)出孔隙度較大,滲透性較好的特點(diǎn),如合水區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層。而對(duì)于粒間孔和溶蝕孔相對(duì)都比較發(fā)育的儲(chǔ)層,若連通孔隙的喉道類型多為彎片狀和管束狀喉道(喉道整體細(xì)小),雖然滲透率之間差距不大,但滲透率值整體較小,如姬塬長(zhǎng)4+5儲(chǔ)層。3孔內(nèi)變化特征對(duì)物理差異的影響3.1影響喉嚨分布形式的決定3.1.1喉道分布特征三個(gè)研究區(qū)塊喉道半徑主要呈單峰、雙峰和多峰狀態(tài)分布,單峰喉道半徑分布集中,雙峰次之,多峰最分散(這主要是由于特低-超低滲透儲(chǔ)層復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu)類型造成)。雙峰、多峰態(tài)的喉道半徑分布要寬于單峰,滲透率明顯較大。三個(gè)區(qū)塊中,盤古梁長(zhǎng)6儲(chǔ)層喉道分選最差,分布形態(tài)以雙峰和多峰為主,進(jìn)汞曲線平緩段所占比例小(圖4-a、圖4-b),孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜,喉道分布范圍寬,大喉道所占比例大,滲透率大,這與其粒間孔的絕對(duì)和相對(duì)含量高有關(guān),粒間孔作為特低滲透儲(chǔ)層中最好的孔隙類型,對(duì)儲(chǔ)層物性的改善起到了關(guān)鍵作用。合水區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層喉道分選相對(duì)較差,分布以單峰和雙峰態(tài)為主,喉道分布范圍相對(duì)較寬,滲透率相對(duì)較大。而姬塬長(zhǎng)4+5儲(chǔ)層的喉道分選最好,主要呈單峰態(tài)分布(圖4-c、d),喉道分布范圍最窄,進(jìn)汞曲線平緩段所占比例最大,滲透性最差,這也說明特低-超低滲透儲(chǔ)層的喉道越細(xì)小、分布越均勻,對(duì)滲流不起作用或起極小作用的微細(xì)喉道所占比例就越大,滲透率越低。3.1.2儲(chǔ)層材料構(gòu)成對(duì)滲透率的影響根據(jù)喉道對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)曲線(圖4),進(jìn)汞飽和度差及峰值總是滯后于滲透率貢獻(xiàn)和峰值,且對(duì)滲透率貢獻(xiàn)最大的喉道半徑對(duì)應(yīng)的進(jìn)汞量卻不是最大。說明滲透率是一系列較大喉道的總體貢獻(xiàn),且對(duì)滲透率貢獻(xiàn)較大的喉道卻占據(jù)著較小的體積。根據(jù)恒速壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果,特低-超低滲砂巖儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)的差異主要體現(xiàn)在喉道上,而該類儲(chǔ)層喉道整體細(xì)小,小喉道含量高,較小的喉道控制著大部分儲(chǔ)集空間,但基本沒有滲流能力,這也是為什么孔隙度變化小而滲透率變化大的主要原因之一。同時(shí)比較發(fā)現(xiàn),隨著樣品滲透率的增大,滲透率貢獻(xiàn)峰值所對(duì)應(yīng)的喉道半徑明顯增大,而且小于該峰值的所有喉道對(duì)滲透率的總體貢獻(xiàn)逐漸減小,說明較大喉道分布越多,滲透率就越大,反映出特低-超低滲砂巖儲(chǔ)層滲透率主要由含量較少的較大喉道所貢獻(xiàn)的特點(diǎn)。圖5為最大孔喉半徑與物性相關(guān)性分析曲線,可以看出,最大孔喉半徑與滲透率的相關(guān)性較好,與孔隙度的相關(guān)性不明顯,當(dāng)最大孔喉半徑大于1μm時(shí),滲透率明顯增大,這也是對(duì)上述分析的一個(gè)驗(yàn)證。3.2孔本特征參數(shù)的影響3.2.1中值半徑對(duì)儲(chǔ)層滲透率的影響中值半徑是孔喉大小、分布趨勢(shì)的度量,該值越大,儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)越好。中值半徑與孔隙度之間基本不存在相關(guān)性,與滲透率之間表現(xiàn)出了一定的正相關(guān)關(guān)系,表明中值半徑對(duì)儲(chǔ)層滲透率的影響更為明顯。當(dāng)中值半徑小于0.1μm時(shí),樣品滲透率大部分集中在0.1×10-3～0.5×10-3μm2,當(dāng)中值半徑大于0.1μm時(shí),樣品滲透率明顯增大(圖6)。3.2.2基于形貌上的孔喉退汞效率滲透率與孔喉分選系數(shù)呈正相關(guān),孔隙度與分選系數(shù)之間沒有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)關(guān)系。隨著分選系數(shù)的增大,數(shù)據(jù)點(diǎn)“變散”,說明與滲透率的相關(guān)性“變差”,孔喉分選系數(shù)為2.0～3.0,滲透率較大(圖7)。這是因?yàn)?雖然此時(shí)孔喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性增強(qiáng),但大喉道數(shù)量增多,退汞主要由這些較大喉道來貢獻(xiàn),致使大量的汞滯留于連通性較差的細(xì)小孔喉中,退汞效率較低。同樣,在水驅(qū)油時(shí),將會(huì)有大量的剩余油被連通較差的孔喉所束縛,難以被驅(qū)替流出,水驅(qū)效果較差。3.2.3滲透率與變異系數(shù)隨著孔喉變異系數(shù)增大,孔喉非均質(zhì)性增強(qiáng);但滲透率參數(shù)增大。變異系數(shù)與孔隙度的相關(guān)性不明顯,與分選系數(shù)一致,隨著變異系數(shù)增大,滲透率數(shù)據(jù)點(diǎn)“變散”,相關(guān)性變差。變異系數(shù)為0.15～0.3,滲透率較大(圖8),可見變異系數(shù)太小或太大對(duì)儲(chǔ)層物性都不利,分選系數(shù)亦是如此。變異系數(shù)太小,喉道過于細(xì)小,小喉道所占比例較高,對(duì)滲透率起主要貢獻(xiàn)的較大喉道相對(duì)較少,滲透率較小;變異系數(shù)太大又會(huì)增加孔喉非均質(zhì)程度。3.2.4大喉道在孔喉中所占比例均值系數(shù)表示孔喉分布的平均位置,均值越小,總孔喉的平均值越大,大喉道在整個(gè)孔喉中越占優(yōu)勢(shì)。一般來講,對(duì)于中、高滲儲(chǔ)層,均值系數(shù)與物性之間的相關(guān)性較好,但由于特低-超低滲透砂巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,均值系數(shù)與物性之間并沒有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)關(guān)系(圖9)。3.3片計(jì)點(diǎn)分布結(jié)果微裂縫雖然不是油氣的主要儲(chǔ)集空間,但可以改善特低-超低滲透砂巖儲(chǔ)層的滲透性能,而且還可以控制次生孔隙空間的形成和分布,與此同時(shí)也加劇了物性(尤其是滲透率)之間的差異,微裂縫的孔隙度一般都非常小,但滲透率卻都比較高。以姬塬長(zhǎng)4+5儲(chǔ)層為例,巖石薄片計(jì)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)微裂縫發(fā)育的樣品其基巖孔隙度平均為10.64%,裂縫孔隙度平均為0.21%,僅為基質(zhì)孔隙度的1.97%;這些樣品的基質(zhì)滲透率平均為0.31×10-3μm2,裂縫滲透率平均為1.47×10-3μm2,為基質(zhì)滲透率的4.74倍(表4)?？梢娢⒘芽p對(duì)儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)作用不大,但微裂縫的發(fā)育對(duì)于滲透率的提高產(chǎn)生較大的貢獻(xiàn)作用。微裂縫的發(fā)育在毛細(xì)管曲線上也可以得到反映,據(jù)統(tǒng)計(jì)微裂縫樣品的排驅(qū)壓力一般都比較低,而分選系數(shù)都比較大,曲線平緩段不明顯或有波動(dòng)變化,最大進(jìn)汞飽和度和退汞效率均比較高。綜合3個(gè)區(qū)塊孔喉特征參數(shù)與物性的相關(guān)性分析來看,相對(duì)而言,分選系數(shù)、變異系數(shù)、中值壓力、中值半徑、排驅(qū)壓力、最大孔喉半徑對(duì)儲(chǔ)層物性(尤其是滲透率)的影響較大,儲(chǔ)層物性是多種因素共同影響的綜合反映,不同地區(qū)影響因素、影響程度存在一定差異。4儲(chǔ)層物性基因分析(1)不同類型孔隙、喉道所組成的儲(chǔ)集空間,儲(chǔ)層物性(尤其是滲透率)之間存在較大差異,物性差異正是孔喉特征差異性的一種具體表現(xiàn)。(2)喉道類