特低-超低滲透砂巖儲層微觀孔隙結(jié)構與物性的關系

特低-超低滲透砂巖儲層微觀孔隙結(jié)構與物性的關系

低-低滲透砂巖儲層的性質(zhì)差異，以及空隙結(jié)構的復雜性，這一觀點在中國得到了廣泛認可。許多中國科學家從沉積和巖石形成的宏觀角度出發(fā)，關注不同沉積和巖石形成對儲層性質(zhì)的影響[6、7、8、9、10、11、12和13]。同時，一些科學家研究了空隙結(jié)構和儲層官僚之間的變化關系。例如，孫偉等人討論了溶孔粒度孔的組合對短期滲透存儲層的物理影響。姜洪福等人討論了間隙度和間隙結(jié)構的微觀特性對滲透率的影響。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)構特征對物質(zhì)的影響，楊縣長等人研究了不同穿孔組合的性質(zhì)對低滲砂巖儲層的影響。然而由于研究目標區(qū)儲層微觀孔隙結(jié)構的復雜性和差異性,將前人的研究結(jié)果直接應用于研究區(qū)似乎并不適合,而系統(tǒng)分析微觀孔喉特征對儲層物性的影響又決定著后期開發(fā)政策的制定?；谶@一考慮,本文綜合運用物性分析、鑄體薄片、電鏡掃描和常規(guī)壓汞技術對鄂爾多斯盆地延長組三個區(qū)塊的特低-超低滲砂巖樣品進行了實驗測試,從微觀上剖析了孔喉特征對物性的影響程度,研究結(jié)果對于從本質(zhì)上了解制約特低-超低滲砂巖儲層物性的主要因素,篩選有利目標區(qū)具有重要的理論指導意義。三個研究區(qū)為西峰油田合水區(qū)的長8儲層、盤古梁的長6儲層和姬塬的長4+5儲層,分別位于鄂爾多斯盆地西南部、中部和中西部(圖1),三個區(qū)塊構造平緩,西傾單斜背景上局部發(fā)育小型鼻狀隆起。1儲層物性參數(shù)分析通過分析儲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)計結(jié)果,盤古梁長6儲層孔隙度、滲透率最高,分別為13.94%和1.70×10-3μm2,屬于特低滲儲層。合水區(qū)長8儲層和姬塬長4+5儲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,屬于超低滲儲層。物性參數(shù)分析(表1)表明,姬塬長4+5儲層的孔隙度和滲透率級差最小,盤古梁長6儲層的滲透率級差最大,合水區(qū)長8儲層的孔隙度級差最大。在3個區(qū)塊中,姬塬長4+5儲層的非均質(zhì)程度相對較弱(孔隙度和滲透率級差最小),綜合來看,三個區(qū)塊的孔隙度級差變化不大,但滲透率級差變化卻非常大,作者認為這正是特低-超低滲儲層微觀孔喉特征差異性的一種表現(xiàn)。為了進一步比較,對滲透率與孔隙度相關性進行了分析,孔隙度反映儲層的儲集性能,而滲透率反映儲層的滲流能力,這兩個參數(shù)的相關性就可以直觀反映孔隙與喉道之間的配置關系。從結(jié)果來看(見圖2),滲透率與孔隙度都表現(xiàn)出正相關關系,但相關系數(shù)存在明顯差異,相對而言盤古梁長6儲層的相關性最好,合水區(qū)長8儲層最差。由此可見特低滲透儲層孔隙、喉道的形狀、大小、連通情況等對物性的影響較大,孔喉結(jié)構越復雜,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物理差異的影響2.1主要類型2.1.1儲層結(jié)構以粒間孔為主根據(jù)鑄體薄片鏡下統(tǒng)計,合水地區(qū)長8儲層孔隙類型主要以粒間孔、長石溶蝕孔、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6儲層以粒間孔為主,長石溶蝕孔和巖屑溶蝕孔次之(表2、圖3-F～H)。姬塬長4+5儲層以粒間孔、粒間溶蝕孔、長石溶蝕孔為主,巖屑溶蝕孔和晶間孔較少(表2、圖3-I～L)。相對而言,盤古梁長6儲層粒間孔相對含量最高,達到了86.68%,合水區(qū)長8儲層相對含量最小,為54.14%。姬塬長4+5儲層溶蝕孔相對含量最高,為37.63%,其次為合水區(qū)長8儲層,達到了32.88%,盤古梁長6儲層最少,僅為13.32%。2.1.2儲層巖石顆粒及接觸類型126塊樣品高壓壓汞實驗測試結(jié)果表明,特低-超低滲透砂巖儲層喉道整體細小,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,三個研究區(qū)塊儲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-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較少。片狀、彎片狀、管束狀喉道細小,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6儲層。溶蝕孔是成巖作用的產(chǎn)物,若其與粒間孔之間連通較好,則形成較好的儲集空間,表現(xiàn)出孔隙度較大,滲透性較好的特點,如合水區(qū)長8儲層。而對于粒間孔和溶蝕孔相對都比較發(fā)育的儲層,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4+5儲層。3孔內(nèi)變化特征對物理差異的影響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-超低滲透儲層復雜的孔喉結(jié)構類型造成)。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。三個區(qū)塊中,盤古梁長6儲層喉道分選最差,分布形態(tài)以雙峰和多峰為主,進汞曲線平緩段所占比例小(圖4-a、圖4-b),孔喉結(jié)構復雜,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和相對含量高有關,粒間孔作為特低滲透儲層中最好的孔隙類型,對儲層物性的改善起到了關鍵作用。合水區(qū)長8儲層喉道分選相對較差,分布以單峰和雙峰態(tài)為主,喉道分布范圍相對較寬,滲透率相對較大。而姬塬長4+5儲層的喉道分選最好,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-超低滲透儲層的喉道越細小、分布越均勻,對滲流不起作用或起極小作用的微細喉道所占比例就越大,滲透率越低。3.1.2儲層材料構成對滲透率的影響根據(jù)喉道對滲透率的貢獻曲線(圖4),進汞飽和度差及峰值總是滯后于滲透率貢獻和峰值,且對滲透率貢獻最大的喉道半徑對應的進汞量卻不是最大。說明滲透率是一系列較大喉道的總體貢獻,且對滲透率貢獻較大的喉道卻占據(jù)著較小的體積。根據(jù)恒速壓汞實驗結(jié)果,特低-超低滲砂巖儲層孔喉結(jié)構的差異主要體現(xiàn)在喉道上,而該類儲層喉道整體細小,小喉道含量高,較小的喉道控制著大部分儲集空間,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。同時比較發(fā)現(xiàn),隨著樣品滲透率的增大,滲透率貢獻峰值所對應的喉道半徑明顯增大,而且小于該峰值的所有喉道對滲透率的總體貢獻逐漸減小,說明較大喉道分布越多,滲透率就越大,反映出特低-超低滲砂巖儲層滲透率主要由含量較少的較大喉道所貢獻的特點。圖5為最大孔喉半徑與物性相關性分析曲線,可以看出,最大孔喉半徑與滲透率的相關性較好,與孔隙度的相關性不明顯,當最大孔喉半徑大于1μm時,滲透率明顯增大,這也是對上述分析的一個驗證。3.2孔本特征參數(shù)的影響3.2.1中值半徑對儲層滲透率的影響中值半徑是孔喉大小、分布趨勢的度量,該值越大,儲層孔喉結(jié)構越好。中值半徑與孔隙度之間基本不存在相關性,與滲透率之間表現(xiàn)出了一定的正相關關系,表明中值半徑對儲層滲透率的影響更為明顯。當中值半徑小于0.1μm時,樣品滲透率大部分集中在0.1×10-3～0.5×10-3μm2,當中值半徑大于0.1μm時,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,孔隙度與分選系數(shù)之間沒有表現(xiàn)出明顯的相關關系。隨著分選系數(shù)的增大,數(shù)據(jù)點“變散”,說明與滲透率的相關性“變差”,孔喉分選系數(shù)為2.0～3.0,滲透率較大(圖7)。這是因為,雖然此時孔喉結(jié)構非均質(zhì)性增強,但大喉道數(shù)量增多,退汞主要由這些較大喉道來貢獻,致使大量的汞滯留于連通性較差的細小孔喉中,退汞效率較低。同樣,在水驅(qū)油時,將會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;但滲透率參數(shù)增大。變異系數(shù)與孔隙度的相關性不明顯,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“變散”,相關性變差。變異系數(shù)為0.15～0.3,滲透率較大(圖8),可見變異系數(shù)太小或太大對儲層物性都不利,分選系數(shù)亦是如此。變異系數(shù)太小,喉道過于細小,小喉道所占比例較高,對滲透率起主要貢獻的較大喉道相對較少,滲透率較小;變異系數(shù)太大又會增加孔喉非均質(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,大喉道在整個孔喉中越占優(yōu)勢。一般來講,對于中、高滲儲層,均值系數(shù)與物性之間的相關性較好,但由于特低-超低滲透砂巖儲層孔隙結(jié)構的復雜性,均值系數(shù)與物性之間并沒有表現(xiàn)出明顯的相關關系(圖9)。3.3片計點分布結(jié)果微裂縫雖然不是油氣的主要儲集空間,但可以改善特低-超低滲透砂巖儲層的滲透性能,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4+5儲層為例,巖石薄片計點統(tǒng)計結(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對儲集空間的貢獻作用不大,但微裂縫的發(fā)育對于滲透率的提高產(chǎn)生較大的貢獻作用。微裂縫的發(fā)育在毛細管曲線上也可以得到反映,據(jù)統(tǒng)計微裂縫樣品的排驅(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變化,最大進汞飽和度和退汞效率均比較高。綜合3個區(qū)塊孔喉特征參數(shù)與物性的相關性分析來看,相對而言,分選系數(shù)、變異系數(shù)、中值壓力、中值半徑、排驅(qū)壓力、最大孔喉半徑對儲層物性(尤其是滲透率)的影響較大,儲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儲層物性基因分析(1)不同類型孔隙、喉道所組成的儲集空間,儲層物性(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