汪新光,李 茂,覃利娟,蔣利平,李 明,孫 婷

(中海石油(中國）有限公司湛江分公司,廣東湛江 524057）

利用壓汞資料進(jìn)行低滲儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征分析
——以W11-7油田流沙港組三段儲層為例

汪新光,李 茂,覃利娟,蔣利平,李 明,孫 婷

(中海石油(中國）有限公司湛江分公司,廣東湛江 524057）

儲層孔隙結(jié)構(gòu)是影響低滲儲層微觀孔隙內(nèi)流體運(yùn)移與聚集的主要因素,決定了儲層的優(yōu)劣。以W11-7油田流沙港組三段儲層為例,應(yīng)用壓汞資料定性與定量研究儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征。研究結(jié)果表明,孔隙結(jié)構(gòu)分為三類,總體上具有“喉道細(xì)、分選差、連通性差”的特點,這種較差的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育特征是造成儲層呈低滲—特低滲的核心因素。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用多元判別方法優(yōu)選出排驅(qū)壓力、中值壓力、最大孔喉半徑、孔喉半徑均值、分選系數(shù)五類孔隙結(jié)構(gòu)分類評價參數(shù),并結(jié)合常規(guī)物性將儲層分為三類,其中Ⅱ、Ⅲ類是廣為發(fā)育的儲層。

壓汞資料;低滲儲層;孔隙結(jié)構(gòu);分類評價

砂巖孔隙結(jié)構(gòu)是指砂巖儲集層中的空間結(jié)構(gòu),包括孔隙大小和分布、孔隙和喉道的連通關(guān)系、孔隙的幾何形態(tài)和微觀非均質(zhì)特征、孔隙中黏上礦物成分及產(chǎn)狀等[1,2],目前,對其特征的描述主要還是依賴于實驗方法,包括室內(nèi)的壓汞法、半滲透隔板法、離心機(jī)法、掃描電鏡法和薄片分析等[3]。近年來,大量的勘探開發(fā)實踐表明,低滲油藏的比重在日益上升。對于這類油藏,用常規(guī)的孔隙度、滲透率描述儲集巖的特征是不夠的,因為控制儲層儲集性能和產(chǎn)能的因素是孔隙的形狀、大小及其分布,也就是油氣儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征控制和影響著流體在巖石中的流動分布特征、滲流特征、驅(qū)油效率,并最終決定著油氣藏產(chǎn)能的大小[4-7]。因此若要經(jīng)濟(jì)有效的開發(fā)好低滲油藏,對孔隙結(jié)構(gòu)的合理分析和評價尤為重要。文中主要以壓汞資料為基礎(chǔ),對W11-7油田流沙港組三段低滲儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征及分類評價進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。

1 儲層特征

W11-7油田流三段儲層屬于近物源、快速堆積的淺水扇三角洲沉積,巖性以粗砂巖,含礫中粗砂巖和砂礫巖為主,次為細(xì)砂巖。碎屑成份中石英占51.8%～83.0%,長石占 2.2%～20.1%,巖屑占0.4%～5.7%,以長石石英砂巖為主,其次為石英砂巖。膠結(jié)物含量低,為0.2%～4.0%,膠結(jié)物除了方解石、白云石、菱鐵礦、自生石英和自生高嶺石外,常出現(xiàn)微量黃鐵礦。泥質(zhì)含量0.7%～37.6%。砂巖顆粒呈點—線狀接觸,分選中等—差,磨圓為次圓—次棱狀,巖石結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度較低。儲層孔隙度在2.5%～23.6%之間,平均11.2%,滲透率一般在(1.0～672.0）×10-3μm2之間,平均 15.8×10-3μm2。儲層孔隙以次生孔為主,喉道主要為縮頸狀、片狀及彎片狀為主。從儲層物性特征來看,流三段為明顯的低孔低滲儲層,部分為特低孔特低滲。

2 孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)分析

在研究儲層孔隙結(jié)構(gòu)時,除應(yīng)用毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)特征進(jìn)行定性描述外,還要提取一些特征參數(shù)給予定量描述。本文選取了22個壓汞樣品,這些樣品較好的反映了W11-7油田流三段儲層特征。通過對所選樣品的壓汞資料進(jìn)行處理與分析,提取出表征孔隙結(jié)構(gòu)的三大類9種特征參數(shù),以探討其微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征,并進(jìn)一步分析了這類低滲儲層孔隙結(jié)構(gòu)與滲透率之間的關(guān)系(圖1）。

2.1 反映孔喉大小的特征參數(shù)

(1）最大孔喉半徑(Rmax）

最大孔喉半徑為沿毛細(xì)管壓力曲線平緩段作切線,與孔隙喉道半徑軸相交所對應(yīng)的值,反映滲流條件的好壞。流三段儲層最大孔喉半徑分布在0.29～11.85μm之間,平均3.61μm,最大孔喉半徑與滲透率呈很好的正相關(guān)性(圖1a）。

(2）孔喉半徑均值(Rz）

孔喉半徑均值為孔隙喉道大小總平均數(shù)的度量。流三段儲層孔喉半徑均值分布在0.08～3.03 μm之間,平均0.88μm,屬于細(xì)—微喉范疇?？缀戆霃骄蹬c滲透率呈很好的正相關(guān)性(圖1b）,但孔喉半徑均值較小,整體上直接影響儲層的物性,這是導(dǎo)致本區(qū)儲層低滲～特低滲的一個重要因素。

(3）大于0.1μm的孔喉累積進(jìn)汞量(Vr＞0.1μm）

大于0.1μm的孔喉累積進(jìn)汞量為喉道半徑0.1μm所對應(yīng)的汞飽和度值,該值越大,說明大孔喉連通的體積所占比例越大。流三段大于0.1μm的孔喉累積進(jìn)汞量在32.6%～80.8%之間,平均為62.4%,與滲透率呈較好的線性關(guān)系(圖1c）。

2.2 反映孔喉分選性的特征參數(shù)

(1）分選系數(shù)(Sp）

分選系數(shù)是儲層巖石樣品中孔隙喉道大小標(biāo)準(zhǔn)偏差的量度,它直接反映了孔隙喉道分布的集中程度。流三段儲層分選系數(shù)分布在0.07～4.25之間,平均值0.99,表明分選較差,但分選系數(shù)與滲透率之間存在很好的相關(guān)性(圖1d）,即隨著分選系數(shù)的增大,滲透率也增大。因此,相對于中高滲儲層而言,分選的好壞,對低滲儲層的影響不可忽視。

6）周邊腳手架應(yīng)從一個角部開始并向兩邊延伸交圈搭設(shè)；并應(yīng)按定位依次豎起立桿，將立桿與縱、橫向掃地桿連接固定，然后裝設(shè)第l步的縱向和橫向鋼管，隨校正立桿垂直之后予以固定，并按此要求繼續(xù)向上搭設(shè)。腳手架各桿件相交伸出的端頭均大于10cm，以防止桿件滑脫。

(2）變異系數(shù)(Cs）

將標(biāo)準(zhǔn)差作為算術(shù)平均數(shù)的百分比來表示,以說明樣品的分散程度。流三段儲層變異系數(shù)在0.76～1.79之間,平均1.03,與滲透率相關(guān)性不太明顯(圖1e）。

(3）歪度(Sk）

為孔喉頻率分布的對稱性參數(shù),反映喉道分布相對于平均值來說是偏大喉還是偏小喉。流三段儲層歪度分布在0.89～3.04之間,平均1.61,表明孔喉分布呈正偏態(tài),但與滲透率相關(guān)性并不明顯(圖1f）。對于這類分選不好的低滲儲層,局部的粗孔喉若不經(jīng)過建設(shè)性成巖作用的改造,很難成為有效孔喉,但是一經(jīng)改造,具有一定的連通性后,能夠極大的改善儲層局部位置的滲透性。

2.3 反映孔喉滲流能力的特征參數(shù)

(1）排驅(qū)壓力(Pd）

是指孔隙系統(tǒng)中最大連通孔隙喉道所對應(yīng)的毛細(xì)管壓力。排驅(qū)壓力與巖石滲透率有明顯的關(guān)系,滲透率高的巖樣,排驅(qū)壓力值就低,滲透率低的巖樣,排驅(qū)壓力值就高,它是劃分儲集巖儲集性能的主要指標(biāo)之一。流三段儲層排驅(qū)壓力在0.06～2.5 MPa之間,平均0.54 MPa,排驅(qū)壓力很高,表明流三段儲層滲透性很差。排驅(qū)壓力與滲透率呈明顯的負(fù)相關(guān)性(圖1g）,隨著排驅(qū)壓力的增大,滲透率減小。

(2）中值壓力(P50）

(3）退汞效率(We）

在限定的壓力范圍內(nèi),當(dāng)最大注入壓力降到最小壓力時,從巖樣中退出的汞體積占降壓前注入汞總體積的百分?jǐn)?shù),孔隙結(jié)構(gòu)是影響退汞效率的重要因素。流三段儲層退汞效率偏低,一般在14.7%～44%之間,與滲透率相關(guān)性不明顯(圖1i）。

由上述孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)特征分析可見,這類低孔低滲儲層具有較高的排驅(qū)壓力和中值壓力,孔喉半徑較小,孔喉分選性差,連通性不好,整體上表現(xiàn)出儲層孔隙結(jié)構(gòu)差、非均質(zhì)性較強(qiáng)的特征。

圖1 孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與滲透率關(guān)系Fig.1 Relationships between parameters of pore structure and permeability

3 孔隙結(jié)構(gòu)類型劃分

根據(jù)研究區(qū)壓汞樣品毛管壓力資料,以曲線形態(tài)和排驅(qū)壓力為基礎(chǔ),參考其他特征參數(shù),可將曲線分為3類(圖2）,均代表了不同類型的孔隙結(jié)構(gòu)特征。

(1）Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)(中排驅(qū)壓力細(xì)喉道偏粗型）:所統(tǒng)計的樣品中,這類樣品占3個。其排驅(qū)壓力一般小于0.08 MPa,中值壓力小于0.61 MPa。分選系數(shù)大于2.5,最大喉道半徑一般大于10.5μm,喉道中值半徑大于2.1μm。曲線位于圖的中部偏下,傾斜明顯,但有較短平臺。整個曲線表現(xiàn)出相對較低的排驅(qū)壓力,分選較中等,細(xì)喉道相對偏粗的特征。

(2）Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)(中排驅(qū)壓力細(xì)喉道型）:所統(tǒng)計的樣品中,這類樣品占13個。排驅(qū)壓力在0.08～0.22 MPa之間,平均0.175 MPa。分選系數(shù)在0.6～2.5之間,平均1.21。最大喉道半徑在3.4～10.5μm之間,平均5.11μm。喉道中值半徑一般在0.5～2.1μm之間,平均1.09μm。這種類型的曲線除了排驅(qū)壓力明顯大于Ⅰ類之外,其形態(tài)特征與Ⅰ類相似,位于圖的中部偏上,傾斜明顯無平臺或略有極短平臺。表明了一種細(xì)孔喉,分選相對較差的特征,孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變差。

(3）Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)(高排驅(qū)壓力微喉道型）:所統(tǒng)計的樣品中,這類樣品占6個。其排驅(qū)壓力大于0.22 MPa,中值壓力大于1.41 MPa。分選系數(shù)小于0.6,最大喉道半徑小于3.4μm,喉道中值半徑小于0.5μm。毛管壓力曲線位于圖的右上方,曲線傾斜無平臺。這些參數(shù)及形態(tài)特征表明了該類曲線所代表的孔喉分選極差,歪度明顯偏細(xì)。

圖2 流三段儲層不同孔隙結(jié)構(gòu)類型典型毛管壓力曲線和孔喉分布曲線與直方圖Fig.2 Classical capillary pressure curves and pore-throat distribution curves and rectangular figures with different pore structure of E2l3reservoir

根據(jù)22個壓汞樣品的毛管壓力資料統(tǒng)計結(jié)果,綜合上面分析,認(rèn)為流沙港組三段儲集層以Ⅱ、Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)特征分布最為常見,少量為Ⅰ類。

結(jié)合孔喉半徑分布頻率及滲透率貢獻(xiàn)值曲線來看,Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)的孔喉分布主要呈單峰型,峰位變動范圍較寬。這類儲層中,盡管喉道總體是以細(xì)喉道為主,但相對偏粗類型的喉道才是有效滲流通道。Ⅱ、Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)的孔喉分布主要呈雙峰型,這種雙峰的出現(xiàn)往往是由兩種(細(xì)喉偏粗型和微喉型）或兩種以上孔喉類型出現(xiàn)在同一巖樣中的反映。但從孔喉半徑對滲透率的貢獻(xiàn)值來看,偏粗喉道在滲流中占主導(dǎo)地位,極細(xì)喉道基本不能提供很好的滲流通道?？紫督Y(jié)構(gòu)的這種發(fā)育特征,是造成本區(qū)儲層具有低孔、低滲～特低滲的重要原因。

4 儲層分類評價

4.1 評價參數(shù)的篩選

儲層的分類評價應(yīng)著重考慮儲層對油氣的有效儲集能力和滲透性,因此,宏觀表征儲層儲集和滲流能力的孔隙度、滲透率是必不可少的參數(shù),微觀參數(shù)的獲取主要依靠壓汞資料。

為了從眾多的微觀參數(shù)中優(yōu)選一些主要參數(shù),利用多元逐步判別分析方法對表征儲層物性、孔隙結(jié)構(gòu)的11個參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選(表1）。分析表明,滲透率與排驅(qū)壓力、中值壓力、最大孔喉半徑、孔喉半徑均值、分選系數(shù)有很好的相關(guān)性,因此確定孔隙度(ф）、滲透率(K）、排驅(qū)壓力(Pd）、中值壓力(P50）、最大孔喉半徑(Rmax）、孔喉半徑均值(Rz）、分選系數(shù)(Sp）7個參數(shù)作為儲層分類評價的指標(biāo)。

4.2 儲層分類評價結(jié)果

據(jù)所選22塊壓汞樣品分析數(shù)據(jù),參考前人關(guān)于碎屑巖儲層特別是低滲儲層的劃分評價標(biāo)準(zhǔn)[8-10],確定本區(qū)流三段儲層以低滲、特低滲透儲層為主。又根據(jù)上述篩選的孔隙結(jié)構(gòu)評價參數(shù),結(jié)合常規(guī)物性進(jìn)一步將流三段這種低滲—特低滲儲層細(xì)分為以下3類(表2）:

表1 儲層物性與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)系數(shù)Tab.1 The correlation coefficient between reservoir property and pore structure parameters

Ⅰ類儲層:巖性為粗砂巖和少量砂礫巖及細(xì)砂巖。這類儲集層孔隙結(jié)構(gòu)屬于Ⅰ類,儲層孔隙連通性較好,滲流阻力較小。喉道半徑分布曲線以單峰型為主,主峰對應(yīng)著相對偏粗的喉道。物性相對較好,孔隙度一般大于18%,滲透率高于16.0×10-3μm2。這類儲層為本區(qū)較好的儲層,但在所代表的樣品中僅占13.6%。

Ⅱ類儲層:巖性為細(xì)砂巖及少量粗砂巖。該類儲集層孔隙結(jié)構(gòu)屬于Ⅱ類,儲層孔隙連通性偏差,滲流阻力明顯偏大。喉道半徑分布曲線為雙峰型,主峰對應(yīng)主滲流細(xì)喉道,另一個對應(yīng)微喉道,反映該類儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。物性略差,孔隙度一般在14%～18%之間,滲透率在(3.0～16.0）×10-3μm2之間。這類儲層在全區(qū)廣泛分布,占統(tǒng)計樣品的59.1%,是本區(qū)最主要的儲層類型。

Ⅲ類儲層:巖性為極細(xì)—細(xì)砂巖和粉細(xì)砂巖。該類儲集層孔隙結(jié)構(gòu)屬于Ⅲ類,連通性極差,滲流阻力極大,甚至不能形成有效流動。喉道半徑分布曲線略呈雙峰型,主峰以微喉道為主。物性極差,部分為特低孔特低滲,孔隙度一般小于14%,滲透率低于3.0×10-3μm2。這類儲層為本區(qū)極差的儲層,占統(tǒng)計樣品的17.3%。與前面兩類相比,這類樣品巖性明顯變得更為致密,巖心觀察顯示樣品含油級別極低,甚至為干層。

5 結(jié)論

(1）儲層孔隙結(jié)構(gòu)分為三類,以Ⅱ、Ⅲ類最為常見。總體上看,流三段儲層孔喉半徑偏小,屬于細(xì)喉—微喉范圍,喉道半徑分布范圍較廣,但對滲透率起主要貢獻(xiàn)的是相對偏粗喉道,相對偏細(xì)喉道基本上是無效通道。

(2）儲層具有較高的排驅(qū)壓力、中值壓力、孔喉半徑小、分選差及連通性不好等特征,這種較差的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育特征是造成本區(qū)儲層呈低滲—特低滲的主要原因。

(3）利用物性與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù),將流三段儲層分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類,其中Ⅱ、Ⅲ類是本區(qū)發(fā)育的主要儲層類型。總體而言,流三段屬于低滲—特低滲儲層,微觀非均質(zhì)性強(qiáng)烈,油田開發(fā)難度較大。

表2 流沙港組三段儲層分類評價Tab.2 The classification and evaluation of E2l3reservoir

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Analysis of pore structure characteristics of low permeability reservoir with mercury injection data——taking E2l3reservoir in W11-7 oilfield for example

Wang Xinguang,Li Mao,Qin Lijuan,Jiang Liping,Li Ming,Sun Ting
(Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Zhanjiang Guangdong524057）

Pore structure is the principal factor influencing the fluid migration and accumulation in microscopic pore of low permeability reservoir,by which,the quality of reservoir can be directly determined.Taking E2l3reservoir in W11-7 oilfield as an example,mercury injection data can be applied to qualitative and quantitative examination of the reservoir pore structure characteristics.The results show that the pore structure can be classified into three types,and characterized by small throats,poor sorting and poor porethroat connectivity,the bad pore structure is the principal factor causing low or super-low permeability of E2l3reservoir.Based on the multiple discriminant analysis method,the displacement pressure,median capillary pressure,max pore-throat radius,mean porethroat radius and sorting coefficient are optimally selected as pore structure classification evaluation parameters,and combining with property parameters,the E2l3reservoirs are classified as types I,II and III,and the reservoir of II and III types is widely developed.

mercury injection data;low permeability reservoir;pore structure;classification evaluation

TE122.2+3

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2011.01.042

1008-2336(2011）01-0042-06

2010-09-28;改回日期:2010-11-03

汪新光,男,1981年生,2008年獲中國地質(zhì)大學(xué)(武漢）碩士學(xué)位,現(xiàn)主要從事開發(fā)地質(zhì)研究工作。E-mail:wangxg3@cnooc.com.cn。