曹　雷，孫　衛(wèi)，盛　軍，沈孝秀，霍　磊

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西西安 710069；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系)

三塘湖盆地牛圈湖區(qū)塊微觀孔隙結(jié)構(gòu)對注水開發(fā)的影響

曹雷1，2，孫衛(wèi)1，2，盛軍1，2，沈孝秀1，2，霍磊1，2

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西西安 710069；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系)

摘要：通過分析鑄體薄片、掃描電鏡、高壓壓汞、恒速壓汞、可視化巖心水驅(qū)油等實驗資料，結(jié)合生產(chǎn)動態(tài)資料，研究了儲層巖石學(xué)特征差異、成巖作用差異、孔隙類型差異及其連通程度、孔喉配置關(guān)系、孔喉比、微裂縫等儲層微觀因素對三塘湖盆地牛圈湖區(qū)塊注水開發(fā)效果的影響。結(jié)果表明，研究區(qū)三個區(qū)塊孔隙類型單一，均以大孔隙為主，而喉道類型差異大，喉道差異是導(dǎo)致區(qū)塊之間注水效果差異大的主要原因。

關(guān)鍵詞：三塘湖盆地；牛圈湖區(qū)塊；西山窯組；微觀孔隙結(jié)構(gòu)；注水開發(fā)

1區(qū)域概況

牛圈湖油田位于新疆三塘湖盆地馬朗凹陷，其構(gòu)造特征整體為近東西向展布的寬緩背斜，南北兩側(cè)受背沖逆斷裂夾持，為典型的扇三角洲前緣沉積。西山窯組儲層西二段為牛圈湖油田侏羅系主力儲層，地層厚度平均為21.8 m，根據(jù)鉆井揭示及綜合研究結(jié)果，其油氣主要來源于下部蘆草溝組。牛圈湖區(qū)塊位于馬朗生烴凹陷的中北部，斷裂系統(tǒng)和各層組間的不整合面為下部烴源巖生產(chǎn)的油氣提供了有利通道。依據(jù)地層沉積特征，將西二段儲層進一步劃分為X21、X22、X23、X24四個小層，其中X22、X23為主力層系，該儲層具有典型的“低孔、低滲、低飽和度”特征，屬于典型的“三低油藏”。根據(jù)物性、油水系統(tǒng)等差異，把牛圈湖油田分為北區(qū)、南區(qū)和東區(qū)三個區(qū)塊，三個區(qū)各自存在一個構(gòu)造高點，以南區(qū)相對最高。并且南區(qū)物性相對最好，平均孔隙度為15.08%，平均滲透率為8.734×10-3μm2；東區(qū)次之，平均孔隙度為13.09%，平均滲透率為5.698×10-3μm2；北區(qū)物性最差，平均孔隙度為11.56%，平均滲透率僅為0.808×10-3μm2。

2油田開發(fā)現(xiàn)狀

三塘湖盆地侏羅系油藏蘊涵巨大的油氣資源量，牛圈湖區(qū)塊2007年投入開發(fā)，截至2011年11月，已完鉆各類井多達279口，其中油井總數(shù)為174口，注水井總數(shù)105口，油井開井生產(chǎn)162口，水井開井數(shù)為88口；日產(chǎn)液385.6 m3/d，日產(chǎn)油171.0 t/d，日注水1 447 m3/d，累計產(chǎn)油量27.18×104t，累計注水量343.46×104m3，采油速度0.32%，采出程度1.4%。但是，隨著開發(fā)進程的不斷加快，油藏生產(chǎn)狀況發(fā)生了變化，主要表現(xiàn)為注水壓力高、無水穩(wěn)產(chǎn)期短、含水率上升快，油井過早見水、注采關(guān)系不平衡，儲層微觀非均質(zhì)程度嚴重等突出問題，這些問題在不同程度上影響著牛圈湖油田的注水開發(fā)效果。因此，深入研究儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，對于從根本上解決上述注水開發(fā)中遇到的問題有著重要意義。

3注水開發(fā)效果影響因素分析

通過鑄體薄片、掃描電鏡、高壓壓汞、恒速壓汞、可視化巖心水驅(qū)油等實驗技術(shù)，從造成儲層的低孔低滲透的主要原因以及影響儲層物性的主要因素入手，剖析研究區(qū)儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)及其最終對注水生產(chǎn)開發(fā)的影響。

3.1巖石學(xué)特征差異

三塘湖盆地牛圈湖區(qū)塊侏羅系西山窯組儲層為扇三角洲前緣沉積，物源多，搬運距離短，沉積水動力條件差異大，火山噴所發(fā)帶來的凝灰質(zhì)分布不均勻，使得儲層巖石學(xué)特征差異明顯；儲層主要可溶性礦物長石、巖屑和凝灰質(zhì)含量的差異，以及后期溶蝕作用差異，最終導(dǎo)致了儲層物性的差異，從而在一定程度上影響注水開發(fā)。從表1中可以看出，三個區(qū)巖石學(xué)特征參數(shù)主要的差異體現(xiàn)在凝灰質(zhì)含量以及高嶺石相對含量上。砂巖中凝灰質(zhì)組分的構(gòu)造和含量對孔隙類型構(gòu)成及孔滲性能有著直接的影響[1]。黏土礦物高嶺石在注水開發(fā)過程中容易被注入水沖散，從而導(dǎo)致喉道堵塞，導(dǎo)致注入水波及范圍減小，影響注水開發(fā)效果。

表1　儲層巖石學(xué)特征參數(shù)對比表

3.2成巖作用差異

碎屑巖的一系列成巖變化，對碎屑巖型儲集巖的孔隙形成、保存和破壞起著極為重要的作用，對儲層物性有著決定性作用[2]。采用Bread方法對三個區(qū)塊原始孔隙度恢復(fù)計算，對各類成巖作用的孔隙演化進行分析[3-4]，結(jié)果表明三個區(qū)塊在原始孔隙度方面差距不大，造成物性最終差異的主要原因體現(xiàn)在差異壓實以及溶蝕強度的大小，壓實作用是造成儲層物性變差的首要因素，而溶蝕作用是改善儲層物性的首要因素，這兩種成巖作用的差異，導(dǎo)致了三個區(qū)塊孔隙類型、孔隙結(jié)構(gòu)上的差異，而這些最終又影響到了各區(qū)的注水開發(fā)效果(表2)。

3.3孔隙類型差異及其連通程度

通過對研究區(qū)三個不同區(qū)塊鑄體薄片和掃面電鏡照片分析可以看出，牛圈湖區(qū)塊砂巖儲層孔隙類型主要以殘余粒間孔、長石溶孔、巖屑溶孔為主，晶間孔次之，微裂縫偶見(表3)。北區(qū)遭受壓實作用最為強烈而其剛性顆粒石英含量又相對最低，決定了北區(qū)優(yōu)勢孔隙類型比例低，儲層物性相對最差。不同孔隙類型及其連通情況對儲層的滲流能力影響很大，會造成注水開發(fā)效果的明顯差異(表4)。在同樣的注水壓力條件下，殘余粒間孔、溶孔發(fā)育且連通狀況好的儲層，由于其孔隙半徑、喉道半徑大，連通性好，日吸水量及吸收強度大，注水開發(fā)效果明顯；長石、巖屑溶蝕孔發(fā)育且其連通性好，將很大程度改善儲層物性，提高儲層的滲流能力，各項注水開發(fā)指標將得到明顯改善；凝灰質(zhì)溶孔及高嶺石晶間孔孔道狹小，孔道常常只有一端開啟，導(dǎo)致連通性很差，削弱了儲層的滲流能力，注水開發(fā)過程中注入水很難波及和通過這類孔隙。

表2　研究區(qū)西山窯組孔隙演化數(shù)據(jù)

表3　西山窯組儲層孔隙類型數(shù)據(jù)

表4　孔隙類型及連通情況對注水開發(fā)效果的影響

3.4孔喉配置關(guān)系及孔喉比對注水開發(fā)的影響

根據(jù)李道品對于低滲透油藏孔隙級別的劃分標準[5](表5)，通過恒速壓汞實驗，得到各區(qū)塊儲層孔喉配置關(guān)系(表6)。可以看出，造成儲層孔喉配置關(guān)系差異的主要是喉道，孔喉比反映了儲層孔隙與喉道的非均質(zhì)程度，孔喉比越大，孔喉非均質(zhì)性越強，儲層的滲流能力越差，儲層流體難以被注入水有效驅(qū)替，注水開發(fā)效果差。由表7可以看出，北區(qū)的孔喉半徑比數(shù)值最大，其微觀孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)程度最強。北區(qū)的孔喉配置關(guān)系具有儲層微觀非均質(zhì)程度強、油水兩相滲流干擾嚴重等特點。在注水開發(fā)過程中，微細喉道毛管阻力大，注入水難以通過微細喉道進入大孔隙進行有效驅(qū)替，造成大孔隙中的油難以被驅(qū)替出來，導(dǎo)致產(chǎn)液產(chǎn)油量低、含水率高、采油速度慢、采出程度低。而毛管阻力大又造成了注水壓力高，增加注水成本。

表5　孔喉級別劃分標準

表6　研究區(qū)孔喉配置關(guān)系

表7　研究區(qū)儲層恒速壓汞實驗孔喉比特征參數(shù)

截至到2011年11月，北區(qū)平均單井日產(chǎn)油量為0.7 t，平均含水率高達79.2%，采油速度為0.21%，采出程度1.41%；南區(qū)和東區(qū)孔喉配置關(guān)系基本接近，孔喉非均質(zhì)程度較弱，其注水開發(fā)效果皆要好于北區(qū)，注水開發(fā)見效快，含水率低，穩(wěn)產(chǎn)時間長。南區(qū)平均單井日產(chǎn)油量為2.8t，平均含水率為32.2%，采油速度為0.62%，采出程度2.09%；東區(qū)平均單井日產(chǎn)油量2.5 t，平均含水率為21.1%，采油速度1.01%，采出程度為2.09%。

3.5微裂縫對注水開發(fā)的影響

微裂縫的存在對低滲儲層具有雙面影響：一方面，微裂縫的存在增加了低滲儲層的微觀非均質(zhì)程度；另一方面，微裂縫使孔隙的連通性變好，又增加了低滲儲層的滲流通道，改善了孔隙的滲流能力[6-10]。在注水開發(fā)過程中，對于低滲透油藏，微裂縫可以彌補滲透率的天然不足，提高儲層的吸水能力。但是對于孔喉非均質(zhì)程度高的儲層，微裂縫一旦形成滲流優(yōu)勢通道，注入水便會繞過大面積的基質(zhì)孔隙，使得注入水波及面積大大減少，驅(qū)替效果差，驅(qū)油效率低。

儲層中微裂縫除了部分正常開啟狀態(tài)的裂縫，還有一部分現(xiàn)今地層壓力條件下未開啟的隱性微裂縫，在注水開發(fā)過程中，注入壓力的升高，或者是開發(fā)前期的超壓注水都會打破壓力平衡關(guān)系，造成此類裂縫的重新開啟。這類裂縫一旦開啟形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，就會使得注入水推進具有極強的方向性，且推進速度極快，使得油藏表現(xiàn)出裂縫性油藏的特征。圖1為研究區(qū)北區(qū)p6-22井對應(yīng)注采關(guān)系圖，由于注水井p6-21、p6-23、p8-21超壓注水，使地層沿p6-22方向產(chǎn)生高壓注水縫，p6-22井2008年8月已暴性水淹，含水率達94%，地層壓力15.5 MPa，目前該井已關(guān)井。

圖1　北區(qū)p6-22井對應(yīng)注采關(guān)系

微裂縫在油藏注水開發(fā)中具有雙重作用，一方面可以提高油水滲流能力，使注水井達到配注，油井獲得效益開發(fā)；另一方面容易形成水竄，使采油井過早見水或水淹。油層經(jīng)過壓裂改造、注水開發(fā)特別是超壓注水后，地層中裂縫廣布。當注水井注入水水驅(qū)半徑與采油井裂縫半長之和等于或大于井距時，或者當注水井超壓注水產(chǎn)生的裂縫與采油井壓裂縫接通時，油井便開始見水甚至出現(xiàn)暴性水淹現(xiàn)象。

4結(jié)論

(1)巖石學(xué)特征的差異對注水開發(fā)的影響主要體現(xiàn)在剛性礦物、易溶性礦物以及黏土礦物的相對含量，剛性礦物含量高使得儲層在后期沉積壓實作用中可以保留更多的原始粒間孔，易溶蝕礦物含量高使得儲層在后期成巖作用中產(chǎn)生更多的次生溶孔，從而使得儲層的物性得以改善。黏土礦物諸如高嶺石，其充填孔隙后，雖然高嶺石晶間孔在一定程度上可以視為儲集空間和滲流通道，但它的存在增加了儲層的孔喉非均質(zhì)程度，進而影響水驅(qū)效率。

(2)成巖作用的差異造成儲層的后期改造程度不同，進而造成到儲層孔隙類型的不同，使得儲層在注水開發(fā)過程中表現(xiàn)出不同的水驅(qū)特征。

(3)微觀孔隙類型差異及連通程度決定了儲層中多相流體的分布及其在儲層中的滲流規(guī)律。研究區(qū)三個主要孔隙類型較為單一，級別均以大孔隙為主，喉道則類型多樣，級別差異大。喉道的差異是導(dǎo)致區(qū)塊之間滲流特征差異的主要原因?？缀淼呐渲藐P(guān)系以及孔喉比一定程度上反映了儲層的孔喉非均質(zhì)程度。微觀孔隙的非均質(zhì)程度造成了注水開發(fā)過程中水線推進不均勻、推進速度差異大、驅(qū)替效率低、注水開發(fā)效果差等生產(chǎn)矛盾。

(4)微裂縫是改善儲層滲流能力的重要因素，但是微裂縫的存在對于低滲透油藏的注水開發(fā)卻是喜憂參半，微裂縫分布的差異性以及隱性微裂縫的存在會給注水開發(fā)帶來諸多難題，合理利用微裂縫對于低滲透油藏的注水開發(fā)意義重大。

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編輯：李金華

文章編號：1673-8217(2016)01-0106-04

收稿日期：2015-09-14

作者簡介：曹雷，1991年生，2013年畢業(yè)于西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)為西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系在讀碩士，主要研究方向為低滲特低滲透儲層評價。

基金項目：國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(2011ZX05044)。

中圖分類號：TE331

文獻標識碼：A