程秋萌，陳世悅，鄢繼華

滄東凹陷孔二段致密砂巖儲集層微觀孔喉結(jié)構特征

程秋萌，陳世悅，鄢繼華

（中國石油大學地球科學與技術學院，山東青島266580）

應用薄片觀察、場發(fā)射掃描電鏡、物性分析、壓汞分析和激光共聚焦顯微鏡觀察等手段，對渤海灣盆地黃驊坳陷滄東凹陷孔店組二段致密砂巖儲集層巖石學特征、儲集空間類型、儲集層物性及孔喉分布特征進行了研究。結(jié)果表明，孔二段儲集層主要為巖屑石英砂巖和巖屑砂巖，儲集空間以次生溶蝕孔隙和晶間微孔隙為主，含少量殘余原生孔隙和裂縫，平均孔隙度為7.71%，平均滲透率為0.59 mD，屬于特低孔超低滲儲集層。儲集層的孔喉結(jié)構較差，孔喉多呈孤立狀分布，連通性較差。儲集層的孔隙半徑相差不大，多數(shù)為100～200 μm；喉道半徑相差較大，多屬于微米—納米級別。儲集層的滲流能力主要受喉道半徑、頻數(shù)及分布形態(tài)的控制。對孔二段致密砂巖儲集層的開發(fā)應采取保護喉道的改造工藝，才能取得更好的開發(fā)效果。

渤海灣盆地；黃驊坳陷；滄東凹陷；孔店組；致密砂巖；儲集層；孔喉結(jié)構；孔喉參數(shù)

隨著勘探開發(fā)技術的不斷進步，致密砂巖儲集層在油氣勘探中已經(jīng)取得了突破性的進展。致密砂巖一般指孔隙度小于10%，空氣滲透率小于1 mD（基質(zhì)滲透率小于0.1 mD）的砂巖［1］。由于致密砂巖儲集層的儲集物性極差，儲集空間多樣，孔喉結(jié)構復雜，因此勘探開發(fā)的難度和風險較大。滄東凹陷古新統(tǒng)孔店組二段是盆地內(nèi)主要的烴源巖和致密油聚集層段?？锥沃旅苌皫r普遍發(fā)育微米—納米級孔隙，前人對于孔二段砂巖的研究多集中于沉積相和成巖作用等方面，對儲集層尤其是孔喉結(jié)構的研究較為薄弱?？缀硖卣餮芯坑欣诿鞔_孔二段儲集層的儲集性能及其后期改造。GX井、GY井和WZ井是滄東凹陷內(nèi)3口致密油氣藏重點探井，均連續(xù)取心，為致密砂巖儲集層的研究奠定了基礎。筆者應用薄片分析、掃描電鏡、激光共聚焦顯微鏡觀察和壓汞測試等技術手段，對孔二段致密砂巖孔喉結(jié)構特征進行精細表征，以期對滄東凹陷孔二段致密砂巖儲集層評價及油氣勘探開發(fā)有所借鑒。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

滄東凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷南部，是大港油田第二大富油凹陷，勘探面積4 700 km2，夾持于徐黑凸起和滄縣隆起之間，北接孔店凸起，為一個南西—北東向的狹長形斷陷。滄東凹陷的構造演化主要經(jīng)歷了裂陷階段（古近紀）和熱沉降階段（新近紀）。控盆邊界斷層伸展方向、活動強度和活動時期的不同，造成了盆地結(jié)構南、北明顯的差異。北部由于滄東斷裂和徐黑斷裂的活動，造成了孔店構造帶隆升，形成了“兩凹夾一隆”的構造格局；南部為一個持續(xù)沉降的斜坡區(qū)。滄東凹陷次級構造單元包括孔店構造帶、舍女寺斷鼻帶、孔東斜坡、孔西斜坡、南皮斜坡、孔東次凹和孔西次凹［3］（圖1）。

圖1　滄東凹陷構造單元（修改自文獻［3］）

滄東凹陷從始新世開始接受沉積，古近紀發(fā)育孔店組、沙河街組、東營組，新近紀發(fā)育館陶組和明化鎮(zhèn)組，第四紀發(fā)育平原組。其中孔店組總厚度大于2 000 m，自下而上分為孔三段（E2k3）、孔二段（E2k2）和孔一段（E2k1），孔二段自下而上又可分為，和共4個亞段［4］。孔二段以深湖—半深湖沉積的暗色和灰綠色泥頁巖為主，泥頁巖層段發(fā)育紋層狀白云巖和白云巖透鏡體，砂巖主要發(fā)育在和.

2　儲集層巖石學特征

滄東凹陷孔二段儲集層主要為巖屑石英砂巖和巖屑砂巖。長石以斜長石為主，鉀長石含量稍低；巖屑主要為中酸性噴出巖巖屑，偶見燧石和變質(zhì)石英巖巖屑。填隙物以方解石和方沸石膠結(jié)物為主，少量石英次生加大。雜基含量較低，以泥質(zhì)為主。黏土礦物主要為伊利石和伊蒙混層，綠泥石含量相對較低。儲集層以粉砂巖和細砂巖為主，粒級0.03～0.37 mm，分選較差—中等，顆粒磨圓以次棱角—次圓狀為主，接觸關系以點-線接觸為主，凹凸接觸不發(fā)育。膠結(jié)類型多為孔隙式，部分為基底式。

3　儲集空間類型

結(jié)合鑄體薄片和場發(fā)射掃描電鏡資料，將滄東凹陷孔二段砂巖的儲集空間劃分為如下4種類型。

（1）殘余原生孔隙滄東凹陷孔二段砂巖埋深大于2 980 m.在強烈的壓實作用下，原生孔隙體積減小。在強烈的膠結(jié)作用下，原生孔隙幾乎損失殆盡，僅可見少量未被自生黏土礦物或雜基完全充填的殘余原生孔隙，孔隙直徑僅約50 μm（圖2a）。經(jīng)統(tǒng)計，殘余原生孔隙約占孔隙總體積的10%.

圖2　滄東凹陷孔二段致密砂巖儲集空間類型

（2）次生溶蝕孔隙孔二段砂巖次生溶蝕孔隙主要為巖屑溶孔、長石溶孔、雜基溶孔、方沸石溶孔和微裂縫。長石、巖屑顆粒邊緣溶蝕形成粒間溶孔，少量長石顆粒溶蝕作用強烈，形成鑄?？祝▓D2b）?？锥紊皫r次生溶蝕孔隙直徑多在10～150 μm，偶見顆粒和雜基溶蝕形成的超大溶蝕孔隙（圖2c）。方沸石是成巖早期形成的一種自生鋁硅酸鹽礦物［5］，在滄東凹陷孔二段中普遍發(fā)育，邊緣溶蝕形成粒間溶孔，礦物內(nèi)發(fā)生溶蝕形成粒內(nèi)溶孔（圖2d）。微裂縫在孔二段砂巖中整體發(fā)育情況較差，多為沿顆粒邊緣發(fā)生溶蝕作用形成，延伸距離一般較短（圖2e）。次生溶蝕孔隙在孔二段砂巖中普遍發(fā)育，約占總孔隙的60%.

（3）晶間微孔隙晶間微孔隙主要指自生黏土礦物間的孔隙。研究區(qū)黏土礦物晶間微孔隙主要為伊利石晶間孔、伊蒙混層晶間孔及綠泥石晶間孔。由于黏土礦物晶粒較小，形成大量納米級的晶間微孔隙，孔隙直徑多小于1 μm（圖2f），約占總孔隙的25%.

（4）裂縫孔二段砂巖僅在局部可見裂縫發(fā)育。裂縫開度約為0.02 mm，多呈彎曲狀，延伸距離較長（圖2g），部分裂縫切穿顆粒（圖2h）。裂縫形成的儲集空間較小，對孔隙度的貢獻不大，但其形成的滲流通道提高了巖石的滲透率。裂縫約占孔隙總體積的5%.

4　儲集層物性特征

滄東凹陷孔二段砂巖整體粒度較細，以粉砂—細砂為主。選取了140個樣品進行孔隙度和滲透率測試，結(jié)果表明，儲集層孔隙度為3.03%～13.65%，平均為7.71%，其中孔隙度小于10.00%的樣品占總數(shù)的87.86%；滲透率為0.04～9.44 mD，平均為0.59 mD，其中滲透率小于1.00 mD的樣品占總數(shù)的87.86%（圖3）。根據(jù)中國石油天然氣行業(yè)標準SY/T6285—1997《油氣儲層評價方法》，滄東凹陷孔二段砂巖為典型的特低孔超低滲儲集層。

圖3　滄東凹陷孔二段致密砂巖樣品孔隙度（a）和滲透率（b）頻率分布

5　孔喉結(jié)構特征分析

致密儲集層由于孔隙小且孔喉結(jié)構復雜，常規(guī)測試技術應用效果較差［6］，單一的測試方法都無法對其進行精確測定。對致密儲集層孔喉結(jié)構的表征技術，主要分為以激光共聚焦顯微鏡為代表的二維掃描技術、以微納米CT掃描為代表的三維掃描技術和以恒速壓汞為代表的定量表征技術［7］。對樣品分別進行高壓壓汞和恒速壓汞測試，結(jié)合激光共聚焦顯微鏡觀察結(jié)果，可以精細地表征滄東凹陷孔二段砂巖的孔喉結(jié)構特征。

5.1激光共聚焦顯微鏡分析

利用激光共聚焦顯微鏡可以觀測孔喉在二維空間上的分布。從激光共聚焦顯微鏡分析結(jié)果來看，滄東凹陷孔二段砂巖的孔喉分布在空間上具有很強的非均質(zhì)性，孔喉大小及分布不均。通過對比分析可知，樣品的滲透率主要與孔喉的分布、半徑和數(shù)量有關。當樣品孔喉呈孤立狀分布時，樣品的滲透率較?。划敇悠返目缀沓势瑺钋曳植驾^均勻時，樣品的滲透率較大。當樣品孔喉分布較為相似時，樣品的孔喉半徑越大，樣品的滲透率越大。當樣品的孔喉半徑相似時，樣品的孔喉數(shù)量越多，樣品的滲透率越大?？锥紊皫r孔喉半徑較小，孔喉形態(tài)不規(guī)則。經(jīng)統(tǒng)計，孔喉呈孤立狀分布的達到了60%，局部富集或較均勻的分散發(fā)育。裂縫發(fā)育情況較差，開度較小?？锥紊皫r整體孔喉連通性較差。

5.2高壓壓汞實驗

5.2.1壓汞參數(shù)分析

選取了140塊具有代表性的孔二段砂巖樣品，進行了高壓壓汞實驗。高壓壓汞參數(shù)包括分選系數(shù)、歪度、排驅(qū)壓力、變異系數(shù)、平均孔喉半徑、退汞效率等?？锥紊皫r的排驅(qū)壓力為0.01～12.00 MPa，平均排驅(qū)壓力為3.25 MPa，高排驅(qū)壓力反映了孔二段砂巖較差的滲透率?？锥紊皫r退汞效率為22.46%～55.05%，平均為36.36%，退汞效率較低，表明儲集層孔隙結(jié)構較差?？锥紊皫r孔喉半徑為0.01～7.85 μm，平均為0.18 μm，孔喉半徑0.01～0.05 μm的樣品比例為66%.多數(shù)樣品的平均孔喉半徑小于0.05 μm，說明孔二段砂巖的孔喉半徑較小?？锥紊皫r的歪度為-1.87～3.61，平均為1.15，92%的樣品歪度大于0，且74%的樣品歪度大于1，說明孔二段大部分砂巖的孔喉分布呈正偏態(tài)，偏向于大孔。變異系數(shù)反映孔喉大小的均勻度，變異系數(shù)越小，孔喉大小分布越均勻［8］?？锥紊皫r孔喉大小分布較均勻，其變異系數(shù)為0.06～3.30，平均為0.40，多數(shù)樣品小于0.50.孔喉分選系數(shù)代表巖石孔喉大小的分選程度?？缀矸诌x系數(shù)與巖石孔喉大小分選性呈正相關性［8］?？锥紊皫r的分選系數(shù)為0.93～6.12，平均分選系數(shù)為2.09，且大多數(shù)樣品的分選系數(shù)為2.00～6.00，分選系數(shù)較大，表明孔喉半徑分選差，孔喉分布不集中。

5.2.2孔喉分布特征

利用部分樣品的高壓壓汞數(shù)據(jù)，建立了孔喉半徑和汞飽和度頻率的關系（圖4a），孔二段砂巖的孔喉半徑分布一般只有一個主峰，且一般為左偏?？紫抖仍酱?，滲透率越高時，孔喉半徑的峰值越大，孔喉半徑的分布范圍越大。當孔隙度變小時，孔喉半徑分布范圍也相應變小，峰值變小。當孔隙度約小于8%時，孔喉半徑峰值基本不變，孔喉半徑以納米級為主。因此，物性較好的儲集層孔喉半徑較大，物性較差的儲集層孔喉半徑較小。儲集層物性越好，大孔喉含量越高。

圖4　高壓壓汞分析致密砂巖儲集層汞飽和度（a）和滲透率貢獻（b）與孔隙半徑關系

孔二段致密砂巖樣品中，對滲透率起主要貢獻的孔喉半徑分布規(guī)律基本相同，均表現(xiàn)為分布范圍較窄，僅有一個孔喉半徑分布峰值（圖4b），滲透率主要由半徑小于0.1 μm的孔喉貢獻。

5.3恒速壓汞實驗

恒速壓汞是以較低的進汞速度將汞注入巖石孔隙內(nèi)，通過進汞壓力的漲落來定量分析孔隙和喉道的半徑大小及其變化特征。根據(jù)突破點壓力，可以確定喉道半徑，進汞體積可以確定孔隙大小。恒速壓汞不但能確定孔隙和喉道的發(fā)育情況，并且能夠給出孔隙、喉道的大小及頻率分布，提供孔隙和喉道的壓汞曲線［9-10］。取7塊具有代表性的孔二段砂巖樣品進行恒速壓汞測試，得出了各個樣品孔隙、喉道半徑和分布頻率。通過分析對比可知，測試樣品的喉道半徑較小，主要集中分布于0.2～1.2 μm，最大值小于4.4 μm，分布范圍相差較大，一般只有一個主峰，峰值半徑相差不大。測試樣品的喉道半徑為0.19～1.47 μm，平均值多小于1.00 μm且相差較大。不同樣品的喉道分布頻數(shù)相差較大，滲透率較好的樣品喉道半徑分布范圍較大，喉道頻數(shù)較大；滲透率較差的樣品喉道半徑分布范圍較小，喉道頻數(shù)較?。▓D5a）。不同低值喉道的大量分布增加了儲集層的非均質(zhì)性。樣品孔隙半徑分布范圍差異不明顯，一般呈單峰正態(tài)分布?？紫栋霃街饕杏?00～200 μm，峰值半徑較為接近，孔隙半徑最大值小于360 μm，不同樣品的孔隙分布頻數(shù)相差較大?？紫抖容^大的樣品孔隙分布范圍較大，孔隙頻數(shù)較大；孔隙度較小的樣品孔隙分布范圍較小，孔隙頻數(shù)較?。▓D5b）。

圖5　恒速壓汞分析致密砂巖儲集層喉道半徑（a）和孔隙半徑（b）分布特征

通過分析，樣品的滲透率受喉道半徑及其分布頻率的共同控制（圖6a）。單位體積樣品的喉道頻率相差不大時，喉道平均半徑越大，樣品的滲透率越大；喉道平均半徑越小，樣品的滲透率越小。喉道平均半徑越大，對樣品滲透率的增益程度越大。當樣品的喉道半徑加權平均值和半徑峰值相差不大時，單位體積樣品的喉道頻率越大，樣品的滲透率越大。喉道由于半徑較小，對孔隙度的貢獻較小。在孔隙半徑加權平均值和半徑峰值相差不大且孔隙分布范圍相近的情況下，單位體積樣品的孔隙頻數(shù)越大，樣品的孔隙度越大（圖6b）。而滲透率與孔隙半徑和孔隙頻數(shù)關系不明顯。這說明孔隙半徑和頻數(shù)對樣品滲透率影響較小，主要控制孔隙度的變化。

圖6　恒速壓汞物性與孔喉特征關系分析

6　結(jié)論

（1）滄東凹陷孔二段致密砂巖巖石類型主要為巖屑石英砂巖和巖屑砂巖，粒度細；儲集空間類型主要為次生溶蝕孔隙、晶間微孔隙、殘余原生孔隙和裂縫，并且以次生溶蝕孔隙為主。

（2）滄東凹陷孔二段致密砂巖平均孔喉半徑較小，具有較高的排驅(qū)壓力，較大的分選系數(shù)，較小的變異系數(shù)。巖石總體孔隙分布均勻性較差，孔隙連通性較差。巖石的孔隙半徑分布差別不大，喉道半徑分布差別較大。

（3）滄東凹陷孔二段致密砂巖的喉道發(fā)育情況復雜且具有較強的非均質(zhì)性，滲流能力受喉道半徑、頻數(shù)及分布形態(tài)控制。對于致密儲集層，應采取先進的改造工藝保護和開發(fā)喉道，才能取得更好的開發(fā)效果。

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（編輯顧新元）

Characteristics of Micro-Pore Throat Structures in Tight Sandstone Reservoir of the Second Member of Kongdian Formation in Cangdong Sag

CHENG Qiumeng，CHEN Shiyue，YAN Jihua
（School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong 266580，China）

Based on thin section observation，analysis on SEM，physical property and mercury injection and laser scanning confocal microscope observation，the petrological characteristics，reservoir space type，physical property and pore throat distribution are studied for the tight sandstone reservoir in the second member of Kongdian formation in Cangdong sag of Huanghua depression，Baohai Bay basin.The result shows that the reservoir in the second member of Kongdian formation is dominated by lithic quartz sandstone and lithic sandstone，and the reservoir space is mainly composed of secondary dissolved pores and intercrystalline micro-pores，containing a few residual primary pores and fissures.The porosity and permeability of the reservoir average 7.71%and 0.59 mD，respectively，indicating that the reservoir belongs to super-low porosity and extra-low permeability reservoirs.The reservoir pore throats have relatively poor structures and are mostly distributed separately，so the pore connectivity is poor.The reservoir pore radiuses are similar with the most ranging from 100 to 200 μm. Pore throat radiuses vary largely with the most in micron-nano scale.The filtration capacity of the reservoir is mainly controlled by radius，frequency and distribution pattern of pore throats.Some treatment technologies should be adopted to protect the pore throats in the tight sandstone reservoirs in the second member of Kongdian formation and better development effects can be gained.

Bohai Bay basin；Huanghua depression；Cangdong sag；Kongdian formation；tight sandstone；reservoir；pore throat structure；pore throat parameter

TE112.23

A

1001-3873（2016）05-0519-05DOI：10.7657/XJPG20160504

2016-03-31

2016-05-21

國家自然科學基金（41372107）

程秋萌（1991-），男，遼寧盤錦人，碩士研究生，沉積及儲層地質(zhì)，（Tel）15153291763（E-mail）527326917@qq.com