馬維謙，孫 龍，彭 恒

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

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應(yīng)用恒速壓汞研究低滲透儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)
——以華慶地區(qū)長(zhǎng)63為例

馬維謙，孫 龍，彭 恒

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)砂巖儲(chǔ)層大部分為低滲-特低滲儲(chǔ)層，為較好的揭示低滲透儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，使用恒速壓汞對(duì)鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層四個(gè)典型樣品進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)。恒速壓汞是以極低的恒定速度(0.000 05 ml/min)向巖樣孔喉內(nèi)進(jìn)汞，實(shí)現(xiàn)對(duì)喉道和孔隙的區(qū)分，克服了常規(guī)壓汞的缺陷。實(shí)驗(yàn)表明華慶地區(qū)長(zhǎng)63主要可以劃分為三類，其中Ⅰ類排驅(qū)壓力低-孔喉分選較好-進(jìn)汞量高型是儲(chǔ)集能力好、滲流能力強(qiáng)的儲(chǔ)層，是研究區(qū)好的儲(chǔ)層典型代表。

低滲透；微觀孔隙結(jié)構(gòu)；華慶地區(qū)；恒速壓汞；長(zhǎng)63儲(chǔ)層

J.I.Gates在1959年就用汞孔隙儀測(cè)定溶洞型碳酸鹽巖樣時(shí)觀察到了壓力波動(dòng)； Morrow1970年討論了非潤(rùn)濕相以極低的速度驅(qū)替潤(rùn)濕相的情況，且描述壓力波動(dòng)特征；Gaulier1971年發(fā)表了類似的實(shí)驗(yàn)技術(shù)文章。真正實(shí)際應(yīng)用恒速壓汞實(shí)驗(yàn)的是Yuan和Swanson在孔隙測(cè)定儀APEX 上首先開(kāi)展的，實(shí)驗(yàn)是假定注入過(guò)程中接觸角和界面張力保持不變，以極微小的速度向多孔介質(zhì)中注入汞，通過(guò)監(jiān)測(cè)注入過(guò)程中汞的壓力波動(dòng)，提供孔隙空間結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息[1-4]。對(duì)于微觀孔隙結(jié)構(gòu)的研究，一般使用掃描電鏡、鑄體薄片、高壓壓汞實(shí)驗(yàn)定量化研究孔喉大小、形狀及分布，但為更好的揭示低滲透儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，本文采用恒速壓汞對(duì)鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層四個(gè)典型樣品進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)。

1 儲(chǔ)層基礎(chǔ)地質(zhì)研究

1.1 巖石學(xué)特征

研究區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層主要由成分與結(jié)構(gòu)成熟度均比較差的淺灰色、灰色及深灰色細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石砂巖組成(圖1)[5]。巖石礦物成分以次棱角狀石英(28%～30%)、長(zhǎng)石(34%～40%)為主，外加少量巖屑雜基(5.5%～7.5%)，如圖1所示；其中巖屑以淺變質(zhì)的千枚巖、區(qū)域變質(zhì)作用或熱接觸變質(zhì)作用而成石英巖為主，附加少量沉積白云巖和微量火山噴發(fā)巖變質(zhì)巖；填隙物以水云母、綠泥石膜、方解石、鐵方解石和鐵白云石為主，占孔隙總量12.52%。

孔隙膠結(jié)類型在研究區(qū)普遍發(fā)育，另外可見(jiàn)薄膜-孔隙、薄膜-加大、薄膜、壓嵌-孔隙、孔隙-基底、薄膜-壓嵌、壓嵌-加大-壓嵌、再生、再生-孔隙等膠結(jié)類型[6]。根據(jù)巖心觀察、有關(guān)測(cè)井資料解釋以及巖石組合研究，鄂爾多斯盆地長(zhǎng)63儲(chǔ)層沉積相主要發(fā)育湖相三角洲相，部分地區(qū)發(fā)育濁流沉積[7-10]。

圖1 華慶地區(qū)東部長(zhǎng)63巖石類型三角圖

1.2 孔隙結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)研究區(qū)所取樣品進(jìn)行鑄體薄片和掃描電鏡分析研究，研究區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層發(fā)育的孔隙類型主要以粒間孔、長(zhǎng)石溶孔和巖屑溶孔為主。同時(shí)粒間孔和長(zhǎng)石溶孔一般相對(duì)其它孔隙類型而言，屬于大孔。因此物性一般較好的儲(chǔ)層，粒間孔和長(zhǎng)石溶孔一般較為發(fā)育。研究區(qū)長(zhǎng)63儲(chǔ)層孔隙組合類型主要有粒間孔、粒間孔-溶孔、粒間孔-微孔、溶孔、溶孔-粒間孔、微孔等，其中微孔最發(fā)育，占總孔隙組合類型的46%；溶孔-粒間孔次之，占26%；粒間孔-溶孔占11%；粒間孔僅占8%。

2 恒速壓汞

2.1 微觀孔隙結(jié)構(gòu)

2.1.1 樣品信息

在研究區(qū)長(zhǎng)63低滲透儲(chǔ)層采集4塊巖樣做恒速壓汞實(shí)驗(yàn)，樣品信息如下表1。

表1 巖樣信息

2.1.2 恒速壓汞資料解釋

1) 喉道半徑分布特征(圖2)

1號(hào)樣品主要喉道半徑分布在0.75～1.35 μm之間，峰值為1.2 μm，主流喉道半徑為2.05 μm，平均喉道半徑為1.53 μm，單位體積有效喉道體積為0.040 689 6 ml/cm3；

2號(hào)樣品主要喉道半徑分布在0.4～1.3 μm之間，峰值為0.6 μm，主流喉道半徑為1.3 μm，平均喉道半徑為0.99 μm，單位體積有效喉道體積為0.027 6 ml/cm3；

3號(hào)樣品喉道半徑主要分布在0.25～0.35 μm之間，峰值為0.25 μm，主流喉道半徑為0.29 μm，平均喉道半徑為0.29 μm，單位體積有效喉道體積為0.006 2 ml/cm3；

19世紀(jì)末20世紀(jì)初，東西文化激蕩，中國(guó)經(jīng)歷數(shù)千年未有之變局，一些有識(shí)之士出國(guó)留學(xué)，開(kāi)眼看世界，希冀從西方尋求救亡興國(guó)之道。素抱教育救國(guó)理想的蔡元培認(rèn)為，德國(guó)是當(dāng)時(shí)哲學(xué)、教育學(xué)最發(fā)達(dá)的國(guó)家,故向?qū)W部提交呈請(qǐng)，“擬自措資費(fèi)，前往德國(guó)，專修文科之學(xué)，并研究教育原理”[1]452。

4號(hào)樣品主要喉道半徑分布在0.15～0.35 μm之間，峰值為0.4 μm，主流喉道半徑為0.32 μm，平均喉道半徑為0.3 μm，單位體積有效喉道體積為0.014 3 ml/cm3；

圖2 華慶地區(qū)東部長(zhǎng)6儲(chǔ)層恒速壓汞喉道半徑分布圖

2) 孔隙半徑分布特征(圖3)

1號(hào)樣品主要孔隙半徑分布在110～160 μm之間，峰值為110 μm，平均孔隙半徑為163.42 μm，單位體積有效孔隙體積為0.043 453 098 ml/cm3；

2號(hào)樣品主要孔隙半徑分布在90～195 μm之間，峰值為110 μm，平均孔隙半徑為131.51 μm，單位體積有效孔隙體積為0.046 9 ml/cm3；

3號(hào)樣品孔隙半徑主要分布在100～150 μm之間，峰值為110 μm，平均孔隙半徑為122.37 μm，樣品單位體積有效孔隙體積為0.013 3 ml/cm3；

4號(hào)樣品主要孔隙半徑分布在110～200 μm之間，峰值為145 μm，平均孔隙半徑為157.7 μm，樣品單位體積有效孔隙體積為0.031 7 ml/cm3。

圖3 華慶地區(qū)東部長(zhǎng)63儲(chǔ)層恒速壓汞孔隙半徑分布頻率圖

圖4 華慶地區(qū)東部長(zhǎng)63儲(chǔ)層恒速壓汞孔喉比分布頻率圖

3) 孔喉比分析(圖4)

2號(hào)樣品的孔喉半徑比主要分布范圍為40～320；孔喉半徑比平均值為185.06，孔喉體積比峰值為160；

3號(hào)樣品的孔喉半徑比主要分布范圍為340～560，孔喉半徑比平均值為436.42，孔喉體積比峰值為460；

4號(hào)樣品的孔喉半徑比主要分布范圍為150～250，孔喉半徑比平均值為654，孔喉體積比峰值為650。

2.1.3 恒速壓汞劃分微觀孔隙結(jié)構(gòu)

按照研究區(qū)4塊實(shí)驗(yàn)樣品的毛細(xì)管曲線的形態(tài)可將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種類型(見(jiàn)圖5)。ⅣⅤⅥⅦ

1)Ⅰ類(1、2號(hào)樣)：排驅(qū)壓力低-孔喉分選較好-進(jìn)汞量高型

Ⅰ類樣品孔隙和喉道體積大，喉道連通性好?？缀肀绕骄递^低，在140.71～264.05之間；主流喉道半徑大，在1.3～2.05之間；相對(duì)分選系數(shù)大，在0.46～0.58之間。初始毛細(xì)管曲線的進(jìn)汞端位于圖右中偏下處，總孔喉和孔隙毛細(xì)管壓力曲線有一較長(zhǎng)的平直區(qū)域，總體形態(tài)平緩，曲線末端近圖幅的左方，說(shuō)明此類樣品有效孔隙和有效喉道數(shù)量較多，孔喉分選較好，是儲(chǔ)集能力好、滲流能力強(qiáng)的儲(chǔ)層，是研究區(qū)好的儲(chǔ)層典型代表，位于長(zhǎng)63小層中。

2) Ⅱ類(4號(hào)樣)：排驅(qū)壓力高-孔喉分選較差-進(jìn)汞量較高型

該類樣品排驅(qū)壓力中等；進(jìn)汞飽和度較高，介于33.75%～46.4%之間，孔隙進(jìn)汞飽和度大于喉道進(jìn)汞飽和度，說(shuō)明此類樣品孔隙體積大，喉道連通性中等。樣品孔喉比平均值較高，介于26.89～654之間；主流喉道半徑較大，介于0.32～0.93 μm；分選系數(shù)較高，介于0.29～0.37之間。初始毛細(xì)管曲線的進(jìn)汞端位于圖右中偏上處，總孔喉毛細(xì)管壓力曲線的平直區(qū)域較Ⅰ類短，孔隙毛細(xì)管壓力曲線平直區(qū)域短，總體形態(tài)較陡，說(shuō)明此類樣品有效孔隙和有效喉道數(shù)量較Ⅰ類少，孔喉分選較差，是儲(chǔ)集能力中等、連通性一般的儲(chǔ)層，是研究區(qū)中等儲(chǔ)層的代表，位于長(zhǎng)63小層中。

圖5 華慶地區(qū)東部長(zhǎng)63儲(chǔ)層恒速壓汞孔喉比分布頻率圖

3) Ⅲ類(3號(hào)樣)：排驅(qū)壓力高-分選差-進(jìn)汞量低型

該類儲(chǔ)層排驅(qū)壓力高，進(jìn)汞飽和度低，介于21.01%～28.88%之間，道進(jìn)汞飽和度小于孔隙進(jìn)汞飽和度，說(shuō)明此類樣品孔隙體積很小，喉道連通性差。樣品孔喉比較低，介于127.44～436.4之間；主流喉道半徑小，介于0.29～1.1 μm；，相對(duì)分選系數(shù)低，介于0.19～0.23 μm；；初始毛細(xì)管曲線的進(jìn)汞端位于圖右上方，總孔喉和孔隙毛細(xì)管壓力平直區(qū)域很短或不明顯，喉道毛細(xì)管壓力直線無(wú)平直區(qū)域，總體形態(tài)較陡峭，說(shuō)明此類樣品有效孔隙和有效喉道數(shù)量很少，孔喉分選差，是儲(chǔ)集能力差、連通差的儲(chǔ)層，是研究區(qū)差儲(chǔ)層的代表，位于長(zhǎng)63小層中。

3 結(jié)語(yǔ)

研究區(qū)儲(chǔ)層毛管壓力曲線均劃分為三類，其中Ⅰ類(1、2號(hào)樣)排驅(qū)壓力低-孔喉分選較好-進(jìn)汞量高型，是儲(chǔ)集能力中等、連通性一般的儲(chǔ)層，是研究區(qū)中等儲(chǔ)層的代表，最有利于開(kāi)采；Ⅲ類(3號(hào)樣)排驅(qū)壓力高-分選差-進(jìn)汞量低型，有效孔隙和有效喉道數(shù)量很少，孔喉分選差，是儲(chǔ)集能力差、連通差的儲(chǔ)層，基本屬于無(wú)效儲(chǔ)層。

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TE348

A

1004-1184(2016)06-0186-03

2016-04-22

西北大學(xué)創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2016145)

馬維謙(1994-)，男，陜西西安人，主攻方向：石油與天然氣地質(zhì)學(xué)。