馬 淼，孫 衛(wèi)，劉登科，王 斌，張 帆

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系·大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069)

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低滲透砂巖儲(chǔ)層可動(dòng)流體賦存特征及影響因素研究
——以姬塬油田長6儲(chǔ)層為例

馬 淼，孫 衛(wèi)，劉登科，王 斌，張 帆

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系·大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069)

為了評(píng)價(jià)姬塬地區(qū)長6致密砂巖儲(chǔ)層，綜合應(yīng)用恒速壓汞及核磁共振等實(shí)驗(yàn)對(duì)儲(chǔ)層樣品進(jìn)行了測試，探討了儲(chǔ)層微觀孔喉與可動(dòng)流體的賦存特征及影響因素。研究結(jié)果表明,孔喉半徑比大、分布范圍寬、主流喉道半徑小是導(dǎo)致低滲透儲(chǔ)層物性差、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可動(dòng)流體含量低的關(guān)鍵因素，從而使低滲透儲(chǔ)層表現(xiàn)出排驅(qū)壓力高、小喉道發(fā)育、可動(dòng)流體動(dòng)用程度低等特點(diǎn);可動(dòng)流體的充注以及驅(qū)替受到孔喉特征與配置關(guān)系的影響,流體可動(dòng)用程度低是致密砂巖儲(chǔ)層開發(fā)效果較差的重要因素;儲(chǔ)層的開發(fā)效果可以通過可動(dòng)流體的賦存特征來預(yù)測。

姬塬地區(qū)；長6儲(chǔ)層;低滲砂巖儲(chǔ)層；可動(dòng)流體；孔隙結(jié)構(gòu)

姬塬地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中西部[1]，地質(zhì)構(gòu)造簡單，地層平緩，東高西低，傾角一般小于1°。姬塬油田是近年來長慶油田提交規(guī)模儲(chǔ)量最多、開發(fā)效果最好的油田之一[2]，油氣資源量豐富，有著良好的勘探前景。但長6油層組存在物性較差、孔喉細(xì)小、孔喉結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜、滲流影響因素多、微觀非均質(zhì)性強(qiáng)等特征，屬于典型致密砂巖儲(chǔ)層[3-4]。這些不利因素嚴(yán)重影響長6儲(chǔ)層的進(jìn)一步有效開發(fā)。本文在地質(zhì)研究、巖心及薄片觀察的基礎(chǔ)上，將核磁共振和恒速壓汞技術(shù)相結(jié)合分析微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征，從微觀的角度分析姬塬地區(qū)長6致密砂巖儲(chǔ)層可動(dòng)流體賦存特征的變化，為油田今后的有效評(píng)價(jià)與開發(fā)提供合理的依據(jù)。

1 核磁共振可動(dòng)流體測試分析

本次核磁共振實(shí)驗(yàn)采用中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院引進(jìn)的美國MagneT2000型儀器[5]，實(shí)驗(yàn)溫度為恒溫20 ℃。此次實(shí)驗(yàn)把13.895 ms作為可動(dòng)流體與束縛流體T2弛豫時(shí)間的界限值。對(duì)姬塬地區(qū)長6儲(chǔ)層三角洲前緣亞相的6塊砂巖樣品進(jìn)行核磁共振可動(dòng)流體測試，樣品孔隙度為10.38%～17.00%，平均為13.18%；滲透率為(0.052～0.555)×10-3μm2，平均為0.244×10-3μm2。選取了3塊代表性樣品，依次為H3井的1號(hào)樣品、H192井的2號(hào)樣品、C269井的3號(hào)樣品，通過分析化驗(yàn)測試具體研究了長6儲(chǔ)層的微觀孔喉特征和可動(dòng)流體賦存特征。鏡下鑒定結(jié)果表明，長6儲(chǔ)層長石砂巖含量最高，長石、巖屑含量高，巖屑長石砂巖次之，其它類型少見；巖石顆粒細(xì)、分選一般、磨圓差。整體上，儲(chǔ)層成熟度較低。

核磁共振實(shí)驗(yàn)應(yīng)用氫核弛豫率與巖樣孔隙大小成反比的關(guān)系[6-7]，通過研究儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)，來定量表征微觀孔喉對(duì)可動(dòng)流體賦存的影響，從而定量分析儲(chǔ)層可動(dòng)流體飽和度及可動(dòng)流體賦存狀態(tài)。

利用核磁共振技術(shù)對(duì)姬塬地區(qū)長6儲(chǔ)層樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖1為所測試的3塊巖樣飽和水狀態(tài)下的核磁共振T2譜。橫坐標(biāo)為T2弛豫時(shí)間，縱坐標(biāo)為巖樣不同弛豫時(shí)間所占的比例。通常粗大孔喉對(duì)應(yīng)較長的T2弛豫時(shí)間，細(xì)小孔喉對(duì)應(yīng)較短的T2弛豫時(shí)間[8-9]，可知T2弛豫時(shí)間譜反映的是流體在大小不同的孔喉半徑中的分布情況。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表1)顯示，可動(dòng)流體飽和度的級(jí)差大，可動(dòng)流體孔隙度的級(jí)差小。可動(dòng)流體孔隙度能夠反映儲(chǔ)層的滲透性以及儲(chǔ)集性能。因此，可動(dòng)流體飽和度雖然表征油氣的開采程度，但油氣采收率同時(shí)受層間及層內(nèi)非均質(zhì)性的影響，可動(dòng)流體量低會(huì)嚴(yán)重制約低滲透砂巖儲(chǔ)層油氣的采收率。

表1 核磁共振可動(dòng)流體實(shí)驗(yàn)參數(shù)

從3塊樣品T2譜圖(圖1)可看出：1號(hào)樣品可動(dòng)流體飽和度較高，屬于Ⅱ類較好儲(chǔ)層。T2譜具有雙峰特點(diǎn)，且為左峰低、右峰高型，峰值點(diǎn)位于T2截止值的右側(cè)(圖1a)。說明孔隙大小是不均勻分布的，既存在微孔又有大孔，粒間孔發(fā)育程度明顯高于溶孔與晶間孔，喉道半徑大、孔喉連通性好。樣品中較大的表面弛豫時(shí)間所占比例較大，孔隙流體的比表面類型主要以小的比表面積為主，說明該巖樣可動(dòng)流體較多，其儲(chǔ)集能力和流動(dòng)能力較好。

2號(hào)樣品可動(dòng)流體飽和度一般，屬于Ⅲ類中等儲(chǔ)層。T2譜具有雙峰特點(diǎn)，為左高峰、右低峰型，峰值點(diǎn)位于T2截止值的左側(cè)(圖1a)；粒間孔的數(shù)量減少，溶孔、晶間孔的數(shù)量顯著增加，喉道半徑與個(gè)數(shù)增加，孔喉連通性由于溶孔、微孔的增加而變好。樣品中較小的表面弛豫時(shí)間所占的比例較大，其儲(chǔ)集性能和滲流能力中等。

3號(hào)樣品可動(dòng)流體飽和度較低，屬于Ⅳ類較差儲(chǔ)層。T2譜具左單峰的特征，峰值點(diǎn)位于T2截止值的左側(cè)(圖1a)；表明孔隙類型相對(duì)單一，孔隙大小分布均勻，主要為微孔與部分溶孔，而粒間孔不發(fā)育，大孔很少，有效喉道半徑與個(gè)數(shù)顯著減小，孔喉連通性較差，流體基本上以束縛狀態(tài)為主；因此流體可動(dòng)用程度、滲流能力較差。

圖1 飽和水狀態(tài)下核磁共振T2譜的頻率分布(a)和累積分布(b)

2 物性對(duì)可動(dòng)流體飽和度影響

依據(jù)核磁共振可動(dòng)流體測試結(jié)果(表1)，分別對(duì)樣品進(jìn)行可動(dòng)流體參數(shù)與巖樣物性相關(guān)性分析，來研究物性對(duì)可動(dòng)流體飽和度的控制作用?？蓜?dòng)流體參數(shù)包括可動(dòng)流體飽和度與可動(dòng)流體孔隙度，可動(dòng)流體所占據(jù)的孔隙可被視為有效孔隙。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(圖2)，可動(dòng)流體參數(shù)與孔隙度沒有明顯的相關(guān)性，但與滲透率具有較明顯的正相關(guān)性，可動(dòng)流體參數(shù)伴隨滲透率的變大逐漸增加。并且可動(dòng)流體飽和度與滲透率呈較好的線性相關(guān)關(guān)系(R2為0.723)。與可動(dòng)流體孔隙度和物性的相關(guān)性相比，可動(dòng)流體飽和度與物性的相關(guān)更好?？蓜?dòng)流體孔隙度綜合了孔隙度與可動(dòng)流體兩方面的信息，可動(dòng)流體飽和度是孔隙度、滲透率及巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)等多因素綜合作用的結(jié)果，能更好地表征低滲透儲(chǔ)層物性[10]。

3 微觀孔喉特征對(duì)可動(dòng)流體賦存狀態(tài)的影響

對(duì)于致密的低孔、低滲巖性砂巖儲(chǔ)層，除了儲(chǔ)層物性因素外，儲(chǔ)層微觀孔喉特征也影響著可動(dòng)流體的變化，而這些微觀孔喉特征與核磁共振T2譜之間有一定的響應(yīng)關(guān)系。在恒速壓汞實(shí)驗(yàn)中，汞以0.000 5mL/min的恒定速度被注入巖樣孔隙中。依據(jù)汞被注入的過程中壓力的起伏，可以把巖樣內(nèi)部的孔、喉區(qū)分開，可直接獲取孔、喉數(shù)量[11-12]，并得到孔喉半徑、孔喉半徑比等微觀特征參數(shù)，能夠系統(tǒng)全面地研究微觀非均質(zhì)性較強(qiáng)的致密儲(chǔ)層?；?塊樣品的恒速壓汞實(shí)驗(yàn)以及核磁共振實(shí)驗(yàn)(表1、表2)，分析表征儲(chǔ)層微觀孔喉特征的相關(guān)參數(shù)，并從流體的賦存空間、滲流通道來研究儲(chǔ)層可動(dòng)流體的賦存狀況。

圖2 核磁共振可動(dòng)流體參數(shù)與物性關(guān)系

3.1 孔喉半徑的影響

表2 代表樣品孔喉及可動(dòng)流體特征參數(shù)

注：φ——孔隙度，%；K——滲透率，%；Pd——排驅(qū)壓力，MPa；R50——中值半徑，μm；P50——中值壓力，MPa；rp——孔隙半徑平均值，μm；r——喉道半徑平均值，μm；η——孔喉半徑比平均值；RM——主流喉道半徑，μm；a——微觀均值系數(shù)；δ——分選系數(shù)；St——總喉道進(jìn)汞飽和度，%；Sb——總孔隙進(jìn)汞飽和度，%；Sf——最終進(jìn)汞飽和度，%；Sm——可動(dòng)流體飽和度，%；φm——可動(dòng)流體孔隙度，%

通過比較分析可動(dòng)流體參數(shù)與孔、喉道半徑的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，可動(dòng)流體參數(shù)與孔隙半徑平均值之間的相關(guān)性很弱，表明孔隙對(duì)可動(dòng)流體參數(shù)的影響很小(圖3a、b)；可動(dòng)流體飽和度以及可動(dòng)流體孔隙度與平均喉道半徑呈較強(qiáng)的相關(guān)性(圖3c、d)。可動(dòng)流體參數(shù)與主流喉道半徑呈一定的正相關(guān)性，其中可動(dòng)流體孔隙度與主流喉道半徑的正相關(guān)性好于可動(dòng)流體飽和度與主流喉道半徑的正相關(guān)性(圖3e、f)。

圖3 可動(dòng)流體與孔喉半徑相關(guān)性

分析表明，喉道是連通孔隙的相對(duì)細(xì)小部分，喉道的大小、數(shù)量影響孔隙間的連通程度，進(jìn)而也影響可動(dòng)流體含量的變化[13]，大喉道對(duì)可動(dòng)流體飽和度有很強(qiáng)的正效應(yīng)，即大喉道有利于流體的運(yùn)移和聚集成藏，也利于開發(fā)過程中流體的滲流?？蓜?dòng)流體主要賦存在孔隙空間中，但可動(dòng)流體百分比與孔隙半徑較弱的相關(guān)性說明，孔隙半徑大小對(duì)于可動(dòng)流體百分比的影響是有限的。

3.2 孔喉半徑比的影響

由孔喉半徑比與可動(dòng)流體參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系可知，孔喉半徑比平均值與可動(dòng)流體飽和度及可動(dòng)流體孔隙度均呈負(fù)相關(guān)(圖4)，相關(guān)系數(shù)R2分別為是0.364、0.612，孔喉半徑比與可動(dòng)流體孔隙度的相關(guān)性好于其與可動(dòng)流體飽和度的相關(guān)性。

在油田勘探開發(fā)中，流體的驅(qū)替方式(卡斷式、活塞式)取決于孔喉半徑比的大小。孔喉半徑比越大、分布范圍越廣，表明孔、喉差異越大，孔、喉分布越不均勻且微觀非均質(zhì)性越強(qiáng)，賦存在孔喉中的可動(dòng)流體易被束縛住，驅(qū)替時(shí)易發(fā)生卡斷，增加了滲流阻力[14]，不利于油氣的運(yùn)移。

圖4 可動(dòng)流體與孔喉半徑比相關(guān)關(guān)系

3.3 孔喉體積的影響 樣品的孔、喉體積越大，說明孔、喉道半徑越大；有效孔、喉數(shù)量越多，有效喉道越發(fā)育，流體的儲(chǔ)集空間以及滲流路線越多[15]；由于巖石顆粒表面對(duì)流體產(chǎn)生的吸附力變小，在驅(qū)替過程中可動(dòng)流體被卡斷的可能性很小，可動(dòng)流體百分比隨之提高?？住⒑磉M(jìn)汞飽和度在一定程度上定量表征孔、喉體積大小。

通過分析可動(dòng)流體飽和度與總孔隙、總喉道進(jìn)汞飽和度的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)總孔隙進(jìn)汞飽和度與可動(dòng)流體飽和度有更好的正相關(guān)性，說明大孔隙是可動(dòng)流體的主要儲(chǔ)集空間，其次是與之連通性較好的大喉道。儲(chǔ)層孔、喉在被可動(dòng)流體充注過程中，開始充注較為粗大的孔喉(圖5)，然后逐漸充注較為細(xì)小的孔喉。

圖5 可動(dòng)流體與孔喉體積相關(guān)性

分析可動(dòng)流體飽和度與孔、喉特征參數(shù)的關(guān)系(圖5、圖6)發(fā)現(xiàn)，中值半徑、分選系數(shù)、喉道半徑平均值、孔隙半徑平均值與可動(dòng)流體飽和度呈正相關(guān)性，中值壓力、排驅(qū)壓力、孔喉半徑比平均值、均值系數(shù)與可動(dòng)流體飽和度具負(fù)相關(guān)性?？梢钥闯隹蓜?dòng)流體飽和度與中值半徑、分選系數(shù)、喉道半徑平均值相關(guān)性相對(duì)較好；可動(dòng)流體飽和度與中值壓力、排驅(qū)壓力、孔喉半徑比平均值相關(guān)性一般；可動(dòng)流體飽和度與孔隙半徑平均值、均值系數(shù)相關(guān)性很弱。由此表明，儲(chǔ)層分選系數(shù)越大、孔喉半徑越大、孔喉半徑比越小并且孔喉個(gè)數(shù)越多、有效孔喉連通體積越大，儲(chǔ)層可動(dòng)流體含量越多。由此可知，微觀孔喉結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性與可動(dòng)流體的賦存狀態(tài)密切相關(guān)。

圖6 可動(dòng)流體飽和度與微觀孔喉特征參數(shù)相關(guān)性

上述對(duì)比分析表明，孔、喉體積共同構(gòu)成了砂巖儲(chǔ)層容納流體的空間，被有效喉道連通的大孔隙是可動(dòng)流體的主要分布空間[16]；而微孔與小喉道可動(dòng)流體含量低，主要為束縛流體賦存空間。流體的充注和排驅(qū)方式與孔喉特征以及孔喉配置關(guān)系有關(guān)。作為評(píng)價(jià)儲(chǔ)層可動(dòng)流體含量的關(guān)鍵參數(shù)之一，喉道半徑大小可直接表征可動(dòng)流體對(duì)應(yīng)T2值的大小，喉道半徑大且迂回度小，流體主要以可動(dòng)的形式存在，同時(shí)T2弛豫時(shí)間受到孔、喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性的嚴(yán)重制約。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)姬塬油田長6儲(chǔ)層T2圖譜形態(tài)主要呈左峰高右峰低型、左峰低右峰高型和單峰型，T2譜反映了孔喉中可動(dòng)流體賦存特征。該區(qū)塊儲(chǔ)層的可動(dòng)流體飽和度、可動(dòng)流體孔隙度均較低，而且儲(chǔ)層可動(dòng)流體參數(shù)差異較大。

(2)可動(dòng)流體賦存狀態(tài)的主控因素是微觀孔隙結(jié)構(gòu)，孔喉特征控制T2弛豫時(shí)間，喉道特征決定流體的可動(dòng)用程度。大孔隙是可動(dòng)流體的主要儲(chǔ)集空間，其次是大喉道。微觀孔喉特征參數(shù)中，排驅(qū)壓力、孔喉半徑比、分選系數(shù)、中值半徑、中值壓力與可動(dòng)流體飽和度的相關(guān)性較強(qiáng)。

(3)恒速壓汞和核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：喉道半徑平均值越大、孔喉半徑比越小，相對(duì)粗大的孔、喉數(shù)量越多，孔、喉間的連通性越好，則孔隙、喉道的進(jìn)汞量越高。此時(shí)儲(chǔ)層均質(zhì)性較強(qiáng)、儲(chǔ)層品質(zhì)較好，可動(dòng)流體含量較高。

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編輯：趙川喜

1673-8217(2016)06-0064-06

2016-05-20

馬淼，在讀碩士研究生，1990年生，2015年畢業(yè)于西安石油大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣田地質(zhì)與開發(fā)、儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究。

國家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(2011ZX05044)；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程(2011KTZB01-04-01)。

TE112.115

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