孫瑛瑩

?

基于壓汞實驗資料研究低滲透儲層微觀特征——以鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長81儲層為例

孫瑛瑩

(西安石油大學地球科學與工程學院，陜西西安 710065)

對鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長81低滲儲層21個樣品進行壓汞測試，主要從毛管壓力曲線形態(tài)、孔喉分布特征和孔隙結(jié)構(gòu)分形特征三個方面對儲層微觀特征進行研究。根據(jù)毛管壓力曲線形態(tài)和壓汞參數(shù)，將研究區(qū)儲層分為四種儲層類型。根據(jù)孔喉分布直方圖的峰型、峰形寬窄和峰型高度研究了儲層的非均質(zhì)程度。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，長81儲層分形維數(shù)和孔隙度、滲透率沒有負相關(guān)關(guān)系，說明低滲儲層微觀非均質(zhì)性和物性不是簡單的負相關(guān)關(guān)系。

隴東地區(qū)；長81儲層；孔喉分布；分形維數(shù)

1 研究區(qū)概況

隴東地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，構(gòu)造上屬于陜北斜坡和天環(huán)向斜西南部。長8油層組形成于湖盆鼎盛期，該層砂巖儲層是盆地石油聚集最為集中的層位[1]。沉積以河流和三角洲為主，研究區(qū)發(fā)育上、下兩套巨厚層河流相和三角洲平原亞相的淺灰色灰質(zhì)中砂巖-細砂巖韻律層，層理構(gòu)造發(fā)育，中間夾薄層泥巖和暗色泥巖。盆地的沉降中心位置為厚層泥巖和薄層砂巖互層[2]。長81儲層孔隙度2.86%～16.68%，平均孔隙度7.99%；儲層滲透率0.005×10-3~1.292×10-3μm2，平均滲透率0.180×10-3μm2。通過研究儲層宏觀非均質(zhì)性發(fā)現(xiàn)，長81儲層有較強層內(nèi)非均質(zhì)性，3個小層層間滲透率平均值接近，其小層的層間非均質(zhì)性較弱，另外長81儲層橫向非均質(zhì)性較強。研究區(qū)長81儲層的成巖作用以壓實和壓溶作用、膠結(jié)作用、充填作用、溶蝕作用為主，前三項為破壞性成巖作用，溶蝕作用為建設性成巖作用。依據(jù)儲層分類標準，長81儲層砂體為低孔-特低孔-超低孔、特低滲-超低滲儲層，其強非均質(zhì)性和復雜性的孔隙結(jié)構(gòu)不利于油氣勘探開發(fā)[3]。

2 壓汞曲線形態(tài)

通過對鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)壓汞資料的分析，主要參考排驅(qū)壓力、中值壓力、中值半徑和退汞效率四個參數(shù)對儲層進行分類研究，根據(jù)孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)和壓汞曲線形態(tài)，將研究區(qū)儲層劃分為四種類型[4-5]。

Ⅰ類為低排驅(qū)壓力–中細喉型，巖性以中粒巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主。毛管壓力曲線中間平臺段較長，平臺段明顯，位置低（圖1），孔喉分選不太好。排驅(qū)壓力較小，小于0.3 MPa，中值壓力相對較小，小于1 MPa，孔喉中值半徑一般為0.6~1.2 μm，最大進汞量大于80%。具有Ⅰ類孔喉結(jié)構(gòu)的地層為物性較好的儲層，在研究區(qū)分布較少。

Ⅱ類較低排驅(qū)壓力-細喉型，巖性以細-中粒巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主。毛管壓力曲線中間平臺段較長，位置較低，曲線形態(tài)分布集中（圖1），孔喉分選較好。排驅(qū)壓力較小，為1~2 MPa，中值壓力相對較小，為1~6 MPa，孔喉中值半徑一般為0.3~0.6 μm，最大進汞量為70%～80%。具有Ⅱ類孔喉結(jié)構(gòu)的儲層物性比Ⅰ類儲層差，分布較少。

Ⅲ類較高排驅(qū)壓力-微細喉型，巖性以細巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主。毛管壓力曲線形態(tài)一致，中間平臺段短而陡，位置較高（圖1），孔喉分選較差。排驅(qū)壓力較大，為2~2.5 MPa，中值壓力相對較小，為6~10MPa，孔喉中值半徑一般為0.08~0.30μm，最大進汞量為50%~70%，具有Ⅲ類孔喉結(jié)構(gòu)的地層為物性差的儲層，在研究區(qū)分布較廣泛。

Ⅳ類較高排驅(qū)壓力-微喉型，巖性以細巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主。毛管壓力曲線形態(tài)差異較大，沒有中間平臺段，曲線非常陡，曲線形態(tài)有差異（圖1），孔喉分選很差。排驅(qū)壓力大，為2~10 MPa，中值壓力為0，孔喉中值半徑小于0.08 μm，最大進汞量為10%~50%，具有Ⅳ類孔喉結(jié)構(gòu)的地層為物性差的儲層，在研究區(qū)分布最為廣泛。

3 孔喉分布

根據(jù)李道品孔喉分類標準[5]，研究區(qū)長81儲層孔隙組合類型主要為大-中孔微喉型。喉道分為微細喉道、微喉道、吸附喉道，研究區(qū)喉道類型以微孔喉為主。喉道是孔隙系統(tǒng)中相對較小的、連通兩個孔隙的狹窄通道[6]。在同一儲層中，由于巖石的顆粒接觸關(guān)系、顆粒大小、形狀及膠結(jié)類型不同，其喉道的類型也不相同。通過觀察鏡下鑄體薄片，對孔喉分布直方圖形態(tài)進行分析，建立巖石模型（圖2），對一類儲層的鏡下孔喉特征，顆粒分布，巖石的非均質(zhì)程度進行刻畫。

圖1 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長81壓汞曲線特征

圖2 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長81儲層微觀特征

Ⅰ類儲層以中細喉為主，從鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)，粒間孔較發(fā)育，長石溶蝕普遍，長石、石英均再生長，孔隙以中孔隙為主，喉道孔以隙縮小型為主，屬于中孔配細喉（圖2）。Ⅰ類儲層孔隙度8%~20%，滲透率為（0.1~10.0）×10-3μm2，孔喉分布直方圖屬于單峰型，峰形較寬，單峰高度顯著，峰值主要分布為5~50 μm，孔喉發(fā)育良好，非均質(zhì)程度弱，此類儲層占研究區(qū)儲層很小一部分。

Ⅱ類儲層以細喉為主，從鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)，石英顆粒沿局部再生長，具粒間孔及長石溶孔，孔隙以中、小孔隙為主，喉道以孔隙縮小型、縮頸型為主，屬于小孔配細喉（圖2）。Ⅱ類儲層孔隙度為8%~11%，滲透率為（0.06~0.10）×10-3μm2，孔喉分布直方圖屬于明顯的單峰型，峰形較窄，單峰高度顯著，峰值主要分布為0.7~6 μm，孔喉發(fā)育較好。此類儲層孔隙度與滲透率分布集中，壓汞曲線形態(tài)也同樣接近，可能是因為采樣集中，距離較近。

Ⅲ類儲層以微細喉為主，從鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)，顆粒分選不好，黏土發(fā)育，粒間孔連通性不好，孔隙以小孔隙為主，喉道以縮頸型、片狀為主，屬于小孔配微細喉（圖2）。Ⅲ類儲層孔隙度為4%~8%，滲透率為（0.02~0.10）×10-3μm2?？缀矸植贾狈綀D屬于單峰型，峰形較窄，單峰高度不顯著，峰值主要分布為0.7～6.0 μm，有較強非均質(zhì)性。相較于Ⅱ類儲層，雖然峰值分布相近，但是Ⅲ類儲層單峰高度較低，說明孔喉分布更加分散。

Ⅳ類儲層以微喉為主，從鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)，分選差，孔隙分布零星，過于致密使得鑄體很少壓入。孔隙以微小孔隙為主，喉道以縮頸型、片狀為主，屬于微小孔配微喉（圖2）。Ⅳ類儲層孔隙度為3%~6%，滲透率為（0.002~1.000）×10-3μm2，孔喉分布直方圖屬于多峰型，峰形寬，單峰高度不顯著，峰值主要分布在0.4~3.0 μm，說明孔喉分布分散，有較強非均質(zhì)性。Ⅳ類儲層分選差孔喉小，孔喉配置差，但是其中也有滲透率很高的樣品，說明在低滲儲層中，分選越差，滲流性能反而越好，這與常規(guī)儲層分選越好物性越好的特點相反。

4 分形特征

隨著對低滲儲層研究的進一步深入，需要更精細地表征孔喉分布，通過毛管壓力曲線、孔喉分布圖、觀察掃描電鏡和鏡下薄片等方法研究分形特征。分形概念的提出是對自然界中非規(guī)整幾何圖形規(guī)律的總結(jié), 指連續(xù)的卻不可微的幾何維數(shù)嚴格超過拓撲維數(shù)的形態(tài)的集合[7]。

根據(jù)分形幾何原理, 如果儲層孔喉分布符合分形結(jié)構(gòu)，儲層中孔徑大于的孔隙數(shù)目(大于)與有冪函數(shù)關(guān)系[8]，（）∝–D, 式中為分形維數(shù)。通過建立毛細管模型，綜合毛管壓力的定義和汞飽和度的定義，得到公式Hg=αc-（2-）

通過數(shù)學整理得：

若巖石樣品中的三維孔隙結(jié)構(gòu)具有分形特征, 則汞飽和度與毛細管壓力之間應存在冪率關(guān)系，在雙對數(shù)坐標系下二者為一條直線，直線的斜率代表巖石樣品的分形維數(shù)，分形維數(shù)分布范圍越大，儲層非均質(zhì)性越強。按照上述方法，對研究區(qū)長81儲層的21塊巖石樣品分形維數(shù)進行計算，根據(jù)儲層分類標準，對分形維數(shù)和對應的巖石樣品物性關(guān)系進行研究[9]。

Ⅰ類儲層分形維數(shù)為2.073 3~2.441 8，2大于0.95（圖3），該類儲層代表相對高孔高滲的較好儲層，高孔隙度反而對應高分形維數(shù)值。

Ⅱ類儲層分形維數(shù)為2.017 5~2.639 0，2大于0.89，孔隙度滲透率接近分形維數(shù)卻相差很大，說明樣品非均質(zhì)程度差異很大。

Ⅲ類儲層分形維數(shù)為2.191 0~2.462 6，2大于0.96，低滲透率對應分形維數(shù)低值，非均質(zhì)程度低滲透率反而低，這與常規(guī)儲層相反。

Ⅳ類儲層分形維數(shù)為2.691 1~2.871 2，2大于0.90，高分形維數(shù)，滲透率也可以很大。長81儲層分形維數(shù)和孔隙度、滲透率沒有負相關(guān)關(guān)系，說明低滲儲層微觀非均質(zhì)性和物性不是簡單的負相關(guān)。

圖3 分形維數(shù)與物性散點圖

5 結(jié)論

（1）根據(jù)毛管壓力曲線形態(tài)、孔喉分選、排驅(qū)壓力、中值壓力、孔喉中值半徑和最大進汞量等參數(shù)，將研究區(qū)長81儲層分為四種類型：Ⅰ類為低排驅(qū)壓力-中細喉型，Ⅱ類為較低排驅(qū)壓力-細喉型，Ⅲ類為較高排驅(qū)壓力-微細喉型，Ⅳ類為較高排驅(qū)壓力-微喉型。

（2）孔喉分布直方圖峰型、峰形寬窄、峰形高度反映了儲層的非均質(zhì)程度，單峰型孔喉分布更加集中，峰形越寬孔喉的非均質(zhì)性越強。在低滲儲層中，分選越差，滲流性能反而好，這與常規(guī)儲層分選越好物性越好的特點相反。

（3）低滲儲層中，具有低孔高分形維數(shù)的儲層，有較強的非均質(zhì)性，滲流能力反而越好。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，長81儲層分形維數(shù)和孔隙度、滲透率沒有負相關(guān)關(guān)系，說明低滲儲層微觀非均質(zhì)性和物性不是簡單的負相關(guān)關(guān)系。

[1] 楊華，付金華，何海清，等．鄂爾多斯華慶地區(qū)低滲透巖性大油區(qū)形成與分[J]．石油勘探與開發(fā)，2012，39（6）：641–645。

[2] 劉博．鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長8段儲層物性及演化研究 [D]．陜西西安：西北大學，2008．

[3] 李鳳杰，王多云，徐旭輝．鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)三疊系延長組儲層特征及影響因素分析[J]．石油實驗地質(zhì)，2005，27（4）：365–370.

[4] 李百強，邱雅潔，李洋，等．鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長9儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征[J]．西安石油大學學報(自然科學版)，2015，31（5）：10–15，6．

[5] 李道品．低滲透油田開發(fā)概論[J]．大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，1997，16（3）：36–40，79．

[6] 任穎惠，楊友運，何康寧，等．華慶地區(qū)長6-3儲層物性與微觀孔隙結(jié)構(gòu)及可動流體飽和度關(guān)系[J]．石油地質(zhì)與工程，2015，29（4）：101–104．

[7] 紀發(fā)華，張一偉．分形幾何學在儲層非均質(zhì)性描述中的應用[J]．石油大學學報：自然科學版，1994 , 18（5）：161 –167 .

[8] 賀承祖, 華明琪．儲層孔隙結(jié)構(gòu)的分形幾何描述[J]．石油與天然氣地質(zhì)，1998，19（1）：15–18．

[9] 李云省，鄧鴻斌，呂國祥．儲層微觀非均質(zhì)性的分形特征研究[J]．天然氣工業(yè)，2002，22（1）：37–40，8．

編輯：趙川喜

1673–8217（2017）05–0084–04

TE122.2

A

2017–03–13

孫瑛瑩，1993年生，西安石油大學地球科學與工程學院在讀碩士研究生。

國家重大專項（2011ZX05044）。