李偉強(qiáng)，穆龍新，趙倫，李建新，王淑琴，范子菲，邵大力，李長(zhǎng)海，單發(fā)超，趙文琪，孫猛

（1. 中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；2. 中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3. 北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871）

0 引言

全球超過 60%的石油產(chǎn)量和 40%的天然氣產(chǎn)量產(chǎn)自碳酸鹽巖，碳酸鹽巖是非常重要的油氣儲(chǔ)集層[1-3]，勘探開發(fā)潛力十分巨大。相比碎屑巖儲(chǔ)集層，碳酸鹽巖儲(chǔ)集層經(jīng)歷了更加復(fù)雜的沉積、成巖和構(gòu)造疊加改造作用，形成了多尺度和多類型的孔隙、溶蝕孔洞和裂縫等儲(chǔ)集空間，以及多樣的組合方式[4-5]，發(fā)育了復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu)，非均質(zhì)性極強(qiáng)。復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu)導(dǎo)致碳酸鹽巖儲(chǔ)集層孔滲關(guān)系復(fù)雜化[6-9]，高孔低滲及孔隙度相近、滲透率相差多個(gè)數(shù)量級(jí)的現(xiàn)象普遍化[5,10-12]。復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu)給儲(chǔ)集層孔滲關(guān)系確定、儲(chǔ)集層儲(chǔ)集和產(chǎn)油能力評(píng)價(jià)[12-13]及儲(chǔ)集層保護(hù)工作開展[14]帶來諸多挑戰(zhàn)，嚴(yán)重制約了儲(chǔ)集層綜合評(píng)價(jià)和高效開發(fā)，深入開展孔喉結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)、定量研究，對(duì)于油氣田勘探開發(fā)意義重大。

前人針對(duì)碳酸鹽巖孔喉結(jié)構(gòu)的研究主要集中在不同類型儲(chǔ)集層（孔隙型為主，孔洞型和孔洞縫型很少）和不同巖性（灰?guī)r為主，白云巖很少）背景下發(fā)育的孔喉結(jié)構(gòu)特征和差異的控制因素方面[5,12-13,15-19]，以及應(yīng)用高壓壓汞、圖像分析和分形維數(shù)等多種方法揭示孔喉結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)集層孔滲關(guān)系的影響[5,8,10-11,20-25]，這些成果對(duì)于碳酸鹽巖儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)研究具有重要的推進(jìn)作用，尤其是針對(duì)巖性以灰?guī)r為主的孔隙型碳酸鹽巖儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)，前人已取得了較為深入的認(rèn)識(shí)，但針對(duì)巖性以白云巖為主、灰?guī)r及過渡巖性并存，并且孔隙、溶洞、裂縫等儲(chǔ)集空間類型均發(fā)育的復(fù)雜碳酸鹽巖孔喉結(jié)構(gòu)而言，目前仍存在以下 3個(gè)問題：①缺少一套針對(duì)該類碳酸鹽巖孔喉結(jié)構(gòu)的分類、描述和定量表征方法；②該類碳酸鹽巖孔喉結(jié)構(gòu)差異的主控因素尚待揭示；③復(fù)雜碳酸鹽巖發(fā)育多種成因的儲(chǔ)集層，而針對(duì)不同類型儲(chǔ)集層的孔喉結(jié)構(gòu)特征及對(duì)各類儲(chǔ)集層孔滲關(guān)系影響的研究十分匱乏。

本文以濱里海盆地東緣北特魯瓦油田石炭系碳酸鹽巖儲(chǔ)集層為例，綜合24口取心井巖心的各項(xiàng)測(cè)試分析數(shù)據(jù)，在調(diào)研前人研究成果的基礎(chǔ)上，圍繞孔洞縫型、孔洞型、裂縫-孔隙型和孔隙型4類碳酸鹽巖儲(chǔ)集層，開展薄片和掃描電鏡觀察等巖石學(xué)和儲(chǔ)集空間類型分析，以及常規(guī)物性、高壓壓汞和各類地球化學(xué)測(cè)試分析等孔喉結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)、定量研究，探究碳酸鹽巖儲(chǔ)集層微觀孔喉結(jié)構(gòu)的分類、描述和定量表征方法，分析孔喉結(jié)構(gòu)差異的主控因素及其對(duì)不同類型儲(chǔ)集層孔滲關(guān)系的影響，以期為復(fù)雜碳酸鹽巖儲(chǔ)集層分類評(píng)價(jià)和準(zhǔn)確建立孔滲關(guān)系提供有效指導(dǎo)，進(jìn)而優(yōu)化開發(fā)方式，提出針對(duì)性的挖潛策略，最終提高油氣田采收率。

1 研究背景

濱里海盆地是世界主要含油氣盆地之一，具有“沉降速率快、沉積厚度大”的特征[26]，目前已在二疊系鹽層下部發(fā)現(xiàn)了阿斯特拉罕、田吉茲、卡莎甘、讓那若爾、肯基亞克和北特魯瓦等一系列大型、特大型碳酸鹽巖油氣田[27-28]（見圖 1）。北特魯瓦油田位于盆地東部的延別克—扎爾卡梅斯隆起帶（見圖 1），石炭系發(fā)育淺海碳酸鹽臺(tái)地沉積，縱向上自上而下包括 KT-I層和KT-II層兩套含油層系，其中KT-I層包括А1—А3、Б1—Б2、В1—В5共10個(gè)小層，主要發(fā)育局限臺(tái)地和開闊臺(tái)地相，微相包括潟湖、云坪、粒屑灘、臺(tái)內(nèi)灘、灘間海等[5,26]（見圖 2）。盆地東緣整體為北東—南西走向的斷背斜構(gòu)造，在晚石炭世受到海西構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，導(dǎo)致KT-I層頂部碳酸鹽巖地層整體抬升并遭受區(qū)域性暴露剝蝕，部分井缺失A1和A2小層。

研究區(qū)KT-I層巖性較為復(fù)雜，主要由晶粒云巖、顆粒云巖、顆?；?guī)r、巖溶角礫灰（云）巖、云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)云巖和泥灰?guī)r等構(gòu)成（見圖 2）。儲(chǔ)集空間類型多樣，以晶間（溶）孔和體腔孔為主，粒間（溶）孔和鑄?？状沃?，其余孔隙類型較少（見圖3a）；溶洞和裂縫也較為發(fā)育，其中裂縫主要為溶蝕縫（見圖3a）。喉道類型主要發(fā)育孔隙縮小型喉道、片狀喉道、管束狀喉道和網(wǎng)絡(luò)狀喉道（見表1）。

圖1 濱里海盆地區(qū)域構(gòu)造圖

圖2 北特魯瓦油田石炭系KT-I層綜合柱狀圖

依據(jù)儲(chǔ)集空間的發(fā)育類型、組合方式和占比，將研究區(qū)儲(chǔ)集層劃分為孔洞縫型、孔洞型、裂縫-孔隙型和孔隙型儲(chǔ)集層4大類（見表1），進(jìn)而通過統(tǒng)計(jì)壓汞柱塞對(duì)應(yīng)薄片中的儲(chǔ)集空間定量信息完成對(duì)壓汞柱塞儲(chǔ)集層類型的細(xì)分?？傮w來說，孔洞縫型和孔洞型儲(chǔ)集層巖性以白云巖類為主，孔喉分布整體以大—中孔喉為主，孔隙型儲(chǔ)集層巖性以灰?guī)r類為主，孔喉分布以中—小孔喉為主，裂縫-孔隙型儲(chǔ)集層各類巖性均發(fā)育，孔喉分布以小孔喉為主（見表1、圖3b）。但是由于碳酸鹽巖儲(chǔ)集層受控于復(fù)雜的沉積、成巖和構(gòu)造疊加改造作用，儲(chǔ)集空間類型復(fù)雜，孔喉組合方式多樣，導(dǎo)致每類儲(chǔ)集層微觀非均質(zhì)性極強(qiáng)。因此，對(duì)研究區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層進(jìn)行細(xì)分后，雖然各類儲(chǔ)集層孔滲數(shù)據(jù)點(diǎn)呈明顯分區(qū)性，但整體呈離散分布特征，孔滲相關(guān)性仍然較差（見圖3c）。

2 孔喉結(jié)構(gòu)分類及表征方法

由于滲透率主要受控于孔隙發(fā)育程度（即孔隙度）和孔喉結(jié)構(gòu)[9,29]，而對(duì)儲(chǔ)集層類型進(jìn)行劃分主要考慮了儲(chǔ)集空間發(fā)育類型和組合方式，并未考慮孔喉結(jié)構(gòu)的差異，從而導(dǎo)致同一類型儲(chǔ)集層孔滲相關(guān)性仍然較差。為了有效提高滲透率計(jì)算精度，必須對(duì)孔喉結(jié)構(gòu)分類和表征展開深入分析。

圖3 北特魯瓦油田石炭系KT-I層儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間類型、孔喉分布和孔滲關(guān)系（N—樣品數(shù)，個(gè)）

表1 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同類型儲(chǔ)集層特征

2.1 孔喉結(jié)構(gòu)分類及特征

深入分析北特魯瓦油田石炭系KT-I層4類儲(chǔ)集層壓汞資料，每類儲(chǔ)集層孔喉分布呈現(xiàn)多種規(guī)律（見圖4），依據(jù)孔喉半徑頻率分布曲線特征可將研究區(qū)孔喉結(jié)構(gòu)劃分為4種類型：多模態(tài)寬廣型、雙模態(tài)寬廣型、單模態(tài)集中型和雙模態(tài)高低不對(duì)稱型（見表2）。

多模態(tài)寬廣型的孔喉半徑頻率峰值通常為 3～4個(gè)，曲線形態(tài)呈現(xiàn)很強(qiáng)的不規(guī)則性，峰值分布頻帶較寬，孔喉半徑平均值為3.42 μm；雙模態(tài)寬廣型的孔喉半徑頻率峰值通常為 2個(gè)，主峰和次峰的峰值相差較小，曲線形態(tài)呈現(xiàn)較強(qiáng)的不規(guī)則性，峰值分布頻帶較寬，孔喉半徑平均值為3.52 μm；單模態(tài)集中型的孔喉半徑頻率峰值只有 1個(gè)，曲線形態(tài)較為規(guī)則，峰值分布頻帶較窄，孔喉半徑平均值為0.9 μm；雙模態(tài)高低不對(duì)稱型的孔喉半徑頻率峰值通常為 2個(gè)，但不同于雙模態(tài)寬廣型的是其主峰和次峰的峰值相差較大，通常具有一個(gè)峰值很高的優(yōu)勢(shì)主峰，對(duì)應(yīng)的孔喉半徑通常大于0.14 μm，平均值為0.32 μm，同時(shí)具有一個(gè)峰值很低的劣勢(shì)次峰，對(duì)應(yīng)的孔喉半徑平均值為 98.78 μm。雙模態(tài)高低不對(duì)稱型的曲線形態(tài)呈現(xiàn)較弱的不規(guī)則性，峰值分布頻帶較寬。

圖4 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同儲(chǔ)集層孔喉分布（不同顏色線條代表不同樣品數(shù)據(jù)）

表2 北特魯瓦油田石炭系KT-I層孔喉結(jié)構(gòu)類型和特征

4種孔喉結(jié)構(gòu)類型中，多模態(tài)寬廣型和雙模態(tài)寬廣型孔喉半徑較大、孔喉分選性較差、孔隙連通性和儲(chǔ)集層物性相對(duì)較好，而二者之中，雙模態(tài)寬廣型的儲(chǔ)集層物性要優(yōu)于多模態(tài)寬廣型，表明多模態(tài)寬廣型孔喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性極強(qiáng)，孔喉大小分布跨度大，不同大小的孔喉分布頻率差異顯著，2.5 μm以上的大孔喉占比小于雙模態(tài)寬廣型孔喉結(jié)構(gòu)（見表 2），因此，縱使有大孔喉分布，但不同大小的孔喉配置極為不均，也一定程度影響了該類孔喉結(jié)構(gòu)的物性（見表 2）。單模態(tài)集中型具有較小的孔喉半徑、較好的分選性、孔隙連通性和儲(chǔ)集層物性，而雙模態(tài)高低不對(duì)稱型則具有較大的孔喉半徑、一般的孔喉分選性、較差的孔隙連通性和儲(chǔ)集層物性，為 4類孔喉結(jié)構(gòu)中儲(chǔ)集層物性最差的一類（見表2）。

2.2 孔喉結(jié)構(gòu)定量判別標(biāo)準(zhǔn)

不同類型孔喉結(jié)構(gòu)的定量參數(shù)在表征孔喉結(jié)構(gòu)信息上存在不同程度的重疊，因此采用單一孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)無法進(jìn)行區(qū)分和表征（見表 2）。本文采取多信息融合技術(shù)，通過交會(huì)圖法選取對(duì) 4類孔喉結(jié)構(gòu)敏感的定量參數(shù)（R5、Skp、Dr和Vma）作為輸入?yún)?shù)：R5與排驅(qū)壓力意義近似，可代表水銀進(jìn)入孔隙空間時(shí)最先突破的孔喉大小，其值越大，表明儲(chǔ)集層物性越好；Skp用于度量孔喉大小分布頻率曲線的不對(duì)稱程度，反映孔喉眾數(shù)的相對(duì)位置，眾數(shù)偏向于粗孔喉即為粗歪度，代表較好的儲(chǔ)集層物性，反之為細(xì)歪度，物性相對(duì)較差；Dr反映孔喉大小分布的均勻程度，相當(dāng)于變異系數(shù)，其值越小，表明孔喉大小分布越均勻；Vma即孔喉大小大于2.5 μm部分的體積占總孔喉體積的百分比，占比越高，表明大孔喉越發(fā)育，儲(chǔ)集層物性一般較好，但要結(jié)合孔隙連通性等參數(shù)綜合判斷。

依據(jù)主成分分析法對(duì)孔喉結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量表征。主成分分析是一種基于降維思想、將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)彼此不相關(guān)的綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計(jì)方法，其優(yōu)勢(shì)在于既可以使數(shù)據(jù)降維，同時(shí)又可以保留大部分原始數(shù)據(jù)的信息。通常最終確定的主成分個(gè)數(shù)（w）取決于其累計(jì)貢獻(xiàn)率，一般累計(jì)貢獻(xiàn)率需大于 85%，可保證w個(gè)主成分能代表大多數(shù)樣本信息。本文對(duì) 4個(gè)表征孔喉結(jié)構(gòu)的敏感參數(shù)進(jìn)行降維分析，選擇了 2個(gè)主成分F1和F2（累計(jì)貢獻(xiàn)率為86%），相應(yīng)表達(dá)式如下：

F1、F2兩個(gè)主成分的交會(huì)圖（見圖5）中各類孔喉結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)點(diǎn)質(zhì)心分界明顯，孔喉結(jié)構(gòu)識(shí)別符合率達(dá)80%，表明結(jié)合主成分分析法，利用孔喉結(jié)構(gòu)定量參數(shù)可以較好地識(shí)別不同孔喉結(jié)構(gòu)。最后首先求出所提取主成分的總特征值之和（S），然后以提取出的F1、F2兩個(gè)主成分各自所對(duì)應(yīng)的特征值分別占S的比例作為各主成分的權(quán)重，計(jì)算得到主成分綜合得分模型，即不同孔喉結(jié)構(gòu)定量判別指數(shù)（P），其函數(shù)如下：

圖5 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同孔喉結(jié)構(gòu)判別結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，多模態(tài)寬廣型、雙模態(tài)寬廣型、單模態(tài)集中型和雙模態(tài)高低不對(duì)稱型 4種孔喉結(jié)構(gòu)的判別標(biāo)準(zhǔn)見表3，根據(jù)孔喉結(jié)構(gòu)判別指數(shù)P，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型孔喉結(jié)構(gòu)的定量判別。

表3 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同孔喉結(jié)構(gòu)定量劃分標(biāo)準(zhǔn)

3 孔喉結(jié)構(gòu)差異的主控因素

北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同類型碳酸鹽巖儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)存在明顯差異，其主控因素與沉積作用、成巖作用和構(gòu)造作用的疊加改造關(guān)系密切。

3.1 沉積作用

研究區(qū)石炭系KT-I層處于淺海碳酸鹽臺(tái)地環(huán)境，沉積作用控制了儲(chǔ)集層的巖石類型和原生孔隙的發(fā)育，為后期各類成巖作用的進(jìn)行及次生孔隙演化提供了重要基礎(chǔ)，直接影響了不同類型儲(chǔ)集層的形成和分布，最終在微觀上導(dǎo)致儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大差異（見圖6—圖8）。圖6a中，孔洞縫型和孔洞型等有利儲(chǔ)集層類型主要發(fā)育在云坪中（如 CT-4井），少部分位于粒屑灘（如CT-59 井），而臺(tái)內(nèi)灘和潟湖中儲(chǔ)集層類型相對(duì)較少（如CT-63井），主要以孔隙型儲(chǔ)集層為主，裂縫-孔隙型儲(chǔ)集層較少，整體物性相對(duì)較差。不同微相的孔喉結(jié)構(gòu)類型發(fā)育情況方面（見圖6b），云坪中發(fā)育 3種孔喉結(jié)構(gòu)類型，其中多模態(tài)寬廣型、雙模態(tài)寬廣型和物性較好的單模態(tài)集中型等有利孔喉結(jié)構(gòu)類型較為發(fā)育（見圖 7、圖 8）；粒屑灘中的孔喉結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，4種類型均發(fā)育（如CT-59井），但有利孔喉結(jié)構(gòu)逐漸減少（見圖8）；其他微相孔喉結(jié)構(gòu)類型較為單一，以單模態(tài)集中型為主（見圖 8），說明沉積微相對(duì)孔喉結(jié)構(gòu)存在一定的控制作用（見圖6b）。

不同巖石類型在各類孔喉結(jié)構(gòu)中的分布表明（見圖 7），從雙模態(tài)寬廣型→多模態(tài)寬廣型→單模態(tài)集中型→雙模態(tài)高低不對(duì)稱型，白云巖類發(fā)育頻率具有明顯的降低趨勢(shì)，而灰?guī)r類發(fā)育頻率具有明顯的升高趨勢(shì)，尤其是孔喉結(jié)構(gòu)相對(duì)較差的雙模態(tài)高低不對(duì)稱型中灰?guī)r類比例超過 60%，說明白云巖類對(duì)有利孔喉結(jié)構(gòu)的形成具有一定的建設(shè)性作用，體現(xiàn)了巖石類型對(duì)孔喉結(jié)構(gòu)的控制作用。

圖6 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同儲(chǔ)集層類型和孔喉結(jié)構(gòu)類型平面分布（氣泡大小表示樣本數(shù)目的多少）

圖7 北特魯瓦油田KT-I層不同孔喉結(jié)構(gòu)的巖石類型分布

圖8 北特魯瓦油田石炭系KT-I層沉積環(huán)境、主要成巖作用和構(gòu)造作用控制下的孔喉結(jié)構(gòu)演化模式

研究區(qū)云坪主要發(fā)育晶粒云巖，占比為 77.6%，生物碎屑云巖等顆粒云巖含量相對(duì)較少，占比為16.8%；其中晶粒云巖有 74%的樣品可見原巖殘余顆粒，顆粒主要以生屑、有孔蟲和?類為主，表明原巖形成于相對(duì)高能的淺灘環(huán)境（粒屑灘）和相對(duì)低能環(huán)境（潟湖）（見圖8），粒間（溶）孔、生物體腔孔、鑄?？准案黝惾芪g孔洞較為發(fā)育（見圖 9），巖心上可見厘米級(jí)孔洞（見表1），而白云巖的形成將會(huì)繼承這些孔隙，形成孔隙和溶蝕孔洞均發(fā)育的儲(chǔ)集空間組合；同時(shí)，白云石交代方解石后一方面能夠增加孔隙數(shù)量、形成部分晶間（微）孔并改善儲(chǔ)集層滲流特征[30]（見圖9a），另一方面能夠?yàn)楹笃诰чg溶孔和溶蝕孔洞的形成（見圖9c、圖9d）提供成巖流體運(yùn)移通道[30]，進(jìn)一步改善儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)；更為重要的是，白云巖比灰?guī)r抗壓實(shí)壓溶[30-32]，可以有效保護(hù)先存孔隙空間不受壓實(shí)破壞。

3.2 成巖作用

北特魯瓦油田石炭系KT-I層碳酸鹽巖儲(chǔ)集層經(jīng)歷了多種類型的成巖作用，其中早期白云石化作用、溶蝕作用、巖溶垮塌充填作用和膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)的影響最大。

根據(jù)研究區(qū)白云巖巖石學(xué)和地球化學(xué)特征研究結(jié)果可知[26,33-34]：白云石晶粒較為細(xì)小，主要為泥晶、泥粉晶和粉晶，自形程度較低，為半自形-他形（見圖9）；有序度偏低，為 0.336～0.504（均值為 0.417）；δ18O值為-1.06‰～2.45‰（均值為0.48‰），δ13C值為3.36‰～5.94‰（均值為 5.11‰），87Sr/86Sr值為0.708 29～0.708 75（均值為0.708 37）；微量元素Fe、Mn 含量均值分別為 447.52 μg/g 和 92.57 μg/g，陰極發(fā)光同時(shí)含強(qiáng)、中等—偏弱以及不發(fā)光情況；Na、K含量均值分別為198.80 μg/g和5.89 μg/g，且其在白云巖中的含量高于灰?guī)r。綜上分析，表明研究區(qū)白云巖成因?yàn)榛亓?滲透白云石化。同時(shí)，采用δ18O值對(duì)研究區(qū)石炭系KT-I層古溫度進(jìn)行了計(jì)算[35]，由于存在“年代效應(yīng)”，即中生代以前的樣品容易受成巖作用影響，需對(duì)目的層段樣品進(jìn)行“年代效應(yīng)”校正[36]；計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，研究區(qū) KT-I層古地溫為 3～16 ℃（平均值為10 ℃），也證實(shí)研究區(qū)白云巖形成于早期低溫近地表環(huán)境。早期白云石化能夠繼承并保護(hù)部分原巖孔隙[30,37]，為后期各類溶蝕作用提供初始條件，對(duì)有利儲(chǔ)集層和有利孔喉結(jié)構(gòu)的形成和保護(hù)具有重要的建設(shè)作用。

圖9 北特魯瓦油田KT-I層儲(chǔ)集空間微觀特征

研究區(qū) KT-I層在表生期廣泛發(fā)育巖溶作用，使KT-I層碳酸鹽巖遭受區(qū)域性暴露、風(fēng)化和剝蝕，大氣淡水對(duì)風(fēng)化殼中的白云巖和灰?guī)r進(jìn)行淋濾溶解，在原有孔隙空間的基礎(chǔ)上發(fā)生擴(kuò)溶[38-39]，形成多種儲(chǔ)集空間和組合方式，對(duì)有利孔喉結(jié)構(gòu)的形成最為關(guān)鍵（見圖8）。石炭系KT-I層經(jīng)歷的淺埋藏成巖作用的持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)[38]，主要是中—深埋藏成巖作用對(duì)孔喉結(jié)構(gòu)起控制作用：下二疊統(tǒng)暗色泥巖產(chǎn)生的酸性壓實(shí)水、CO2以及其他酸性地層水進(jìn)入KT-I層先期優(yōu)勢(shì)孔隙空間進(jìn)行非組構(gòu)選擇性溶蝕，擴(kuò)溶早期各類孔隙甚至溶解白云石晶粒形成溶蝕孔洞（見圖9c），洞內(nèi)可見黑色瀝青（見圖 9c、圖 9d），使儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善[40]（見圖8）。

雙模態(tài)高低不對(duì)稱型孔喉結(jié)構(gòu)主要分布于顆?；?guī)r（見圖 7），?類、棘皮和砂屑等顆粒含量較高，體腔孔、粒內(nèi)溶孔和鑄?？追浅０l(fā)育，平均面孔率占比達(dá)69.2%，導(dǎo)致其有利孔隙類型如粒間溶孔和晶間溶孔等占比（僅為15%）在 4類孔喉結(jié)構(gòu)中為最低（見圖10）。表生巖溶作用通常也伴隨較強(qiáng)的膠結(jié)充填作用（見圖8），如棘屑次生加大、共軸增生膠結(jié)及方解石膠結(jié)物充填粒間（溶）孔（見圖9e），造成有利孔隙類型面孔率占比進(jìn)一步降低，破壞其與體腔孔和粒內(nèi)孔等其他類型孔隙的連通性，導(dǎo)致孔喉結(jié)構(gòu)變差[12]，形成發(fā)育于孔隙型儲(chǔ)集層的雙模態(tài)高低不對(duì)稱型孔喉結(jié)構(gòu)（見圖8）。

巖溶作用在強(qiáng)烈改造儲(chǔ)集層的同時(shí)，也容易發(fā)生垮塌作用，導(dǎo)致儲(chǔ)集層空隙被充填，使其物性變差[41]（見表2、圖9h）。發(fā)育于裂縫-孔隙型儲(chǔ)集層的雙模態(tài)高低不對(duì)稱型孔喉結(jié)構(gòu)即是如此，其巖性為巖溶垮塌角礫巖，充填作用使得巖溶作用產(chǎn)生的孔洞縫體系被角礫及灰泥堵塞，后期雖遭受壓實(shí)和溶蝕作用產(chǎn)生少量收縮縫和溶蝕縫，但由于垮塌充填具有極強(qiáng)的非均質(zhì)性，顯著降低了有利孔洞縫體系與主體（微）孔隙的連通程度（見圖9h），導(dǎo)致孔喉結(jié)構(gòu)變差（見圖8）。

3.3 構(gòu)造作用

晚石炭世的海西期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使濱里海盆地東緣地層發(fā)生整體抬升[42]，二疊紀(jì)末的烏拉爾造山運(yùn)動(dòng)等構(gòu)造作用和深埋后的壓實(shí)-壓溶作用產(chǎn)生了多種類型的裂縫[43]（見圖 9d、圖9f—圖9h），其中溶蝕縫發(fā)育程度最高（見圖3a），在白云巖中分布較多，主要由于白云巖脆性較灰?guī)r高，易發(fā)生破裂[44]形成構(gòu)造縫和破裂縫（粒裂紋）（見圖 8、圖 9f、圖 9g），成巖流體可沿這些先期構(gòu)造成因的裂縫進(jìn)行溶蝕擴(kuò)大形成溶蝕縫（見圖9d）。充填程度較低的溶蝕縫和構(gòu)造縫不僅能夠貢獻(xiàn)更多儲(chǔ)集空間，而且更重要的是能夠溝通孔隙和溶蝕孔洞，顯著改善儲(chǔ)集層物性和孔喉結(jié)構(gòu)，比如雙模態(tài)寬廣型、多模態(tài)寬廣型和單模態(tài)集中型孔喉結(jié)構(gòu)中裂縫較為發(fā)育，物性相對(duì)較好，而雙模態(tài)高低不對(duì)稱型裂縫發(fā)育比例很低，物性相對(duì)較差（見圖10、表2）。

圖10 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同孔喉結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)集空間類型和組合方式

3.4 孔喉結(jié)構(gòu)差異的主控因素

綜合以上分析，沉積、成巖和構(gòu)造作用共同導(dǎo)致了孔喉結(jié)構(gòu)的差異性，有利沉積相帶中的早期白云石化作用、古巖溶作用和構(gòu)造破裂作用是改善孔喉結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素（見圖8 ） ：局限臺(tái)地中的粒屑灘和潟湖在發(fā)生早期白云石化后疊加了古巖溶作用，形成了雙模態(tài)寬廣型和多模態(tài)寬廣型等有利孔喉結(jié)構(gòu)，未發(fā)生白云石化的粒屑灘在經(jīng)歷古巖溶作用后形成了次有利孔喉結(jié)構(gòu)（物性較好的單模態(tài)集中型），而受到膠結(jié)充填作用和巖溶垮塌充填作用主控的粒屑灘則形成了雙模態(tài)高低不對(duì)稱型物性最差的孔喉結(jié)構(gòu)，開闊臺(tái)地的臺(tái)內(nèi)灘由于距離KT-I層頂部較遠(yuǎn)，未能接受古巖溶作用改造，主要形成物性較差的單模態(tài)集中型孔喉結(jié)構(gòu)。

沉積、成巖和構(gòu)造作用雖然對(duì)KT-I層碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的作用強(qiáng)度、作用期次和有效性存在顯著差異（見圖 8），但最終作用結(jié)果均是形成了多種儲(chǔ)集空間和多樣的組合特征（見圖10）。因此，儲(chǔ)集空間組合類型才是孔喉結(jié)構(gòu)差異的主控因素，而不同類型儲(chǔ)集層由于儲(chǔ)集空間發(fā)育類型和組合方式的差異，形成了差異化的孔喉結(jié)構(gòu)組合類型（見圖11），進(jìn)而控制了不同類型儲(chǔ)集層的微觀非均質(zhì)性（見圖 11、圖 12）：孔隙型儲(chǔ)集層非均質(zhì)性最強(qiáng)，4種孔喉結(jié)構(gòu)類型均發(fā)育；其次是孔洞縫型和裂縫-孔隙型儲(chǔ)集層，主要發(fā)育3種孔喉結(jié)構(gòu)類型，其中前者有利孔喉結(jié)構(gòu)類型多于后者（僅多模態(tài)寬廣型），但后者發(fā)育物性最差的孔喉結(jié)構(gòu)類型；孔洞型儲(chǔ)集層非均質(zhì)性相對(duì)較弱，主要發(fā)育兩種孔喉結(jié)構(gòu)類型。

圖11 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同類型儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)類型分布（N=183）

4 孔喉結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)集層孔滲關(guān)系的影響

復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu)是控制碳酸鹽巖儲(chǔ)集層物性的關(guān)鍵因素[5,7-12,37]，每類儲(chǔ)集層均發(fā)育多種孔喉結(jié)構(gòu)類型（見圖 11、圖 12），細(xì)分孔喉結(jié)構(gòu)后，明顯可見各類儲(chǔ)集層中不同孔喉結(jié)構(gòu)的毛管壓力曲線和孔喉半徑分布曲線呈現(xiàn)多種分布規(guī)律，具有較好的區(qū)分性（見圖12）。雖然研究區(qū)不同類型碳酸鹽巖儲(chǔ)集層孔滲關(guān)系整體上具有較好的分區(qū)性，但復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu)導(dǎo)致各類儲(chǔ)集層孔滲關(guān)系復(fù)雜化（見圖3c）。因此需要進(jìn)一步厘清孔喉結(jié)構(gòu)對(duì)不同類型儲(chǔ)集層孔滲關(guān)系的控制作用，為建立準(zhǔn)確的滲透率計(jì)算模型提供指導(dǎo)。

孔洞縫型儲(chǔ)集層孔隙、溶洞和裂縫均發(fā)育，復(fù)雜的儲(chǔ)集空間配置關(guān)系導(dǎo)致該類儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，孔滲數(shù)據(jù)點(diǎn)呈現(xiàn)較為離散的分布特征，孔滲相關(guān)性較差（見圖3c，R=0.34）。細(xì)分孔喉結(jié)構(gòu)后，多模態(tài)寬廣型的孔滲相關(guān)性得到提高（R=0.63）（見圖 13），而雙模態(tài)寬廣型（R=0.14）和單模態(tài)集中型（R=0.35）的孔滲相關(guān)性仍不理想，這與孔洞縫型儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)較強(qiáng)的非均質(zhì)性關(guān)系密切，如雙模態(tài)寬廣型孔喉結(jié)構(gòu)，由于晶間溶孔和溶洞等有利儲(chǔ)集空間與體腔孔等較差儲(chǔ)集空間均較發(fā)育（見圖10），形成復(fù)雜的配置關(guān)系使孔喉結(jié)構(gòu)大幅復(fù)雜化（見圖9d），導(dǎo)致其孔滲關(guān)系最為復(fù)雜（見圖13a）。

圖12 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同類型儲(chǔ)集層的毛管壓力曲線和孔喉半徑分布

圖13 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同類型儲(chǔ)集層細(xì)分孔喉結(jié)構(gòu)后的孔滲關(guān)系

孔洞型儲(chǔ)集層孔隙和溶洞發(fā)育，裂縫不發(fā)育，孔喉結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度低于孔洞縫型儲(chǔ)集層，非均質(zhì)性整體弱于孔洞縫型儲(chǔ)集層。該類儲(chǔ)集層整體孔滲相關(guān)性稍好于孔洞縫型儲(chǔ)集層（見圖3c，R=0.49），細(xì)分孔喉結(jié)構(gòu)后，單模態(tài)集中型孔喉結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)相對(duì)較弱的復(fù)雜性，具有較好的孔滲關(guān)系（R=0.81），而雙模態(tài)寬廣型由于樣本點(diǎn)較少，無法建立較好的孔滲關(guān)系（見圖13b）。

裂縫-孔隙型儲(chǔ)集層孔隙和裂縫發(fā)育，不同類型裂縫的微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征存在差異，如構(gòu)造縫較為平直，而溶蝕縫較為曲折，其與孔隙組合產(chǎn)生復(fù)雜的空間配置關(guān)系，造成該類儲(chǔ)集層整體孔滲關(guān)系較差（見圖3c，R=0.43）。細(xì)分孔喉結(jié)構(gòu)后，多模態(tài)寬廣型（R=0.85）和單模態(tài)集中型（R=0.6）的孔滲相關(guān)性都得到了提高，而發(fā)育于裂縫-孔隙型儲(chǔ)集層中的雙模態(tài)高低不對(duì)稱型孔喉結(jié)構(gòu)，形成于巖溶垮塌作用產(chǎn)生的隨機(jī)分布的儲(chǔ)集空間組合類型（見圖9h），具有極強(qiáng)的非均質(zhì)性，導(dǎo)致孔滲關(guān)系十分復(fù)雜，同時(shí)也表明并非每一類孔喉結(jié)構(gòu)都能建立較好的孔滲關(guān)系（見圖13c）。

孔隙型儲(chǔ)集層主要發(fā)育孔隙，雖然溶洞和裂縫均不發(fā)育，但其在 4種儲(chǔ)集層中發(fā)育的孔喉結(jié)構(gòu)類型最多，具有較強(qiáng)的微觀非均質(zhì)性。該類儲(chǔ)集層整體孔滲數(shù)據(jù)點(diǎn)分布較為集中，相關(guān)性較好（R=0.72）。細(xì)分孔喉結(jié)構(gòu)后，除雙模態(tài)寬廣型無法建立較好的孔滲關(guān)系之外，其余 3類孔喉結(jié)構(gòu)如多模態(tài)寬廣型（R=0.6）、單模態(tài)集中型（R=0.71）和雙模態(tài)高低不對(duì)稱型（R=0.78）都能建立相對(duì)較好的孔滲關(guān)系（見圖13d），這表面上似乎與“儲(chǔ)集層微觀非均質(zhì)性越強(qiáng)，孔滲關(guān)系越復(fù)雜”的認(rèn)識(shí)相悖，但實(shí)際上這是由于儲(chǔ)集空間組合類型是孔喉結(jié)構(gòu)差異的主控因素，而且孔隙型儲(chǔ)集層的孔喉結(jié)構(gòu)是由占多數(shù)的較差孔隙類型（如體腔孔、粒內(nèi)溶孔等）和占少數(shù)的有利孔隙類型（如晶間溶孔、粒間溶孔等）構(gòu)成，其復(fù)雜程度低于發(fā)育孔隙、溶蝕孔洞和裂縫等儲(chǔ)集空間組合類型的孔洞縫型儲(chǔ)集層的孔喉結(jié)構(gòu)（見圖 10、圖 11），因此發(fā)育更加復(fù)雜孔喉結(jié)構(gòu)的孔洞縫型儲(chǔ)集層孔滲關(guān)系更為復(fù)雜（見圖13a），給儲(chǔ)集層準(zhǔn)確滲透率模型的建立帶來挑戰(zhàn)。

表4 北特魯瓦油田石炭系KT-I層不同類型儲(chǔ)集層滲透率主控因素的灰色關(guān)聯(lián)定量評(píng)價(jià)

4類儲(chǔ)集層細(xì)分孔喉結(jié)構(gòu)后的孔滲關(guān)系研究可得到兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)：①不同類型儲(chǔ)集層細(xì)分孔喉結(jié)構(gòu)后，各類孔喉結(jié)構(gòu)整體分布范圍呈現(xiàn)分區(qū)特征，孔滲數(shù)據(jù)點(diǎn)的質(zhì)心具有一定的區(qū)分性，體現(xiàn)了孔喉結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)集層孔滲關(guān)系的控制作用；②細(xì)分孔喉結(jié)構(gòu)后，約 75%的孔喉結(jié)構(gòu)孔滲關(guān)系得到改善，少數(shù)孔喉結(jié)構(gòu)孔滲關(guān)系改善效果不明顯，這與海外油田資料相對(duì)不足的客觀限制有關(guān)，可用于研究不同類型儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)的壓汞樣品僅有 183塊。而根據(jù)國(guó)際碳酸鹽巖儲(chǔ)集層專家L?n?y的研究成果[10]，其整合了約3 000塊樣品，基于孔隙類型、孔隙大小和分選性，分別建立不同孔喉結(jié)構(gòu)的孔滲關(guān)系，孔滲關(guān)系均得到明顯改善，說明當(dāng)樣品數(shù)量足夠時(shí)，細(xì)分孔喉結(jié)構(gòu)建立儲(chǔ)集層孔滲關(guān)系是提高滲透率計(jì)算準(zhǔn)確度的有效方法。

鑒于不同類型碳酸鹽巖儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)對(duì)孔滲關(guān)系的重要影響和復(fù)雜的控制作用，需進(jìn)一步揭示不同孔喉結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)集層滲透率的影響作用。具體方法：首先通過單因素分析法，從各類儲(chǔ)集層分別表示儲(chǔ)集性能（φ）、孔喉大小（Rav、Dav、Rmax、R5—R90、Vma、Vme、Vmi、Vma+me等）、孔喉分選性（Sp、C、Skp、Kp、α等）和孔隙連通性特征（Vpt、We、Smin等）的參數(shù)中優(yōu)選出與儲(chǔ)集層滲透率相關(guān)性最好的參數(shù)，然后采取灰色關(guān)聯(lián)分析法[45]對(duì)影響各類儲(chǔ)集層滲透率的主控因素開展定量化分析，明確了不同孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)各類儲(chǔ)集層滲透率影響的優(yōu)先次序，以期為提高不同儲(chǔ)集層滲透率的計(jì)算準(zhǔn)確度提供技術(shù)指導(dǎo)。從分析結(jié)果可知：孔洞縫型儲(chǔ)集層滲透率主要受控于大孔喉占比、變異系數(shù)和視孔喉體積比，分別代表不同孔喉發(fā)育程度、孔喉分選性和孔隙連通性（見表 4），表明強(qiáng)溶蝕作用可形成以大孔喉為主、不同大小喉道雜亂分布的孔喉網(wǎng)絡(luò)體系，同時(shí)裂縫發(fā)育貫通溶蝕孔洞可大大提高孔洞縫型儲(chǔ)集層的滲透率?？锥葱蛢?chǔ)集層滲透率主要受控于R5、大孔喉占比和孔隙度，分別代表孔喉大小、不同孔喉發(fā)育程度以及儲(chǔ)集性能（見表 4），表明強(qiáng)溶蝕作用形成的眾多大孔喉和較大的儲(chǔ)集空間對(duì)孔洞型儲(chǔ)集層滲透率的貢獻(xiàn)最大。裂縫-孔隙型儲(chǔ)集層滲透率主要受控于孔隙度、Smin和均質(zhì)系數(shù)，分別代表儲(chǔ)集性能、孔隙連通性和孔喉分選性（見表4），表明裂縫與基質(zhì)孔隙空間相疊加能夠明顯提高裂縫-孔隙型儲(chǔ)集層連通性，改善儲(chǔ)集層滲流能力?？紫缎蛢?chǔ)集層滲透率主要受控于孔喉均值、大—中孔喉占比和孔隙度，分別代表孔喉大小、不同孔喉發(fā)育程度和儲(chǔ)集性能（見表 4），表明大孔喉發(fā)育比例越高、儲(chǔ)集空間越大，孔隙型儲(chǔ)集層的滲流能力越好。

5 結(jié)論

基于對(duì)孔喉半徑頻率分布曲線特征的深入分析，建立了一套適用于濱里海盆地東緣石炭系碳酸鹽巖的孔喉結(jié)構(gòu)分類和描述方法，劃分出復(fù)雜碳酸鹽巖 4種孔喉結(jié)構(gòu)類型：多模態(tài)寬廣型、雙模態(tài)寬廣型、單模態(tài)集中型和雙模態(tài)高低不對(duì)稱型?；诙嘈畔⑷诤霞夹g(shù)，通過交會(huì)圖法優(yōu)選孔喉結(jié)構(gòu)敏感參數(shù)，采取主成分分析法構(gòu)建了孔喉結(jié)構(gòu)判別指數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì) 4種孔喉結(jié)構(gòu)的定量判別。

明確了沉積作用、成巖作用和構(gòu)造作用對(duì)孔喉結(jié)構(gòu)差異的控制作用：有利沉積相帶疊加早期白云石化作用是有利孔喉結(jié)構(gòu)形成的重要基礎(chǔ)，表生期巖溶作用是有利孔喉結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵因素，構(gòu)造破裂作用可進(jìn)一步改善孔喉結(jié)構(gòu)；而膠結(jié)作用和巖溶垮塌充填作用則是導(dǎo)致孔喉結(jié)構(gòu)變差的決定性因素。揭示了沉積、成巖和構(gòu)造疊加改造作用形成的儲(chǔ)集空間組合類型是孔喉結(jié)構(gòu)差異的主控因素，其中孔隙型儲(chǔ)集層微觀非均質(zhì)性最強(qiáng)，4種孔喉結(jié)構(gòu)類型均發(fā)育，其次是裂縫-孔隙型和孔洞縫型儲(chǔ)集層，孔洞型儲(chǔ)集層微觀非均質(zhì)性相對(duì)較弱。

揭示了多種孔喉結(jié)構(gòu)共同發(fā)育是導(dǎo)致各類儲(chǔ)集層孔滲相關(guān)性差的關(guān)鍵因素。細(xì)分孔喉結(jié)構(gòu)類型建立各類儲(chǔ)集層孔滲關(guān)系是提高滲透率計(jì)算準(zhǔn)確度的有效手段。綜合單因素分析和灰色關(guān)聯(lián)算法，明確了不同孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)各類型儲(chǔ)集層滲透率影響的優(yōu)先次序，以期為提高不同碳酸鹽巖儲(chǔ)集層滲透率的準(zhǔn)確度提供技術(shù)指導(dǎo)。

符號(hào)注釋：

C——變異系數(shù)，無因次；Dav——孔喉均值，μm；Dr——相對(duì)分選系數(shù)，無因次；F1——第1主成分，無因次；F2——第2主成分，無因次；K——滲透率，10-3μm2；Kp——孔喉峰態(tài)，無因次；N——樣品數(shù)，個(gè)；P——不同孔喉結(jié)構(gòu)定量判別指數(shù)，無因次；pc——毛管壓力，MPa；R——相關(guān)系數(shù)，無因次；R5，R10，…，R35，…，R90——當(dāng)進(jìn)汞飽和度達(dá)到5%、10%、…、35%、…、90%時(shí)對(duì)應(yīng)的孔喉半徑值，μm；Rav——平均孔喉半徑，μm；Rmax——最大孔喉半徑，μm；S——所提取主成分的總特征值之和，無因次；SHg——含汞飽和度，%；Skp——孔喉歪度，無因次；Smin——最小非飽和孔喉體積百分比，%；Sp——分選系數(shù)，無因次；Vpt——視孔喉體積比，無因次；Vma——大孔喉占比，%；Vme——中孔喉占比，%；Vmi——小孔喉占比，%；Vma+me——大—中孔喉占比，%；w——主成分個(gè)數(shù)，個(gè)；We——退汞效率，%；α——均質(zhì)系數(shù)，無因次；φ——孔隙度，%。