何子瓊，王詩怡，蔣正昊

(成都錦城學(xué)院建筑學(xué)院，四川 成都 611731)

鄂爾多斯盆地，作為我國第二大沉積盆地[1～2]，為我國油氣開發(fā)做出了重要貢獻(xiàn)，尤其是延長組致密砂巖，在我國致密油開發(fā)中扮演者重要角色[3]。但由于較強(qiáng)的壓實(shí)作用和欠發(fā)育的構(gòu)造作用，導(dǎo)致該層孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性較強(qiáng)，在生產(chǎn)實(shí)踐中存在單井產(chǎn)量低、穩(wěn)產(chǎn)周期短等問題。因此明確研究區(qū)長63儲層致密砂巖儲層微觀特征對生產(chǎn)實(shí)踐具有重要理論和實(shí)踐意義。

1 巖石學(xué)特征

根據(jù)Folk的砂巖分類標(biāo)準(zhǔn)[4](圖1)，巖石類型主要為長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖。根據(jù)薄片數(shù)據(jù)統(tǒng)計，石英含量分布在在15%～55%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，平均為30.8%；長石含量分布在9.2%～54%，平均為32.1%；云母含量分布在0～19.7%，平均為6.9%；巖屑含量在4.7%～26%，平均為13%；碳酸鹽膠結(jié)物分布在0～49%，平均為4.6%；粘土礦物含量分布在0～40%，平均為10.1%；硅質(zhì)含量在0～5.2%，平均為1.6%(表1)。儲集空間類型以顆粒間殘留孔和溶蝕孔為主，此外儲層中存在少量裂縫。

圖1 華慶地區(qū)長63儲層砂巖三角圖

表1 研究區(qū)長63儲層巖石成分統(tǒng)計表 w/%

據(jù)統(tǒng)計，長石溶蝕孔隙和顆粒間殘留孔是研究區(qū)長63儲層的主要儲集空間。其中，粒間孔體積占總孔隙空間的54.92%，占總孔隙體積比例最大；長石溶孔次之，體積占比分布在0.2%～3%之間，平均為0.74%，占總孔隙空間的38.34%。巖屑溶孔、晶間孔和微裂縫占空隙空間體積較小，巖屑溶孔分布在0.1%～1%，平均為0.1%，占總孔隙空間的5.18%；晶間孔體積占比分布在0%～0.6%，平均為0.02%，占總孔隙空間的1.04%；微裂縫空間占比在0～0.6%，平0.01%，占總孔隙空間的0.52%。面孔率分布在0.3%～6%，平均為1.84%(表2)。

表2 華慶地區(qū)長63儲層孔隙類型統(tǒng)計表

2 儲層微觀特征

2.1 儲層物性特征

對儲層物性進(jìn)行研究，孔隙度主要分布在3.4%～15.5%，平均10.29%，滲透率分布在0.021～0.233×10-3μm2，平均為0.108×10-3μm2。滲透率和孔隙度相關(guān)性較好，R2為0.6169(圖2)，說明研究區(qū)長63儲層滲透率和孔隙度相對一致。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T6285-2011)，屬于特低孔，超低滲致密砂巖儲層。

圖2 華慶地區(qū)長63儲層孔滲關(guān)系圖

2.2 儲層孔喉特征

通過高壓壓汞實(shí)驗(yàn)對儲層孔喉結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，可根據(jù)毛管壓力曲線將儲層分為三類，各種類型中選取代表曲線進(jìn)行研究。Ⅰ類儲層代表樣品為樣1，曲線具有較大的進(jìn)汞飽和度和較低的毛管壓力，孔喉半徑峰值分布在0.11～0.33 μm，最大汞飽和度為15.28%，儲層具有較大的孔喉半徑，且孔喉之間連通性較好，儲層性質(zhì)為三類中最好。樣2是Ⅱ類儲層代表樣品，該類樣品具有較高的毛管壓力和進(jìn)汞飽和度，最大進(jìn)汞飽和度為13.11%，孔喉半徑峰值分布在0.01～0.11 μm，儲層中雖然孔喉半徑較小，但其相互連通性較好，儲集性能次于Ⅰ類儲層。Ⅲ類儲層代表樣品為樣3，曲線形態(tài)上具有最低的進(jìn)汞飽和度和較高的毛管壓力，最大進(jìn)汞飽和度三類中最低，為3.4%，孔喉半徑峰值分布于0.01～0.11 μm，說明此類儲層孔喉結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，并且連通性較差，儲集性能為三類儲層中最差。

圖3 華慶地區(qū)長63儲層進(jìn)退汞曲線

圖4 華慶地區(qū)長63儲層孔喉半徑分布特征

2.3 孔喉分形特征

分形維數(shù)是一種表征復(fù)雜形體內(nèi)部不均一性的度量。經(jīng)過多年的探索實(shí)踐，分形維數(shù)在解決地質(zhì)問題，尤其是在表征泥頁巖、致密砂巖、煤層孔喉結(jié)構(gòu)方面取得了大量的成果[5～6]?；诜中尉S數(shù)表征儲層孔喉結(jié)構(gòu)用到的數(shù)據(jù)只要來自于高壓壓汞、核磁共振、恒速壓汞等實(shí)驗(yàn)手段。基于高壓壓汞表征孔喉結(jié)構(gòu)的模型主要有管束狀和球形模型，本文基于高壓壓汞數(shù)據(jù)，對研究區(qū)長63致密砂巖儲層孔喉特征進(jìn)行研究采用的模型是管束狀分形模型。分形維數(shù)不僅可以用于表征孔喉表面的粗糙度，還可以表征孔喉半徑之間的差異性，即孔隙和喉道半徑之間的差值[7～8]。用管束狀模型表征孔喉結(jié)構(gòu)，分形維數(shù)一般分布在2～3，也有部分學(xué)者得出了分形維數(shù)大于3的結(jié)論，并被認(rèn)為是合理的[9～10]。分形維數(shù)越接近2，說明儲層中孔喉半徑具有越小的差距，孔喉的非均一性越小；分形維數(shù)越接近3，說明孔隙與喉道半徑差距越大，儲層非均質(zhì)性越強(qiáng)。管束狀分型模型相關(guān)公式及參數(shù)說明見表3。

表3 管束狀分形模型公式統(tǒng)計表

式中：Pc：毛細(xì)管壓力；r：孔隙半徑，μm；SHg：進(jìn)汞飽和度；D：分形維數(shù)；k：擬合曲線斜率；VHg：進(jìn)汞體積；VP：整個巖心樣品的孔隙體積；α：常數(shù)。

根據(jù)上文毛管壓力曲線對研究區(qū)長63致密砂巖儲層的分類，分別對樣1、樣2和樣3進(jìn)行分形維數(shù)研究,結(jié)果見圖5。

a．樣1分形特征；b．樣2分形特征；c．樣3分形特征；d．管束狀分形模型拐點(diǎn)與轉(zhuǎn)折半徑相關(guān)性

結(jié)果表明，根據(jù)曲線形態(tài)，樣1和樣2的分形維數(shù)可以分為明顯的兩段，樣3則只有一段。根據(jù)式(4)，樣1和樣2第一段曲線分形維數(shù)分別為4.4089和4.0738，第三段曲線分形維數(shù)為3.1722，均大于3；樣1和樣2第二段分形維數(shù)分別為2.1948和2.5538，介于2～3。根據(jù)管束狀分形模型拐點(diǎn)與轉(zhuǎn)折半徑相關(guān)性圖可以看出，樣品最大進(jìn)汞飽和度對應(yīng)的峰值半徑和分形維數(shù)圖中的轉(zhuǎn)折半徑存在良好的對應(yīng)關(guān)系(R2=0.9985)，說明分形維數(shù)曲線中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)與孔喉半徑峰值基本上對應(yīng)一致。據(jù)此，將孔喉半徑分為兩類，即小于峰值半徑的孔喉為較小孔喉，對應(yīng)分形維數(shù)曲線中上半部分曲線，其分形維數(shù)較小，介于2～3；在孔喉半徑分布圖中，較大孔喉是大于峰值半徑的那部分孔喉，在分形維數(shù)曲線中位于下半部分，分形維數(shù)通常大于3。

綜合根據(jù)高壓壓汞和分形維數(shù)結(jié)果分析認(rèn)為，致密砂巖儲層孔喉結(jié)構(gòu)大致可以分為三類，其中Ⅰ類儲層孔喉結(jié)構(gòu)最好，儲層物性最好，非均質(zhì)性最差，最有利于油氣儲集；Ⅲ類儲層孔喉結(jié)構(gòu)最差，儲層物性最差，非均質(zhì)性最強(qiáng)，最不利于油氣儲集；Ⅱ類儲層則介于兩者之間。根據(jù)致密砂巖分形曲線的形態(tài)，其孔喉結(jié)構(gòu)可以分為兩類，一類是曲線的下半部分，代表較大孔喉。分形維數(shù)普遍大于3，另一類是曲線上半部分，代表較小孔喉，分形維數(shù)介于2～3。說明儲層中較大孔喉的非均一性更強(qiáng)，孔隙和喉道半徑差別較大，進(jìn)汞時較大的壓力主要是克服半徑較小的喉道產(chǎn)生的。相對而言，較小孔喉的孔隙和喉道半徑差距較小，更有利于油氣的運(yùn)移和聚集。

3 影響儲層孔喉結(jié)構(gòu)的因素

儲層中孔喉結(jié)構(gòu)的發(fā)育類型和復(fù)雜程度在很大程度上由巖石成分決定[14]，石英含量對儲層中原生粒間孔的保存具有重要意義，長石含量的多少決定著儲層中次生溶孔的發(fā)育程度。巖屑含量與次生膠結(jié)物和儲層中原生孔隙的保存相關(guān)。研究區(qū)長63致密砂巖儲層較高的石英含量和長石含量為較大孔隙的發(fā)育提供了物質(zhì)前提，但是較高的巖屑含量卻導(dǎo)致了儲層中孔喉的復(fù)雜性，進(jìn)而導(dǎo)致孔喉結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

壓實(shí)作用和溶蝕作用是對研究區(qū)長63致密砂巖孔喉結(jié)構(gòu)影響較大的成巖作用類型[15]。經(jīng)過強(qiáng)烈的壓實(shí)作用，儲層原生粒間孔大量減少，同時使得顆粒之間的接觸更為緊密，進(jìn)而產(chǎn)生片狀和彎片狀和吼道。溶蝕作用產(chǎn)生較大孔隙，同時產(chǎn)生縮頸狀喉道。兩種成巖作用均造成大孔隙配備小孔喉，使儲層孔喉連通性變得復(fù)雜，非均質(zhì)性增強(qiáng)。在壓實(shí)和溶蝕作用影響下，使得較大孔喉的非均質(zhì)性強(qiáng)于較小孔喉。

4 結(jié)論

1、華慶地區(qū)長63致密砂巖儲層孔隙度主要分布在3.4%～15.5%，平均10.29%，滲透率分布在0.021～0.233×10-3μm2，平均為0.108×10-3μm2。屬于典型的致密砂巖儲層。

2、根據(jù)高壓壓汞數(shù)據(jù)將研究區(qū)長63致密砂巖儲層分為3類，Ⅰ類儲層為最優(yōu)儲層，其孔喉半徑大且連通性較好；Ⅱ類儲層儲集性能次于Ⅰ類儲層，雖然孔喉半徑較小，但連通性較好；Ⅲ類儲層孔喉半徑小，連通性較差，最不利于油氣儲集。

3、分形維數(shù)一般介于2～3的為較小孔喉，孔隙和喉道半徑差距較小，較大孔喉分形維數(shù)一般大于3，孔隙和喉道半徑差距較大。巖石成分、壓實(shí)作用和溶蝕作用是不同孔喉結(jié)構(gòu)差生差異的原因。